本發(fā)明專(zhuān)利技術(shù)提供了一種空氣靜壓主軸的回轉(zhuǎn)誤差測(cè)量裝置，所述裝置的左右差分螺紋機(jī)構(gòu)、前后差分螺紋機(jī)構(gòu)、上下差分螺紋機(jī)構(gòu)用于確保標(biāo)準(zhǔn)球赤道線與非接觸式位移傳感器的距離在70μm~80μm；標(biāo)準(zhǔn)球安裝座用于實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)球與空氣靜壓主軸回轉(zhuǎn)軸線亞微米級(jí)的偏心調(diào)整；傳感器安裝支架用于實(shí)現(xiàn)反向測(cè)量前與反向測(cè)量后非接觸式位移傳感器的180°旋轉(zhuǎn)定位；分度盤(pán)用于實(shí)現(xiàn)反向測(cè)量前與反向測(cè)量后標(biāo)準(zhǔn)球的180°旋轉(zhuǎn)定位；圓光柵和讀數(shù)頭用于實(shí)現(xiàn)反向前和反向后測(cè)量數(shù)據(jù)中各采樣點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的角度嚴(yán)格對(duì)等。本發(fā)明專(zhuān)利技術(shù)的空氣靜壓主軸的回轉(zhuǎn)誤差測(cè)量裝置能夠準(zhǔn)確分離空氣靜壓主軸回轉(zhuǎn)誤差和標(biāo)準(zhǔn)球圓度誤差，提高空氣靜壓主軸回轉(zhuǎn)誤差的測(cè)量精度。
【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】
本專(zhuān)利技術(shù)屬于精密測(cè)量
，具體涉及一種空氣靜壓主軸的回轉(zhuǎn)誤差測(cè)量裝置。
技術(shù)介紹
隨著科技的不斷發(fā)展，超精密加工技術(shù)直接反應(yīng)一個(gè)國(guó)家的基礎(chǔ)工業(yè)水平。空氣靜壓主軸是實(shí)現(xiàn)超精密切削加工的重要功能部件，其回轉(zhuǎn)誤差會(huì)直接映射到加工零件的表面形貌上，從而制約超精密切削機(jī)床加工精度的提升。因此開(kāi)展空氣靜壓主軸回轉(zhuǎn)誤差測(cè)量工作對(duì)促進(jìn)超精密加工技術(shù)快速發(fā)展意義重大。空氣靜壓主軸的回轉(zhuǎn)誤差在數(shù)十納米量級(jí)，其測(cè)量難點(diǎn)在于測(cè)量誤差的分離。由傳感器采集得到的測(cè)量信號(hào)主要包括空氣靜壓主軸的回轉(zhuǎn)誤差、標(biāo)準(zhǔn)球的安裝偏心誤差以及標(biāo)準(zhǔn)球的圓度誤差。空氣靜壓主軸回轉(zhuǎn)誤差測(cè)量的核心思想是使用納米級(jí)圓度的標(biāo)準(zhǔn)球，通過(guò)誤差分離技術(shù)將測(cè)量結(jié)果中包含的標(biāo)準(zhǔn)球安裝偏心誤差及其圓度誤差分離出來(lái)，得到空氣靜壓主軸的納米量級(jí)回轉(zhuǎn)誤差。為準(zhǔn)確測(cè)量高精度空氣靜壓主軸的回轉(zhuǎn)誤差，國(guó)內(nèi)外發(fā)展了單點(diǎn)法、多點(diǎn)法、多步法、反向法等多種測(cè)試方法。其中單點(diǎn)法不能有效分離亞微米級(jí)的偏心誤差以及數(shù)十納米量級(jí)的標(biāo)準(zhǔn)球圓度誤差，只能適用于百納米量級(jí)以上的回轉(zhuǎn)誤差測(cè)量；多點(diǎn)法在實(shí)際操作過(guò)程中需要多個(gè)傳感器按照固定角度安裝，在測(cè)量誤差分離過(guò)程中難以消除傳感器安裝位置偏差以及各傳感器特性不一致帶來(lái)的影響；多步法操作步驟繁瑣，且采用多步法求解的回轉(zhuǎn)誤差會(huì)導(dǎo)致諧波抑制損失；相比而言，反向法操作簡(jiǎn)單，理論上可以將標(biāo)準(zhǔn)球圓度誤差和空氣靜壓主軸回轉(zhuǎn)誤差完全分離，且該方法只需使用一個(gè)傳感器進(jìn)行測(cè)量，避免引入傳感器安裝位置偏差和特性不一致引起的測(cè)量誤差。