CN102175207A - 一种基于反向和多传感器法结合的高精度圆度检测方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种基于反向和多传感器法结合的高精度圆度检测方法，制作两个具有相同的形状误差圆盘，以其中一个圆盘为基准盘，将另外一个圆盘同轴旋转180度，并相互固定。将固定的两个圆盘同轴放置在圆度仪的测试平台上，并使其与圆度仪的回转中心重回，再将被测工件放置在圆盘上，也使其与圆度仪的回转中心重回，在进行测量时，两个与圆盘相连的传感器间的夹角为180度。这样对于传感器输出的两路组合信号中工件的形状误差是大小相等方向相同，主轴的回转误差则是大小相等方向相反，所以可以分离出主轴的回转误差，在分离出主轴的回转误差后便可知道被测工件的形状误差，从而得到被测工件的圆度。本发明能够精准地测量工件的圆度。

Description

一种基于反向和多传感器法结合的高精度圆度检测方法
技术领域
本发明涉及圆度测量领域，特别是涉及一种基于反向和多传感器法结合的高精度圆度检测方法。
背景技术
圆度精度是衡量圆柱形零件形状精度的重要指标之一，误差的大小将严重影响其工作性能。目前用于测量圆度误差的器具有多种，其中比较典型的是圆度仪，在圆度仪上测量零件的圆度误差的方法是圆度仪测头绕被测工件一周的示值即认为是被测工件的圆度误差。对大部分机械设备而言，由于圆度仪主轴本身的回转误差相对于被测工件的圆度误差非常小，故可忽略不计。但是对于高精度的零件，如当精度难以满足需要，而寄希望于无限度地提高测量仪器自身运动精度是困难的也是不现实的，因而需要新的测量方法。
20世纪60年代发展起来的误差分离技术(Error Separation Technique，简称“EST”)，由于能够将被测工件的形状误差与回转轴的回转误差相分离。由此可以在不提高测量仪原有制造精度的前提下，大幅度提高测量精度。圆度测量误差分离方法大体可分两类：一是多测头法，如三点法、两点法、四点法、复合三点法等；二是转位测量法：如多步转位法、反向法、两步法等。在某些特殊场合，由于结构及安装空间的限制，难以安装3个以上测量传感器，使得多侧头法安装困难。而转位法在实施过程中被测零件需要转位，且转位过程中存在转位和定位误差，此外用转位法进行测量时还存在谐波抑制问题，且测量周期长，易受周围环境的影响。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种基于反向和多传感器法结合的高精度圆度检测方法，能够精准地测量工件的圆度。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：提供一种基于反向和多传感器法结合的高精度圆度检测方法，包括以下步骤：
(1)制作两个形状误差相同的圆盘，并相叠放置，使两个圆盘在相同的位置有相同的径向误差；
(2)将两个圆盘中的一个圆盘作为基准盘，另一个圆盘绕着圆心旋转180°作为变动盘，并上下固定在一起；
(3)将固定在一起的两个圆盘放置在圆度仪的测量平台上，并使两个圆盘的圆心与圆度仪的主轴回转中心重合；
(4)将被测工件放置在被固定在一起的两个圆盘上，并使被测工件的圆心与圆度仪的主轴回转中心重回；
(5)两个圆盘和被测工件分别与各自的传感器相连，其中，两个与圆盘相连的传感器的夹角为180°；
(6)运行圆度仪进行测量，通过两个测量圆盘的传感器采集到的信号得到圆度仪的主轴回转误差，再根据测量被测工件的传感器采集到的信号和主轴回转误差得到被测工件的形状误差。
所述的步骤(1)中两个形状误差相同的圆盘是上下固定在一起同时进行磨削打磨而成的。
所述的步骤(5)中两个与圆盘相连的传感器分别对准各自圆盘的圆心；与被测工件相连的传感器对准被测工件的圆心。
所述的步骤(6)中两个测量圆盘的传感器采集到的信号分别是V1i＝hi+δi和V2i＝hi-δi，其中，hi为工件形状误差，δi为主轴回转误差；根据
Figure BDA0000048445430000021
可得到主轴回转误差；测量被测工件的传感器采集到的信号是V3i＝εi+δi，其中，εi为被测工件的形状误差。
有益效果
由于采用了上述的技术方案，本发明与现有技术相比，具有以下的优点和积极效果：本发明通过两个具有相同形状误差的圆盘测定圆度仪主轴的回转误差，再分离得到被测工件的形状误差，由于本发明将圆度仪主轴的回转误差分离出去，使测试结果更为精确。本发明即使在圆盘的旋转角度并不是180度，两圆盘之间有圆心不对称的情况下，对误差分离方法的影响很小，因此可以减少多步法测量所需要的时间，避免了引入更多的随机误差，并且由于使用的传感器比多侧头法使用的传感器数目少，也降低了安装难度。
附图说明
图1是使用本发明时圆度仪的示意图。
具体实施方式
下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。
本发明涉及一种基于反向和多传感器法结合的高精度圆度检测方法，包括以下步骤：
(1)制作两个形状误差相同的圆盘，并相叠放置，使两个圆盘在相同的位置有相同的径向误差。在制作两个形状误差相同的圆盘时，可以将两个圆盘上下固定在一起同时进行磨削打磨，这样理论上两个圆盘就具有相同的形状误差。
(2)将两个圆盘中的一个圆盘作为基准盘，另一个圆盘绕着圆心旋转180°作为变动盘，并上下固定在一起形成参考盘，这样就能使两个圆盘的形状误差在相反的位置出现。
(3)将固定在一起的两个圆盘放置在圆度仪的测量平台上，并使两个圆盘的圆心与圆度仪的主轴回转中心重合。也就是说，将固定在一起的基准盘和变动盘放置在圆度仪的测量平台上，为了使测得的结果足够精准，应当使基准盘和变动盘的圆心尽量月圆度仪的主轴回转中心重回。两个圆盘的上下关系不固定，可以是基准盘在上变动盘在下，也可以是变动盘在上基准盘在下。
(4)将被测工件放置在被固定在一起的两个圆盘上，并使被测工件的圆心与圆度仪的主轴回转中心重回。如果基准盘在上，被测工件则放置在基准盘上；如果变动盘在上，被测工件则放置在变动盘上。图1所示的是基准盘在上的情况。
(5)两个圆盘和被测工件分别与各自的传感器相连，其中，两个与圆盘相连的传感器的夹角为180°。将两个测量圆盘的传感器呈180°夹角是为了使传感器输出的两路组合信号中圆盘的形状误差是大小相等方向相同，主轴的回转误差则是大小相等方向相反，所以可以分离出主轴的回转误差。在连接传感器时，两个与圆盘相连的传感器分别对准各自圆盘的圆心，与被测工件相连的传感器对准被测工件的圆心。也就是说，与变动盘相连的传感器对准变动盘的圆心，与基准盘相连的传感器对准基准盘的圆心，与被测工件相连的传感器对准被测工件的圆心。
(6)运行圆度仪进行测量，通过两个测量圆盘的传感器采集到的信号得到圆度仪的主轴回转误差，再根据测量被测工件的传感器采集到的信号和主轴回转误差得到被测工件的形状误差。设两个圆盘的形状误差为hi，主轴的回转误差为δi，传感器在各角度测量时输出的组合信号为Vi，则对于图1中，与基准盘相连的传感器的输出信号V1i＝hi+δi，与变动盘相连的传感器的输出信号V2i＝hi-δi，所以由组合信号V1i和V2i可得到主轴的回转误差
Figure BDA0000048445430000041
对于被测工件设其形状误差为ε，则图1中与被测工件相连的传感器的输出信号V3i＝εi+δi，由于δi可由组合信号V1i和V2i得出，则可以分离得到被测工件的形状误差εi＝V3i-δi，从而得知被测工件的圆度。由上述推导可知，当圆盘的旋转角度并不是180度，两圆盘之间有圆心不对称时，对此误差分离方法影响很小。
不难发现，本发明通过两个具有相同形状误差的圆盘测定圆度仪主轴的回转误差，再分离得到被测工件的形状误差，由于本发明将圆度仪主轴的回转误差分离出去，使测试结果更为精确。采用本发明可以减少多步法测量所需要的时间，避免了引入更多的随机误差，并且由于使用的传感器比多侧头法使用的传感器数目少，也降低了安装难度。

