RU94694U1

RU94694U1 - CORNER INSTALLATION

Info

Publication number: RU94694U1
Application number: RU2010110638/22U
Authority: RU
Inventors: Алексей Валерьевич Кирьянов
Original assignee: Конструкторско-технологический институт научного приборостроения СО РАН (КТИ НП СО РАН)
Priority date: 2010-03-19
Filing date: 2010-03-19
Publication date: 2010-05-27

Abstract

Устройство для контроля точности изготовления углоизмерительных структур, содержащее головку считывания данных с контролируемых структур, шпиндель с вертикальной осью вращения, эталонный датчик угла поворота и стеклянный диск с нанесенной на его поверхности контролируемой структурой, отличающееся тем, что на верхнем торце шпинделя размещены фланец и оправка для установки стеклянного диска, а на нижнем - двигатель вращения и дополнительный противовес, полярный момент инерции которого вместе с двигателем вращения, рассчитываемый относительно центра симметрии ротора шпинделя, равен полярному моменту инерции фланца с присоединенным к нему эталонным датчиком угла поворота и оправкой, при этом на нижней поверхности противовеса предусмотрено место для соосной установки имитатора контролируемой структуры, полярный момент инерции которого равен полярному моменту инерции контролируемой структуры. A device for controlling the accuracy of manufacturing angle measuring structures, comprising a head for reading data from controlled structures, a spindle with a vertical axis of rotation, a reference angle sensor and a glass disk with a controlled structure deposited on its surface, characterized in that a flange and a mandrel are placed on the upper end of the spindle installation of a glass disk, and at the bottom - a rotation motor and an additional counterweight, the polar moment of inertia of which, together with the rotation motor, calculated from itelno center of symmetry of the spindle rotor, is polar moment of inertia with flange attached thereto a reference rotational angle sensor and the mandrel, wherein the counterweight on the bottom surface of the space for installation of the coaxial simulator controlled structure, the polar moment of inertia is polar moment of inertia of a controlled structure.

Description

Полезная модель относится к Критическим технологиям РФ «Технологии механотроники и создание микросистемной техники» и может быть использована в метрологии, измерительной технике, в точном машиностроении, приборостроении и других областях промышленности для контроля точности изготовления шкал, лимбов, растров и других объектов контроля, называемых далее углоизмерительными структурами (УИС).The utility model relates to the Critical Technologies of the Russian Federation “Mechanotronic Technologies and the Creation of Microsystem Technology” and can be used in metrology, measurement technology, precision engineering, instrumentation and other industries to control the accuracy of manufacturing scales, dials, rasters and other objects of control, referred to below angle measuring structures (MIS).

В настоящее время в различных отраслях промышленности, в частности, в точном машиностроении или приборостроении начинают использоваться различные шкалы, лимбы, растры и другие объекты с УИС, точность изготовления которых лежит в диапазоне 1,0-0,5 угловой секунды. Для контроля подобных объектов необходимы соответствующие метрологические средства контроля с точностью, по крайней мере, в три раза более высокой, чем ожидаемая точность указанных выше объектов.Currently, in various industries, in particular in precision engineering or instrumentation, various scales, dials, rasters and other objects with MIS are beginning to be used, the manufacturing accuracy of which lies in the range of 1.0-0.5 arc seconds. To control such objects, appropriate metrological means of control are needed with an accuracy of at least three times higher than the expected accuracy of the above objects.

