CN115112052A - 一种转台测量回转基准角摆误差同步监测装置及补偿方法 - Google Patents

一种转台测量回转基准角摆误差同步监测装置及补偿方法 Download PDF

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Abstract

一种转台测量回转基准角摆误差同步监测装置及补偿方法，它涉及一种误差同步监测装置及补偿方法。本发明为了解决高端回转装备和超精密回转体标准器在几何误差测量时未考虑由于转台角摆误差造成的回转轴线偏移，造成几何误差测量精度降低，且现有角摆误差测量不能实现同步监测和补偿的问题。本发明所述同步监测装置包括横臂、超精密电感测头、垂直立柱导轨、伸缩活动杆、CCD板、激光发生器、转台、角度监测器和基座；垂直立柱导轨和转台并排设置在基座上，垂直立柱导轨的下端与基座固定连接，垂直立柱导轨沿长度方向的中心线与基座的上表面垂直，横臂安装在垂直立柱导轨上。本发明属于工件几何参数测量误差补偿领域。

Description

一种转台测量回转基准角摆误差同步监测装置及补偿方法
技术领域
本发明涉及一种误差同步监测装置及补偿方法，属于工件几何参数测量误差补偿领域。
背景技术
高端回转装备如航空发动机转子、机匣、涡轮轴以及超精密回转体零件如圆柱度标准器、同轴度标准器、模拟转子、针规等在加工制造和测量标定时需要极高的测量精度。目前常用的测量装置是以气浮转台为回转基准进行测量，但转台由于气压、负载等原因在测量时会造成测量基准轴线发生偏移，引起测量回转轴和转台几何轴线偏差并引入角摆误差，造成高端回转装备和超精密回转体零件测量精度降低，影响回转体零件同轴度测量精度，进而造成高端回转装备和制造、装配误差以及标准器精度降低，影响其动力学性能。
高端回转装备和超精密回转体标准器在几何误差测量时未考虑由于转台角摆误差造成的回转轴线偏移，造成几何误差测量精度降低。且目前角摆误差测量不能实现同步监测和补偿。因此，在圆度、圆柱度、同轴度、偏心等几何参数测量时进行角摆误差同步监测和补偿，对提升高端回转装备和超精密回转体标准器测量精度具有重大意义。
发明内容
本发明为解决高端回转装备和超精密回转体标准器在几何误差测量时未考虑由于转台角摆误差造成的回转轴线偏移，造成几何误差测量精度降低，且现有角摆误差测量不能实现同步监测和补偿的问题，进而提出一种转台测量回转基准角摆误差同步监测装置及补偿方法。
本发明为解决上述问题采取的技术方案是：本发明所述同步监测装置包括横臂、超精密电感测头、垂直立柱导轨、伸缩活动杆、CCD板、激光发生器、转台、角度监测器和基座；垂直立柱导轨和转台并排设置在基座上，垂直立柱导轨的下端与基座固定连接，垂直立柱导轨沿长度方向的中心线与基座的上表面垂直，横臂安装在垂直立柱导轨上，且横臂沿长度方向的中心线与基座的上表面平行，横臂能沿垂直立柱导轨上下直线移动，超精密电感测头安装在横臂靠近转台一端的端部，活动伸缩杆安装在垂直立柱导轨的上部，活动伸缩杆沿长度方向的轴线与基座的上表面平行，CCD板安装在活动伸缩杆上，且CCD板位于转台的上方，激光发生器安装在转台上，且激光发生器与CCD板上下对应，角度监测器安装在基座内。
进一步的，CCD板是面阵列式CCD板。
本发明所述补偿方法的具体步骤如下：
步骤一、将回转件放置在转台上，调节超精密电感测头与回转件上测量截面的接触距离，确保回转件的测量截面与超精密电感测头的测头之间的距离在超精密电感测头的测量范围之内；
步骤二、将激光发生器安装在转台上，打开激光发生器产生转台静止时光束轨道，其在CCD板上的投影为s；
步骤三、转台匀速转动一圈，激光发生器跟随转台转动产生转动后光束轨道，其在CCD板上的投影至转台中心的距离为ri，i表示转台转过角度，由角度监测器计数；
步骤四、转台测量角度为i°时，转台由于角摆误差在高H处产生的距离测量误差为ri-s；因此，转台角摆为：
θi＝arctan((ri-s)/H)①，
公式中，θi表示转台的角摆；
步骤五、当转台以5r/min运行时，且回转件的测量截面A高度为h时，高端回转装备或超精密回转体标准器此时的由传感器测得的跳动量为rAi，i表示测量角度，此时由于转台角摆误差产生的跳动测量误差为：
Δri＝h×tanθi②，
回转件截面A轮廓表面距离转台测量回转基准轴线的距离可以表示为：
rAireal＝xAi-Δri③，
公式③中，xAi由超精密电感测头测量得到；