在反向法中采用去除一次諧波方法能夠基本消除測(cè)試信號(hào)中標(biāo)準(zhǔn)球安裝偏心所產(chǎn)生的影響。在反向法的測(cè)量原理中需要測(cè)量用標(biāo)準(zhǔn)球和傳感器同時(shí)旋轉(zhuǎn)180°，且反向前與反向后測(cè)量數(shù)據(jù)中各采樣點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的角度必須嚴(yán)格對(duì)等，才能實(shí)現(xiàn)主軸回轉(zhuǎn)誤差和標(biāo)準(zhǔn)球圓度誤差的準(zhǔn)確分離。當(dāng)前，采用反向法實(shí)現(xiàn)反向前與反向后測(cè)量數(shù)據(jù)中各采樣點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的角度嚴(yán)格對(duì)等的空氣靜壓主軸的回轉(zhuǎn)誤差測(cè)量裝置尚未見(jiàn)報(bào)道。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
本專(zhuān)利技術(shù)所要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種空氣靜壓主軸的回轉(zhuǎn)誤差測(cè)量裝置。本專(zhuān)利技術(shù)的空氣靜壓主軸的回轉(zhuǎn)誤差測(cè)量裝置，其特點(diǎn)是，所述的測(cè)量裝置包括氣浮隔振平臺(tái)、主軸安裝支架、空氣靜壓主軸、傳感測(cè)量裝置、移動(dòng)導(dǎo)軌、驅(qū)動(dòng)電機(jī)；其連接關(guān)系是：氣浮隔振平臺(tái)放置在隔振地基上；主軸安裝支架固定連接于氣浮隔振平臺(tái)上；空氣靜壓主軸固定連接于主軸安裝支架上；移動(dòng)導(dǎo)軌固定連接于氣浮隔振平臺(tái)上；傳感測(cè)量裝置固定連接于移動(dòng)導(dǎo)軌上，移動(dòng)導(dǎo)軌驅(qū)動(dòng)傳感測(cè)量裝置進(jìn)行上下移動(dòng)；驅(qū)動(dòng)電機(jī)固定連接于氣浮隔振平臺(tái)，驅(qū)動(dòng)電機(jī)驅(qū)動(dòng)空氣靜壓主軸進(jìn)行回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。所述的傳感測(cè)量裝置包括讀數(shù)頭、圓光柵、分度盤(pán)、標(biāo)準(zhǔn)球安裝座、標(biāo)準(zhǔn)球、左右差分螺紋機(jī)構(gòu)，前后差分螺紋機(jī)構(gòu)，上下差分螺紋機(jī)構(gòu)、傳感器安裝支架、非接觸式位移傳感器；其連接關(guān)系是：所述的圓光柵安裝在分度盤(pán)上，分度盤(pán)安裝在空氣靜壓主軸的轉(zhuǎn)子頂端，圓光柵、分度盤(pán)和空氣靜壓主軸同軸；讀數(shù)頭的底部固定在空氣靜壓主軸殼體頂端讀取圓光柵的角度數(shù)據(jù)；所述的標(biāo)準(zhǔn)球安裝座安裝在分度盤(pán)上，標(biāo)準(zhǔn)球安裝在標(biāo)準(zhǔn)球安裝座上；所述的左右差分螺紋機(jī)構(gòu)安裝在移動(dòng)導(dǎo)軌上，前后