[发明专利]五点圆柱度误差分离测量方法

摘要

本发明公开了一种五点圆柱度误差分离测量方法，通过轴向三截面五测头采集的测量数据，基于特定的误差分离方法，以被测圆柱左、右固定截面圆形状的几何中心的连线为基准，萃取被测圆柱上各个截面圆形状的几何中心矢量，进而实现以被测圆柱各截面圆形状的几何中心的连线作为基准轴线(通常不是直线)的圆柱体形状数据重构，在此基础上进行圆柱度等形状误差高精度测量评定。本发明能实现测量过程中轴系的径向和倾角误差运动以及导轨直线误差运动的全谐波分离，保障圆柱形状测量重构的高精度、降低大型圆柱形状在线测量装备的制造成本。

主权项

1.一种五点圆柱度误差分离测量方法，是应用于由左架(6)和右架(7)固定在被测体(13)两端、Z导轨(10)支撑中测架(11)在Z方向移动、支撑轴系(8)支撑并带动被测体(13)旋转所组成的测量系统中，所述Z导轨(10)与所述被测体(13)的轴向平行，令所述中测架(11)沿着Z方向的移动步距为d；其特征是，所述误差分离测量方法是按如下步骤进行：步骤1、数据采集：步骤1.1、在所述中测架(11)上设置中截面，所述中截面垂直于所述Z导轨(10)移动方向；在所述中截面上根据三点圆度误差分离方法配置三个传感器，包括：第一传感器(1)、第二传感器(2)和第三传感器(3)；步骤1.2、在所述左架(6)和右架(7)上分别设置左截面和右截面，所述左截面和右截面分别垂直于所述被测体(13)的轴向；所述左截面和右截面上沿X方向配置有第四传感器(4)和第五传感器(5)，且测量过程中所述左架(6)和右架(7)固定不动；步骤1.3、所述被测体(13)上沿轴向划分M+2个截面，各截面之间的距离为d；定义测位号为J，J＝1,2,…,M；测位是指所述中测架(11)在所述Z导轨(10)的支撑下移动并定位于所述被测体(13)上的一个截面，且所述被测体(13)在支撑轴系(8)的支撑并带动下旋转一周后，所述第一传感器(1)至第五传感器(5)分别采集一周的测量数据的过程；步骤1.4、所述第四传感器(4)所在的左截面和第五传感器(5)所在的右截面分别位于被测体(13)的第0截面和第M+1截面上，且第四传感器(4)和第五传感器(5)的测量方向为X方向，所述第四传感器(4)和第五传感器(5)在测量过程中的轴向位置固定不动；步骤1.5、初始化J＝1；步骤1.6、移动所述中测架(11)进入第J测位，使得所述中测架(11)上的中截面位于所述被测体(13)的第J截面上，则第J截面的轴向位置坐标为z_J＝J×d；步骤1.7、由所述支撑轴系(8)支撑并带动所述被测体(13)旋转一周，使得所述第一传感器(1)、第二传感器(2)和第三传感器(3)采集到所述被测体(13)的第J截面上一周的测量数据；所述第四传感器(4)采集所述被测体(13)的第0截面上一周的测量数据；所述第五传感器(5)采集所述被测体(13)的第M+1截面上一周的测量数据，从而完成第J测位的测量，获得第J测位的测量数据；所述第J测位的测量数据包括：第J测位的中截面数据、第J测位的左截面数据和第J测位的右截面数据；步骤1.8、将J+1赋值给J，并判断J＞M是否成立，若成立，则表示完成M个测位的测量，获得M个测位的测量数据；否则，返回步骤1.6顺序执行；步骤2、数据预处理：步骤2.1、根据第J测位的测量数据中的中截面第一传感器(1)、第二传感器(2)和第三传感器(3)所采集的数据t_m(z_J,i)，其中，J＝1,2,…,M，m表示传感器的序号，且m＝1,2,3，i表示采样点号，且i＝0,1,…,N‑1，N表示传感器一周采样的点数，且采样的角间隔为δ＝2π/N；利用三点频域先行圆度误差分离法可以萃取所述被测体(13)的第J截面圆形状的p阶谐波矢量R(z_J,p)，p＝0,2,3,…,N‑2，其中，p为谐波阶次；同时利用所述三点频域先行圆度误差分离法获得所述被测体(13)的第J截面处X方向跳动分离结果的1阶谐波矢量步骤2.2、分别对第J测位的测量数据中的左截面第四传感器(4)和右截面第五传感器(5)所采集的数据t_m(J,i)进行离散傅里叶变换，得到p阶谐波矢量T_m(J,p)＝DFT[t_m(J,i)]，其中，J＝1,2,…,M，m＝4,5，i＝0,1,…,N‑1，p＝0,1,2,…,N‑1，DFT是离散傅里叶变换符，并取1阶谐波矢量T_m(J,1)；步骤3、重构所述被测体(13)圆柱形状数据r(z_J,i)，J＝1,2,…,M，i＝0,1,2,…,N‑1：步骤3.1、初始化J＝1；步骤3.2、以式(1)获取所述被测体(13)上第J截面圆形状的1阶谐波矢量R(z_J,1)：式(1)中，L表示在所述被测体(13)上第0截面与第M+1截面之间的距离；步骤3.3、根据N‑1阶谐波矢量R(z_J,N‑1)是一阶谐波矢量R(z_J,1)的共轭复数，得到所述被测体(13)上第J截面圆形状的N‑1阶谐波矢量R(z_J,N‑1)；步骤3.4、利用式(2)对p＝0,1,2,3,…,N‑2,N‑1阶谐波矢量R(z_J,p)进行离散逆傅里叶变换，得所述被测体(13)上第J截面圆形状r(z_J,i)：r(z_J,i)＝IDFT[R(z_J,p)]，i＝0,1,2,…,N‑1   (2)步骤3.5、将J+1赋值给J，并判断J＞M是否成立，若成立，则表示完成被测体(13)圆柱形状的测量数据重构，执行步骤3.6；否则，执行步骤3.2；步骤3.6、从各个截面圆形状的几何中心矢量2R(z_J,1)/N，J＝1,2,…,M，拟合出被测圆柱各截面几何中心的连线所表达的基准轴线，即中心线，从而利用所述被测体(13)上第J截面圆形状r(z_J,i)，J＝1,2,…,M，i＝0,1,…,N‑1实现所述被测体(13)的圆柱度等形状误差评定。