RU2239785C2 - Method of differential measurement of deviation from roundness - Google Patents

Method of differential measurement of deviation from roundness Download PDF

Info

Publication number
RU2239785C2
RU2239785C2 RU2002130173/28A RU2002130173A RU2239785C2 RU 2239785 C2 RU2239785 C2 RU 2239785C2 RU 2002130173/28 A RU2002130173/28 A RU 2002130173/28A RU 2002130173 A RU2002130173 A RU 2002130173A RU 2239785 C2 RU2239785 C2 RU 2239785C2
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
product
roundness
error
coordinate system
measurement
Prior art date
Application number
RU2002130173/28A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU2002130173A (en
Inventor
О.В. Захаров (RU)
О.В. Захаров
А.В. Кочетков (RU)
А.В. Кочетков
Д.А. Сысуев (RU)
Д.А. Сысуев
Original Assignee
Захаров Олег Владимирович
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Захаров Олег Владимирович filed Critical Захаров Олег Владимирович
Priority to RU2002130173/28A priority Critical patent/RU2239785C2/en
Publication of RU2002130173A publication Critical patent/RU2002130173A/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2239785C2 publication Critical patent/RU2239785C2/en

Links

Images

Landscapes

  • A Measuring Device Byusing Mechanical Method (AREA)

Abstract

FIELD: measuring engineering.
SUBSTANCE: method includes measuring eccentricity and initial phase of the first order harmonic of the Fourier series, making the coordinate system corresponding to the minimum methodical error, and determining the deviation from roundness in this coordinate system.
EFFECT: enhanced accuracy of measurements.
cl, dwg

Description

Способ относится к области технических измерений и может быть использован при измерении отклонения от круглости поверхностей вращения изделий.The method relates to the field of technical measurements and can be used to measure deviations from the roundness of the surfaces of rotation of the products.

Для измерения отклонения от круглости получили распространение следующие методы и средства (см. Авдулов А.Н. Контроль и оценка круглости деталей машин. - М.: Изд-во стандартов, 1974. - С.11): образцового вращения шпинделя на кругломерах; разностного измерения на призмах с помощью измерительных головок малых линейных перемещений; координатного измерения на координатно-измерительных машинах (см. РТМ 2 Н20-13-85. Методика измерений отклонений от круглости на координатных измерительных машинах и приборах, оснащенных вычислительной техникой. - М.: ВНИИТЭМР, 1986. - 12 с.).The following methods and tools have become widespread for measuring deviations from roundness (see Avdulov AN, Monitoring and evaluation of roundness of machine parts. - M .: Publishing house of standards, 1974. - P.11): exemplary spindle rotation on round gauges; differential measurement on prisms using measuring heads of small linear displacements; coordinate measurement on coordinate measuring machines (see RTM 2 N20-13-85. Methods of measuring deviations from roundness on coordinate measuring machines and devices equipped with computer technology. - M .: VNIITEMR, 1986. - 12 pp.).

Способы измерения на кругломерах с образцовым вращением шпинделя и координатно-измерительных машинах являются наиболее точными. Однако стоимость таких приборов составляет до 2 млн. долларов. Кроме того, требуются специальные условия измерения и высококвалифицированный обслуживающий персонал. Поэтому данные методы и средства измерения отклонения от круглости используются большей частью в лабораторных условиях.The methods of measurement on circular meters with exemplary spindle rotation and coordinate measuring machines are the most accurate. However, the cost of such devices is up to $ 2 million. In addition, special measurement conditions and highly qualified staff are required. Therefore, these methods and means of measuring deviations from roundness are mainly used in laboratory conditions.

При разностном способе измеряются не абсолютные значения искомой величины, а разность между ее последовательными значениями. Однако для данного метода измерения отсутствует аналитическая зависимость между измеряемой и искомой величинами (см. Авдулов А.Н. Контроль и оценка круглости деталей машин. - М.: Изд-во стандартов, 1974. - С.19).In the difference method, not the absolute values of the sought value are measured, but the difference between its successive values. However, for this method of measurement there is no analytical relationship between the measured and the desired values (see Avdulov AN Control and evaluation of roundness of machine parts. - M .: Publishing house of standards, 1974. - P.19).

