專利名稱:基準(zhǔn)球安裝偏心信號的消除判別技術(shù)及裝置的制作方法
該技術(shù)及其裝置屬于軸系動態(tài)回轉(zhuǎn)精度測量中的消偏技術(shù)及裝置，也即為回轉(zhuǎn)軸誤差運動測量技術(shù)中基準(zhǔn)球安裝偏心信號的消除和消除效果的判別方法及其裝置，在該項技術(shù)中，基準(zhǔn)球安裝偏心信號的消除與其效果的判別是一項不可分割的技術(shù)。
在回轉(zhuǎn)軸運動誤差測量技術(shù)中，回轉(zhuǎn)軸的軸線(或稱中心線)是一根理想的抽象了的直線，實際測量中必須以具體的物體代表該理想軸線或其上一點，代表該理想軸線或其上一點的物體被稱為基準(zhǔn)體或基準(zhǔn)元件。對于基準(zhǔn)元件要求很精確，與測量精度相比其誤差可忽略不計。由于鋼球的表面幾何精度可以做得很高，其形狀誤差可以做得＜0.1微米，并且可以從大批生產(chǎn)的鋼球中挑選精化，所以現(xiàn)有技術(shù)中，多數(shù)采用精密鋼球作為測量基準(zhǔn)元件，并以非接觸式傳感器檢測軸系動態(tài)回轉(zhuǎn)精度-回轉(zhuǎn)軸誤差運動。由于基準(zhǔn)球的安裝偏心將對回轉(zhuǎn)軸誤差運動測量精度帶來嚴(yán)重影響，為此消除基準(zhǔn)球的安裝偏心或消除偏心給測量結(jié)果帶來的影響是該測量技術(shù)的關(guān)鍵之一。
消除基準(zhǔn)球安裝偏心采用的機械裝置通常如圖一所示，基準(zhǔn)球偏心微調(diào)是通過四只調(diào)節(jié)螺釘(3)的旋動，使擺動板(4)依靠球支承(5)實現(xiàn)角擺動，從而改變基準(zhǔn)球(2)的中心位置，但這種機械調(diào)偏方法和裝置的效率及消偏效果都較差，消偏結(jié)果一般可達3～4微米，最高僅達1微米左右。因此國內(nèi)外常采用電訊號的消偏技術(shù)來消除基準(zhǔn)球安裝偏心信號對測量結(jié)果的不利影響，目前常用的方法如下1、濾波法利用帶阻濾波器來濾除偏心信號，并從濾波器示屏上直接觀察消偏效果，但該方法存在如下明顯缺點a)帶阻濾波器有一定的頻寬，從而可以濾去偏心誤差，也可以濾去一部分有用誤差信號。b)基準(zhǔn)球安裝偏心信號是與回轉(zhuǎn)軸同步的一次諧波信號，該法不能區(qū)分基準(zhǔn)球的安裝偏心信號和被測軸誤差運動中一次諧波分量。c)帶阻濾波器幅頻特性及相頻特性的影響，將給回轉(zhuǎn)軸的誤差運動信號帶來危害，影響其測量精度。d)濾波器的特性總是根據(jù)絕對時標(biāo)來定的。因此，當(dāng)被測軸轉(zhuǎn)速改變時，或其轉(zhuǎn)速波動時對濾波器工作特性能否適應(yīng)存在問題，對于無級變速的軸系其濾波器工作特性更是無法適應(yīng)。
2、雙基園盤產(chǎn)生電信號的補償消偏判別法;其補償訊號是從安裝在回轉(zhuǎn)軸前端的二只偏心盤產(chǎn)生的，該法結(jié)構(gòu)累贅，調(diào)整費時，精度不高，故采用者甚少。
3、快速符里葉變換計算消偏法，由于該方法存在符里葉變換的固有偏畸和泄漏等原理誤差，其計算速度較慢，并且不能區(qū)分偏心信號e與誤差運動中的一次諧波。
4、直角坐標(biāo)系統(tǒng)消偏判別法即把含有基準(zhǔn)球偏心信號e的回轉(zhuǎn)軸誤差運動信號(δ+e)(注其中δ為回轉(zhuǎn)軸的單純誤差運動信號。)送入雙通道示波器A通道，把同步信號送入雙通道示波器B通道，以鋸齒波為時基分別展開上述A、B通道訊號，調(diào)整同步信號的幅度與相位，然后將A、B通道訊號相加，當(dāng)結(jié)果在雙通示波器視屏上趨近一直線時，則消偏效果為最好。該方法的系統(tǒng)裝置比較復(fù)雜，觀察調(diào)整同步信號的相位和幅度與觀察(δ+e)信號分別進行，所以觀察不便，調(diào)整困難和費時，并且其消偏效果和判別精度不能很高。
