数字滤波技术在圆度测量中的应用

   1 引言

   滤波特性是圆度仪的一项重要性能指标,但由于技术上的原因,至今尚无统一的滤波性能评定标准。传统的圆度仪产品大都采用RC模拟滤波电路,这种滤波方式使测量精度的提高受到限制,且仪器调整繁琐。此外,由于各种圆度仪的设计参数不同,其滤波特性差异较大,使各自的测量结果无法进行相互比对,也难以对测量数据进行最小化处理。下表为几种常用型号圆度仪的滤波参数。

    2 数字滤波原理

    根据数学原理,任意周期函数Y=f(H)均可变换为富氏级数,即

    数字滤波(也称为数字窗)实质上就是利用计算机对所需范围内的谐波进行叠加的一种程序滤波技术。如设定谐波叠加范围(窗口通带)为1~50阶,则变换后的函数为

    Yc与圆度仪的1-50滤波特性完全对应,据此即可实现圆度仪的数字滤波。由于数字滤波器的通带宽度可以任意设定,因此可以根据测量需要方便、灵活地调整滤波参数,与模拟滤波器相比,滤波精度可大大提高。

    3 快速数字化圆度测量系统

    应用数字滤波技术研制开发的快速数字化圆度测量系统框图如图1所示。

    传感器接入由固定频率振荡器供电的测量电桥,测量电桥的输出为具有固定频率的调幅波,其幅值与传感器位移量成正比,经放大器放大并经相敏检波器检波后输出与传感器位移成正比的电信号。在采用传统模拟电路的圆度测量系统中,该电信号要经过RC滤波器滤波和直流功放放大,最后打印输出到记录纸上,然后用对心模板对圆度误差进行人工评定。由于模拟滤波电路精度不高,加上存在人为判读误差,使圆度测量精度难以提高。而在快速数字化圆度测量系统中,可直接将与传感器位移成正比的电信号用高速高精度A/D转换器读入计算机,采用数字滤波技术对测量信号进行灵活、精确的滤波,然后采用根据国家标准要求的四种圆度误差评定方法编制的评定软件进行计算评定,最后将评定结果直接显示或打印出来,这样就大大提高了测量精度和测量效率。

    图2为传统的RC滤波器与数字滤波器的滤波特性比较。可以看出,数字滤波特性明显优于传统的RC模拟滤波特性。此外,采用数字滤波技术的数字化圆度测量系统可配接到任一型号的圆度仪上,从而可在相同测试条件下对圆度仪机械部分的性能进行较为准确的评定。

    4 结语

    我们将数字滤波技术应用于HYQ-14B型圆度仪上,显著改善了仪器的测量性能,提高了测量精度和测量效率,基本实现了圆度、圆柱度及同轴度误差的最小化处理,圆度及圆柱度图形可以不同角度在屏幕上显示。