CN115356098A - 一种主轴回转误差测量方法、装置及系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种主轴回转误差测量方法、装置及系统。该方法包括：对主轴旋转加工状态时产生的正余弦信号进行信号转换，得到方波信号；利用方波信号在主轴的水平方向和竖直方向进行等角度采样，得到主轴的回转数据；对回转数据进行回转误差计算，得到主轴的水平回转误差分量和竖直回转误差分量；将水平回转误差分量和竖直回转误差分量进行合并处理，得到主轴的回转轴心的运动轨迹；对主轴的回转轴心的运动轨迹进行回转误差评定，得到主轴的回转误差。本发明通过对加工状态下的主轴进行等角度触发采样的回转误差测量，得到回转数据，并对回转数据进行回转误差分析后得到主轴的回转误差，进而可以实现主轴的故障定位与预报。

Description

一种主轴回转误差测量方法、装置及系统

技术领域

本发明涉及机床技术领域，尤其涉及一种主轴回转误差测量方法、装置及系统。

背景技术

主轴回转误差是影响机床加工精度的主要因素，同时也是评价机床动态性能的一项重要指标。纯理论上的主轴旋转中心线的空间位置是不随任何因素变化的，但在实际加工过程中，由于轴承和轴颈的加工误差以及静力学和动力学等方面的原因，主轴旋转中心线的空间位置会随时间的变化而不断变动，这种实际上变动后的旋转中心线相对于理论上的旋转中心线的距离定义为回转误差运动。

目前，一般采用静态法或在低速空载状态下测量主轴回转误差，但上述方法不能真实反映机床主轴在加工状态下的回转误差，而随着机床主轴回转误差预报、补偿技术的发展，要求能够对加工状态下的主轴进行回转误差的实时动态测量。

发明内容

本发明的目的是提供一种主轴回转误差测量方法、装置及系统，旨在解决现有回转误差测量方法难以对加工状态下的主轴进行实时动态测量的问题。

第一方面，本发明实施例提供一种主轴回转误差测量方法，包括：

获取所述主轴旋转加工状态时产生的正余弦信号；

对所述正余弦信号进行信号转换得到方波信号；

利用所述方波信号在所述主轴的水平方向和竖直方向进行等角度采样，得到所述主轴的回转数据；

通过数理统计法对所述回转数据进行回转误差计算，得到所述主轴在水平方向上的水平回转误差分量和在竖直方向上的竖直回转误差分量；

将所述水平回转误差分量和竖直回转误差分量进行合并处理，得到所述主轴的回转轴心的运动轨迹；

对所述主轴的回转轴心的运动轨迹进行回转误差评定，得到所述主轴的回转误差。

第二方面，本发明实施例提供一种主轴回转误差测量装置，包括：

获取单元，用于获取所述主轴旋转加工状态时产生的正余弦信号；

转换单元，用于对所述正余弦信号进行信号转换得到方波信号；

采样单元，用于利用所述方波信号在所述主轴的水平方向和竖直方向进行等角度采样，得到所述主轴的回转数据；

计算单元，用于通过数理统计法对所述回转数据进行回转误差计算，得到所述主轴在水平方向上的水平回转误差分量和在竖直方向上的竖直回转误差分量；

合并单元，用于将所述水平回转误差分量和竖直回转误差分量进行合并处理，得到所述主轴的回转轴心的运动轨迹；

评定单元，用于对所述主轴的回转轴心的运动轨迹进行回转误差评定，得到所述主轴的回转误差。

第三方面，本发明实施例提供了一种主轴回转误差测量系统，包括：主轴、主轴编码器、编码器三通线、数据采集模块、位移传感器模块和上位机数据处理模块；所述主轴编码器设置于所述主轴上，所述编码器三通线的两个连接端分别与所述主轴编码器和数据采集模块连接，所述位移传感器模块和上位机数据处理模块均连接于所述数据采集模块；