В массовом производстве в цеховых условиях наибольшее применение получил метод разностного измерения на трехконтактных приборах в виде различных комбинаций призм и измерительных головок малых линейных перемещений, которые просты в эксплуатации и достаточно производительны (см. Гебель И.Д., Аврутин Ю.Д., Хроленко В.Ф. Приборы для бесцентрового измерения некруглости // Станки и инструменты, 1977, №3. - С.24-25). Однако погрешности измерения на них могут достигать 100% отклонения от круглости. Такая величина погрешности обусловлена смещением центра вращения изделия (точки пересечения оси вращения с плоскостью сечения) относительно его геометрического центра. При этом коэффициент воспроизведения величины отклонения зависит от параметров прибора и характера погрешностей измеряемого изделия.In mass production in workshop conditions, the most widely used method of differential measurement on three-pin devices in the form of various combinations of prisms and measuring heads of small linear displacements that are simple to operate and quite productive (see Gebel I.D., Avrutin Yu.D., Khrolenko VF Devices for centerless measurement of non-circularity // Machine tools and instruments, 1977, No. 3. - S.24-25). However, the measurement errors on them can reach 100% deviation from roundness. This error value is due to the displacement of the center of rotation of the product (the point of intersection of the axis of rotation with the section plane) relative to its geometric center. The reproduction coefficient of the deviation value depends on the parameters of the device and the nature of the errors of the measured product.

Наиболее близким техническим решением (прототипом) по совокупности признаков к заявляемому способу является способ разностного измерения с помощью накладного кругломера, взаимодействующего с поверхностью вращающегося изделия таким образом, что показания датчика соответствуют отклонениям профиля изделия (см. Биндер Я.И., Гебель И.Д., Нефедов А.И., В.Н.Бакунин, В.А.Шапиро. Прецизионный кругломер // Измерительная техника, 1999, №8. - С.25-29).The closest technical solution (prototype) for the totality of features to the claimed method is a differential measurement method using a patch gage interacting with the surface of a rotating product in such a way that the sensor readings correspond to deviations of the product profile (see Ya. I. Binder, I. Goeb. ., Nefedov A.I., V.N.Bakunin, V.A. Shapiro. Precision round gage // Measuring equipment, 1999, No. 8. - S.25-29).

Недостатками известного способа измерения накладным кругломером являются методическая погрешность, равная в среднем 18% (см. Биндер Я.И., Гебель И.Д., Нефедов А.И., В.Н.Бакулин, В.А.Шапиро. Прецизионный кругломер // Измерительная техника, 1999, №8. - С.25-29), связанная с невозможностью учета всего спектрального состава погрешностей формы изделия и ограниченными возможностями регулирования параметров многоступенчатых опор, а также сложность конструкции прибора, во многом обуславливающая снижение точности и надежности измерений.The disadvantages of the known method of measuring overhead gage are methodological error, equal to an average of 18% (see Binder Ya.I., Gebel I.D., Nefedov A.I., V.N.Bakulin, V.A. Shapiro. Precision round gage // Measuring equipment, 1999, No. 8. - S.25-29), associated with the impossibility of taking into account the entire spectral composition of the errors in the shape of the product and the limited ability to control the parameters of multi-stage supports, as well as the complexity of the design of the device, which largely leads to a decrease in the accuracy and reliability of measurements .

Задачей настоящего изобретения является повышение точности измерений и упрощение конструкции средств измерения.The objective of the present invention is to improve the accuracy of measurements and simplify the design of measuring instruments.

Поставленная задача достигается тем, что в способе разностного измерения отклонения от круглости, согласно изобретению, вместо стабилизации геометрического центра вращающегося изделия фиксируют получающийся эксцентриситет е и начальную фазу ψ гармоники первого порядка ряда Фурье, создают систему координат, соответствующую минимальной методической погрешности, определяют значение погрешности изделия r(φ ) в этой системе координат по формулам:The problem is achieved in that in the method of differential measurement of deviations from roundness, according to the invention, instead of stabilizing the geometric center of the rotating product, the resulting eccentricity e and the initial phase ψ of the first-order harmonic of the Fourier series are fixed, a coordinate system corresponding to the minimum methodological error is created, the value of the product error is determined r (φ) in this coordinate system by the formulas:

Figure 00000002
Figure 00000002

Figure 00000003
Figure 00000003

Figure 00000004
Figure 00000004

где

Figure 00000005
Where
Figure 00000005

Новым в предложенном способе является то, что измерение можно осуществлять непосредственно на обрабатывающем оборудовании.New in the proposed method is that the measurement can be carried out directly on the processing equipment.