Для контроля точности угловых преобразователей наибольшее распространение получил динамический метод контроля, реализуемый с помощью устройства, содержащего соосно расположенные и жесткосоединенные между собой прецизионный шпиндель, двигатель вращения и угловой датчик. Например, известна углоизмерительная установка (см. Т.Masuda, M.Kajitani. An automatic calibration system for angular encoders. Precision Engineering, v. 11, No 2, 1989, p.95), содержащая соосно расположенные и жесткосоединенные между собой прецизионный шпиндель, двигатель вращения и угловой датчик, с п позиционно-считывающими головками, где п не менее 2. Угловая точность такой установки достаточно высока за счет использования принципа многоголовочного считывания данных с опорного растра, т.к. в установке установлено пять пар диаметрально расположенных головок считывания. При этом первая пара головок расположена на позициях 0°-180°, вторая - на позициях 90°-270°, третья - на позициях 45°-225°, четвертая - на позициях 22,5°-202,5° и, наконец, пятая пара - на позициях 11,25°-191,25°. В результате первая пара головок позволяет сформировать сетку угловых меток, в кривой погрешности относительного расположения меток убраны 1, 3, 5 и т.д. все нечетные гармоники, обусловленные действием погрешностей изготовления опорного растра и погрешностями, вносимые подшипниками шпинделя. Совместное использование первой и второй пары головок позволяет дополнительно подавить в кривой погрешности действие 2, 6, 10 и т.д. гармоник, номера которых образованы умножением 2 на все нечетные числа. Совместное использование первой, второй и третьей пар головок позволяет дополнительно подавить в кривой погрешности действие 4, 12, 20 и т.д. гармоник, номера которых образованы умножением 4 на все нечетные числа. По аналогии с предыдущим совместное использование первой, второй, третьей и четверной пар головок позволяет подавить в кривой погрешности действие еще 8, 24, 40 и т.д. гармоник, номера которых образованы умножением 8 на все нечетные числа. И, наконец, совместное использование первой, второй, третьей, четвертой и пятой пар головок позволяет подавить в кривой погрешности действие также 16, 48, 80 и т.д. гармоник, номера которых образованы умножением 16 на все нечетные числа. В результате совместного использования пяти пар головок удается подавить действие всех (2ⁿ-1) первых гармоник (где n - число пар считывающих головок) и большого числа последующих и создать сетку угловых меток, расположенных регулярно в пределах полного оборота с погрешностью положения меток не хуже 0,01 угловой секунды.To control the accuracy of angular transducers, the dynamic control method, implemented using a device containing a precision spindle coaxially located and rigidly interconnected, a rotation motor and an angular sensor, is most widely used. For example, the angle measuring system is known (see T. Masuda, M. Kajitani. An automatic calibration system for angular encoders. Precision Engineering, v. 11, No. 2, 1989, p. 95), containing a precision spindle coaxially located and rigidly interconnected , a rotation motor and an angle sensor, with n position-reading heads, where n is at least 2. The angular accuracy of such a setup is quite high due to the use of the principle of multi-head data reading from the reference raster, because Five pairs of diametrically located read heads are installed in the installation. The first pair of heads is located at 0 ° -180 °, the second at 90 ° -270 °, the third at 45 ° -225 °, the fourth at 22.5 ° -202.5 °, and finally the fifth pair - at positions 11.25 ° -191.25 °. As a result, the first pair of heads allows you to form a grid of angle marks, 1, 3, 5, etc. are removed in the error curve of the relative location of the marks. all odd harmonics due to the action of manufacturing errors of the reference raster and errors introduced by the spindle bearings. The joint use of the first and second pairs of heads allows you to additionally suppress the action of 2, 6, 10, etc. in the error curve. harmonics whose numbers are formed by multiplying 2 by all odd numbers. The joint use of the first, second and third pairs of heads allows you to additionally suppress the action of 4, 12, 20, etc. in the error curve. harmonics whose numbers are formed by multiplying 4 by all odd numbers. By analogy with the previous one, the joint use of the first, second, third, and four pairs of heads makes it possible to suppress the action of another 8, 24, 40, etc., in the error curve. harmonics whose numbers are formed by multiplying 8 by all odd numbers. And, finally, the joint use of the first, second, third, fourth and fifth pairs of heads makes it possible to suppress the action of 16, 48, 80, etc. in the error curve. harmonics whose numbers are formed by multiplying 16 by all odd numbers. As a result of the joint use of five pairs of heads, it is possible to suppress the effect of all (2 ⁿ -1) first harmonics (where n is the number of pairs of read heads) and a large number of subsequent ones and create a grid of angle marks located regularly within a full revolution with a mark position error of no worse 0.01 arc seconds.

