專利名稱：對徑兩點六位測量軋輥圓度誤差和機床主軸運動誤差的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種對徑兩點六位測量軋輥圓度誤差和機床主軸運動誤差的方法。它是根據(jù)對徑設(shè)置的兩個位移傳感器經(jīng)過軋輥三次轉(zhuǎn)位在六個不同測量位置與軋輥表面圓作相對運動，獲取軋輥某截面表面的冗余信息，并建立六位圓度誤差分離方程，并將采集到冗余信息中的時域信號變換到頻域進行分析，在機將作偏心旋轉(zhuǎn)運動軋輥的圓度誤差和主軸的運動誤差進行分離，實現(xiàn)對軋輥的圓度誤差和主軸運動誤差在機測量，可提高測量精度。

背景技術(shù)：
隨著冶金鋼鐵及汽車行業(yè)的迅猛發(fā)展，對金屬板材的精度要求越來越高。為了能壓制出高精度的板材，軋輥的質(zhì)量就顯得優(yōu)為重要。其中軋輥的圓度及軋輥的表面質(zhì)量是決定板材精度的最主要因素，而軋輥的最終質(zhì)量是由軋輥磨床所決定的，所以數(shù)控軋輥磨床測量精度的高低也起著很重要的作用。傳統(tǒng)數(shù)控軋輥磨床測量裝置測量圓度時，將軋輥的安裝偏心和機床的主軸運動誤差與軋輥的圓度誤差混合在一起。現(xiàn)在這些傳統(tǒng)的軋輥測量裝置不具有將機床系統(tǒng)誤差與軋輥的圓度誤差分離的功能。隨著人們對軋輥高精度、高效率的追求，對被加工軋輥實施在機測量，并能夠?qū)④堓亪A度誤差和機床系統(tǒng)誤差進行分離，不僅能夠提高測量精度，而且分離后的數(shù)據(jù)還可以用于數(shù)控加工的補償控制，有利于提高軋輥的加工精度和效率。


發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提出了一種對徑兩點六位測量軋輥圓度誤差和機床主軸運動誤差的方法。在加工測量時，通過對徑兩點移傳感器在六個位置的測量，獲取被加工工件表面的冗余信息，并建立動態(tài)圓度誤差分離方程，實現(xiàn)對工件圓度誤差和機床主軸運動誤差在線測量。
為達到上述目的，本發(fā)明采用下述技術(shù)方案 一種對徑兩點六位測量軋輥圓度誤差和機床主軸運動誤差的方法，其特征在于根據(jù)對徑設(shè)置的兩個位移傳感器經(jīng)過軋輥三次轉(zhuǎn)位在六個不同測量位置與軋輥表面圓作相對運動，獲取軋輥某截面表面的冗余信息，并建立六位圓度誤差分離方程，并將采集到冗余信息中的時域信號變換到頻域進行分析，實現(xiàn)對軋輥圓度和機床主軸運動誤差的測量與分離。
如圖1所示，測量架1上安裝兩套滾珠絲杠副2和5，分別由伺服電機3和4驅(qū)動。對徑安置的兩傳感器測量頭7和10，分別安裝在測量臂6和11上，分別通過滾珠絲杠副5和2驅(qū)動來接觸中心支架9上的軋輥8，從而實現(xiàn)不同直徑軋輥的測量。傳感器測量頭7和10應(yīng)位于軋輥8的中心連線上。
對徑兩點六位測量軋輥圓度誤差和機床主軸運動誤差方法的原理圖如圖2所示。分別設(shè)置二個傳感器P1、P4(10)，并讓二個傳感器連線相交于O點，即與軋輥中心重合。開對某一截面開始測量時，傳感器P1(7)、P4(10)位于水平位置，P1(7)與軋輥上起始測量點A相重合。第二次測量時，軋輥以A點為基準順時針旋轉(zhuǎn)60°，傳感器P2(7′)、P5(10′)位于水平位置，進行采樣取值。第三次測量時，軋輥以A點為基準順時針旋轉(zhuǎn)120°，傳感器P3(7″)、P6(10″)位于水平位置，進行采樣取值。在測量過程中，軋輥測量參照起始點A旋轉(zhuǎn)測量三次，兩個傳感器共得到六個位置的測量系列值，同時軋輥回轉(zhuǎn)要精確分度。軋輥相對于測量起始點A的旋轉(zhuǎn)角如表1所示。表1 軋輥測量起始A點旋轉(zhuǎn)角度 表2 圓度測量工件轉(zhuǎn)速推薦值n 單位rpm 軋輥圓度和機床主軸運動誤差分離的測量是在測量軋輥某一截面的圓度時，軋輥轉(zhuǎn)速n參考表2，安裝在測量架1上的兩測量傳感器頭7和10相對靜止。
上述的測量方法的具體操作步驟如下 (1)經(jīng)過對徑兩傳感器7[P1(7)，P2(7′)，P3(7″)]和10[P4(10)，P5(10′)，P6(10″)]在三個轉(zhuǎn)位，實現(xiàn)六位測量其公式為y＝Aey＝(y0(n)，y1(n)，y2(n)，y3(n)，y4(n)，y5(n))T N測量傳感器每周采樣點數(shù)； yk(n)為第K次測量時傳感器在第n點的輸出； r(n)為被測量軋輥的圓度誤差； δ(n)為主軸運動誤差； y6次測量得到的傳感器輸出yk構(gòu)成的6階列向量； e被測軋輥經(jīng)過3次轉(zhuǎn)位后得到6個重構(gòu)的圓度誤差和主軸運動誤差構(gòu)成的7階列向量； A7列測量輸出系數(shù)矩陣； yn(n)為6個測量基準點開始的傳感器輸出圓度誤差的加權(quán)和； G(l)為測量-分離系統(tǒng)的頻率傳遞函數(shù)也稱誤差分離的權(quán)函數(shù)，l諧波次數(shù)； Ω為誤差分離的相移旋轉(zhuǎn)因子； (2)根據(jù)測量機構(gòu)設(shè)置設(shè)有權(quán)值系數(shù)向量 (3)將C左乘矩陣方程(1)并展開得 其中實現(xiàn)了首次分離，先分離了主軸運動誤差δ(n)而得到只含有軋輥圓度誤差的表達式 (4)對上面(3)式進行離散Fourier變換(DFT)，同時應(yīng)用DFT的“時延-相移”性質(zhì)可解出被測量軋輥的圓度誤差的頻域表達式 R(l)＝Y(jié)n(l)/G(l) Ω＝(e0，ej2πl(wèi)/6，ej2×2πl(wèi)/6，ej2×3πl(wèi)/6，ej2×4πl(wèi)/6，ej2×5πl(wèi)/6)； (5)最后求解出圓度誤差序列和機床主軸旋轉(zhuǎn)誤差序列 (n＝0，1，2.....N-1) 式中

