[发明专利]基准球安装偏心信号的消除判别方法及装置

说明书

该方法及其装置属于轴系动态回转精度测量中的消偏技术及装置，也即为回转轴误差运动测量技术中基准球安装偏心信号的消除和消除效果的判别方法及其装置，在该技术中，基准球安装偏心信号的消除与其效果的判别是一项不可分割的技术。

在回转轴误差运动测量技术中，回转轴的轴线（或称中心线）是一根理想的抽象了的直线，实际测量中必须以具体的物体代表该理想轴线或其上一点，代表该理想轴线或其上一点的物体被称为基准体或基准元件。对于基准元件要求很精确，与测量精度相比其误差可忽略不计。由于钢球的表面几何精度可以做得很高，其形状误差可以做得＜0.1微米，并且可以从大批生产的钢球中挑选精化，所以现有技术中，多数采用精密钢球作为测量基准元件，并以非接触式传感器检测轴系动态回转精度-回转轴误差运动。由于基准球的安装偏心将对回转轴误差运动测量精度带来严重影响，为此消除基准球的安装偏心或消除偏心给测量结果带来的影响是该测量技术的关键之一。

消除基准球安装偏心采用的机械装置通常如图一所示，基准球偏心微调是通过四只调节螺钉（3）的旋动，使摆动板（4）依靠球支承（5）实现角摆动，从而改变基准球（2）的中心位置，但这种机械调偏方法和装置的效率及消偏效果都较差，消偏结果一般可达3～4微米，最高仅达1微米左右。因此国内外常采用电讯号的消偏技术来消除基准球安装偏心信号对测量结果的不利影响，目前常用的方法如下：

1、滤波法：利用带阻滤波器来滤除偏心信号，并从滤波器示屏上直接观察消偏效果，但该方法存在如下明显缺点：a）带阻滤波器有一定的频宽，从而可以滤去偏心误差，也可以滤去一部分有用误差信号。b）基准球安装偏心信号是回转轴同步的一次谐波信号，该法不能区分基准球的安装偏心信号和被测轴误差运动中一次谐波分量。c）带阻滤波器幅频特性及相频特性的影响，将给回转轴的误差运动信号带来危害，影响其测量精度。d）滤波器的特性总是根据绝对时标来定的。因此，当被测轴转速改变时，或其转速波动时对滤波器工作特性能否适应存在问题，对于无级变速的轴系其滤波器工作特性更是无法适应。

2、双基园产生电信号的补偿消偏判别法;其补偿讯号是从安装在回转轴前端的二只偏心盘产生的，该法结构累赘，调整费时，精度不高，故采用者甚少。

3、快速符里叶变换计算消除法：由于该方法存在符里叶变换的固有偏畸和泄漏等原理误差，其计算速度较慢，并且不能区分偏心信号e与误差运动中的一次谐波。

4、直角坐标系统消偏判别法：即把含有基准球偏心信号e的回转轴误差运动信号（δ+e）（注：其中δ为回转轴的单纯误差运动信号）送入双线示波器A通道，把同步信号送入双线示波器B通道，以锯齿波为时基分别展开上述A、B通道讯号，调整同步信号的幅度与相位，然后将A、B通道讯号相加，当结果在双通示波器视屏上趋近一直线时，或宽度最小时则消偏效果为最好。

如上所述的现有技术中，前三种方法已很少应用，第四种采用直角坐标双线示波器消除判别法在测量精度不是很高情况下，仍有实用价值。由于这种消偏方法在偏心E与被测轴系误差运动为同一数量级时，基准球的偏心信号e与同步信号之间不能匹配到适当精度;同时，当测量小于1微米的主轴误差运动时，则基准球的偏心将对测量结果影响显著增加，而机械调偏又不可能使基准球的偏心调整得很小。因此，现有技术中还没有一种较完善的方法，既可适用0.1微米高精度的轴系动态误差测量，同时也不能保证偏心E对测量精度的影响小于1%。上述的直角坐标系统消偏判别法中，主要存在如下缺陷：

1、调整同步信号的相位和幅度必须在机床上进行，观察（δ+e）信号是在示波器上分别进行的，所以观察调整不便也影响精度。

2、直角坐标法的图形回扫引起观察到图形是不连续的，且每次观察到的图形是不同的局部，每次观察到的图形变化较大，很难判断消偏效果，所以调整费时且精度很差。

3、由于图形只用宽度变化来反映消偏效果，而图形本身宽度也有瞬时变化，对消偏效果的反映灵敏度差，判断困难，只能大致估计判断。

4、直角坐标判别法与轴系回转概念及轴系加工对象的元度测量很不直观一致。

为了克服上述现有消偏方法及装置的缺陷，消除基准球安装偏心对轴系误差运动测量的影响，提高轴系测量精度是本发明的主要目的，同时在消偏判别过程中，还要求充分保留回转轴误差运动信号的原有性质，使误差运动信号不受干扰破坏;并要求消偏判别方法与轴系回转概念以及轴系加工对象的元度测量一致。