所述主轴编码器用于当所述主轴进行旋转加工时产生正余弦信号；

所述编码器三通线用于提取所述正余弦信号并发送至所述数控模块以形成闭环控制；

所述编码器三通线还用于对所述正余弦信号并进行信号转换，得到方波信号，并将所述方波信号发送至所述数据采集模块；

所述数据采集模块用于根据所述方波信号控制所述位移传感器模块在所述主轴的水平方向和竖直方向进行等角度采样，得到所述主轴的回转数据；

所述上位机数据处理模块用于接收所述数据采集模块发送的回转数据，并对所述回转数据进行回转误差计算，得到所述主轴在水平方向上的水平回转误差分量和在竖直方向上的竖直回转误差分量；

所述上位机数据处理模块还用于将所述水平回转误差分量和竖直回转误差分量进行合并处理，得到所述主轴的回转轴心的运动轨迹；

所述上位机数据处理模块还用于对所述主轴的回转轴心的运动轨迹进行回转误差评定，得到所述主轴的回转误差。

本发明实施例公开了一种主轴回转误差测量方法、装置及系统。该方法包括：对主轴旋转加工状态时产生的正余弦信号进行信号转换，得到方波信号；利用方波信号在主轴的水平方向和竖直方向进行等角度采样，得到主轴的回转数据；对回转数据进行回转误差计算，得到主轴的水平回转误差分量和竖直回转误差分量；将水平回转误差分量和竖直回转误差分量进行合并处理，得到主轴的回转轴心的运动轨迹；对主轴的回转轴心的运动轨迹进行回转误差评定，得到主轴的回转误差。本发明实施例通过对加工状态下的主轴进行等角度触发采样的回转误差测量，得到回转数据，并对回转数据进行回转误差分析后得到主轴的回转误差，进而可以实现主轴的故障定位与预报。同时可以监测不同转速下的回转误差，找到回转误差最小时对应的转速进行机床加工补偿，从而提高机床加工精度。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例提供的主轴回转误差测量方法的流程示意图；

图2为本发明实施例提供的主轴回转误差测量方法的子流程示意图；

图3为本发明实施例提供的主轴回转误差测量方法的又一子流程示意图；

图4为本发明实施例提供的主轴回转误差测量装置的示意性框图；

图5为本发明实施例提供的主轴回转误差测量系统的示意性框图；

图6为本发明实施例提供的回转误差计算示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

应当理解，当在本说明书和所附权利要求书中使用时，术语“包括”和“包含”指示所描述特征、整体、步骤、操作、元素和/或组件的存在，但并不排除一个或多个其它特征、整体、步骤、操作、元素、组件和/或其集合的存在或添加。

还应当理解，在此本发明说明书中所使用的术语仅仅是出于描述特定实施例的目的而并不意在限制本发明。如在本发明说明书和所附权利要求书中所使用的那样，除非上下文清楚地指明其它情况，否则单数形式的“一”、“一个”及“该”意在包括复数形式。

还应当进一步理解，在本发明说明书和所附权利要求书中使用的术语“和/或”是指相关联列出的项中的一个或多个的任何组合以及所有可能组合，并且包括这些组合。

请参阅图1，图1为本发明实施例提供的主轴回转误差测量方法的流程示意图；

如图1所示，该方法包括步骤S101～S106。

S101、获取主轴旋转加工状态时产生的正余弦信号；

该步骤中，由主轴所带的主轴编码器获取主轴旋转加工状态时产生的正余弦信号。

S102、对正余弦信号进行信号转换得到方波信号；

该步骤中，由编码器三通线提取出主轴编码器反馈的正余弦信号，并利用编码器三通线中所带的信号转换电路将正余信号转换为方波信号。

S103、利用方波信号在主轴的水平方向和竖直方向进行等角度采样，得到主轴的回转数据；

该步骤中，将两个位移传感器呈90°夹角安装，并对应在主轴的水平方向和竖直方向，通过数据采集模块采集经由编码器三通线转换后的方波信号，并基于方波信号通过两个位移传感器分别在水平方向上的和竖直方向上对旋转状态下的主轴进行等角度采样，得到主轴在水平方向上的回转数据和竖直方向上的回转数据。