至此，可以实现转台回转基准角摆误差同步监测和补偿，补偿后的数据可以用来评定偏心、圆度、圆柱度、同心度、同轴度等几何参数。
进一步的，步骤三中转台匀速转动的速度为5r/min。
本发明的有益效果是：本发明解决了高端回转装备和超精密回转体标准器在几何误差测量时未考虑由于转台角摆误差造成的回转轴线偏移，造成几何误差测量精度降低，且现有角摆误差测量不能实现同步监测和补偿的问题，进而提出一种转台测量回转基准角摆误差同步监测装置及补偿方法；本发明所述装置和方法操作简单，测量精度高，可实现大型高端回转装备不同测量位置下的角摆误差实时监测，并通过本发明所提补偿方法实现实时测量角摆误差补偿，在快速测量的基础上保留了大型高端回转装备表面轮廓的真实信息，其测量具有高可靠性，高真实性的优势；本发明提供误差消除装置和方法可以实时测量转台角摆误差，进而消除或补偿工件圆度、圆柱度、同轴度、偏心等几何参数测量时引入的角摆误差，提高圆度、圆柱度、同轴度、偏心等几何参数测量精度，有助于高端回转装备和超精密回转体零件加工制造水平以及测量精度的提升。
附图说明
图1是本发明所述同步监测装置的主视图；
图2是本发明所述同步监测装置的立体结构示意图；
图3是角摆回转误差测量评定示意图；
图1和图2中，1-横臂，2-超精密电感测头，3-垂直立柱导轨，4-伸缩活动杆，5-CCD板，6-转台转动后光束轨道，7-转台静止时光束轨道，8-回转件，9-激光发生器，10-转台，11-角度监测器，12-基座。
具体实施方式
具体实施方式一：结合图1和图2说明本实施方式，本实施方式所述一种转台测量回转基准角摆误差同步监测装置包括横臂1、超精密电感测头2、垂直立柱导轨3、伸缩活动杆4、CCD板5、激光发生器9、转台10、角度监测器11和基座12；垂直立柱导轨3和转台10并排设置在基座12上，垂直立柱导轨3的下端与基座12固定连接，垂直立柱导轨3沿长度方向的中心线与基座12的上表面垂直，横臂1安装在垂直立柱导轨3上，且横臂1沿长度方向的中心线与基座12的上表面平行，横臂1能沿垂直立柱导轨3上下直线移动，超精密电感测头2安装在横臂1靠近转台10一端的端部，活动伸缩杆4安装在垂直立柱导轨3的上部，活动伸缩杆4沿长度方向的轴线与基座12的上表面平行，CCD板5安装在活动伸缩杆4上，且CCD板5位于转台10的上方，激光发生器9安装在转台10上，且激光发生器9与CCD板5上下对应，角度监测器11安装在基座12内。
本实施方式中CCD板5和角度监测器11的信号输出端均与数据处理系统的信号输入端连接；在转台10高度为H处安装有面阵列CCD感光元件，转台10轴系安装有角度读取光栅。
具体实施方式二：结合图1和图2说明本实施方式，本实施方式所述一种转台测量回转基准角摆误差同步监测装置的CCD板5是面阵列式CCD板。其它组成及连接关系与具体实施方式一相同。
具体实施方式三：结合图1和图2说明本实施方式，本实施方式所述一种转台测量回转基准角摆误差补偿方法的具体步骤如下：
步骤一、将回转件8放置在转台10上，调节超精密电感测头2与回转件8上测量截面的接触距离，确保回转件8的测量截面与超精密电感测头2的测头之间的距离在超精密电感测头2的测量范围之内；
步骤二、将激光发生器9安装在转台10上，打开激光发生器9产生转台10静止时光束轨道7，其在CCD板5上的投影为s；
步骤三、转台10匀速转动一圈，激光发生器9跟随转台10转动产生转动后光束轨道6，其在CCD板5上的投影至转台10中心的距离为ri，i表示转台10转过角度，由角度监测器11计数；
步骤四、转台10测量角度为i°时，转台10由于角摆误差在高H处产生的距离测量误差为ri-s；因此，转台10角摆为：
θi＝arctan((ri-s)/H)①，
公式1中，θi表示转台10的角摆；
步骤五、当转台10以5r/min运行时，且回转件8的测量截面A高度为h时，高端回转装备或超精密回转体标准器此时的由传感器测得的跳动量为rAi，i表示测量角度，此时由于转台角摆误差产生的跳动测量误差为：
Δri＝h×tanθi②，
回转件8截面A轮廓表面距离转台测量回转基准轴线的距离可以表示为：
rAireal＝xAi-Δri③，
公式③中，xAi由超精密电感测头2测量得到；
至此，可以实现转台回转基准角摆误差同步监测和补偿，补偿后的数据可以用来评定偏心、圆度、圆柱度、同心度、同轴度等几何参数。
具体实施方式四：结合图1和图2说明本实施方式，本实施方式所述一种转台测量回转基准角摆误差补偿方法的步骤三中转台10匀速转动的速度为5r/min。
实施例