Новым в предложенном способе является также то, что измеряемое изделие может устанавливаться в кулачковых, цанговых патронах и в центрах.New in the proposed method is also that the measured product can be installed in cam, collet chucks and centers.

Технический результат заявленного изобретения заключается в повышении точности измерений и упрощении конструкции средств измерения за счет введения системы координат с минимальной методической погрешностью.The technical result of the claimed invention consists in increasing the accuracy of measurements and simplifying the design of measuring instruments by introducing a coordinate system with a minimum methodological error.

На фиг.1 дана расчетная схема измерения, на фиг.2 - принципиальная схема измерения.Figure 1 shows the calculated measurement scheme, figure 2 is a schematic diagram of the measurement.

При измерении отклонения от круглости разностным способом необходимо стремиться к тому, чтобы показания измерительного датчика были равны реальным отклонениям профиля изделия. В этом случае отклонение от круглости δ представляет собой максимальную величину разности показаний датчика:When measuring deviations from roundness by the difference method, it is necessary to strive to ensure that the readings of the measuring sensor are equal to the actual deviations of the product profile. In this case, the deviation from roundness δ represents the maximum value of the difference of the sensor readings:

δ =max{Δ ri}.δ = max {Δ r i }.

Если же в процессе измерения геометрический центр изделия О’ не совпадает с центром вращения О (появляется эксцентриситет), то определить отклонение от круглости указанным способом становится невозможно.If during the measurement process the geometric center of the product O ’does not coincide with the center of rotation O (eccentricity appears), then it becomes impossible to determine the deviation from roundness in this way.

Путь для решения данной проблемы был предложен в работе: Ляндон Ю.Н. Основы взаимозаменяемости в машиностроении. - М.: Машгиз, 1951. - С.26. Было показано, что при описании профиля изделия рядом Фурье первый член разложения зависит только от выбора полюса полярной системы координат и представляет собой эксцентриситет. Однако этот вывод был получен приближенно без оценки погрешности.The way to solve this problem was proposed in the work: Lyandon Yu.N. Fundamentals of interchangeability in mechanical engineering. - M .: Mashgiz, 1951. - P.26. It was shown that when describing the product profile by the Fourier series, the first term of the expansion depends only on the choice of the pole of the polar coordinate system and is an eccentricity. However, this conclusion was obtained approximately without estimating the error.

Рассчитаем погрешность замены окружности, эксцентрично расположенной относительно начала полярной системы координат, гармоникой первого порядка ряда Фурье. Оценку проведем в виде интеграла Ф квадрата разности уравнений гармоники первого порядка r1(φ ) и эксцентрично расположенной окружности r2(φ ).We calculate the error of replacing the circle eccentrically located relative to the origin of the polar coordinate system with the first-order harmonic of the Fourier series. The estimate is carried out in the form of the integral Ф of the square of the difference of the first-order harmonic equations r 1 (φ) and the eccentrically located circle r 2 (φ).

Уравнение гармоники первого порядка:First-order harmonic equation:

Figure 00000006
Figure 00000006

где r0 - радиус средней окружности;where r 0 is the radius of the middle circle;

е - амплитуда гармоники (в данном случае соответствует величине эксцентриситета);e is the harmonic amplitude (in this case, corresponds to the eccentricity value);

ψ - начальная фаза гармоники.ψ is the initial phase of the harmonic.

Уравнение эксцентричной окружности:Eccentric Circle Equation:

Figure 00000007
Figure 00000007

Разность начала отсчета полярного угла для окружности φ ’ и гармоники φ значения не имеет, так как интегрирование на периоде 2π приводит к одинаковым результатам.The difference in the origin of the polar angle for the circle φ ’and the harmonic φ does not matter, since integration over a period of 2π leads to the same results.