S104、通过数理统计法对回转数据进行回转误差计算，得到主轴在水平方向上的水平回转误差分量和在竖直方向上的竖直回转误差分量；

该步骤中，通过上位机数据处理模块应用数理统计法对回转数据进行误差分离和回转误差分析处理，从而得到主轴在水平方向上的水平回转误差分量和在竖直方向上的竖直回转误差分量。

S105、将水平回转误差分量和竖直回转误差分量进行合并处理，得到主轴的回转轴心的运动轨迹；

该步骤中，通过合并处理得到主轴的回转轴心的运动轨迹后，再将其显示到二维图像中即可得到二维的回转误差轨迹图。

S106、对主轴的回转轴心的运动轨迹进行回转误差评定，得到主轴的回转误差。

该步骤中，可以采用最小二乘圆法将回转误差运动轨迹进行数学运算并得到运动误差大小。

本实施例将等角度触发采样与数理统计法进行结合，能够实现主轴旋转状态下的形状误差的精确采集，等角度触发采样的方式可对主轴每转采集相同的点数。通过将主轴回转的形状误差分离可以得到更加准确的主轴回转轴心运动轨迹，并且由于直接对主轴外圆表面进行测量，不需要安装标准球或标准棒，能实现对加工状态下的主轴进行回转误差监测。通过主轴轴心回转误差轨迹可以进行主轴故障定位分析与预报；同时监测不同转速下的回转误差，找到回转误差最小时对应的转速进行机床加工补偿，从而提高机床加工精度。

应理解的，对于主轴旋转过程中产生的微米级的回转误差，所选用的位移传感器分辨率为亚微米级，满量程输出为a；所选数据采集模块的A/D转换位数为n，其分辨率b＝a/2ⁿ；编码器齿数为N，即每圈需采集N个点，主轴最高转速为M，由采样定律可得，对于高速主轴的回转误差测量的数据采集模块的采样率至少为f＝(N*M)/60的3-5倍，所选位移传感器和数据采集模块均需要满足高精度、高采样率的回转误差测量。

应理解的，上位机数据处理模块兼容Windows等主流操作系统。用户登录信息利用数据库进行存储，登录失败无法进行后续操作，登录成功后可进行用户管理及用户登录信息查询，实现了测试系统的软件加密功能。回转误差数据处理系统封装了多种回转误差分析算法，用户可根据测试方案选择相应的分析算法，同时还预留了算法接口，用户可将自己封装的数据分析算法添加至回转误差分析系统中。回转误差测试系统分为实时测试系统和离线分析系统。测试界面含位移传感器采集到的原始信号波形图、频谱图、处理后的回转误差图和回转误差值，用户可选择将实时采集数据保存至数据库中，便于利用离线分析系统进行后续数据查询分析处理，也可选择将回转误差测试结果以HTML、PDF等格式进行打印保存。

在一实施例中，如图2所示，步骤S102包括：

S201、对正余弦信号进行滤波处理；

S202、对滤波处理后的正余弦信号进行信号放大处理；

S203、对信号放大处理后的正余弦信号进行信号转换，得到方波信号。

本实施例中，通过编码器三通线中所带信号转换电路将主轴编码器输出的正余弦信号先进行滤波处理，再通过差动放大器滤波处理后的正余弦信号进行放大处理，最后再利用过零比较器对信号放大处理后的正弦波信号转换为方波信号。

在一实施例中，步骤S102包括：

基于方波信号的上升沿或下降沿，通过水平方向上的位移传感器和竖直方向上的位移传感器分别对旋转加工状态下的主轴进行等角度采样，得到在水平方向上采样的n×m个采样点的位移数据和在竖直方向上采样的n×m个采样点的位移数据，其中n表示主轴的外圆轮廓上n个等角度间隔的点，m表示主轴的旋转圈数。