以圆度为例说明
转台回转基准角摆误差补偿前和补偿后回转件轮廓数据如下表所示。
Figure BDA0003743132110000041
Figure BDA0003743132110000051
转台回转基准角摆误差补偿前回转件轮廓坐标可以表示为：
Figure BDA0003743132110000052
转台回转基准角摆误差补偿后回转件轮廓坐标可以表示为：
Figure BDA0003743132110000053
经最小二乘法评定后，转台回转基准角摆误差补偿前回转件测量轮廓圆度为0.059mm，转台回转基准角摆误差补偿后回转件测量轮廓圆度为0.020mm。由此可见，本发明可以实现转台测量回转基准角摆误差同步监测和补偿。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内，当可利用上述揭示的技术内容做出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案内容，依据本发明的技术实质，在本发明的精神和原则之内，对以上实施例所作的任何简单的修改、等同替换与改进等，均仍属于本发明技术方案的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种转台测量回转基准角摆误差同步监测装置，其特征在于：所述一种转台测量回转基准角摆误差同步监测装置包括横臂(1)、超精密电感测头(2)、垂直立柱导轨(3)、伸缩活动杆(4)、CCD板(5)、激光发生器(9)、转台(10)、角度监测器(11)和基座(12)；垂直立柱导轨(3)和转台(10)并排设置在基座(12)上，垂直立柱导轨(3)的下端与基座(12)固定连接，垂直立柱导轨(3)沿长度方向的中心线与基座(12)的上表面垂直，横臂(1)安装在垂直立柱导轨(3)上，且横臂(1)沿长度方向的中心线与基座(12)的上表面平行，横臂(1)能沿垂直立柱导轨(3)上下直线移动，超精密电感测头(2)安装在横臂(1)靠近转台(10)一端的端部，活动伸缩杆(4)安装在垂直立柱导轨(3)的上部，活动伸缩杆(4)沿长度方向的轴线与基座(12)的上表面平行，CCD板(5)安装在活动伸缩杆(4)上，且CCD板(5)位于转台(10)的上方，激光发生器(9)安装在转台(10)上，且激光发生器(9)与CCD板(5)上下对应，角度监测器(11)安装在基座(12)内。
2.根据权利要求1所述的一种转台测量回转基准角摆误差同步监测装置，其特征在于：CCD板(5)是面阵列式CCD板。
3.一种转台测量回转基准角摆误差补偿方法，其特征在于：所述一种转台测量回转基准角摆误差补偿方法的具体步骤如下：
步骤一、将回转件(8)放置在转台(10)上，调节超精密电感测头(2)与回转件(8)上测量截面的接触距离，确保回转件(8)的测量截面与超精密电感测头(2)的测头之间的距离在超精密电感测头(2)的测量范围之内；
步骤二、将激光发生器(9)安装在转台(10)上，打开激光发生器(9)产生转台(10)静止时光束轨道(7)，其在CCD板(5)上的投影为s；
步骤三、转台(10)匀速转动一圈，激光发生器(9)跟随转台(10)转动产生转动后光束轨道(6)，其在CCD板(5)上的投影至转台(10)中心的距离为ri，i表示转台(10)转过角度，由角度监测器(11)计数；
步骤四、转台(10)测量角度为i°时，转台(10)由于角摆误差在高H处产生的距离测量误差为ri-s；因此，转台(10)角摆为：
θi＝arctan((ri-s)/H) ①，
公式(1)中，θi表示转台(10)的角摆；
步骤五、当转台(10)以5r/min运行时，且回转件(8)的测量截面A高度为h时，高端回转装备或超精密回转体标准器此时的由传感器测得的跳动量为rAi，i表示测量角度，此时由于转台角摆误差产生的跳动测量误差为：
Δri＝h×tanθi ②，
回转件(8)截面A轮廓表面距离转台测量回转基准轴线的距离可以表示为：
rAireal＝xAi-Δri ③，
公式③中，xAi由超精密电感测头(2)测量得到；
至此，可以实现转台回转基准角摆误差同步监测和补偿，补偿后的数据可以用来评定偏心、圆度、圆柱度、同心度、同轴度等几何参数。
4.根据权利要求3所述的一种转台测量回转基准角摆误差补偿方法，其特征在于：步骤三中转台(10)匀速转动的速度为5r/min。
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