克服上述機械消偏方法與裝置及電訊號消偏判別方法及裝置的缺陷是本發(fā)明的目的;本發(fā)明還要求在基準(zhǔn)球安裝偏心信號消除過程中，充分保留回轉(zhuǎn)軸誤差運動信號的原有性質(zhì)，使誤差運動的信號不受干擾、破壞;要求消偏及效果判別方便，效果好，精度高，而系統(tǒng)的裝置較為簡單，操作方便迅速。
本發(fā)明采用高精度的鋼球作為測量基準(zhǔn)元件，以代表回轉(zhuǎn)軸軸線上的一點并以如圖一所示的機械調(diào)偏裝置進行偏心粗調(diào);采用與回轉(zhuǎn)軸同步旋轉(zhuǎn)安裝的同步分解器(或旋轉(zhuǎn)變壓器)以產(chǎn)生同步信號。其消偏的原理如下當(dāng)基準(zhǔn)球安裝偏心為E時，傳感器輸出的偏心信號為e＝ECos(ωt+θ)＝ECosωtCosθ-Esimωtsinθ式中ω為回轉(zhuǎn)軸的角頻率，θ為基準(zhǔn)球偏心方向與敏感方向的夾角(注敏感方向即被測軸與傳感器相對運動誤差將以1∶1的關(guān)系轉(zhuǎn)化為測量誤差的傳感器安裝方向，)由于基準(zhǔn)球安裝好之后，θ不再變化，故可令ECosθ＝A(常數(shù));Esinθ＝B(常數(shù))則e＝ACosωt-Bsinωt;設(shè)有一個訊號e′＝-ACosωt+Bsinωt，則e和e′可通過電訊號相加而互相抵消。根據(jù)這一原理，本發(fā)明從前述的同步分解器中引出一個正弦信號，分別使其在-Psinωt和+Psinωt之間調(diào)節(jié);又引出一個余弦信號，分別使其在-PCosωt和+PCosωt之間調(diào)節(jié);P為幅度調(diào)節(jié)的極限，并且令｜P｜＞｜A｜;｜P｜＞｜B｜。本發(fā)明的特征在于將含有基準(zhǔn)球安裝偏心信號e的回轉(zhuǎn)軸誤差運動信號(δ+e)和同步信號一起生成李沙育圖形，并以該李沙育圖形的寬度和傾斜度來判別基準(zhǔn)球安裝偏心信號消除的效果，即調(diào)節(jié)同步信號的幅度，控制同步信號的正反相位，當(dāng)李沙育圖形的寬度和傾斜度為最小時，則消偏效果為最好。本發(fā)明的特征還在于于把含有基準(zhǔn)球安裝偏心信號e的回轉(zhuǎn)軸誤差運動信號(δ+e)接到示波器的x(或y)偏轉(zhuǎn)板上，把與回轉(zhuǎn)軸角頻率同步的正弦(或余弦)信號接到示波器的y(或x)偏轉(zhuǎn)板上，以此生成李沙育消偏判別圖形。此時示波器的熒光屏上將出現(xiàn)一個傾斜的橢圓，如圖二(a)所示，當(dāng)安裝偏心E產(chǎn)生的偏心信號e被完全消除時，并假設(shè)回轉(zhuǎn)軸不存在誤差運動時，應(yīng)只剩下y(或x)偏轉(zhuǎn)軸上的正弦信號Lsinωt，(或LCosωt)，其在螢光屏上應(yīng)是一條和y軸(或x軸)吻合的直線，其幅度范圍為L，但事實上由于存在回轉(zhuǎn)軸的誤差運動(包括其誤差運動中一次諧波分量)，所以示波器光屏上不是一條穩(wěn)定的直線，而是寬度最窄，而且平均位置無偏斜的光帶，如圖二(b)所示。上述消偏和判別方法充分保留了回轉(zhuǎn)軸誤差運動訊號的原有性質(zhì)，原因如下，由于基準(zhǔn)球偏心信號的幅度和相位是穩(wěn)定不變的一次諧波信號，可以被一個反相等值的穩(wěn)定信號加以抵消，而誤差運動訊號及其一次諧波卻是隨機變化的不穩(wěn)定的信號，是無法用一個穩(wěn)定信號補償?shù)窒?，不能補償?shù)恼`差運動信號影響了前述李沙育偏判別圖形中光帶的寬度。