本实施例中，通过两个位移传感器对主轴的外圆轮廓进行采样，主轴每旋转一周，两个位移传感器均可得到等间距采集的n个采样点，即将一个圆分为n等份，主轴旋转时，等间距的n个点顺次通过两个位移传感器，两个位移传感器分别记录下n个点的位移数据，连续记录m转后每个传感器将采集到n×m个采样点。

在一实施例中，步骤S104包括：

通过数理统计法分别对水平方向和竖直方向上的n×m个采样点的位移数据执行回转误差计算过程，其中水平方向和竖直方向的回转误差计算过程采用相同的计算过程。

下面具体以对水平方向上n×m个采样点的位移数据的回转误差计算过程进行说明，如图3所示，可以包括：

S301、计算每一采样点在水平方向的形状误差r_i和回转误差x_i，其中d_i＝x_i+r_i，d_i表示相对于第i个采样点，主轴外圆轮廓在水平方向上的交点到坐标原点O之间的距离，坐标原点O为垂直在同一平面的两个位移传感器在水平方向和竖直方向上的相交点；

该步骤中，将垂直在同一平面的两个位移传感器的相交位置设为直角坐标系XY的坐标原点O。在X轴上，令主轴外圆轮廓到原点O的距离设为d，如图6所示，在主轴旋转过程中，相对于第i个采样点的对应关系式如下：

d_i＝x_i+r_i，(i＝1,2,...,n×m)；

其中，d_i表示相对于第i个采样点，主轴外圆轮廓在X轴(水平方向)上的交点到坐标原点O之间的距离，回转误差x_i是指相对于第i个采用点，主轴在X轴上的回转误差；形状误差r_i是指相对于第i个采用点，主轴在X轴上的形状误差；形状误差r_i为周期信号，即每一圈的处于同一位置处的m个形状误差相同；n为每圈采样点数，m为记录转数。

S302、计算主轴在水平方向上每转的形状误差r_k；

该步骤中，持续测量m转后，获得n×m个数据，按如下公式对同一采集位置处的m个位移信号相加求平均：

其中，k表示第k个采样点，j表示第j转数；

理论上，只要采集的数据足够多，

将趋向于常量I，其中I作为主轴回转平均轴心与坐标原点的距离在X轴上的分量，即可得：

至此便将主轴回转误差进行分量，并转换为常量I。

S303、对距离d_i进行转换，得到d_i＝L-S_xi，其中，S_xi表示水平方向上的位移传感器的采集数据，L表示水平方向上位移传感器到坐标原点O的距离。

S304、对形状误差r_i进行去直流分量处理得到形状误差Δr_i，其中Δr_i＝r_i-R，R表示形状误差r_i的直流分量；

该步骤中，按公式

计算直流分量R，并进行去直流分量处理后即可得到Δr_i＝r_i-R。

S305、对采集数据S_xi进行去直流分量处理得到采集数据△S_xi，其中ΔS_xi＝S_xi-S_x，S_x表示采集数据S_xi的直流分量；

该步骤中，按公式

计算直流分量S_x，并进行去直流分量处理后即可得到ΔS_xi＝S_xi-S_x。

S306、对回转误差x_i进行去直流分量处理得到回转误差△x_i，其中Δx_i＝x_i-I，I表示回转误差x_i的直流分量；

该步骤中，按公式

计算直流分量I，并进行去直流分量处理后即可得到Δx_i＝x_i-I。

S307、对形状误差r_k进行去直流分量处理得到形状误差Δr_k，其中Δr_k＝r_k-R；

基于步骤S304的去直流分量处理过程，对形状误差r_k进行去直流分量处理，即可得到Δr_k＝r_k-R。

S308、联立形状误差r_k、采集数据S_xi和形状误差Δr_k并进行等式变换后得到形状误差Δr_k＝L-I-R-S_xk和距离L＝I+R+S_x，其中S_xk表示水平方向上位移传感器检测到的第k个采样点的位置信号的平均值；

