一种无标准棒的精密主轴径向跳动测量方法及装置.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN113670196A(43)申请公布日2021.11.19(21)申请号202110843765.1(22)申请日2021.07.26(71)申请人杭州电子科技大学地址310018浙江省杭州市下沙高教园区2号大街(72)发明人王文吕天硕杨贺陈占锋王传勇卢科青桑志谦时光孙涛王瑞金许凯飞(74)专利代理机构杭州君度专利代理事务所(特殊普通合伙)33240代理人陈炜(51)Int.Cl.G01B11/00(2006.01)权利要求书2页说明书4页附图2页(54)发明名称一种无标准棒的精密主轴径向跳动测量方法及装置(57)摘要本发明公开了一种无标准棒的精密主轴径向跳动测量方法及装置。目前，主轴径向跳动测量常使用标准棒，会在测量系统中引入圆度误差和安装偏心误差。该精密主轴径向跳动测量装置包括激光器安装圆盘、激光器和CMOS传感器。激光器安装圆盘固定在主轴端面上。所述的激光器安装在激光器安装圆盘上。所述的CMOS传感器平面垂直于主轴轴线，且设置在激光器安装圆盘的外侧。本发明通过CMOS传感器与跟随主轴转动的激光器相配合，能够直接获取主轴的径向跳动，测量过程中不需要使用标准棒，故能够避免常用测量方法所需要的偏心误差分离和圆度误差分离技术环节，提高了测量效率。CN113670196ACN113670196A权利要求书1/2页1.一种无标准棒的精密主轴回转误差测量方法，其特征在于：步骤一、在主轴上偏心安装激光器(5)，并设置CMOS传感器(6)；CMOS传感器(6)用于检测跟随主轴转动的激光器(5)射出的激光；激光器(5)启动，主轴带动激光器(5)旋转，CMOS传感器(6)检测激光器(5)跟随主轴转动至不同位置时射出的激光，得到激光轨迹数据集P＝[xi,yi]，i＝1,2,3,…,n；n为激光轨迹数据集P的数据点个数；步骤二、建立目标函数M(a,b,c)如下：其中，a、b、c为目标函数的三个参数；xi、yi分别为激光轨迹数据集P中的第i个数据点的X轴坐标、Y轴坐标；对目标函数M(a,b,c)求偏导，并令其偏导取0，得到方程式如下：求解得到参数a、b、c；步骤三、计算最小二乘圆的圆心坐标(X0,Y0)，最小二乘圆半径R0如下：X0＝‑0.5aY0＝‑0.5b步骤四、计算激光轨迹数据集P中各个数据点到参考圆圆心O的距离Ri如下：步骤五、计算主轴径向跳动峰值Epeak和谷值Evalley；Epeak＝max(Ei)Evalley＝min(Ei)其中，Ei＝Ri‑Ro，i＝1,2,...,n；步骤六、计算主轴转动的圆度误差Eround＝Epeak‑Evalley。2.根据权利要求1所述的一种无标准棒的精密主轴回转误差测量方法，其特征在于：所述的激光轨迹数据集P包含激光传感器转动一圈时，CMOS传感器(6)检测到的所有数据点。3.一种无标准棒的精密主轴回转误差测量装置，其特征在于：包括激光器安装圆盘(3)、激光器(5)和CMOS传感器(6)；激光器安装圆盘(3)固定在主轴端面上；所述的激光器(5)偏心安装在激光器安装圆盘(3)的端面；所述的CMOS传感器(6)的检测面垂直于主轴轴线，且设置在激光器安装圆盘(3)的外侧。4.根据权利要求3所述的一种无标准棒的精密主轴回转误差测量装置，其特征在于：所述的激光器(5)与激光器安装圆盘(3)之间设置有激光器夹具；激光器安装圆盘(3)的外侧2CN113670196A权利要求书2/2页面偏心开设有凹槽；激光器(5)夹具与凹槽转动连接，且能够锁紧；激光器(5)夹具能够通过转动来调节激光器(5)的发射方向。5.根据权利要求3所述的一种无标准棒的精密主轴回转误差测量装置，其特征在于：所述CMOS传感器(6)的检测过程如下：CMOS传感器(6)的曝光时间设置为主轴的旋转周期，曝光一次将记录下主轴回转一周时CMOS传感器(6)检测到的各数据点坐标；利用各数据点坐标计算主轴的径向跳动。3CN113670196A说明书1/4页一种无标准棒的精密主轴径向跳动测量方法及装置技术领域[0001]本发明属于精密测量技术领域，具体涉及一种不使用标准棒的精密主轴径向跳动测量方法及装置。背景技术[0002]机械工业装备的水平和质量，直接影响国民经济各部门生产技术水平和经济效益。近代工业发展迅速，各科技领域的进步都需要制造业支持。目前机床的加工精度要求已逐步向纳米级水平迈进，即超精密加工。精密机床是加工精密零件的必要条件，影响机床加工精度的因素有很多，其中最为关键的是机床的核心部件—精密主轴。有实验研究表明：主轴回转误差对精密机床加工零件精度的影响大约占了所有因素的30％至70％，并且机床精度等级越高，主轴回转误差影响所占比例就越大。径向跳动是主轴回转误差最主要的成分。