根據(jù)上述消偏判別方法而設(shè)計的裝置，有一只基準(zhǔn)鋼球和機械調(diào)偏裝置，還有一只示波器和一只與回轉(zhuǎn)軸同步旋轉(zhuǎn)的同步分解器(或旋轉(zhuǎn)變壓器)，該裝置的特征如圖三所示，有二組幅度調(diào)節(jié)電路，(其幅度調(diào)節(jié)范圍均為±P之間)，正反相控制電路和放大電路，對同步分解器產(chǎn)生的正弦同步信號和余弦同步信號分別進行幅度調(diào)節(jié)，正反相位控制及放大，以匹配消偏信號與偏心信號e的幅度和相位;又有一組求和電路將含有基準(zhǔn)球安裝偏心信號e的回轉(zhuǎn)軸誤差運動信號(δ+e)和上述經(jīng)過幅度調(diào)節(jié)，正反相位控制及放大了的正弦同步信號和余弦同步信號一起進行處理，并按前述方法與示波器的x(或y)偏轉(zhuǎn)板相連接，并按前述李沙育消偏判別圖形進行消偏效果的判別。
本發(fā)明經(jīng)過大量試驗與已有技術(shù)相比表明具有下列明顯優(yōu)越之處1、本發(fā)明充分保留了回轉(zhuǎn)軸本來的誤差運動訊號不受干擾，破壞，與基準(zhǔn)球偏心信號同步的回轉(zhuǎn)軸一次諧波誤差運動信號能相互區(qū)別而不被消除。2、方法簡便，觀察、調(diào)整判別都比直角坐標(biāo)法直觀方便，調(diào)整及判別可在一分鐘內(nèi)完成。3、消偏效果好，判別的精度高，曾用頻諧分析儀對消偏判別結(jié)果進行分析，證實基準(zhǔn)球安裝偏心影響消除，其剩余偏心信號對回轉(zhuǎn)軸誤差運動測量精度的影響＜1%。4、裝置簡便，成本大為降低，本裝置所述的示波器即為誤差運動測量儀所共用，其電路也是在誤差運動測量儀電路中增加了少量功能電路而成。現(xiàn)結(jié)合實施例對如下圖一為目前常用的采用鋼球為基準(zhǔn)元件的機械調(diào)偏裝置，本發(fā)明將其作為消偏技術(shù)中的粗調(diào)裝置，最高調(diào)偏精度可達1微米，基準(zhǔn)鋼球安裝偏心E所產(chǎn)生的偏心信號e由本發(fā)明進行消除及效果判別。圖中(1)為測量傳感器。(2)為基準(zhǔn)鋼球。(3)為調(diào)整螺釘，共有4只。(4)為擺動板。(5)為擺動板的球支承，(6)固定聯(lián)結(jié)軸，以此與被測軸或支承座聯(lián)結(jié)固定。圖二為示波器光屏上顯示的李沙育消偏判別圖形，其中(a)中的橢圓，其在x軸向的寬度及其與y軸向傾斜度說明基準(zhǔn)鋼球安裝偏心E所產(chǎn)生的偏心信號e≠o，將對被測軸動態(tài)回轉(zhuǎn)精度測量帶來危害;通過本發(fā)明對e進行消除判別，如圖二(b)所示，表示基準(zhǔn)鋼球安裝偏心E所產(chǎn)生的偏心信號e已經(jīng)消除，剩余的光帶寬度為回轉(zhuǎn)軸本身的誤差運動所致，它是一條隨機變化的但又是最窄并平均無偏斜的光帶。圖三是本發(fā)明消偏判別裝置的電原理圖(不包括前述示波器和同步分解器)，圖中的A′Cosωt和A′sinωt即來自與被測軸同步旋轉(zhuǎn)的同步分解器的同步信號，其中A′為同步分解器的飽和輸出，(δ+e)即為帶有基準(zhǔn)球偏心信號e的被測回轉(zhuǎn)軸的誤差運動信號;經(jīng)過求和電路的處理，消除或未完全消除偏心信號e影響的電信號經(jīng)由開關(guān)K的開與閉，引入示波器的x(y)偏轉(zhuǎn)板，以前述李沙育圖形進行消偏效果判別。