[发明专利]一种轴向圆跳动和全跳动的单转位误差分离装置及方法

权利要求书

1.一种轴向圆跳动和全跳动的单转位误差分离装置，其测量对象为工件2，其特征在于：

所述误差分离装置包括支架1、工作台3、误差分离转台4、小角度转位角发生系统5、基座6、仪器回转主轴7、轴套8、水平向滑块9、水平向导轨10、传感器调整机构11、测量传感器12、测量光栅13、光电接收器14、主轴止推板15、导电滑环16和电机驱动系统17；

所述仪器回转主轴7、轴套8和主轴止推板15构成气浮回转轴系A作为本误差分离装置的回转基准，误差分离转台4作为轴套与仪器回转主轴7构成了气浮回转轴系B，气浮回转轴系A和气浮回转轴系B共用同一个仪器回转主轴7，气浮回转轴系A带动误差分离转台4、工作台3和待测工件2一起回转，误差分离转台4又带动工作台3和被测件2相对气浮回转轴系A进行回转；

测量传感器12安装在水平向滑块9上，水平向滑块9沿水平向导轨10带动传感器12沿水平方向运动，使传感器12可以达到待测工件2端面上的任意测量圆周，传感器调整机构11用于测量传感器12位置的精细调整；

测量光栅13和光电接收器14形成闭环位置反馈，用于主轴旋转位置监测；

导电滑环16和电机驱动系统17一起安装于主轴止推板15上，用于驱动上述的气浮回转轴系A运动；

所述误差分离装置进行误差分离时，误差分离转台4供气并工作，带动工作台3和待测工件2完成误差分离所需的相对气浮回转轴系A的小角度转动；当无需误差分离时，误差分离转台4断气并在重力的作用下与回转主轴7合二为一，与无误差分离系统的轴向圆跳动、全跳动测量仪器相同。

2.根据权利要求1所述的一种轴向圆跳动和全跳动的单转位误差分离装置，其特征在于其误差分离方法包括以下步骤：

1)将待测工件2被测端面上的第一个测量圆周标号为“1”，并选定该标号为“1”的圆周进行分离测量，具体为：定义传感器12的初始位置为a，待测工件2由气浮回转轴系A带动旋转，通过传感器12测得综合误差A(n)，所述A(n)包括工件轴向圆跳动误差g(n)和主轴回转误差z(n)，其中n＝0，1，L，N-1且N为工件2被测端面上标号为“1”的测量圆周上的采样点数；

2)转动误差分离转台，将待测工件2相对于仪器回转主轴7转过角度α到达转位位置b，再对处于转位位置b的待测工件2中标号为“1”的圆周进行分离测量，通过传感器12测得综合误差值B(n)，所述B(n)包括工件轴向圆跳动误差g(n)和主轴回转误差z(n)，其中n＝0，1，L，N-1；

3)将待测工件2单次转位前后a、b位置上测得的综合误差A(n)和B(n)进行误差分离，具体步骤如下：

①.去除采样信号A(n)、B(n)的直流量；

②.计算差值信号r(n)：

r(n)=Σk=1S-1[(ak(1-coskα)-bksinkα)cos(2nπk/N)+(aksinkα+bk(1-coskα))sin(2nπk/N)]]]>

其中，a_k、b_k为工件2轴向圆跳动误差g(n)的傅里叶级数展开系数，c_k、d_k为主轴回转误差z(n)的傅里叶级数展开系数，S为谐波次数；

③.对r(n)进行谐波分析，求其谐波系数e_k和f_k：

ek=ak(1-coskα)-bksinkαfk=aksinkα+bk(1-coskα)]]>

④.计算g(n)的谐波系数a_k和b_k：

ak=12ek+sinkα2(1-coskα)fkbk=-sinkα2(1-coskα)ek+12fk]]>

⑤.除去A(n)中的基波分量和一次谐波分量之后得到

A″(n)＝A(n)-A₀-[h₁ cos(2nπ/N)+l₁ sin(2nπ/N)]

其中，A₀为基频分量，h₁和l₁为A(n)的傅里叶级数展开系数；

⑥.计算谐波合成g(n)：

g(n)=Σk=2S-1[akcos(2nπk/N)+bksin(2nπk/N)]]]>

⑦.计算轴系误差z(n)：

z(n)＝g(n)-A″(n)

4)将g(n)和z(n)代入外部圆跳动误差评定软件系统进行轴向圆跳动评定，即可得到第一个测量圆周上剔除了主轴回转误差的待测工件2的轴向圆跳动值；

5)将整个测量平面分为M个测量圆周，将其中第i个测量圆周标号为“i”，其中i＝1，L，M，按照上述步骤1)至步骤4)中所述的测量标号为“1”的第一个测量圆周的单转位轴向圆跳动误差分离方法，依次测得标号为i＝1，L，M的各测量圆周的综合误差A_i(n)和B_i(n)，经轴向圆跳动评定系统得出i＝1，L，M各测量圆周上剔除了主轴回转等误差的工件轴向圆跳动值序列{g_i(n)}；

6)将上述轴向圆跳动值序列{g_i(n)}代入外部全跳动误差评定软件系统，即可获得工件被测端面的全跳动值，完成全跳动测量。