高精度圆度仪误差分离装置研制及测量不确定度分析

　　0　引言

　　科技的发展,对圆度检测提出了越来越高的要求,如静电悬浮陀螺转子圆度就要求在0.01Lm以内,而目前高精度圆度仪自身径向精度也只能达到0.02Lm(德国FAG FMS4210)。为了测量更高精度的精密零件的圆度误差,就必须突破圆度仪主轴径向误差的限制,误差分离技术的应用为解决这一问题提供了很好的办法,即在测量结果中分离出主轴径向误差,可进一步提高圆度仪的测量不确定度。笔者运用程控型多齿分度台和圆度仪组合的方法,组建了误差分离装置。圆度仪实现采集数据,多齿分度台实现测量过程中自动转位,数据处理由专用的软件系统来完成。整个过程由一台计算机管理,实现全自动误差分离。所用圆度仪器为英国泰勒公司的TALYROND300型,其自动转位间隔为0.5°。

　　1　分离原理

　　误差分离原理采用多次转位平均法。即以主轴相对于工作台某固定位置为起始点,每周测量完成后,工件相对于主轴上参考点转过W角(分度转位角),共转位m次,第m次位置与初始位置重合,转位情况如图1示(m=12,W=30°),其中W=2π/m。

　　每一测回的平均值分别为V0(θi),V1(θi),…,Vm-1(θi),i=0,1,…,N-1,其中N为采样点数,则第k次转位的测量结果为

　　式中:ψ=360°/m;采样间隔角为Δ=360°/N,则θi=i·Δθ;ψk=kW,k=0,1,…,m^-1,R为轴系误差的估计值;M(θi)为工件回转误差的估计值。

　　将(1)式展开的各式相加得

　　将上式除以m,得

　　若有为一小值,据文献[1]谐波分析数据估计其占测量结果的1/15～1/20,为0.0012μm),则轴系误差的估计值为

　　工件回转误差的估计值为

　　2　分离装置及分离过程

　　整个测试装置如图2所示。程控齿盘放置在圆度仪台面上,标准玻璃半球放在程控齿盘上。首先调整标准球与程控齿盘回转轴线偏心,直到偏心量小于0.5μm,然后再调整标准半球相对圆度仪主轴的偏心,使偏心量也小于0.5μm。通过计算机使程控齿盘在零位啮合,同时圆度仪工作台开始旋转(6r/min),待主轴转动平稳后,发指令开始采集数据,如果圆度数据超差(本程序设置圆度测得值不大于0.09μm为有效)则重测,然后保存有效数据;一测回完成后,计算机向程控齿盘发出指令,使程控齿盘自动起降和转位,转过30°后啮合,待转动平稳后,圆度仪开始采集第二测回数据。重复以上步骤,直到完成第十一次转位即可。通过编制专用数据处理程序,把以上12组数据按式(1),(2)计算,就可以从测量结果中分离出圆度仪主轴回转误差和工件圆度误差。