该步骤中，联立步骤S302中的公式：

步骤S303中的公式:d_i＝L-S_xi和步骤S307中的公式Δr_k＝r_k-R可得：

然后进行等式左右变换后可得：Δr_k＝L-I-R-S_xk，其中

S_xk表示X轴方向上的位移传感器检测到的第k个位置点的位置信号的平均值；而距离L＝I+R+S_x。

S309、将距离L＝I+R+S_x代入公式Δr_k＝L-I-R-S_xk得到

其中，形状误差Δr_k是指对水平方向上的回转数据进行计算并得到主轴外圆轮廓各个等角度间隔的点的形状误差。

该步骤中，基于

进行计算，至此便由X轴方向的位移传感器采集的数据算得外圆轮廓各等角度间隔的点的形状误差。

S310、联立回转误差x_i、采集数据S_xi、形状误差△r_i和回转误差△x_i得到I+Δx_i＝L-S_xi-R-Δr_i，其中i＝1,2,...,n×m；

该步骤中，对步骤S301中的d_i＝x_i+r_i进行转换，得到回转误差x_i＝d_i-r_i；

将步骤S303中的d_i＝L-S_xi、步骤S304中的Δr_i＝r_i-R和步骤S307中的Δx_i＝x_i-I代入回转误差x_i＝d_i-r_i进行换算，可得：

I+Δx_i＝L-S_xi-R-Δr_i，(i＝1,2,...,n×m)。

S311、联立公式L＝I+R+S_x和公式I+Δx_i＝L-S_xi-R-Δr_i得到回转误差

其中回转误差Δx_i是指计算水平方向的位移传感器采集的数据得到的主轴在水平方向上的水平回转误差分量。

该步骤中，基于

进行计算，至此主轴回转误差在X轴方向上的分量，即水平回转误差分量Δx_i便通过X方向上的位移传感器采集的数据算出。

可以理解的，对于步骤S104中通过数理统计法对竖直方向的n×m个采样点的位移数据执行竖直方向回转误差计算过程；基于上述介绍的水平方向回转误差计算过程，采用相同的计算方法可计算出竖直回转误差分量Δy_i。

基于此，将水平回转误差分量将Δx_i和竖直回转误差分量Δy_i进行合并处理即可得到二维的主轴回转轴心的运动轨迹，再将其显示到二维图像中可得到二维的回转误差轨迹图。

在一实施例中，步骤S106进行回转误差评定的过程为：

采用最小二乘圆法进行回转误差评定，即将回转误差运动轨迹进行数学运算求其运动误差大小的一种方法。最小二乘圆法是指通过最小二乘圆的算法计算并获取一个最小的平均圆，所有检测的数据到这个最小二乘圆的距离的平方和是最小值。设坐标原点O为理想圆心的位置，则坐标原点O(a,b)的计算方法如下：

其中，回转误差x_i的值作为主轴的回转轴心的运动轨迹上的点的横坐标，回转误差y_i的值作为主轴的回转轴心的运动轨迹上的点的纵坐标；

按如下公式计算主轴的回转轴心的运动轨迹上的点到坐标原点O的距离：

按如下公式计算主轴的回转误差ε：

ε＝R_imax-R_imin

其中，R_imax表示主轴的回转轴心的运动轨迹的点到坐标原点O的最大距离，R_imin表示主轴的回转轴心的运动轨迹的点到坐标原点O的最小距离。

基于本实施例的回转误差评定，监测不同转速下的回转误差，找到回转误差最小时对应的转速进行机床加工补偿，从而提高机床加工精度。

本发明实施例还提供一种主轴回转误差测量装置，该主轴回转误差测量装置用于执行前述主轴回转误差测量方法的任一实施例。具体地，请参阅图4，图4是本发明实施例提供的主轴回转误差测量装置的示意性框图。