Тогда имеемThen we have

Figure 00000008
Figure 00000008

Таким образом, погрешность замены эксцентричной окружности гармоникой первого порядка ряда Фурье соизмерима с величиной самого эксцентриситета, что является неудовлетворительным.Thus, the error in replacing the eccentric circle with a first-order harmonic of the Fourier series is commensurate with the magnitude of the eccentricity itself, which is unsatisfactory.

Очевидно, что гармоника первого порядка не только не совпадает с эксцентрично расположенной окружностью, но и не отвечает наилучшему приближению по принципу наименьших квадратов. Хотя при этом направление эксцентриситета однозначно определяется начальной фазой ψ гармоники.Obviously, the first-order harmonic not only does not coincide with the eccentrically located circle, but also does not correspond to the best approximation by the principle of least squares. Although the direction of the eccentricity is uniquely determined by the initial phase ψ of the harmonic.

Рассчитаем величину эксцентриситета е, отвечающую принципу наилучшего приближения кривых по методу наименьших квадратов.We calculate the eccentricity e corresponding to the principle of best approximation of the curves by the least squares method.

Первые две гармоники полного ряда Фурье имеют следующий вид:The first two harmonics of the full Fourier series are as follows:

r1(φ )=r0+a· sinφ +b· cosφ .r 1 (φ) = r 0 + a sin sin + b cos cos.

Коэффициенты ряда Фурье r0, a, b для гармоник нулевого и первого порядка определяются по формулам Бесселя (см. Серебренников М.Г. Гармонический анализ. - М.: Гостехиздат, 1948. - 504 с.):The coefficients of the Fourier series r 0 , a, b for harmonics of zero and first order are determined by the Bessel formulas (see Serebrennikov MG Harmonic analysis. - M .: Gostekhizdat, 1948. - 504 p.):

Figure 00000009
Figure 00000009

где ri - радиус i-й измеренной точки профиля детали;where r i is the radius of the i-th measured point of the part profile;

φ i - полярный угол i-й измеренной точки профиля детали.φ i is the polar angle of the i-th measured point of the part profile.

Из условия {r1(φ )-r2(φ )}2→ min после преобразований получаем следующее выражение для величины эксцентриситета:From the conditions {r 1 (φ) -r 2 (φ)} 2 → min after the transformations, we obtain the following expression for the eccentricity value:

Figure 00000010
Figure 00000010

Таким образом, при измерении профиля изделия с эксцентричным расположением его геометрического центра относительно начала полярной системы координат искомое значение погрешности будет равноThus, when measuring the product profile with the eccentric location of its geometric center relative to the origin of the polar coordinate system, the desired error value will be equal to

Figure 00000011
Figure 00000011

Figure 00000012
Figure 00000012

Figure 00000013
Figure 00000013

где

Figure 00000014
Where
Figure 00000014

Claims (4)