Столь глубокое подавление вклада погрешности изготовления опорного растра и погрешности подшипников шпинделя особенно эффективно при контроле погрешности угловых датчиков в сборе, т.к. в этом случае от углоизмерительной установки требуется только точное задание угла поворота.Such a deep suppression of the contribution of the error in the manufacture of the reference raster and the error of the spindle bearings is especially effective in controlling the error of the angular sensors assembly, since in this case, the angle meter only needs to specify the exact angle of rotation.

При контроле собранных датчиков, имеющих собственную подшипниковую систему, которая вместе с используемым растром определяет итоговую погрешность преобразователя, любое расхождение между показаниями контролируемого преобразователя и заданной угловой позицией трактуется как погрешность преобразователя.When monitoring assembled sensors having their own bearing system, which together with the raster used determines the final error of the converter, any discrepancy between the readings of the controlled converter and the given angular position is interpreted as the error of the converter.

Известно, что контроль точности изготовления УИС имеет ряд существенных отличий от аналогичного контроля готовых угловых преобразователей, которые учитываются в заявляемом устройстве.It is known that control of the accuracy of manufacturing UIS has a number of significant differences from the same control of finished angle converters, which are taken into account in the inventive device.

Наиболее близким к заявляемому устройству является выбранное в качестве прототипа устройство для контроля погрешности лимбов. (См., Г.В.Егоров, С.М.Латыев, С.С.Митрофанов и В.П.Петров, Авторское свидетельство СССР №1384951, кл. G01С 1/02), содержащее головку считывания данных с контролируемых структур, шпиндель с вертикальной осью вращения, эталонный датчик угла поворота и стеклянный диск с нанесенной на его поверхности контролируемой структурой.Closest to the claimed device is selected as a prototype device for controlling the accuracy of the limbs. (See, G.V. Egorov, S.M. Latyev, S.S. Mitrofanov and V.P. Petrov, USSR Author's Certificate No. 1384951, class G01C 1/02), containing the head for reading data from controlled structures, a spindle with a vertical axis of rotation, a reference angle sensor and a glass disk with a controlled structure deposited on its surface.

В отличие от установок для контроля готовых угловых датчиков здесь не каждое расхождение между показаниями контролируемого преобразователя и заданной угловой позицией может трактоваться как погрешность изготовления УИС. Например, неточная установка контролируемой УИС относительно оси вращения приводит к появлению погрешности эксцентриситета, которая никак не связана с погрешностью изготовления УИС. Или в связи с тем, что ось ротора шпинделя всегда имеет возможность совершать небольшие качания в вертикальной плоскости, то возникающую погрешность компарирования (погрешность Аббе), также нельзя приписывать УИС. Эту составляющую погрешности целенаправленно уменьшают за счет того, что собственный (референтный) угловой датчик углоизмерительной установки размещают в непосредственной близости от контролируемого объекта (углоизмерительной структуры). Данный прием эффективен только в тех случаях, когда возмущения, вносимые пространственными девиациями оси ротора, проявляют себя идентично как для собственного углового датчика установки, так и для контролируемого преобразователя.Unlike installations for monitoring ready-made angle sensors, not every discrepancy between the readings of the monitored transducer and the given angular position can be interpreted as an error in the manufacture of MIS. For example, an inaccurate installation of a monitored MIS relative to the axis of rotation leads to the appearance of an eccentricity error, which is in no way associated with the error in manufacturing the MIS. Or due to the fact that the axis of the spindle rotor always has the ability to make small swings in the vertical plane, the resulting comparing error (Abbe error) also cannot be attributed to UIS. This component of the error is purposefully reduced due to the fact that the intrinsic (reference) angle sensor of the angle-measuring installation is placed in the immediate vicinity of the controlled object (angle-measuring structure). This technique is effective only in cases where perturbations introduced by spatial deviations of the rotor axis manifest themselves identically for both the unit’s own angular sensor and the controlled transducer.

