[发明专利]在线测量超精密静压主轴动态性能的装置及采用该装置测量静压主轴动态性能的方法

权利要求书

1.在线测量超精密静压主轴动态性能的装置，其特征在于，该装置包括信号采集单元和数据处理单元，所述信号采集单元包括一号高精度位移传感器（1）、传感器支架（2）、二号高精度位移传感器（3）、标准球（4）、检测杆（4-1）、三号高精度位移传感器（6）和旋转编码器（7）；超精密静压主轴中转子的后端面加工为锥形，作为测量基准面（5）；

检测杆（4-1）的一端与标准球（4）固定连接，检测杆（4-1）的另一端带有螺纹，并通过螺纹连接在中空主轴的内部台阶上，标准球（4）紧贴在锥形测量基准面（5）上，传感器支架（2）为下开口结构，传感器支架（2）倒置固定在静压主轴中电机的定子上，一号高精度位移传感器（1）、二号高精度位移传感器（3）和三号高精度位移传感器（6）分别固定在传感器支架（2）上，用于测量超精密静压主轴旋转时标准球（4）与高精度位移传感器与之间的位移；旋转编码器（7）固定在超精密静压主轴上；旋转编码器（7）用于测量主轴旋转时的相位信息；

数据处理单元包括信号放大器（a）、A/D转换电路（b）、数据采集电路（c）和计算机（d）；一号高精度位移传感器（1）、二号高精度位移传感器（3）和三号高精度位移传感器（6）的采集信号输出端分别连接信号放大器（7）的三个信号输入端；旋转编码器（7）的相位信息的输出端连接计算机（d）的相位信息输入端，信号放大器（7）的放大后信号输出端连接A/D转换电路（b）的放大后信号输入端，A/D转换电路（b）的数字信号输出端连接数据采集电路（c）的数据信号输入端，数据采集电路（c）的采集数据输出端连接计算机（d）的采集数据输入端。

2.根据权利要求1所述的在线测量超精密静压主轴动态性能的装置，其特征在于，标准球（4）的材质为不锈钢，标准球（4）抛光后的面形精度PV值小于λ/20，其中λ=0.633μm，表面粗糙度小于2nm。

3.根据权利要求1所述的在线测量超精密静压主轴动态性能的装置，其特征在于，一号高精度位移传感器（1）、二号高精度位移传感器（3）和三号高精度位移传感器（6）均采用电容传感器，所述电容传感器的分辨率小于1nm。

4.根据权利要求1所述的在线测量超精密静压主轴动态性能的装置，其特征在于，它还包括显示器（e），显示器（e）的显示信号输入端连接计算机（d）的显示信号输出端。

5.根据权利要求1所述的在线测量超精密静压主轴动态性能的装置，其特征在于，一号高精度位移传感器（1）和三号高精度位移传感器（6）的安装位置为过基准球4的球心的水平轴线上，二号高精度位移传感器（3）的安装位置为过基准球4球心的的垂直轴线上。

6.采用权利要求1所述的在线测量超精密静压主轴动态性能的装置测量静压主轴动态性能的方法，其特征在于，该方法的具体步骤：

步骤一、运行机床使超精密主轴工作，利用一号高精度位移传感器（1）、二号高精度位移传感器（3）和三号高精度位移传感器（6）分别测量出每个位移传感器与标准球（4）之间的位移信息；并将测量每个位移传感器与标准球（4）之间的位移信息传递给信号放大器（a）；

步骤二、利用旋转编码器（7）测量静压主轴中电机旋转的相位信息，并将获得电机旋转的相位信息传递给计算机（d）；

步骤三、采用信号放大器（a）将步骤一获得每个位移传感器与标准球（4）之间的位移信息进行放大，并将放大后的位移传感器与标准球（4）之间的位移信息传递给A/D转换电路（b）；

步骤四、采用A/D转换电路（b）对位移传感器与标准球（4）之间的位移信息进行模数转换，获得数据信息；

步骤五、将步骤四获得的数据信息传递给数据采集电路（c），采用数据采集电路（c）对步骤四获得数据信息进行采集，并将采集获得的信息传递给计算机（d）；

步骤六、计算机（d）对步骤五采集获得的信息与步骤二获得的电机旋转的相位信息进行同相相减，获得超精密静压主轴旋转的动态性能误差数据，并将获得超精密静压主轴旋转的动态性能误差数据作为测量结果，完成超精密静压主轴动态性能在线测量。