用反向法测轴系回转误差

　　1　引　　言

　　高精度轴系回转误差的测试已成为精密计量学所研究的课题之一。早在70年代,国际机械生产技术研究会计量科学技术委员会(CIPP)就通过了关于轴系回转性能描述和测定方面的文件,其中主要是关于回转轴回转误差的测量问题。国内在高精度回转轴系测试方面的研究开展较早,“全国高精度回转轴系测试基本理论与应用学术讨论会”已召开多次,不少高等院校及科研单位有许多文章论述对回转轴系测试方面的研究。高精度轴系装配之后,为尽快了解到轴系精度,以便对之修研或重新装配,则需用一简便有效方法进行测量。在中科院重大设备改造项目“二元光学元件激光直接写入设备”课题的研制过程中,采用了反向法对轴系的回转精度进行测试,得到了较好结果。该测量结果与后来国家计量院测试的结果基本相符。

　　2　轴系回转误差的检测方法

　　理想的轴系回转运动是不存在的,主轴的实际回转运动与其理论的回转运动之间的差异就是轴系的回转运动误差[1]。轴系回转误差的测量方法有多种,按轴系是否在正常速度运转下测量,有静态测量和动态测量之分;以信号处理方法,又可分为模拟量测量和数字量测量法。此外,还有低速轴系和高速轴系测试之分和超高精度、高精度及精密测试之分等。

　　在高精度轴系测量中一般均采用高精度标准球。标准球由托架支撑,放在轴系的顶端,精密调整标准球与轴系回转中心的偏心,即可用测量传感器测回转轴系的精度。这种测量方法一般都存在标准球自身的圆度误差和标准球与轴系的偏心差。所以在测量数据的处理中必须采用误差分离技术(EST)。

　　EST的方法很多,常用的有反向法、多步法、多测头法和三测头同方位同步测量法[2]。反向法的优点是:仅需一个传感器、测试系统较易调整、数学原理简单、可直接在时域内处理。本文论述了用反向法测气浮轴系回转误差,并对测量结果进行了数据处理。

　　3　反向法测轴系回转误差

　　反向法测量原理如图1所示,先按图1(a)进行一次测量,再按图1(b)进行第二次测量,这时已将基准球及传感器都相对于轴转过了180°。其信号关系为:

　　P(i)——测量球的形状误差

　　S(i)——轴的回转误差

　　T(i)——测微仪读数值。

　　由此可分别求得r(θ)及x(θ)。考虑球偏心的影响,可以采用计算消偏法进行消偏,动态测试中,一般采用快速傅立叶变换来消除直流分量及测量球安装偏心,其算法为[3-4]:

　　其中,

　　f-1m(i)——翻转前m圈数据平均;

　　f-2m(i)——翻转后m圈数据平均;