Однако в тех случаях, когда в референтном угловом датчике установки используются n считывающих головок, а для контроля УИС используется одна считывающая головка, данное условие не реализуется. Как было рассмотрено выше, повышение точности углового датчика установки за счет введения, например, пяти пар считывающих головок приводит к появлению эффекта нечувствительности датчика к биениям оси, на которой смонтирован растр референтного углового датчика. В то время как данные, считываемые с контролируемой УИС с помощью дополнительной считывающей головки, искажаются движениями в пространстве оси ротора в полной мере. Например, для УИС диаметром 100 мм качание оси ротора вместе с установленной на нем УИС всего на ±0,1 мкм приводит к появлению погрешности контроля, равной ±0,4 угловой секунды, которая в сорок раз превышает достигнутую (например, за счет использования 5 пар считывающих головок) точность задания угла поворота ротора установки. Этот отрицательный эффект от малых спонтанных уходов в пространстве оси вращения будет иметь место даже при условии использования шпинделей самого высокого класса (рассмотреный выше пример, когда биения оси ротора составляют ±0,1 мкм, относится к шпинделям высокого класса. Шпиндели новейших разработок характеризуются биениями оси, не превышающими ±0,05 мкм).However, in those cases when n read heads are used in the reference angle sensor of the installation, and one read head is used to monitor the MIS, this condition is not implemented. As discussed above, increasing the accuracy of the installation angle sensor by introducing, for example, five pairs of read heads leads to the appearance of the sensor insensitivity to the beats of the axis on which the raster of the reference angle sensor is mounted. While the data read from the monitored MIS using an additional read head is distorted by the movements in the space of the axis of the rotor in full. For example, for a MIS with a diameter of 100 mm, the swing of the rotor axis together with the MIS installed on it by only ± 0.1 μm leads to the appearance of a control error of ± 0.4 arc seconds, which is forty times higher than achieved (for example, by using 5 pairs of read heads) accuracy of setting the angle of rotation of the installation rotor. This negative effect of small spontaneous departures in the space of the axis of rotation will occur even if the highest-class spindles are used (the above example, when the run-out of the rotor axis is ± 0.1 μm, refers to high-end spindles. Spindles of the latest developments are characterized by beats of the axis not exceeding ± 0.05 μm).

Размещение собственного углового датчика углоизмерительной установки в непосредственной близости от контролируемого объекта приводит к существенному изменению в шпиндельном узле положения центра масс вращения (т.е. ротора вместе с присоединенными к нему: промежуточным фланцем, стеклянным диском собственного растра, предметным столиком и стеклянным диском контролируемой УИС). И так как трудно гарантировать точное совмещение центра масс вращения с осью вращения ротора, то возникающий в результате этого дисбаланс при вращении ротора приводит к появлению динамической неуравновешенности ротора. В свою очередь, динамическая неуравновешенность ротора приводит, как показали исследования (см. А.В.Кирьянов, «Снижение погрешности формирования прецизионных углоизмерительных структур». Диссертация и автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук, НГТУ, Новосибирск, 2009 г.) к сложным движениям апекса (верхней точки) оси вращения ротора, которые являются следствием возбуждения в этом случае двух типов движений (прецессии и нутации) оси ротора, и резкому ухудшению точности контроля УИС.Placing your own angle sensor of the angle measuring device in the immediate vicinity of the controlled object leads to a significant change in the position of the center of mass of rotation (i.e., the rotor together with the intermediate flange, a glass disk of its own raster, a stage and a glass disk of a controlled UIS in the spindle unit) ) And since it is difficult to guarantee the exact alignment of the center of mass of rotation with the axis of rotation of the rotor, the resulting imbalance in the rotation of the rotor leads to the appearance of dynamic imbalance of the rotor. In turn, dynamic rotor imbalance results, as studies have shown (see A.V. Kiryanov, “Reducing the error in the formation of precision angle measuring structures.” Thesis and dissertation for the degree of candidate of technical sciences, NSTU, Novosibirsk, 2009) to complex movements of the apex (upper point) of the axis of rotation of the rotor, which are the result of the excitation in this case of two types of movements (precession and nutation) of the axis of the rotor, and a sharp deterioration in the accuracy of control of the AIS.