如图4所示，主轴回转误差测量装置400，包括：获取单元401、转换单元402、采样单元403、计算单元404、合并单元405以及评定单元406。

获取单元401，用于获取主轴处于旋转加工状态时的正余弦信号；

转换单元402，用于对正余弦信号进行信号转换得到方波信号；

采样单元403，用于利用方波信号在主轴的水平方向和竖直方向进行等角度采样，得到主轴的回转数据；

计算单元404，用于通过数理统计法对回转数据进行回转误差计算，得到主轴在水平方向上的水平回转误差分量和在竖直方向上的竖直回转误差分量；

合并单元405，用于将水平回转误差分量和竖直回转误差分量进行合并处理，得到主轴的回转轴心的运动轨迹；

评定单元406，用于对主轴的回转轴心的运动轨迹进行回转误差评定，得到主轴的回转误差。

该装置将等角度触发采样与数理统计法进行结合，能够实现主轴旋转状态下的形状误差的精确采集，等角度触发采样的方式可对主轴每转采集相同的点数。通过将主轴回转的形状误差分离可以得到更加准确的主轴回转轴心运动轨迹，并且由于直接对主轴外圆表面进行测量，不需要安装标准球或标准棒，能实现对加工状态下的主轴进行回转误差监测。通过主轴轴心回转误差轨迹可以进行主轴故障定位分析与预报；同时监测不同转速下的回转误差，找到回转误差最小时对应的转速进行机床加工补偿，从而提高机床加工精度。

如图5所示，本发明实施例还提供一种主轴回转误差测量系统，包括：主轴501、主轴编码器、编码器三通线504、数控模块503、数据采集模块505、位移传感器模块502和上位机数据处理模块506；主轴编码器设置于主轴501上，编码器三通线的两个连接端分别与主轴编码器和数据采集模块505连接，位移传感器模块502和上位机数据处理模块506均连接于数据采集模块505；

主轴编码器用于当主轴501进行旋转加工时产生正余弦信号；

编码器三通线用于提取正余弦信号并发送至数控模块503以形成闭环控制；

编码器三通线还用于提取正余弦信号并进行信号转换，得到方波信号，并将方波信号发送至数据采集模块；

数据采集模块用于根据方波信号控制位移传感器模块502在主轴501的水平方向和竖直方向进行等角度采样，得到主轴501的回转数据；

上位机数据处理模块506用于接收数据采集模块发送的回转数据，并对回转数据进行回转误差计算，得到所述主轴在水平方向上的水平回转误差分量和在竖直方向上的竖直回转误差分量；

上位机数据处理模块506还用于将水平回转误差分量和竖直回转误差分量进行合并处理，得到主轴501的回转轴心的运动轨迹；

上位机数据处理模块506还用于对主轴501的回转轴心的运动轨迹进行回转误差评定，得到主轴501的回转误差。

本系统将等角度触发采样与数理统计法进行结合，能够实现主轴501旋转状态下的形状误差的精确采集，等角度触发采样的方式可对主轴501每转采集相同的点数。通过将主轴501回转的形状误差分离可以得到更加准确的主轴501回转轴心运动轨迹，并且由于直接对主轴501外圆表面进行测量，不需要安装标准球或标准棒，能实现对加工状态下的主轴501进行回转误差监测。通过主轴501轴心回转误差轨迹可以进行主轴501故障定位分析与预报；同时监测不同转速下的回转误差，找到回转误差最小时对应的转速进行机床加工补偿，从而提高机床加工精度。

所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为了描述的方便和简洁，上述描述的装置和系统的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到各种等效的修改或替换，这些修改或替换都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种主轴回转误差测量方法，其特征在于，包括：

