[发明专利]一种用圆光栅及自准直仪测量主轴回转误差的装置及方法

摘要

本发明属于精密机械误差领域，公开了一种用圆光栅及自准直仪测量主轴回转误差的装置及方法。该测量装置由安装在主轴上的一套双读数头圆光栅、贴在轴底端的平面镜及一套自制自准直仪组成。当主轴存在径向回转误差时，结合圆光栅测得的径向运动误差，及自准直仪测得的偏摆误差，便可计算出轴上任意一点的径向回转误差，进而分析轴在旋转过程中的运动状态。采用本发明的结构可消除主轴圆度、表面粗糙度及主轴所受负载的变化对测量结果的影响。同时，本装置亦可实现主轴回转角度的高精度定位。

主权项

1.一种测量主轴回转误差的方法，其特征在于，采用一种圆光栅及自准直仪测量主轴回转误差的装置，包括主轴(2)、环形平面镜(6)、圆光栅(3)、法兰盘(8)、锁紧螺母(9)、连接板(11)、转台(12)、光学平台(13)、自制自准直仪(5)、光栅读数头A(4)、光栅读数头B(7)；所述环形平面镜(6)套在主轴(2)上，以轴肩一端定位，其侧面用液体胶固定；圆光栅(3)为圆环形，通过螺钉固定在法兰盘(8)上，法兰盘(8)从轴的另一端套在主轴上，同样以轴肩定位并通过锁紧螺母(9)固定；光栅读数头A(7)和光栅读数头B(4)对径设在圆光栅两侧；自制自准直仪(5)中激光器(5-1)的轴线与光栅读数头A(4)和光栅读数头B(7)的连线平行，且激光器发出的光线(5-3)经直角反射镜(5-4)反射后落在环形平面镜(6)上；所述自制自准直仪包括激光器(5-1)、PBS分光镜(5-2)、激光光线(5-3)、直角反射镜(5-4)、凸透镜(5-5)、四象限光电探测器(5-6)、调整架(5-7)；激光器(5-1)、PBS分光镜(5-2)、直角反射镜(5-4)共线设置，调整架(5-7)用于调整直角反射镜的距离，令激光反射到环形平面镜(6)上；凸透镜(5-5)、四象限光电探测器(5-6)共线且垂直于激光光线(5-3)的光路，位于PBS分光镜(5-2)一侧；/n具体方法包括以下步骤：/n步骤1，标定安装误差/n步骤1-1：将圆光栅(3)固定在法兰盘(8)上，之后将其作为一个整体固定在主轴(2)的右侧轴肩位置；在主轴(2)的左侧轴肩位置粘贴一环形平面镜(6)；/n步骤1-2：将装好圆光栅和平面镜的主轴(2)用顶尖A(1)和顶尖B(10)进行轴向固定；/n步骤1-3：将光栅读数头A(4)和B(7)对径安装在圆光栅两侧；将自制自准直仪(5)固定在主轴(2)左侧位置，使激光器(5-1)轴线与两光栅读数头连线平行，并使得激光光线(5-3)经直角反射镜(5-4)反射后打在环形平面镜(6)上；/n步骤1-4：从光栅的零位开始，匀速转动主轴一圈，并记录光栅读数头和自制自准直仪的数值；/n步骤1-5：光栅安装偏心误差标定；由光栅读数头A和B的读数差值，计算出主轴旋转一周各点的径跳，即为光栅相对于顶尖孔连线的偏心量；/n步骤1-6：镜面与顶尖孔连线不垂直误差标定；主轴由顶尖孔定位，其顶尖孔连线在主轴旋转过程中固定不动，在步骤1-4旋转主轴一周过程中，自制自准直仪所测得的角度变化即为镜面与顶尖孔连线的不垂直度；/n步骤2：主轴运动状态检测/n步骤2-1：将主轴连同标定好的圆光栅及平面镜作为一个整体装入工作框架中，其中各部件相对位置关系与标定时一致；/n步骤2-2：主轴径向误差测量；工作过程中，光栅读数头A、B的读数均由主轴转过的绝对角度、光栅安装偏心引起的角度误差和主轴径跳引起的角度误差三部分组成；由光栅读数头A和B的读数和步骤1-5标定的光栅安装偏心量计算出主轴的径跳以及主轴转过的绝对角度；/n步骤2-3：主轴偏摆角测量；工作过程中自制自准直仪读取的角度为主轴旋转产生的偏摆角以及镜面与轴线不垂直引起的角度变化之和；其中镜面与轴线不垂直引起的角度变化已在步骤1-6中标定，故得到主轴旋转产生的偏摆角；/n步骤2-4：主轴状态分析；由主轴上一点在旋转过程中的径跳及主轴沿此方向的偏摆角，计算出主轴上各点在此方向上的径跳。/n