Целью заявляемого технического решения является устранение погрешностей контроля, связанных с появлением сложных движений в пространстве апекса оси вращающейся системы шпиндельного узла (ротор, промежуточный фланец, стеклянный диск углового датчика, предметный столик (оправка), стеклянный диск контролируемого углового преобразователя) и снижение ее до значений, определяемых только качеством изготовления подшипников шпинделя установки.The purpose of the proposed technical solution is to eliminate control errors associated with the appearance of complex movements in the apex space of the axis of the rotating system of the spindle assembly (rotor, intermediate flange, glass disk of an angle sensor, stage (mandrel), glass disk of a controlled angle converter) and reduce it to values defined only by the manufacturing quality of the spindle bearings of the installation.

Указанная цель в заявляемом углоизмерительном устройстве, содержащем головку считывания данных с контролируемых структур, шпиндель с вертикальной осью вращения, эталонный датчик угла поворота и стеклянный диск с нанесенной на его поверхности контролируемой структурой, достигается тем, что на верхнем торце шпинделя размещают фланец и оправку для установки стеклянного диска, а на нижнем - двигатель вращения и дополнительный противовес, полярный момент инерции которого вместе с двигателем вращения, рассчитываемый относительно центра симметрии ротора шпинделя, равен полярному моменту инерции фланца с присоединенными к нему эталонным датчиком угла поворота и оправкой, при этом на нижней поверхности противовеса предусматривают место для соосной установки имитатора контролируемой структуры, полярный момент инерции которого равен полярному моменту инерции контролируемой структуры.The specified goal in the inventive angle measuring device containing a head for reading data from controlled structures, a spindle with a vertical axis of rotation, a reference angle sensor and a glass disk with a controlled structure deposited on its surface, is achieved by placing a flange and a mandrel for installation on the upper end of the spindle glass disk, and at the bottom - the rotation motor and an additional counterweight, the polar moment of inertia of which, together with the rotation motor, calculated relative to the center of the spindle rotor geometry is equal to the polar moment of inertia of the flange with a reference angle sensor and a mandrel attached to it, while on the lower surface of the counterweight there is a place for coaxial installation of a simulator of a controlled structure, the polar moment of inertia of which is equal to the polar moment of inertia of the controlled structure.