获取主轴处于旋转加工状态时的正余弦信号；

对所述正余弦信号进行信号转换得到方波信号；

利用所述方波信号在所述主轴的水平方向和竖直方向进行等角度采样，得到所述主轴的回转数据；

通过数理统计法对所述回转数据进行回转误差计算，得到所述主轴在水平方向上的水平回转误差分量和在竖直方向上的竖直回转误差分量；

将所述水平回转误差分量和竖直回转误差分量进行合并处理，得到所述主轴的回转轴心的运动轨迹；

对所述主轴的回转轴心的运动轨迹进行回转误差评定，得到所述主轴的回转误差。

2.根据权利要求1所述的主轴回转误差测量方法，其特征在于，所述对所述正余弦信号进行信号转换得到方波信号，包括：

对所述正余弦信号进行滤波处理；

对滤波处理后的正余弦信号进行信号放大处理；

对信号放大处理后的正余弦信号进行信号转换，得到方波信号。

3.根据权利要求1所述的主轴回转误差测量方法，其特征在于，利用所述方波信号在所述主轴的水平方向和竖直方向进行等角度采样，得到所述主轴的回转数据，包括：

基于所述方波信号的上升沿或下降沿，通过水平方向上的位移传感器和竖直方向上的位移传感器分别对旋转加工状态下的所述主轴进行等角度采样，得到在水平方向上采样的n×m个采样点的位移数据和在竖直方向上采样的n×m个采样点的位移数据，其中n表示所述主轴的外圆轮廓上n个等角度间隔的点，m表示所述主轴的旋转圈数。

4.根据权利要求3所述的主轴回转误差测量方法，其特征在于，所述通过数理统计法对所述回转数据进行回转误差计算，得到所述主轴在水平方向上的水平回转误差分量和在竖直方向上的竖直回转误差分量，包括：

通过数理统计法对所述水平方向的n×m个采样点的位移数据执行水平方向回转误差计算过程；

其中，所述水平方向回转误差计算过程，包括：

计算每一采样点在水平方向的形状误差r_i和回转误差x_i，其中d_i＝x_i+r_i，d_i表示相对于第i个采样点，所述主轴外圆轮廓在水平方向上的交点到坐标原点O之间的距离，所述坐标原点O为垂直在同一平面的两个位移传感器在水平方向和竖直方向上的相交点；

计算所述主轴在水平方向上每转的形状误差r_k；

对距离d_i进行转换，得到d_i＝L-S_xi，其中，S_xi表示水平方向上的位移传感器的采集数据，L表示水平方向上位移传感器到坐标原点O的距离；

对所述形状误差r_i进行去直流分量处理得到形状误差Δr_i，其中Δr_i＝r_i-R，R表示所述形状误差r_i的直流分量；

对所述采集数据S_xi进行去直流分量处理得到采集数据ΔS_xi，其中ΔS_xi＝S_xi-S_x，S_x表示所述采集数据S_xi的直流分量；

对所述回转误差x_i进行去直流分量处理得到回转误差Δx_i，其中Δx_i＝x_i-I，I表示所述回转误差x_i的直流分量；

对所述形状误差r_k进行去直流分量处理得到形状误差Δr_k，其中Δr_k＝r_k-R；

联立所述形状误差r_k、采集数据S_xi和形状误差Δr_k并进行等式变换后得到形状误差Δr_k＝L-I-R-S_xk和距离L＝I+R+S_x，其中S_xk表示水平方向上位移传感器检测到的第k个采样点的位置信号的平均值；

将距离L＝I+R+S_x代入公式Δr_k＝L-I-R-S_xk得到

5.根据权利要求4所述的主轴回转误差测量方法，其特征在于，所述对所述水平方向n×m个采样点的位移数据的回转误差计算过程，还包括：

联立所述回转误差x_i、采集数据S_xi、形状误差Δr_i和回转误差Δx_i得到I+Δx_i＝L-S_xi-R-Δr_i，其中i＝1,2,...,n×m；

联立公式L＝I+R+S_x和公式I+Δx_i＝L-S_xi-R-Δr_i得到回转误差

其中回转误差Δx_i是指所述主轴在水平方向上的水平回转误差分量。

6.根据权利要求5所述的主轴回转误差测量方法，其特征在于，所述通过数理统计法对所述回转数据进行回转误差计算，得到所述主轴在水平方向上的水平回转误差分量和在竖直方向上的竖直回转误差分量，还包括：

