[发明专利]基于二截面径向差和倾斜量提取主轴回转精度测量方法

说明书

技术领域

本发明属于超精密测量与超精密加工技术领域，主要涉及一种基于二截面径向差和倾斜量提取的超精密主轴或转台的回转精度测量方法。 

背景技术

在超精密计量测试和超精密加工领域中，具有高回转精度的超精密主轴或单/多轴转台的作用是提供高精度回转基准，是超精密仪器和设备不可缺的关键单元。超精密主轴或单/多轴转台的应用十分广泛，如：可用作卫星相机的轴线空间位置标定、定心和机构安装；发动机同轴度检测和惯性导航设备的测试与标定等。随着超精密仪器和设备对回转基准的精度需求逐步增长以及转台本身加工工艺的完善，目前回转精度指标也在飞快的增长。如英国RPI公司的高精度转台轴向回转精度可以达到＜5μm，径向回转精度可以达到＜1μm；对于超精密测量仪器设备中的回转运动的基准而言，回转精度指标还要高1-2个数量级，英国Taylor Hobson公司的高精度圆度/圆柱度仪回转轴系的径向回转精度＜20nm，国内哈尔滨工业大学研制的基准型圆度/圆柱度仪回转轴系的径向回转精度＜15nm。所以对于超精密主轴或单/多轴转台的回转精度的测量与校准也提出了更高的挑战，不仅要求具有高精度的测量校准设备，还要有先进完善的测量方法。 

主轴或转台回转精度的测试方法较多传统的有打表法、单向测量法和双向测量法。随着回转精度指标的提高传统测量方法已无法满足，如打表法测量方法简单但测量精度差；单向测量法只适合回转精度敏感方向的测量；双向测量法忽略了圆度标准器的形状误差而且无法消除偏心误差。目前测量精度高的方法多采用误差分离的方法，误差分离法主要包括反向法、三点法和多步法等，通过以上误差分离的方法可实现高达几纳米的测量精度。但是误差分离法实际测量的是转台的径向回转精度，一般情况下将主轴或转台径向回转精度等效成其回转精度，因为其它回转精度分量小于径向回转精度，所以利用误差分离法对主轴或转台回转精度测量时将其它回转精度分量忽略。 

主轴或转台轴系回转精度是一综合性的指标，包括径向回转精度Δμ，轴向回转精度Δδ，角回转精度Δθ等三个分项误差，如图1所示。虽然轴向回转精度相对于径向回转精度对转台回转精度综合性能影响要小，但是根据转台的用途不同某些场合下，轴向回转精度是不可忽略的，如超精密主轴应用于超精密车床的回转主轴时，轴向回转精度相对于其它回转精度分量对刀具进刀量的影响要高很多；另外误差分离法也无法兼顾角回转精度的测量，主轴或转台在某些应用场合其角回转精度也是不可忽略的误差源，如在航空飞机发动机转子和定子径跳检测过程中，超精密主轴或转台角回转精度对发动机径跳的影响相对其它回转精度分量影响是测量过程中的主要误差源。 

回转精度作为超精密主轴或转台重要的精度指标，对其准确的测量和检测是十分重要的，而合理有效的测量方法更为重要。径向回转精度通过误差分离的方法可有效测量，而且测量精度较高，测量方式简单，但针对轴向回转精度和角回转精度的测量方法很少。目前轴向回转精度的测量方法类似径向回转精度的测量方法，也是通过圆度标准器进行测量，但无法准确找到回转轴心，被测面引入的倾斜误差量已达到或超过轴向回转精度，所以测量精度不高；“GJB1801-93惯性技术测试设备主要性能试验方法”中关于角回转精度的测量方法是目前较有效的角回转测量方法，该方法利用光电自准直仪通过光学的方法测量。但测量精度受光电自准直仪自身精度的限制，现有光电子准直仪测量精度低于 或接近超精密主轴的角回转精度，而且测量设备和过程较复杂。超精密转台回转精度中径向回转精度测量方法较成熟，轴向回转精度和角回转精度测量方法精度有限。 

发明内容

本发明针对上述已有技术存在的轴向和角回转精度测量问题，提出一种基于二截面径向差和倾斜量提取的超精密主轴回转精度测量方法，达到提高超精密转台回转精度的测量精度，并简化测量过程的目的。 

本发明的目的是这样实现的： 

一种基于二截面径向差和倾斜量提取超精密主轴回转精度测量方法，该方法包括基于二截面径向差的角回转精度测量方法和基于倾斜量提取的超精密主轴或转台轴向回转精度测量方法： 

1)在主轴或转台轴向回转精度测量过程中： 

主轴或转台被测轴系匀速旋转，电感传感器的测头在平面平晶中心上连续等间隔采样；一圈得到2^N个采样数据；采样数据通过2RC低通滤波器或者高斯低通滤波器进行滤波消除高次谐波干扰；依据最小二乘圆评定，得到电感传感器测量点相对理想被测轴线的倾斜量；在全部数据中消除此倾斜量并计算出最大和最小值差； 

2)在主轴或转台角回转精度测量过程中：