На фиг.1 представлено заявляемое устройство для контроля точности изготовления УИС (растров, шкал, лимбов, кодовых дисков и т.д.), содержащее головку считывания 1 данных с контролируемых структур 2 и узел вращения, включающий в себя шпиндель с вертикальной осью вращения, на верхнем торце ротора 3 которого размещены фланец 4 со стеклянным диском 5 эталонного датчика угла поворота и оправка 6 для установки контролируемой структуры 2, а на нижнем торце - двигатель вращения 7, в котором с целью устранения погрешностей контроля, связанных с появлением сложных движений в пространстве апекса оси вращающейся системы шпиндельного узла (включающей в себя ротор шпинделя 3, промежуточный фланец 4, стеклянный диск углового датчика 5, предметный столик (оправка) 6 и стеклянный диск контролируемой УИС 2), нижнему торцу шпинделя присоединен дополнительно противовес 8, полярный момент инерции которого вместе с присоединенным к нему двигателем вращения 7, рассчитываемый относительно центра симметрии М₀ ротора шпинделя, равен полярному моменту инерции фланца 4 с присоединенным к нему эталонным датчиком 5 угла поворота и оправкой 6, при этом на нижней поверхности противовеса 8 предусмотрено место для соосной установки имитатора 9 контролируемой структуры, полярный момент инерции которого равен полярному моменту инерции контролируемой структуры 2. При этом в состав эталонного датчика угла поворота входят п считывающих головок 10.Figure 1 presents the inventive device for monitoring the accuracy of the manufacture of AIS (rasters, scales, dials, code disks, etc.), comprising a head for reading 1 data from controlled structures 2 and a rotation unit including a spindle with a vertical axis of rotation, on the upper end of the rotor 3 of which there is a flange 4 with a glass disk 5 of the reference angle sensor and a mandrel 6 for installing the controlled structure 2, and at the lower end - the rotation motor 7, in which, in order to eliminate the control errors associated with the appearance of complex movements in the apex space of the axis of the rotating system of the spindle unit (including the spindle rotor 3, the intermediate flange 4, the glass disk of the angle sensor 5, the stage (mandrel) 6 and the glass disk of the controlled UIS 2), an additional counterweight 8 is attached to the lower end of the spindle, the polar moment of inertia of which, together with the rotation motor 7 connected thereto, calculated relative to the center of symmetry of the spindle rotor M ₀ , is equal to the polar moment of inertia of the flange 4 with the reference sensor attached to it com 5 of the rotation angle and the mandrel 6, while on the lower surface of the counterweight 8 there is a place for coaxial installation of the simulator 9 of the controlled structure, the polar moment of inertia of which is equal to the polar moment of inertia of the controlled structure 2. At the same time, the reference angle sensor includes n read heads 10 .

Предлагаемые изменения конструкции устройства для контроля точности изготовления УИС проявляют свои положительные свойства следующим образом. Пусть в исходном состоянии ротор шпинделя сбалансирован идеально, т.ч. его собственный центр масс М₀ совпадает с центром симметрии аэростатического подшипника О и оставшиеся биения оси ротора обусловлены только качеством изготовления деталей шпинделя.The proposed changes in the design of the device for controlling the accuracy of manufacturing UIS show their positive properties as follows. Suppose that in the initial state the spindle rotor is perfectly balanced, incl. its own center of mass M ₀ coincides with the center of symmetry of the aerostatic bearing O and the remaining runout of the rotor axis is due only to the manufacturing quality of the spindle parts.

Поставленная задача устранения погрешности контроля, связанной с появлением сложных движений в пространстве апекса оси вращающейся системы шпиндельного узла, предлагается решить путем выравнивания полярных моментов инерции узлов и деталей, присоединенных к верхнему и нижнему торцам ротора шпинделя, соответственно:The task of eliminating the control error associated with the appearance of complex movements in the apex space of the axis of the rotating system of the spindle assembly is proposed to be solved by aligning the polar moments of inertia of the assemblies and parts attached to the upper and lower ends of the spindle rotor, respectively:

где M_i - масса i-й материальной точки, принадлежащей узлам и деталям, присоединенным к верхнему торцу ротора, r_i - расстояние от i-й материальной точки до центра симметрии аэростатического подшипника, M_k - масса k-й материальной точки, принадлежащей узлам и деталям, присоединенным к нижнему торцу ротора, r_k - расстояние от k-й материальной точки до центра симметрии аэростатического подшипника.where M _i is the mass of the i-th material point belonging to the nodes and parts attached to the upper end of the rotor, r _i is the distance from the i-th material point to the center of symmetry of the aerostatic bearing, M _k is the mass of the k-th material point belonging to the nodes and parts attached to the lower end of the rotor, r _k is the distance from the k-th material point to the center of symmetry of the aerostatic bearing.