差分螺紋機(jī)構(gòu)安裝在左右差分螺紋機(jī)構(gòu)上，上下差分螺紋機(jī)構(gòu)安裝在前后差分螺紋機(jī)構(gòu)上；所述的傳感器安裝支架安裝在上下差分螺紋機(jī)構(gòu)上，非接觸式位移傳感器固定在傳感器安裝支架上，非接觸式位移傳感器讀取標(biāo)準(zhǔn)球的位移數(shù)據(jù)，左右差分螺紋機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)非接觸式位移傳感器左右移動(dòng)，前后差分螺紋機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)非接觸式位移傳感器前后移動(dòng)，上下差分螺紋機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)非接觸式位移傳感器上下移動(dòng)。所述的圓光柵的定位精度為0.5角秒。所述的標(biāo)準(zhǔn)球與空氣靜壓主軸回轉(zhuǎn)軸線的偏心調(diào)整精度為亞微米級(jí)。所述的標(biāo)準(zhǔn)球的圓度誤差小于等于40nm。所述的左右差分螺紋機(jī)構(gòu)、前后差分螺紋機(jī)構(gòu)和上下差分螺紋機(jī)構(gòu)的分辨精度為1μm。所述的非接觸式位移傳感器測(cè)量精度為12nm，非接觸式位移傳感器與測(cè)量標(biāo)準(zhǔn)球的赤道線的距離范圍為70μm-80μm。本專(zhuān)利技術(shù)的空氣靜壓主軸的回轉(zhuǎn)誤差測(cè)量裝置中的左右差分螺紋機(jī)構(gòu)、前后差分螺紋機(jī)構(gòu)、上下差分螺紋機(jī)構(gòu)用于確保標(biāo)準(zhǔn)球赤道線與非接觸式位移傳感器的距離在70μm-80μm；標(biāo)準(zhǔn)球安裝座用于實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)球與空氣靜壓主軸回轉(zhuǎn)軸線亞微米級(jí)的偏心調(diào)整；傳感器安裝支架用于實(shí)現(xiàn)反向測(cè)量前與反向測(cè)量后非接觸式位移傳感器的180°旋轉(zhuǎn)定位；分度盤(pán)用于實(shí)現(xiàn)反向測(cè)量前與反向測(cè)量后標(biāo)準(zhǔn)球的180°旋轉(zhuǎn)定位；圓光柵和讀數(shù)頭用于實(shí)現(xiàn)反向前和反向后測(cè)量數(shù)據(jù)中各采樣點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的角度嚴(yán)格對(duì)等。本專(zhuān)利技術(shù)的空氣靜壓主軸的回轉(zhuǎn)誤差測(cè)量裝置能夠準(zhǔn)確分離空氣靜壓主軸回轉(zhuǎn)誤差和標(biāo)準(zhǔn)球圓度誤差，提高空氣靜壓主軸回轉(zhuǎn)誤差的測(cè)量精度。附圖說(shuō)明圖1為本專(zhuān)利技術(shù)的空氣靜壓主軸的回轉(zhuǎn)誤差測(cè)量裝置的工作流程圖；圖2為本專(zhuān)利技術(shù)的空氣靜壓主軸的回轉(zhuǎn)誤差測(cè)量裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；圖3為本專(zhuān)利技術(shù)的空氣靜壓主軸的回轉(zhuǎn)誤差測(cè)量裝置的傳感測(cè)量裝置結(jié)構(gòu)示意圖。圖中，1.氣浮隔振平臺(tái)2.主軸安裝支架3.空氣靜壓主軸4.傳感測(cè)量裝置5.移動(dòng)導(dǎo)軌6.驅(qū)動(dòng)電機(jī)；41.讀數(shù)頭42.