代表對

進行反傅立葉變換； (6)然后把(5)中求解出的圓度誤差序列r(n)代入式δ(n)＝y(tǒng)0(n)-r(n)即可得到主軸運動誤差。
本發(fā)明的測量原理 對徑兩點六位測量軋輥圓度誤差和機床主軸運動誤差方法的原理圖如圖2所示。設(shè)N為測量傳感器每周采樣點數(shù)，yk(n)為第K次測量時傳感器在第n點的輸出，r(n)為被測量軋輥的圓度誤差，并設(shè)δ(n)為主軸運動誤差，K取值如表3所示，經(jīng)過三位及6次測量得到下列方程 表3 K值對應(yīng)測量傳感器表(K＝0，1，2，3，4，5) y＝Ae(1) 式中 y-6次測量得到的傳感器輸出yk構(gòu)成的6階列向量； e-被測軋輥經(jīng)過3次轉(zhuǎn)位后得到6個重構(gòu)的圓度誤差和主軸運動誤差構(gòu)成的7階列向量； A-7列測量輸出系數(shù)矩陣。
y＝(y0(n)，y1(n)，y2(n)，y3(n)，y4(n)，y5(n))T (2) 設(shè)有權(quán)值系數(shù)向量 將C左乘矩陣方程(1)并展開得 其中 實現(xiàn)了首次分離，先分離了主軸運動誤差δ(n)而得到只含有軋輥圓度誤差的表達式 yn(n)-為6個測量基準點開始的傳感器輸出圓度誤差的加權(quán)和。
要得到真正的軋輥圓度誤差r(n)表達式，對式(7)進行離散Fourier變換(DFT)，同時應(yīng)用DFT的“時延-相移”性質(zhì)可解出被測量軋輥的圓度誤差的頻域表達式 R(l)＝Y(jié)n(l)/G(l) (8) Ω＝(e0，ej2πl(wèi)/6，ej2×2πl(wèi)/6，ej2×3πl(wèi)/6，ej2×4πl(wèi)/6，ej2×5πl(wèi)/6) (10) 式中G(l)為測量-分離系統(tǒng)的頻率傳遞函數(shù)也稱誤差分離的權(quán)函數(shù)，它表征了圓度各諧波分量被加權(quán)后輸送到組合信號中去的傳遞關(guān)系。顯然當關(guān)l＝0時，有G(l)≡0，這表明這樣的方法產(chǎn)生零階諧波抑制，也就是說這種方法不能反映被軋輥的尺寸變動。實際上我們也是只關(guān)心被測量軋輥的實際形狀輪廓，所以說零階諧波并不影響該方法的圓度誤差分離技術(shù)的應(yīng)用。
Ω為誤差分離的相移旋轉(zhuǎn)因子。
式(8)為對徑兩點六位法圓度誤差分離的基本方程。對于任意的諧波次數(shù)l，如果其權(quán)函數(shù)G(l)≠0，其圓度誤差在該階諧波上的分量均可由式(8)給出，若對(8)做逆傅氏變換(DFT-1)則可得經(jīng)過誤差分離后的圓度誤差的輪廓曲線(11)方程，同時根據(jù)軋輥圓度誤差曲線，采用測量系統(tǒng)軟件可求出軋輥的圓度誤差。
式中