Используя теорему Гюйгенса-Шнейдера, можно перейти от ансамбля материальных точек к реальным узлам и деталям, присоединенным к верхнему и нижнему торцам ротора шпинделя, соответственно. Тогда выражение (1) преобразуется к виду:Using the Huygens-Schneider theorem, we can go from an ensemble of material points to real nodes and parts attached to the upper and lower ends of the spindle rotor, respectively. Then the expression (1) is converted to the form:

здесь I_0i - полярный момент инерции i-й детали, присоединенной к верхнему торцу ротора, относительно оси, проходящей через центр масс данной детали, М_i - масса i-й детали, r_i - расстояние от центра масс i-й детали до центра симметрии аэростатического подшипника; I_0k - полярный момент инерции k-й детали, присоединенной к нижнему торцу ротора, относительно оси, проходящей через центр масс данной детали, М_k - масса k-й детали, r_k - расстояние от центра масс k-й детали до центра симметрии аэростатического подшипника. Используя выражение (2), нетрудно определить параметры противовеса 8, с помощью которого устраняется дестабилизирующее действие всех постоянно размещенных сверху узлов. Имитатор 9 используется для устранения дестабилизирующего действия контролируемого объекта 2 и подбирается каждый раз конкретно под его текущие параметры.here I _0i is the polar moment of inertia of the i-th part attached to the upper end of the rotor relative to the axis passing through the center of mass of the given part, M _i is the mass of the i-th part, r _i is the distance from the center of mass of the i-th part to the center symmetry of an aerostatic bearing; I _0k is the polar moment of inertia of the k-th part attached to the lower end of the rotor relative to the axis passing through the center of mass of the given part, M _k is the mass of the k-th part, r _k is the distance from the center of mass of the k-th part to the center of symmetry aerostatic bearing. Using expression (2), it is easy to determine the parameters of the counterweight 8, which eliminates the destabilizing effect of all nodes permanently placed on top. The simulator 9 is used to eliminate the destabilizing effect of the controlled object 2 and is selected each time specifically for its current parameters.

Полярный момент инерции стеклянного диска толщиной - d, радиуса R и с внутренним отверстием радиуса r, расположенного на расстоянии OD от центра симметрии подшипника, определится как:The polar moment of inertia of a glass disk of thickness d, radius R and with an inner hole of radius r located at a distance OD from the center of symmetry of the bearing, is defined as:

где ρ_cm- плотность стекла. where ρ _cm is the density of the glass.

Полярный момент имитатора толщиной d_им, радиусом R_им, расположенного на расстоянии OВ от центра симметрии подшипника, определится как:The polar moment of the simulator with a thickness of d _them , radius R _them located at a distance OV from the center of symmetry of the bearing, is defined as:

Для оценки параметров имитатора 9 можно принять (погрешность оценок не превысит (10-15)%), что М₂ - вся масса стеклянного диска сосредоточена в центре масс с координатой D, а масса имитатора М₄ - в центре масс с координатой В. Параметры имитатора можно оценить из следующего соотношения:To evaluate the parameters of the simulator 9, it can be accepted (the error of the estimates will not exceed (10-15)%) that M ₂ - the entire mass of the glass disk is concentrated in the center of mass with coordinate D, and the mass of the simulator M ₄ is concentrated in the center of mass with coordinate B. Parameters the simulator can be estimated from the following ratio:

где OD - расстояние от центра симметрии подшипника до центра масс диска, OB - расстояние от центра симметрии подшипника до центра масс имитатора.where OD is the distance from the center of symmetry of the bearing to the center of mass of the disk, OB is the distance from the center of symmetry of the bearing to the center of mass of the simulator.

В качестве примеров реализации заявляемого устройства рассмотрим следующие ситуации.As examples of the implementation of the inventive device, consider the following situations.