圓光柵43.分度盤(pán)44.標(biāo)準(zhǔn)球安裝座45.標(biāo)準(zhǔn)球46.左右差分螺紋機(jī)構(gòu)47.前后差分螺紋機(jī)構(gòu)48.上下差分螺紋機(jī)構(gòu)49.傳感器安裝支架410.非接觸式位移傳感器。具體實(shí)施方式下面結(jié)合附圖和實(shí)施例式對(duì)本專(zhuān)利技術(shù)做進(jìn)一步詳細(xì)的說(shuō)明。如圖1所示，本專(zhuān)利技術(shù)的空氣靜壓主軸的回轉(zhuǎn)誤差測(cè)量裝置包括氣浮隔振平臺(tái)1、主軸安裝支架2、空氣靜壓主軸3、傳感測(cè)量裝置4、移動(dòng)導(dǎo)軌5、驅(qū)動(dòng)電機(jī)6；其連接關(guān)系是：氣浮隔振平臺(tái)1放置在隔振地基上；主軸安裝支架2固定連接于氣浮隔振平臺(tái)1上；空氣靜壓主軸3固定連接于主軸安裝支架2上；移動(dòng)導(dǎo)軌5固定連接于氣浮隔振平臺(tái)1上；傳感測(cè)量裝置4固定連接于移動(dòng)導(dǎo)軌5上，移動(dòng)導(dǎo)軌5驅(qū)動(dòng)傳感測(cè)量裝置4進(jìn)行上下移動(dòng)；驅(qū)動(dòng)電機(jī)6固定連接于氣浮隔振平臺(tái)1，驅(qū)動(dòng)電機(jī)6驅(qū)動(dòng)空氣靜壓主軸3進(jìn)行回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。如圖2所示，所述的傳感測(cè)量裝置4包括讀數(shù)頭41、圓光柵42、分度盤(pán)43、標(biāo)準(zhǔn)球安裝座44、標(biāo)準(zhǔn)球45、左右差分螺紋機(jī)構(gòu)46，前后差分螺紋機(jī)構(gòu)47，上下差分螺紋機(jī)構(gòu)48、傳感器安裝支架49、非接觸式位移傳感器410；其連接關(guān)系是：所述的圓光柵42安裝在分度盤(pán)43上，分度盤(pán)43安裝在空氣靜壓主軸3的轉(zhuǎn)子頂端，圓光柵42、分度盤(pán)43和空氣靜壓主軸3同軸；讀數(shù)頭41的底部固定在空氣靜壓主軸3殼體頂端讀取圓光柵42的角度數(shù)據(jù)；所述的標(biāo)準(zhǔn)球安裝座44安裝在分度盤(pán)43上，標(biāo)準(zhǔn)球45安裝在標(biāo)準(zhǔn)球安裝座44上；所述的左右差分螺紋機(jī)構(gòu)46安裝在移動(dòng)導(dǎo)軌5上，前后差分螺紋機(jī)構(gòu)47安裝在左右差分螺紋機(jī)構(gòu)46上，上下差分螺紋機(jī)構(gòu)48安裝在前后差分螺紋機(jī)構(gòu)47上；所述的傳感器安裝支架49安裝在上下差分螺紋機(jī)構(gòu)48上，非接觸式位移傳感器410固定在傳感器安裝支架49上，非接觸式位移傳感器410讀取標(biāo)準(zhǔn)球45的位移數(shù)據(jù)，左右差分螺紋機(jī)構(gòu)46驅(qū)動(dòng)非接觸式位移傳感器410左右移動(dòng)，前后差分螺紋機(jī)構(gòu)47驅(qū)動(dòng)非接觸式位移傳感器410前后移動(dòng)，上下差分螺紋機(jī)構(gòu)48驅(qū)動(dòng)非接觸式位移傳感器410上下移動(dòng)。所述的圓光柵42的定位精度為0.5角秒。所述的標(biāo)準(zhǔn)球45與空氣靜壓主軸3回轉(zhuǎn)軸線的偏心調(diào)整精度為亞微米級(jí)。所述的標(biāo)準(zhǔn)球45的圓度誤差小于等于40nm。所述的左右差分螺紋機(jī)構(gòu)本文檔來(lái)自技高網(wǎng)...
