[发明专利]一种基于靶标轨迹跟踪的主轴径向回转误差测量方法

说明书

本发明一种基于靶标轨迹跟踪的主轴径向回转误差测量方法属于精密仪器制造及测量技术领域；该方法依次执行以下步骤：步骤a、点亮标准器；步骤b、调整X向位移导轨，Y向位移导轨和Z向位移导轨，使得图像采集器件能够对靶标回转圆周完整成像；步骤c、控制待测主轴在额定转速下转动；步骤d、在图像采集器件的曝光时间T₁、待测主轴的转动周期T₂之间满足T₁＝T₂或T₁＝kT₂的关系时，图像采集器件对标准器成像，获得靶标轨迹图像；步骤e、对靶标轨迹图像进行预处理和靶标轨迹提取；步骤f、评定靶标轨迹的圆度误差；本发明不仅不需要高采样频率电容传感器，降低了测量成本，而且能够实现高转速主轴径向回转误差的高精度测量。

技术领域

本发明一种基于靶标轨迹跟踪的主轴径向回转误差测量方法属于精密仪器制造及测量技术领域。

背景技术

随着半导体和超净加工技术的不断发展，高速主轴的技术需求日益增加。主轴转速范围从几千转每分钟上升到几万转每分钟，主轴轴系精度也不断提高，其中，径向回转误差从几百微米提高到几十微米甚至几微米精度。因此，对高速主轴径向回转误差的测量显得更加重要。主轴回转误差也是反映机床动态性能好坏的关键指标之一，通过对回转误差的测试与分析，可以预测理想加工条件下机床所能达到的最小形状误差、表面质量和粗糙度，也可以用于机床加工预测和补偿控制，判断产生加工误差的原因，以及机床的状态监测和故障诊断，还可为机床主轴回转误差预测、控制提供重要的测试基础。

目前在高速主轴径向回转误差测量方面，美国雄狮精仪公司的主轴误差分析仪SEA，与我国军标GJB1801-93提到的方法一致。该方法要想保持测量精度，其采用的电容传感器的采样频率要随待测主轴转速提高而增大。例如，当待测主轴的转速达到60000rpm，即待测主轴轴心点晃动频率为1KHz，要想实现25μm的测量精度，电容传感器的采样频率至少要达到128KHz。

可见，这种方法对于电容传感器的采样频率有着非常高的要求，由于高采样频率电容传感器难以获得，且价格昂贵，因此，如何在不需要高采样频率电容传感器的情况下，实现高转速主轴径向回转误差高精度测量，是主轴径向回转误差超精密测量领域亟待解决的关键技术问题。

发明内容

为了解决上述问题，本发明设计了一种基于靶标轨迹跟踪的主轴径向回转误差测量方法，该方法不仅不需要高采样频率电容传感器，降低了测量成本，而且能够实现高转速主轴径向回转误差的高精度测量。

本发明的目的是这样实现的：

一种基于靶标轨迹跟踪的主轴径向回转误差测量装置，包括：图像采集器件，标准器，用于夹持标准器的装夹装置，待测主轴，基座，龙门支架，X向位移导轨，Y向位移导轨和Z向位移导轨；其中，X向位移导轨通过龙门支架固定在基座上，Y向位移导轨安装在X向位移导轨上，沿X向位移导轨所在方向移动，Z向位移导轨安装在Y向位移导轨上，沿Y向位移导轨所在方向移动，图像采集器件安装在Z向位移导轨上，沿Z向位移导轨所在方向移动，标准器通过装夹装置安装在待测主轴的回转端面上；所述标准器为顶端开有靶标、内部能够发光的桶状结构；所述靶标为偏心孔。

上述基于靶标轨迹跟踪的主轴径向回转误差测量装置，有如下关系：

T₁＝T₂

或

T₁＝kT₂

其中，图像采集器件的曝光时间为T₁，待测主轴的回转周期为T₂，k为正有理数。

一种基于靶标轨迹跟踪的主轴径向回转误差测量方法，由以下步骤组成：

步骤a、点亮标准器；