[发明专利]一种改进型三点法回转误差、圆度误差计算方法

说明书

技术领域

本发明涉及机床等精密旋转机械的回转误差测量,或者圆柱类零件的圆度误差测量，尤其涉及一种改进型三点法回转误差、圆度误差计算方法。

背景技术

机床主轴回转误差是衡量机床性能的重要指标，是影响加工精度的主要因素。主轴回转误差的测量技术对精密机床的发展有着重要作用。精密离心机主轴的回转误差也是影响精密离心机工作性能的主要因素。因此主轴回转误差的精确测量技术长期以来引起众多学者的关注，他们运用不同的技术、手段对其进行了长期、深入的研究，产生了多种多样的测量方法。

主轴的回转误差包括轴向回转误差和径向回转误差。轴向回转误差的测量相对比较简单，只需在主轴端面放置微位移传感器，进行一维位移量的测量即可。因此主轴回转误差测量技术的研究焦点一直集中在径向误差的精确测量上。

主轴回转径向误差通过精密圆柱来测量，让主轴回转，用设置在圆柱外的几个位移传感器测量圆柱表面径向位移，这样圆柱的形状误差不可避免地进入了位移传感器数据，影响了对回转误差的测量。

圆柱零件的形状误差测量，通常也是利用精密转轴带动圆柱零件旋转来测量。办法与测量主轴回转误差相同，让主轴回转，用布置在圆柱外的几个位移传感器测量圆柱表面径向位移，此时精密转轴的回转误差不可避免地进入了位移传感器的数据，影响了零件的圆度形状误差。

常见的圆度误差分离技术有圆度三点法、混合二点法、时域三点法等，不论你是想得到回转误差还是形状误差，都涉及从测试数据中分离出形状误差和回转误差。如果能把回转误差和圆柱形状误差精确分离，将会有效提高回转误差、形状误差的测量精度。

发明内容

本发明的目的就在于为了解决普通三点法忽略形状误差一阶分量的缺陷,提出一种改进型三点法回转误差、圆度误差计算方法。在普通三点法的基础上，通过获得形状误差一阶分量的办法和回转误差2阶分量乘2办法,把从三点传感器测得数据分离出来，使得回转误差和圆度误差的精度显著提高。

为了达到上述目的，本发明采用了以下技术方案：

本发明包括三个位移传感器，三个所述传感器布置在圆柱零件外侧且分布在同一截面，所述转轴带动圆柱零件顺时针旋转，转角为θ表示，转角为θ取离散量i*dθ(i=0,1,2…n-1,n是光栅编码器的线数)，三个位移传感器的输出为第一传感器输出量S1(θ)、第二传感器输出量S2(θ)、第三传感器输出量S3(θ)，其特征在于：包括以下步骤：

步骤1：对第一传感器输出量S1(θ)、第二传感器输出量S2(θ)、第三传感器输出量S3(θ)进行三点法分离算法，得出一次形状误差r(θ)

步骤2：分别对第一传感器输出量S1、第二传感器输出量S2、第三传感器输出量S3进行周期拓展后得出第一传感器平移输出量S1a、第二传感器平移输出量S2a、第三传感器平移输出量S3a。

步骤3：对三个平移输出量进行相加平均得出平均平移输出量V11=(S1a＋S2a＋S3a)/3，对所述平均平移输出量V11做傅立叶变换后，保留一阶分量，做逆傅立叶变换，取其实部，作为形状误差r(θ)的第一阶分量的近似值r1_1(θ)，第一阶分量近似值r1_1(θ)与所述一次形状误差值r(θ)相加后得出二次形状误差值ra(θ)，根据二次形状误差值ra(θ)，通过三点回差算法计算出一次回转误差分量xa（θ）、ya（θ）；

步骤4：把一次回转误差分量xa（θ）、ya（θ）合成为一次回转误差幅值hz1（θ），对hz1（θ）做傅立叶变换,对其二阶分量的幅值乘以2后做逆傅里叶变换得到二次回转误差幅值hz2（θ），根据二次回转误差幅值hz2（θ）分解得到二次回转误差分量xb（θ）、yb（θ），根据二次回转误差分量xb（θ）、yb（θ）通过三点回差算法计算二次形状误差rb（θ）；

本发明的有益效果在于：

本发明通过对三个传感器信号的平移和加权平均，并利用频域滤波，有效获得了形状误差的一阶分量，解决了原三点法不能获得形状误差一阶分量的缺陷.使用该法可明显改善形状误差与回转误差的分离精度.仿真表明,无随机干扰情况下，分离出的误差与原误差的差异在10^-8量级。比原三点法算法提高一个数量级，有效提高分析仪的精度。

附图说明

图1是本发明的一种改进型三点法回转误差的方法的流程示意图；

图2是本发明的有噪声算法效果比较表；

图3是本发明的无噪声算法效果比较表；

图4是本发明的模拟三个所述传感器的输出表。

图5本发明的原形状误差和改进型形状误差幅值比较图。