判別結(jié)果被認為已經(jīng)完全消除偏心信號e影響時，其剩余信號即為單純的回轉(zhuǎn)軸的誤差運動信號δ，可以將δ引入測量誤差運動的裝置進行誤差運動測量。如果判別結(jié)果被認為未完全消除偏心信號e的影響，則繼續(xù)對上述裝置中的幅度及正反相位調(diào)節(jié)控制電路進行細調(diào)，本發(fā)明及裝置一般可在一分鐘內(nèi)即完成消偏判別。
本發(fā)明及其裝置經(jīng)過大量試驗，作為軸系動態(tài)回轉(zhuǎn)精度測量儀中的關(guān)鍵配套技術(shù)之一正準(zhǔn)備向商品化方向發(fā)展。
權(quán)利要求
1.一種軸系動態(tài)回轉(zhuǎn)精度測量中的消偏技術(shù)，以鋼球為基準(zhǔn)元件代表被測軸上的一點，應(yīng)用與回轉(zhuǎn)軸同步旋轉(zhuǎn)安裝的同步分解器產(chǎn)生同步信號，本發(fā)明的特征在于將含有基準(zhǔn)球安裝偏心信號e的回轉(zhuǎn)軸誤差運動信號(δ+e)與上述同步信號一起生成李沙育圖形，并以該李沙育圖形的寬度和傾斜度來判別基準(zhǔn)球安裝偏心信號e消除的效果，即調(diào)節(jié)同步信號的幅度，控制同步信號的正反相位，當(dāng)李沙育圖形的寬度和傾斜度最小時，則消偏效果為最好。
2.根據(jù)權(quán)利要求
1所述的軸系動態(tài)回轉(zhuǎn)精度測量中的消偏技術(shù)，其特征在于把含有基準(zhǔn)球安裝偏心信號e的回轉(zhuǎn)軸誤差運動(δ+e)接到示波器x(或y)偏轉(zhuǎn)板上，把與回轉(zhuǎn)軸角頻率同步的正弦(或余弦)信號接到y(tǒng)(或x)偏轉(zhuǎn)板上，以此生成李沙育消偏判別圖形。
3.按權(quán)利要求
1或2所述的軸系動態(tài)回轉(zhuǎn)精度測量中的消偏技術(shù)而設(shè)計的消偏判別裝置，有一只基準(zhǔn)鋼球和機械調(diào)偏裝置，還有一只示波器和一只與回轉(zhuǎn)軸同步旋轉(zhuǎn)的同步分解器(或旋轉(zhuǎn)變壓器)，本裝置的特征在于有二組能對同步分解器產(chǎn)生的正弦同步信號和余弦同步信號分別進行幅度調(diào)節(jié)、正反相位控制及放大的幅度調(diào)節(jié)電路，正反相控制電路、放大電路;又有一組能將含有基準(zhǔn)球偏心信號e的回轉(zhuǎn)軸誤差運動信號(δ+e)和上述經(jīng)過幅度調(diào)節(jié)、正反相位控制及放大了的正弦同步信號和余弦同步信號一起進行處理的求和電路。
專利摘要
一種以精密鋼球為測量基準(zhǔn)的軸系動態(tài)回轉(zhuǎn)精度測量中的消偏判別技術(shù)及裝置，將含有基準(zhǔn)球偏心信號e的回轉(zhuǎn)軸誤差運動信號(δ+e)與經(jīng)過調(diào)節(jié)、控制、放大后的同步信號一起在示波器上生成李沙育消偏判別圖形，當(dāng)圖形寬度最窄，平均無傾斜時則消偏效果達最佳，本方法及裝置簡便快速，可在一分鐘內(nèi)完成消偏判別、消偏判別結(jié)果對測量精度影響＜1％。
文檔編號G01M1/00GK86102519SQ86102519
公開日1988年4月6日 申請日期1986年9月26日
發(fā)明者施榮寧, 蘇瑤蓀 申請人:上海市機床研究所導(dǎo)出引文BiBTeX, EndNote, RefMan