Пример 1. Пусть в составе углоизмерительной установки используется аэростатический шпиндель 3 с гарантированными биениями оси, не превышающими ±0,05 мкм. Расстояние от центра симметрии подшипника до посадочной плоскости оправки 6-250 мм. Расстояние от центра симметрии подшипника до посадочной плоскости противовеса (для имитатора) - 185 мм. В качестве контролируемой структуры 2 использован стеклянный диск толщиной 5 мм, диаметром 100 мм с внутренним отверстием, диаметром 10 мм, и массой М₂=353,4 г. Тогда центр масс УИС совпадает с координатой - 252,5 мм. Полярный момент инерции УИС равен - 6,2·10⁶ г·мм².Example 1. Let the aerostatic spindle 3 with guaranteed runout of the axis not exceeding ± 0.05 microns be used as part of the angle measuring installation. The distance from the center of symmetry of the bearing to the landing plane of the mandrel is 6-250 mm. The distance from the center of symmetry of the bearing to the landing plane of the counterweight (for the simulator) is 185 mm. As a controlled structure 2, a glass disk with a thickness of 5 mm, a diameter of 100 mm with an inner hole, a diameter of 10 mm, and a mass of M ₂ = 353.4 g was used. Then, the center of mass of the UIS coincides with the coordinate of 252.5 mm. The polar moment of inertia of the UIS is - 6.2 · 10 ⁶ g · mm ² .

В качестве имитатора 9 контролируемой структуры используется стальной диск, толщиной 5 мм. В данной конструкции центр масс этого диска совпадает с координатой - 187,5 мм, а полярный момент инерции должен быть равен - 6,2·10⁶ г·мм². Следовательно, диаметр стального диска имитатора будет равна 75,8 мм.A 5 mm thick steel disk is used as a simulator 9 of a controlled structure. In this design, the center of mass of this disk coincides with the coordinate - 187.5 mm, and the polar moment of inertia should be equal to - 6.2 · 10 ⁶ g · mm ² . Therefore, the diameter of the steel disk of the simulator will be equal to 75.8 mm

Пример 2. Пусть в качестве контролируемой структуры 2 использован диск из стекла, толщиной 10 мм, диаметром 200 мм с внутренним отверстием, диаметром 10 мм. В этом случае центр масс УИС совпадает с координатой 255 мм. Масса диска равна 783,5 г, а полярный момент инерции УИС - 50947087 Г·мм².Example 2. Let as a controlled structure 2 used a disk of glass, 10 mm thick, 200 mm in diameter with an inner hole, 10 mm in diameter. In this case, the center of mass of the UIS coincides with the coordinate 255 mm. The mass of the disk is 783.5 g, and the polar moment of inertia of the UIS is 50947087 G · mm ² .

В качестве имитатора 9 контролируемой структуры используется стальной диск, толщиной 10 мм. Центр масс этого диска совпадает с координатой - 190 мм. Полярный момент инерции его должен быть равен - 50947087 Г·мм². Следовательно, масса диска должна быть равной - 1411 г, а диаметр имитатора должен быть равным - 151,8 мм.As a simulator 9 of a controlled structure, a steel disk with a thickness of 10 mm is used. The center of mass of this disk coincides with the coordinate - 190 mm. The polar moment of inertia should be equal to - 50947087 G · mm ² . Therefore, the mass of the disk should be equal to 1411 g, and the diameter of the simulator should be equal to 151.8 mm.

Таким образом, заявляемое устройство позволяет устранить погрешность контроля, связанную с появлением сложных движений в пространстве апекса оси вращающейся системы шпиндельного узла, снизив ее до значений, определяемых только качеством изготовления подшипников шпинделя установки.Thus, the claimed device allows to eliminate the control error associated with the appearance of complex movements in the apex space of the axis of the rotating system of the spindle unit, reducing it to values determined only by the quality of manufacturing of the spindle bearings of the installation.

Claims

A device for controlling the accuracy of manufacturing angle measuring structures, comprising a head for reading data from controlled structures, a spindle with a vertical axis of rotation, a reference angle sensor and a glass disk with a controlled structure deposited on its surface, characterized in that a flange and a mandrel are placed on the upper end of the spindle installation of a glass disk, and at the bottom - a rotation motor and an additional counterweight, the polar moment of inertia of which together with the rotation motor, calculated from itelno center of symmetry of the spindle rotor, is polar moment of inertia with flange attached thereto a reference rotational angle sensor and the mandrel, wherein the counterweight on the bottom surface of the space for installation of the coaxial simulator controlled structure, the polar moment of inertia is polar moment of inertia of a controlled structure.