Claims (4)

1.一种基于反向和多传感器法结合的高精度圆度检测方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)制作两个形状误差相同的圆盘，并相叠放置，使两个圆盘在相同的位置有相同的径向误差；
(2)将两个圆盘中的一个圆盘作为基准盘，另一个圆盘绕着圆心旋转180°作为变动盘，并上下固定在一起；
(3)将固定在一起的两个圆盘放置在圆度仪的测量平台上，并使两个圆盘的圆心与圆度仪的主轴回转中心重合；
(4)将被测工件放置在被固定在一起的两个圆盘上，并使被测工件的圆心与圆度仪的主轴回转中心重回；
(5)两个圆盘和被测工件分别与各自的传感器相连，其中，两个与圆盘相连的传感器的夹角为180°；
(6)运行圆度仪进行测量，通过两个测量圆盘的传感器采集到的信号得到圆度仪的主轴回转误差，再根据测量被测工件的传感器采集到的信号和主轴回转误差得到被测工件的形状误差。
2.根据权利要求1所述的基于反向和多传感器法结合的高精度圆度检测方法，其特征在于，所述的步骤(1)中两个形状误差相同的圆盘是上下固定在一起同时进行磨削打磨而成的。
3.根据权利要求1所述的基于反向和多传感器法结合的高精度圆度检测方法，其特征在于，所述的步骤(5)中两个与圆盘相连的传感器分别对准各自圆盘的圆心；与被测工件相连的传感器对准被测工件的圆心。
4.根据权利要求1所述的基于反向和多传感器法结合的高精度圆度检测方法，其特征在于，所述的步骤(6)中两个测量圆盘的传感器采集到的信号分别是V1i＝hi+δi和V2i＝hi-δi，其中，hi为工件形状误差，δi为主轴回转误差；根据
Figure FDA0000048445420000011
可得到主轴回转误差；测量被测工件的传感器采集到的信号是V3i＝εi+δi，其中，εi为被测工件的形状误差。
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