[发明专利]基于并行误差分离法的大型圆柱廓形在线测量重构方法

摘要

本发明公开了一种基于并行误差分离法的大型圆柱廓形在线测量重构方法，通过轴向三截面的并行误差分离，萃取相邻两测量截面圆的几何中心的相对变化量，再通过叠加获得各个测量截面圆的几何中心，进而实现以被测轴各测量截面圆的几何中心的连线作为基准轴线的圆柱体廓形重构，在此基础上可以进行圆柱廓形的圆度、圆柱度、母线直线度和锥度的高精度测量评定。本发明能实现测量过程中轴系的径向回转误差运动和导轨直线误差运动的全谐波分离，保障圆柱廓形测量重构的高精度、降低大型圆柱廓形在线测量装备的制造成本。

主权项

一种基于并行误差分离法的大型圆柱廓形在线测量重构方法，是应用于由Z导轨(10)和X导轨(9)共同支撑测量架(8)在X‑Z方向移动、由支撑轴系(7)支撑并带动被测体(6)旋转所组成的测量系统中，所述Z导轨(10)与所述被测体(6)的轴向平行；且支撑所述测量架(8)沿着Z方向的移动步距为d；其特征是所述在线测量重构方法是按如下步骤进行：步骤1、数据采集：步骤1.1、在测量架(8)上设置左中右三个截面，所述三个截面垂直于所述Z导轨(10)移动方向，且三个截面之间的距离为d；在中截面上根据三点圆度误差分离测量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、在左截面和右截面上沿X方向分别配置有第四传感器(4)和第五传感器(5)；步骤1.3、所述被测体(6)上沿轴向划分M个测量截面；各测量截面之间的距离为d；定义测位号J；J＝1,2,…,M；步骤1.4、初始化J＝1；步骤1.5、移动测量架(8)，使所述测量架(8)上中截面位于被测体(6)第J测量截面上；步骤1.6、由支撑轴系(7)带动所述被测体(6)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)能采集所述被测体(6)第J测量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(6)第J‑1测量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(6)第J+1测量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1.7、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1.5顺序执行；步骤2、数据预处理：步骤2.1、根据第J测位的中截面数据，利用三点频域先行圆度误差分离方法萃取所述被测体(6)第J测量截面上的圆度r2(zJ,i)和半径相对值r0(zJ)；同时获得所述被测体(6)第J测量截面X方向跳动分离结果中的一阶谐波分量zJ＝J×d表示所述被测体(6)第J测量截面的轴向位置；i表示任一传感器一周采样的点号；i＝0,1,…N‑1；N表示任一传感器一周采样的点数，且采样的角间隔为δ＝2π/N；步骤2.2、分别对第J测位的左截面数据和右截面数据进行离散傅里叶变换，得到变换结果的一阶谐波分量和步骤3、计算所述被测体(6)上M个测量截面形状的一阶谐波分量：步骤3.1、初始化J＝1；步骤3.2、由支撑轴系(7)带动所述被测体(6)旋转一周，设所述支撑轴系(7)沿X方向的倾角误差运动引起的被测体(6)相邻两个测量截面上跳动之差的一阶谐波分量的估计值为δ1＝C，其中C为零或微小复数；步骤3.3、利用式(1)萃取所述被测体(6)第J测量截面形状与第J‑1测量截面形状的一阶谐波分量的相对变化量ΘJ：ΘJ=E^x(zJ,1)-T4J(zJ-1,1)-C---(1)]]>步骤3.4、设所述被测体(6)第J‑1测量截面形状的一阶谐波分量为R(zJ‑1,1)＝B，其中B为零或微小复数；利用式(2)计算所述被测体(6)第J测量截面形状的一阶谐波分量R(zJ,1)：R(zJ,1)＝R(zJ‑1,1)+ΘJ＝B+ΘJ    (2)步骤3.5、将J+1赋值给J，并判断J＞M是否成立，若成立，则表示已完成M个测量截面形状的一阶谐波分量的计算；否则，执行步骤3.6；步骤3.6、由所述支撑轴系(7)带动所述被测体(6)旋转一周；利用式(3)计算所述支撑轴系(7)沿X方向的倾角误差运动在第J测位的相邻两个测量截面引起跳动之差的一阶谐波分量的估计值δJ：δJ=E^x(zJ,1)-T4J(zJ-1,1)-[T5J-1(zJ,1)-E^x(zJ-1,1)]+δJ-1---(3)]]>步骤3.7、利用式(4)萃取被测体(6)第J测量截面形状与J‑1测量截面形状的一阶谐波分量的相对变化量ΘJ：ΘJ=E^x(zJ,1)-T4J(zJ-1,1)-δJ---(4)]]>步骤3.8、利用式(5)计算所述被测体(6)第J测量截面形状的一阶谐波分量R(zJ,1)：R(zJ,1)=R(zJ-1,1)+ΘJ=B+Σj=1JΘj---(5)]]>步骤3.9、返回步骤3.5执行；步骤4、萃取所述被测体(6)上M个测量截面形状的一阶谐波：步骤4.1、以被测体(6)第J测量截面形状的一阶谐波分量R(zJ,1)，并利用式(6)构建序列Γ(zJ,k)：Γ(zJ,k)=R(zJ,1)k=10k=0,2,3,...N-2R‾(zJ,1)k=N-1,J=1,2,...,M---(6)]]>式(6)中，表示R(zJ,1)的共轭；步骤4.2、利用式(7)对所述序列Γ(zJ,k)进行离散傅里叶逆变换，从而萃取所述被测体(6)第J测量截面形状的一阶谐波r1(zJ,i)：r1(zJ,i)＝IDFT[Γ(zJ,1)] J＝1,2,…,M     (7)步骤5、利用式(8)重构所述被测体(6)的圆柱廓形r(zJ,i)：r(zJ,i)＝r0(zJ)+r1(zJ,i)+r2(zJ,i) J＝1,2,…,M    (8)。