代表對

進行反傅立葉變換。
然后把(12)中求解出的圓度誤差序列r(n)分別代入式(2)(3)的離散形式，即可得到主軸運動誤差 δ(n)＝y(tǒng)0(n)-r(n) (12) 由式(11)和(12)就可以分別計算出被測工件的圓度誤差和機床主軸旋轉(zhuǎn)誤差，從而達到將圓度誤差和系統(tǒng)誤差分離的結(jié)果。
本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比較，本發(fā)明具有如下突出實質(zhì)性特點和顯著優(yōu)點計算簡單，解決了做偏心旋轉(zhuǎn)運動工件的圓度誤差在機測量問題，也可以推廣到普通大軸類零件的圓度誤差和機床主軸運動誤差的在機測量和分離。



圖1是本發(fā)明測量裝置示意圖。
圖2是本發(fā)明的對徑兩點六位法測量原理示意圖。

具體實施例方式 本發(fā)明的具體實施結(jié)合附圖詳述如下 如圖1所示，由伺服電機3和4驅(qū)動滾珠絲杠副5和2，使安裝在測量臂6和11上的對徑安置兩傳感器測量頭7和10位于軋輥8的中心連線上。在測量過程中，軋輥測量參照起始點A旋轉(zhuǎn)測量三次，兩個傳感器共得到六個位置的測量系列值，同時軋輥回轉(zhuǎn)要精確分度。軋輥相對于測量參照起始點A的旋轉(zhuǎn)角如表1所示，軋輥轉(zhuǎn)速參考表2。
符號說明 N測量傳感器每周采樣點數(shù)； yk(n)為第K次測量時傳感器在第n點的輸出； r(n)為被測量軋輥的圓度誤差； δ(n)為主軸運動誤； y6次測量得到的傳感器輸出yk構(gòu)成的6階列向量； e被測軋輥經(jīng)過3次轉(zhuǎn)位后得到6個重構(gòu)的圓度誤差和主軸運動誤差構(gòu)成的7階列向量； A7列測量輸出系數(shù)矩陣； yn(n)為6個測量基準點開始的傳感器輸出圓度誤差的加權(quán)和； G(l)為測量-分離系統(tǒng)的頻率傳遞函數(shù)也稱誤差分離的權(quán)函數(shù)，l諧波次數(shù)； Ω為誤差分離的相移旋轉(zhuǎn)因子。
軋輥在機圓度和機床主軸運動誤差測量的方法，具體步驟為 (7)經(jīng)過對徑兩傳感器7[P1(7)，P2(7′)，P3(7″)]和10[P4(10)，P5(10′)，P6(10″)]在三個轉(zhuǎn)位，實現(xiàn)六位測量其公式為y＝Ae y＝(y0(n)，y1(n)，y2(n)，y3(n)，y4(n)，y5(n))T (8)根據(jù)測量機構(gòu)設(shè)置設(shè)有權(quán)值系數(shù)向量 (9)將C左乘矩陣方程(1)并展開得 出現(xiàn)了首次分離，先分離了主軸運動誤差δ(n)而得到只含有軋輥圓度誤差的表達式 (10)對上面(3)式進行離散Fourier變換(DFT)，同時應(yīng)用DFT的“時延-相移”性質(zhì)可解出被測量軋輥的圓度誤差的頻域表達式 R(l)＝Y(jié)n(l)/G(l) Ω＝(e0，ej2πl(wèi)/6，ej2×2πl(wèi)/6，ej2×3πl(wèi)/6，ej2×4πl(wèi)/6，ej2×5πl(wèi)/6) (11)最后求解出圓度誤差序列和機床主軸旋轉(zhuǎn)誤差序列 (n＝0，1，2.....N-1) 式中

