專利名稱:基準(zhǔn)球安裝偏心信號(hào)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(dòng)態(tài)回轉(zhuǎn)精度測(cè)量中的消偏技術(shù)及裝置，也即為回轉(zhuǎn)軸誤差運(yùn)動(dòng)測(cè)量技術(shù)中基準(zhǔn)球安裝偏心信號(hào)的消除和消除效果的判別方法及其裝置，在該項(xiàng)技術(shù)中，基準(zhǔn)球安裝偏心信號(hào)的消除與其效果的判別是一項(xiàng)不可分割的技術(shù)。
在回轉(zhuǎn)軸運(yùn)動(dòng)誤差測(cè)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(shí)際測(cè)量中必須以具體的物體代表該理想軸線或其上一點(diǎn)，代表該理想軸線或其上一點(diǎn)的物體被稱為基準(zhǔn)體或基準(zhǔn)元件。對(duì)于基準(zhǔn)元件要求很精確，與測(cè)量精度相比其誤差可忽略不計(jì)。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(cè)量基準(zhǔn)元件，并以非接觸式傳感器檢測(cè)軸系動(dòng)態(tài)回轉(zhuǎn)精度-回轉(zhuǎn)軸誤差運(yùn)動(dòng)。由于基準(zhǔn)球的安裝偏心將對(duì)回轉(zhuǎn)軸誤差運(yùn)動(dòng)測(cè)量精度帶來(lái)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(cè)量結(jié)果帶來(lái)的影響是該測(cè)量技術(shù)的關(guān)鍵之一。
消除基準(zhǔn)球安裝偏心采用的機(jī)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(dòng)，使擺動(dòng)板(4)依靠球支承(5)實(shí)現(xiàn)角擺動(dòng)，從而改變基準(zhǔn)球(2)的中心位置，但這種機(jī)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(dá)3～4微米，最高僅達(dá)1微米左右。因此國(guó)內(nèi)外常采用電訊號(hào)的消偏技術(shù)來(lái)消除基準(zhǔn)球安裝偏心信號(hào)對(duì)測(cè)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(lái)濾除偏心信號(hào)，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(diǎn)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(hào)。b)基準(zhǔn)球安裝偏心信號(hào)是與回轉(zhuǎn)軸同步的一次諧波信號(hào)，該法不能區(qū)分基準(zhǔn)球的安裝偏心信號(hào)和被測(cè)軸誤差運(yùn)動(dòng)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(yùn)動(dòng)信號(hào)帶來(lái)危害，影響其測(cè)量精度。d)濾波器的特性總是根據(jù)絕對(duì)時(shí)標(biāo)來(lái)定的。因此，當(dāng)被測(cè)軸轉(zhuǎn)速改變時(shí)，或其轉(zhuǎn)速波動(dòng)時(shí)對(duì)濾波器工作特性能否適應(yīng)存在問題，對(duì)于無(wú)級(jí)變速的軸系其濾波器工作特性更是無(wú)法適應(yīng)。
2、雙基園盤產(chǎn)生電信號(hào)的補(bǔ)償消偏判別法;其補(bǔ)償訊號(hào)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(fèi)時(shí)，精度不高，故采用者甚少。
3、快速符里葉變換計(jì)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(jì)算速度較慢，并且不能區(qū)分偏心信號(hào)e與誤差運(yùn)動(dòng)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(hào)e的回轉(zhuǎn)軸誤差運(yùn)動(dòng)信號(hào)(δ+e)(注其中δ為回轉(zhuǎn)軸的單純誤差運(yùn)動(dòng)信號(hào)。)送入雙通道示波器A通道，把同步信號(hào)送入雙通道示波器B通道，以鋸齒波為時(shí)基分別展開上述A、B通道訊號(hào)，調(diào)整同步信號(hào)的幅度與相位，然后將A、B通道訊號(hào)相加，當(dāng)結(jié)果在雙通示波器視屏上趨近一直線時(shí)，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(hào)的相位和幅度與觀察(δ+e)信號(hào)分別進(jìn)行，所以觀察不便，調(diào)整困難和費(fèi)時(shí)，并且其消偏效果和判別精度不能很高。
克服上述機(jī)械消偏方法與裝置及電訊號(hào)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(hào)消除過程中，充分保留回轉(zhuǎn)軸誤差運(yùn)動(dòng)信號(hào)的原有性質(zhì)，使誤差運(yùn)動(dòng)的信號(hào)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(jiǎn)單，操作方便迅速。