【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
一種空氣靜壓主軸的回轉(zhuǎn)誤差測(cè)量裝置，其特征在于，所述的測(cè)量裝置包括氣浮隔振平臺(tái)（1）、主軸安裝支架（2）、空氣靜壓主軸（3）、傳感測(cè)量裝置（4）、移動(dòng)導(dǎo)軌（5）、驅(qū)動(dòng)電機(jī)（6）；其連接關(guān)系是：氣浮隔振平臺(tái)（1）放置在隔振地基上；主軸安裝支架（2）固定連接于氣浮隔振平臺(tái)（1）上；空氣靜壓主軸（3）固定連接于主軸安裝支架（2）上；移動(dòng)導(dǎo)軌（5）固定連接于氣浮隔振平臺(tái)（1）上；傳感測(cè)量裝置（4）固定連接于移動(dòng)導(dǎo)軌（5）上，移動(dòng)導(dǎo)軌（5）驅(qū)動(dòng)傳感測(cè)量裝置（4）進(jìn)行上下移動(dòng)；驅(qū)動(dòng)電機(jī)（6）固定連接于氣浮隔振平臺(tái)（1），驅(qū)動(dòng)電機(jī)（6）驅(qū)動(dòng)空氣靜壓主軸（3）進(jìn)行回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。
【技術(shù)特征摘要】
1.一種空氣靜壓主軸的回轉(zhuǎn)誤差測(cè)量裝置，其特征在于，所述的測(cè)量裝置包括氣浮隔振平臺(tái)（1）、主軸安裝支架（2）、空氣靜壓主軸（3）、傳感測(cè)量裝置（4）、移動(dòng)導(dǎo)軌（5）、驅(qū)動(dòng)電機(jī)（6）；其連接關(guān)系是：氣浮隔振平臺(tái)（1）放置在隔振地基上；主軸安裝支架（2）固定連接于氣浮隔振平臺(tái)（1）上；空氣靜壓主軸（3）固定連接于主軸安裝支架（2）上；移動(dòng)導(dǎo)軌（5）固定連接于氣浮隔振平臺(tái)（1）上；傳感測(cè)量裝置（4）固定連接于移動(dòng)導(dǎo)軌（5）上，移動(dòng)導(dǎo)軌（5）驅(qū)動(dòng)傳感測(cè)量裝置（4）進(jìn)行上下移動(dòng)；驅(qū)動(dòng)電機(jī)（6）固定連接于氣浮隔振平臺(tái)（1），驅(qū)動(dòng)電機(jī)（6）驅(qū)動(dòng)空氣靜壓主軸（3）進(jìn)行回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種空氣靜壓主軸的回轉(zhuǎn)誤差測(cè)量裝置，其特征在于：所述的傳感測(cè)量裝置（4）包括讀數(shù)頭（41）、圓光柵（42）、分度盤(pán)（43）、標(biāo)準(zhǔn)球安裝座（44）、標(biāo)準(zhǔn)球（45）、左右差分螺紋機(jī)構(gòu)（46），前后差分螺紋機(jī)構(gòu)（47），上下差分螺紋機(jī)構(gòu)（48）、傳感器安裝支架（49）、非接觸式位移傳感器（410）；其連接關(guān)系是：所述的圓光柵（42）安裝在分度盤(pán)（43）上，分度盤(pán)（43）安裝在空氣靜壓主軸（3）的轉(zhuǎn)子頂端，圓光柵（42）、分度盤(pán)（43）和空氣靜壓主軸（3）同軸；讀數(shù)頭（41）的底部固定在空氣靜壓主軸（3）殼體頂端讀取圓光柵（42）的角度數(shù)據(jù)；所述的標(biāo)準(zhǔn)球安裝座（44）安裝在分度盤(pán)（43）上，標(biāo)準(zhǔn)球（45）安裝在標(biāo)準(zhǔn)球安裝座（...
【專(zhuān)利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：雷大江，藍(lán)河，錢(qián)林弘，崔海龍，張連新，王寶瑞，陽(yáng)紅，夏歡，陳一，鄭越青，
申請(qǐng)(專(zhuān)利權(quán))人：中國(guó)工程物理研究院機(jī)械制造工藝研究所，
類(lèi)型：發(fā)明
國(guó)別省市：四川;51
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