1. Способ разностного измерения отклонения от круглости, заключающийся в том, что устанавливают изделие, осуществляют его вращение относительно измерительного датчика и измеряют погрешность формы изделия, отличающийся тем, что фиксируют получающийся эксцентриситет е и начальную фазу ψ гармоники первого порядка ряда Фурье, создают систему координат, соответствующую минимальной методической погрешности, определяют значение погрешности формы изделия в этой системе координат.1. The method of differential measurement of deviation from roundness, namely, that the product is installed, it is rotated relative to the measuring sensor and the product shape error is measured, characterized in that the resulting eccentricity e and the initial phase ψ of the first-order harmonic of the Fourier series are fixed, a coordinate system is created corresponding to the minimum methodological error, determine the value of the error in the shape of the product in this coordinate system. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что эксцентриситет е, начальную фазу ψ гармоники первого порядка ряда Фурье и значение погрешности формы изделия r(φ) рассчитывают по формулам2. The method according to claim 1, characterized in that the eccentricity e, the initial phase ψ of the first-order harmonic of the Fourier series and the value of the error in the shape of the product r (φ) are calculated by the formulas
Figure 00000015
Figure 00000015
Figure 00000016
Figure 00000016
Figure 00000017
Figure 00000017
гдеWhere
Figure 00000018
Figure 00000018
r0, а, b - коэффициенты ряда Фурье для гармоник нулевого и первого порядка соответственно.r 0 , a, b are the coefficients of the Fourier series for harmonics of zero and first order, respectively.
3. Способ по п.1 или 2, отличающийся тем, что измерение можно осуществлять непосредственно на обрабатывающем оборудовании.3. The method according to claim 1 or 2, characterized in that the measurement can be carried out directly on the processing equipment. 4. Способ по п.1 или 2, отличающийся тем, что измеряемое изделие может устанавливаться в кулачковых патронах, а также в центрах.4. The method according to claim 1 or 2, characterized in that the measured product can be installed in cam chucks, as well as in centers.
RU2002130173/28A 2002-11-11 2002-11-11 Method of differential measurement of deviation from roundness RU2239785C2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2002130173/28A RU2239785C2 (en) 2002-11-11 2002-11-11 Method of differential measurement of deviation from roundness

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2002130173/28A RU2239785C2 (en) 2002-11-11 2002-11-11 Method of differential measurement of deviation from roundness

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2002130173A RU2002130173A (en) 2004-05-10
RU2239785C2 true RU2239785C2 (en) 2004-11-10

Family

ID=34310073

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2002130173/28A RU2239785C2 (en) 2002-11-11 2002-11-11 Method of differential measurement of deviation from roundness

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2239785C2 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2605642C1 (en) * 2015-03-23 2016-12-27 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Юго-Западный государственный университет" (ЮЗГУ) Method of measuring and processing initial irregularities of shape of thin-wall cylindrical shells

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2605642C1 (en) * 2015-03-23 2016-12-27 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Юго-Западный государственный университет" (ЮЗГУ) Method of measuring and processing initial irregularities of shape of thin-wall cylindrical shells

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN102252617B (en) Morphology registration analysis-based method for detecting precision of precise main shaft rotation
CN108020409B (en) A kind of 4 points of dynamic measurements of spindle rotation error and separation method
CN107860313B (en) It is a kind of based on the beveled gear teeth of line-structured light to bias measurement method
CN105021349A (en) Method for obtaining unbalance of rotor
CN114739344A (en) Roundness error online measurement method and system
CN204788804U (en) Rotor combination piece
CN113446968A (en) Method for detecting and identifying installation error of main shaft and coaxiality of main shaft and C axis
CN109211072A (en) A kind of multistage coaxiality of inner hole measuring tool and its measurement method
RU2239785C2 (en) Method of differential measurement of deviation from roundness
CN107907071A (en) A kind of slave mode bearing groove measurer for curvity radius and method
CN114636387B (en) Circular grating encoder double-reading-head asymmetric installation eccentric error compensation method
CN111780967B (en) Turntable transmission precision optical composite detection method capable of correcting eccentric error
JP3975815B2 (en) 3D cam shape measurement result correction method and 3D cam profile measurement device
CN108267061A (en) A kind of method that elevation carrection is determined on JD25-C horizontal metroscopes
JPS5952764B2 (en) Three-point roundness measurement method
RU2819109C1 (en) Method of controlling alignment of shafts
CN107238353B (en) A kind of rotation angle measuring method based on primary standard of curved surface part
JP3150757B2 (en) Method of considering inaccuracy of crank pin position in crankshaft balance adjustment and apparatus applying the method
Kiryanov et al. Using the differential method of measurement to control the accuracy of precision angle measuring structures
RU2243499C1 (en) Method of measuring surfaces of revolution with out-of-round gauge
CN116448046B (en) Device and method for measuring perpendicularity error of end face of cylindrical part
CN112372602B (en) Quick and accurate leveling method for three-point support precision measurement rotary table
CN107907062A (en) Bearing bore diameter measuring method based on the sensitive lever principle of double optics
CN110732682B (en) Balance compensation equipment for revolving body part and compensation method thereof
RU2748150C1 (en) Method for shaft coaxial alignment control

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20041112