代表對

進行反傅立葉變換。
(12)然后把(5)中求解出的圓度誤差序列r(n)代入式δ(n)＝y(tǒng)0(n)-r(n)即可得到主軸運動誤差。
權(quán)利要求
1.一種對徑兩點六位測量軋輥圓度誤差和機床主軸運動誤差的方法，其特征在于根據(jù)對徑設(shè)置的兩個位移傳感器(7)和(10)經(jīng)過軋輥三次轉(zhuǎn)位在六個不同測量位置與軋輥表面圓作相對運動，獲取軋輥某截面表面的冗余信息，并建立六位圓度誤差分離方程，并將采集到冗余信息中的時域信號變換到頻域進行分析，實現(xiàn)對軋輥圓度和機床主軸運動誤差的測量與分離。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的對徑兩點六位測量軋輥圓度誤差和機床主軸運動誤差的方法，其特征在于具體操作步驟如下
(13)經(jīng)過對徑兩傳感器7[P1(7)，P2(7′)，P3(7″)]和10[P4(10)，P5(10′)，P6(10″)]在三個轉(zhuǎn)位，實現(xiàn)六位測量其公式為y＝Ae
y＝(y0(n)，y1(n)，y2(n)，y3(n)，y4(n)，y5(n))T
N測量傳感器每周采樣點數(shù)；
yk(n)為第K次測量時傳感器在第n點的輸出；
r(n)為被測量軋輥的圓度誤差；
δ(n)為主軸運動誤差；
y6次測量得到的傳感器輸出yk構(gòu)成的6階列向量；
e被測軋輥經(jīng)過3次轉(zhuǎn)位后得到6個重構(gòu)的圓度誤差和主軸運動誤差構(gòu)成的7階列向量；
A7列測量輸出系數(shù)矩陣；
yn(n)為6個測量基準點開始的傳感器輸出圓度誤差的加權(quán)和；
G(l)為測量-分離系統(tǒng)的頻率傳遞函數(shù)也稱誤差分離的權(quán)函數(shù)，l諧波次數(shù)；
Ω為誤差分離的相移旋轉(zhuǎn)因子；
(2)根據(jù)測量機構(gòu)設(shè)置設(shè)有權(quán)值系數(shù)向量
(3)將C左乘矩陣方程(1)并展開得
其中實現(xiàn)了首次分離，先分離了主軸運動誤差δ(n)而得到只含有軋輥圓度誤差的表達式
(4)對上面(3)式進行離散Fourier變換(DFT)，同時應(yīng)用DFT的“時延-相移”性質(zhì)可解出被測量軋輥的圓度誤差的頻域表達式
R(l)＝Y(jié)n(l)/G(l)
Ω＝(e0，ej2πl(wèi)/6，ej2×2πl(wèi)/6，ej2×3πl(wèi)/6，ej2×4πl(wèi)/6，ej2×5πl(wèi)/6)；
(5)最后求解出圓度誤差序列和機床主軸旋轉(zhuǎn)誤差序列
(n＝0，1，2.....N-1)
式中
代表對
進行反傅立葉變換；
(6)然后把(5)中求解出的圓度誤差序列r(n)代入式δ(n)＝y(tǒng)0(n)-r(n)即可得到主軸運動誤差。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種對徑兩點六位測量軋輥圓度誤差和機床主軸誤差的方法。它是根據(jù)對徑設(shè)置的兩個位移傳感器在六個不同轉(zhuǎn)位測量中采集到的時域信號變換到頻域進行分析，在機將作偏心旋轉(zhuǎn)運動軋輥的圓度誤差和主軸的運動誤差進行分離，實現(xiàn)對軋輥的圓度誤差和主軸運動誤差在線測量，提高了測量精度。
文檔編號G01B7/31GK101033936SQ20071001968
公開日2007年9月12日 申請日期2007年1月30日 優(yōu)先權(quán)日2007年1月30日
發(fā)明者閆利文, 王小靜 申請人:常熟理工學院