[发明专利]精密球面球度在位测量装置和测量方法

权利要求书

1.一种精密球面球度在位测量装置，包括：主轴机构、回转机构、驱动机构、传感机构和编码器机构，其特征在于：待测工件设置于主轴机构上，回转机构的中心与主轴机构转动连接，传感机构固定设置于回转机构上并与编码机构相连接，驱动机构与回转机构相连。

2.根据权利要求1所述的精密球面球度在位测量装置，其特征是，所述的主轴机构包括：主轴、尾座、主轴卡盘和夹具，其中：主轴与尾座相对设置于球面磨床上进行轴向运动，主轴卡盘和夹具分别设置于主轴和尾座上并与待测工件相接触。

3.根据权利要求1所述的精密球面球度在位测量装置，其特征是，所述的回转机构包括：回转工作台、圆弧导轨、磨头、电主轴、回转轴和回转轴承，其中：回转工作台设置于圆弧导轨上，回转轴正交设置于回转工作台的中央并套接于回转轴承内，回转轴、回转轴承和圆弧导轨同时设置于球面磨床的床身上，磨头和电主轴固定设置于回转工作台上并和待测工件正对。

4.根据权利要求1所述的精密球面球度在位测量装置，其特征是，所述的驱动机构包括：蜗轮、蜗杆和伺服电机，其中：蜗轮通过回转轴与回转工作台相连接，蜗杆固定设置于磨床床身上并与蜗轮相啮合，伺服电机与蜗杆固定连接并驱动蜗轮与蜗杆相对运动实现回转机构的转动。

5.根据权利要求1所述的精密球面球度在位测量装置，其特征是，所述的传感机构包括：位移传感器和位置调整滑台，其中：位移传感器设置于调整滑台上并面向待测工件，接触式位移传感器的测头与待测工件表面相接触。位置调整滑台设置于回转机构上，所述的位移传感器为非接触式激光位移传感器或接触式位移传感器。

6.根据权利要求1所述的精密球面球度在位测量装置，其特征是，所述的编码器机构包括：旋转编码器、联轴器、同步带轮、套筒和连接件，其中：旋转编码器依次与联轴器和同步带轮相连接并将检测到的带轮回转角度信号输出至测量装置控制器，同步带轮和套筒相连接，套筒固定在机床主轴箱上，旋转编码器通过连接件和套筒相连接。

7.一种根据权利要求1所述的精密球面球度在位测量装置的测量方法，其特征在于，包括以下步骤：

第一步，磨削工作完成后磨头带动砂轮退出磨削区，回转工作台转动到与主轴垂直位置；

第二步，传感器组件定位安装在回转工作台上，传感器轴线与主轴垂直，调节调整滑台Y、Z二轴旋钮使传感器轴线通过平行于工作台面的球面赤道圆最高点，并定义为o点；

第三步，启动主轴，使被测球绕主轴轴心线即Z轴旋转，将一圈定义n等分，每转动360/n度，位移传感器测量一次当前球面上测量点位置，对于非接触式激光传感器，该测量点为球面上的激光斑点，对于接触式传感器，该测量点则为传感器接触点。被测球绕Z轴旋转360°即完成对应一圈测量圆上n个点的测量；

第四步，以球面赤道圆上的o点为中心各沿顺时针方向90度范围内和逆时针方向90度范围内在赤道圆上寻找若干等间隔点，连同o点共计m个点。启动回转工作台，使其绕Y轴沿顺时针方向转动直到传感器对准m个点中的顺时针方向的边界点，重复步骤三，然后继续启动回转工作台，将位移传感器依次对准赤道圆上的各个间隔点，重复步骤三；

第五步，磨床控制系统同步记录第三步在位自动测量得到的球面上各均布点相对球心的半径变化量和相应测量点的空间位置，根据最小二乘法建立最小二乘球球心坐标和半径的数学模型，然后通过测量点拟合出最小二乘球，最终计算出球度误差。