本發(fā)明采用高精度的鋼球作為測(cè)量基準(zhǔn)元件，以代表回轉(zhuǎn)軸軸線上的一點(diǎn)并以如圖一所示的機(jī)械調(diào)偏裝置進(jìn)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(hào)。其消偏的原理如下當(dāng)基準(zhǔn)球安裝偏心為E時(shí)，傳感器輸出的偏心信號(hào)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(cè)軸與傳感器相對(duì)運(yùn)動(dòng)誤差將以1∶1的關(guān)系轉(zhuǎn)化為測(cè)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(gè)訊號(hào)e′＝-ACosωt+Bsinωt，則e和e′可通過電訊號(hào)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(gè)正弦信號(hào)，分別使其在-Psinωt和+Psinωt之間調(diào)節(jié);又引出一個(gè)余弦信號(hào)，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(hào)e的回轉(zhuǎn)軸誤差運(yùn)動(dòng)信號(hào)(δ+e)和同步信號(hào)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(lái)判別基準(zhǔn)球安裝偏心信號(hào)消除的效果，即調(diào)節(jié)同步信號(hào)的幅度，控制同步信號(hào)的正反相位，當(dāng)李沙育圖形的寬度和傾斜度為最小時(shí)，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(hào)e的回轉(zhuǎn)軸誤差運(yùn)動(dòng)信號(hào)(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(hào)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(shí)示波器的熒光屏上將出現(xiàn)一個(gè)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(hào)e被完全消除時(shí)，并假設(shè)回轉(zhuǎn)軸不存在誤差運(yùn)動(dòng)時(shí)，應(yīng)只剩下y(或x)偏轉(zhuǎn)軸上的正弦信號(hào)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(zhǎng)，但事實(shí)上由于存在回轉(zhuǎn)軸的誤差運(yùn)動(dòng)(包括其誤差運(yùn)動(dòng)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(wú)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(yùn)動(dòng)訊號(hào)的原有性質(zhì)，原因如下，由于基準(zhǔn)球偏心信號(hào)的幅度和相位是穩(wěn)定不變的一次諧波信號(hào)，可以被一個(gè)反相等值的穩(wěn)定信號(hào)加以抵消，而誤差運(yùn)動(dòng)訊號(hào)及其一次諧波卻是隨機(jī)變化的不穩(wěn)定的信號(hào)，是無(wú)法用一個(gè)穩(wěn)定信號(hào)補(bǔ)償?shù)窒?，不能補(bǔ)償?shù)恼`差運(yùn)動(dòng)信號(hào)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(jì)的裝置，有一只基準(zhǔn)鋼球和機(jī)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(duì)同步分解器產(chǎn)生的正弦同步信號(hào)和余弦同步信號(hào)分別進(jìn)行幅度調(diào)節(jié)，正反相位控制及放大，以匹配消偏信號(hào)與偏心信號(hào)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(hào)e的回轉(zhuǎn)軸誤差運(yùn)動(dòng)信號(hào)(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(hào)和余弦同步信號(hào)一起進(jìn)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(jìn)行消偏效果的判別。
本發(fā)明經(jīng)過大量試驗(yàn)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(lái)的誤差運(yùn)動(dòng)訊號(hào)不受干擾，破壞，與基準(zhǔn)球偏心信號(hào)同步的回轉(zhuǎn)軸一次諧波誤差運(yùn)動(dòng)信號(hào)能相互區(qū)別而不被消除。2、方法簡(jiǎn)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(duì)消偏判別結(jié)果進(jìn)行分析，證實(shí)基準(zhǔn)球安裝偏心影響消除，其剩余偏心信號(hào)對(duì)回轉(zhuǎn)軸誤差運(yùn)動(dòng)測(cè)量精度的影響＜1%。4、裝置簡(jiǎn)便，成本大為降低，本裝置所述的示波器即為誤差運(yùn)動(dòng)測(cè)量?jī)x所共用，其電路也是在誤差運(yùn)動(dòng)測(cè)量?jī)x電路中增加了少量功能電路而成。現(xiàn)結(jié)合實(shí)施例對(duì)如下圖一為目前常用的采用鋼球?yàn)榛鶞?zhǔn)元件的機(jī)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(dá)1微米，基準(zhǔn)鋼球安裝偏心E所產(chǎn)生的偏心信號(hào)e由本發(fā)明進(jìn)行消除及效果判別。