通过数理统计法对所述竖直方向的n×m个采样点的位移数据执行竖直方向回转误差计算过程，其中所述竖直方向回转误差计算过程与所述水平方向回转误差计算过程相同。

7.根据权利要求6所述的主轴回转误差测量方法，其特征在于，所述对所述主轴的回转轴心的运动轨迹进行回转误差评定，得到所述主轴的回转误差，包括：

按如下公式计算所述主轴的回转轴心的运动轨迹上的点到坐标原点O的距离：

其中，回转误差x_i的值作为所述主轴的回转轴心的运动轨迹上的点的横坐标，回转误差y_i的值作为所述主轴的回转轴心的运动轨迹上的点的纵坐标，(a，b)表示所述坐标原点O的坐标；

按如下公式计算所述主轴的回转误差ε：

ε＝R_imax-R_imin

其中，R_imax表示所述主轴的回转轴心的运动轨迹上的点到坐标原点O的最大距离，R_imin表示所述主轴的回转轴心的运动轨迹的点到坐标原点O的最小距离。

8.根据权利要求7所述的主轴回转误差测量方法，其特征在于：

所述坐标原点O的坐标(a，b)，按如下公式计算：

9.一种主轴回转误差测量装置，其特征在于，包括：

获取单元，用于获取所述主轴处于旋转加工状态时的正余弦信号；

转换单元，用于对所述正余弦信号进行信号转换得到方波信号；

采样单元，用于利用所述方波信号在所述主轴的水平方向和竖直方向进行等角度采样，得到所述主轴的回转数据；

计算单元，用于通过数理统计法对所述回转数据进行回转误差计算，得到所述主轴在水平方向上的水平回转误差分量和在竖直方向上的竖直回转误差分量；

合并单元，用于将所述水平回转误差分量和竖直回转误差分量进行合并处理，得到所述主轴的回转轴心的运动轨迹；

评定单元，用于对所述主轴的回转轴心的运动轨迹进行回转误差评定，得到所述主轴的回转误差。

10.一种主轴回转误差测量系统，其特征在于，包括：主轴、主轴编码器、编码器三通线、数控模块、数据采集模块、位移传感器模块和上位机数据处理模块；所述主轴编码器设置于所述主轴上，所述编码器三通线的两个连接端分别与所述主轴编码器和数据采集模块连接，所述位移传感器模块和上位机数据处理模块均连接于所述数据采集模块；

所述主轴编码器用于当所述主轴进行旋转加工时产生正余弦信号；

所述编码器三通线用于提取所述正余弦信号并发送至所述数控模块以形成闭环控制；

所述编码器三通线还用于对所述正余弦信号并进行信号转换，得到方波信号，并将所述方波信号发送至所述数据采集模块；

所述数据采集模块用于根据所述方波信号控制所述位移传感器模块在所述主轴的水平方向和竖直方向进行等角度采样，得到所述主轴的回转数据；

所述上位机数据处理模块用于接收所述数据采集模块发送的回转数据，并对所述回转数据进行回转误差计算，得到所述主轴在水平方向上的水平回转误差分量和在竖直方向上的竖直回转误差分量；

所述上位机数据处理模块还用于将所述水平回转误差分量和竖直回转误差分量进行合并处理，得到所述主轴的回转轴心的运动轨迹；

所述上位机数据处理模块还用于对所述主轴的回转轴心的运动轨迹进行回转误差评定，得到所述主轴的回转误差。

Images