[发明专利]一种用圆光栅及自准直仪测量主轴回转误差的装置及方法

说明书

本发明属于精密机械误差领域，公开了一种用圆光栅及自准直仪测量主轴回转误差的装置及方法。该测量装置由安装在主轴上的一套双读数头圆光栅、贴在轴底端的平面镜及一套自制自准直仪组成。当主轴存在径向回转误差时，结合圆光栅测得的径向运动误差，及自准直仪测得的偏摆误差，便可计算出轴上任意一点的径向回转误差，进而分析轴在旋转过程中的运动状态。采用本发明的结构可消除主轴圆度、表面粗糙度及主轴所受负载的变化对测量结果的影响。同时，本装置亦可实现主轴回转角度的高精度定位。

技术领域

本发明属于精密机械误差测量领域，具体涉及一种使用双读数头圆光栅配合自准直仪测量计算主轴的径向回转误差装置及方法。

背景技术

主轴回转误差是指主轴做回转运动时，其实际的回转轴线相对于理论回转轴线的偏差量。主轴回转误差主要包括：径向运动误差、倾角摆动误差和轴向窜动误差三种形式。其中径向运动误差和倾角摆动误差总称为主轴径向回转误差，是影响加工误差的主要原因。

现有的高精度主轴径向回转误差测量方法多采用误差分离方法，其测量、计算过程复杂并且多采用接触式位移传感器，受轴表面加工精度影响较大，且长时间测量会导致测头磨损，影响测量精度。

发明内容

本发明提出了一种实时测量主轴径向回转误差的方法及装置，该装置由安装在主轴上的一个增量式圆光栅和两个对径安装的读数头以及安装在主轴轴肩位置的一个与轴线垂直的环形平面镜和其配套自制自准直仪组成。

在测量过程中，圆光栅可以测得主轴在转动过程中的径向运动误差，自准直仪可以测得主轴在转动过程中其径向运动误差方向上的倾角摆动误差。根据主轴上一点的径向运动误差及其在此方向上的倾角摆动误差便可以计算出主轴上各个点的径向回转误差。

一种用圆光栅及自准直仪测量主轴回转误差的装置，包括主轴、环形平面镜、圆光栅、法兰盘、锁紧螺母、连接板、转台、光学平台、自制自准直仪、光栅读数头A、光栅读数头B；所述环形平面镜套在主轴上，以轴肩一端定位，其侧面用液体胶固定；圆光栅为圆环形，通过螺钉固定在法兰盘上，法兰盘从轴的另一端套在主轴上，同样以轴肩定位并通过锁紧螺母固定；光栅读数头A和光栅读数头B对径设在圆光栅两侧；自制自准直仪中激光器的轴线与光栅读数头A和光栅读数头B的连线平行，且激光器发出的光线经直角反射镜反射后落在环形平面镜上。

进一步地，上述自制自准直仪包括激光器、PBS分光镜、激光光线、直角反射镜、凸透镜、四象限光电探测器、调整架；激光器、PBS分光镜、直角反射镜共线设置，调整架用于调整直角反射镜的距离，令激光反射到环形平面镜上；凸透镜、四象限光电探测器共线且垂直于激光光线的光路，位于PBS分光镜一侧。

采用上述装置测量主轴回转误差的方法，包括以下步骤：

步骤1，标定安装误差

步骤1-1：将圆光栅固定在法兰盘上，之后将其作为一个整体固定在主轴的右侧轴肩位置；在主轴的左侧轴肩位置粘贴一环形平面镜；

步骤1-2：将装好圆光栅和平面镜的主轴用顶尖A和顶尖B进行轴向固定；

步骤1-3：将光栅读数头A和B对径安装在圆光栅两侧；将自制自准直仪固定在主轴左侧位置，使激光器轴线与两光栅读数头连线平行，并使得激光光线经直角反射镜反射后打在环形平面镜上；

步骤1-4：从光栅的零位开始，匀速转动主轴一圈，并记录光栅读数头和自制自准直仪的数值；

步骤1-5：光栅安装偏心误差标定；由光栅读数头A和B的读数差值，计算出主轴旋转一周各点的径跳；因主轴为顶尖定位，其顶尖孔连线为固定，所以此时的径跳即为光栅相对于顶尖孔连线的偏心量。

步骤1-6：镜面与顶尖孔连线不垂直误差标定；主轴由顶尖孔定位，其顶尖孔连线在主轴旋转过程中固定不动，在步骤1-4旋转主轴一周过程中，自制自准直仪所测得的角度变化即为镜面与顶尖孔连线的不垂直度；