圖中(1)為測(cè)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(dòng)板。(5)為擺動(dòng)板的球支承，(6)固定聯(lián)結(jié)軸，以此與被測(cè)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(shuō)明基準(zhǔn)鋼球安裝偏心E所產(chǎn)生的偏心信號(hào)e≠o，將對(duì)被測(cè)軸動(dòng)態(tài)回轉(zhuǎn)精度測(cè)量帶來(lái)危害;通過本發(fā)明對(duì)e進(jìn)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(hào)e已經(jīng)消除，剩余的光帶寬度為回轉(zhuǎn)軸本身的誤差運(yùn)動(dòng)所致，它是一條隨機(jī)變化的但又是最窄并平均無(wú)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(lái)自與被測(cè)軸同步旋轉(zhuǎn)的同步分解器的同步信號(hào)，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(hào)e的被測(cè)回轉(zhuǎn)軸的誤差運(yùn)動(dòng)信號(hào);經(jīng)過求和電路的處理，消除或未完全消除偏心信號(hào)e影響的電信號(hào)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(jìn)行消偏效果判別。判別結(jié)果被認(rèn)為已經(jīng)完全消除偏心信號(hào)e影響時(shí)，其剩余信號(hào)即為單純的回轉(zhuǎn)軸的誤差運(yùn)動(dòng)信號(hào)δ，可以將δ引入測(cè)量誤差運(yùn)動(dòng)的裝置進(jìn)行誤差運(yùn)動(dòng)測(cè)量。如果判別結(jié)果被認(rèn)為未完全消除偏心信號(hào)e的影響，則繼續(xù)對(duì)上述裝置中的幅度及正反相位調(diào)節(jié)控制電路進(jìn)行細(xì)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(yàn)，作為軸系動(dòng)態(tài)回轉(zhuǎn)精度測(cè)量?jī)x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(dòng)態(tài)回轉(zhuǎn)精度測(cè)量中的消偏技術(shù)，以鋼球?yàn)榛鶞?zhǔn)元件代表被測(cè)軸上的一點(diǎn)，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(hào)，本發(fā)明的特征在于將含有基準(zhǔn)球安裝偏心信號(hào)e的回轉(zhuǎn)軸誤差運(yùn)動(dòng)信號(hào)(δ+e)與上述同步信號(hào)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(lái)判別基準(zhǔn)球安裝偏心信號(hào)e消除的效果，即調(diào)節(jié)同步信號(hào)的幅度，控制同步信號(hào)的正反相位，當(dāng)李沙育圖形的寬度和傾斜度最小時(shí)，則消偏效果為最好。
2.根據(jù)權(quán)利要求
1所述的軸系動(dòng)態(tài)回轉(zhuǎn)精度測(cè)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(hào)e的回轉(zhuǎn)軸誤差運(yùn)動(dòng)(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(hào)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(dòng)態(tài)回轉(zhuǎn)精度測(cè)量中的消偏技術(shù)而設(shè)計(jì)的消偏判別裝置，有一只基準(zhǔn)鋼球和機(jī)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(duì)同步分解器產(chǎn)生的正弦同步信號(hào)和余弦同步信號(hào)分別進(jìn)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(hào)e的回轉(zhuǎn)軸誤差運(yùn)動(dòng)信號(hào)(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(hào)和余弦同步信號(hào)一起進(jìn)行處理的求和電路。
專利摘要
一種以精密鋼球?yàn)闇y(cè)量基準(zhǔn)的軸系動(dòng)態(tài)回轉(zhuǎn)精度測(cè)量中的消偏判別技術(shù)及裝置，將含有基準(zhǔn)球偏心信號(hào)e的回轉(zhuǎn)軸誤差運(yùn)動(dòng)信號(hào)(δ+e)與經(jīng)過調(diào)節(jié)、控制、放大后的同步信號(hào)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(wú)傾斜時(shí)則消偏效果達(dá)最佳，本方法及裝置簡(jiǎn)便快速，可在一分鐘內(nèi)完成消偏判別、消偏判別結(jié)果對(duì)測(cè)量精度影響＜1％。
文檔編號(hào)G01M1/00GK86102519SQ86102519
公開日1988年4月6日 申請(qǐng)日期1986年9月26日
發(fā)明者施榮寧, 蘇瑤蓀 申請(qǐng)人:上海市機(jī)床研究所導(dǎo)出引文BiBTeX, EndNote, RefMan