对径及平行多位测量轧辊圆度误差和机床主轴运动误差的方法技术

本发明专利技术涉及一种对径及平行多位测量轧辊圆度误差和机床主轴运动误差的方法。它是在被测轧辊测量截面的外围，对径设置两个位移传感器，其中一个位移传感器作为基准位置传感器，而另一个位移传感器与一个与其平行设置的位移传感器作为测量传感器，经过轧辊多次转位在不同测量位置与轧辊表面圆作相对运动，获取轧辊被测截面表面的冗余信息，建立相应的多位圆度误差分离方程，并将采集到冗余信息中的时域信号变换到频域进行分析，在机将作偏心旋转运动轧辊的圆度误差和主轴的运动误差进行分离，实现对轧辊圆度和机床主轴运动误差的测量与分离。本发明专利技术实施简便，解决了作偏心旋转运动工件的圆度误差在线测量问题，可以推广到普通轴类零件的圆度误差和机床主轴运动误差的在线测量和分离。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种。对径设置中的一个位移传感器作为基准位置传感器，另外平行的两个作为测量传感器，经过轧辊多次转位在不同测量位置与轧辊表面圆作相对运动，获取轧辊某截面表面的冗余信息，并建立相应的多位圆度误差分离方程，并将采集到冗余信息中的时域信号变换到频域进行分析，在机将作偏心旋转运动轧辊的圆度误差和主轴的运动误差进行分离，实现对轧辊的圆度误差和主轴运动误差在机测量，根据实际需求，该测量方法可简化为对径两点测量法，也可以设置任意夹角进行随机测量，从而提高测量精度。
技术介绍
随着冶金钢铁及汽车行业的迅猛发展，对金属板材的精度要求越来越高。为了能压制出高精度的板材，轧辊的质量就显得优为重要。其中轧辊的圆度及轧辊的表面质量是决定板材精度的最主要因素，而轧辊的最终质量是由轧辊磨床所决定的，所以数控轧辊磨床测量精度的高低也起着很重要的作用。传统数控轧辊磨床测量装置测量圆度时，将轧辊的安装偏心和机床的主轴运动误差与轧辊的圆度误差混合在一起。现在这些传统的轧辊测量装置不具有将机床系统误差与轧辊的圆度误差分离的功能。随着人们对轧辊高精度、高效率的追求，对被加工轧辊实施在机测量，并能够将轧辊圆度误差和机床系统误差进行分离，不仅能够提高测量精度，而且分离后的数据还可以用于数控加工的补偿控制，有利于提高轧辊的加工精度和效率。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提出了一种，能够实现对工件圆度误差和机床主轴运动误差在线测量。为达到上述目的，本专利技术采用下述技术方案一种，其特征在于在被测轧辊测量截面的外围，对径设置两个位移传感器中的一个作为基准位置位移传感器，而另一个位移传感器与一个与其平行设置的位移传感器作为测量传感器，经过轧辊多次转位在不同测量位置与轧辊表面圆作相对运动，获取轧辊被测截面表面的冗余信息，建立相应的多位圆度误差分离方程，并将采集到冗余信息中的时域信号变换到频域进行分析，在机将作偏心旋转运动轧辊的圆度误差和主轴的运动误差进行分离，实现对轧辊圆度和机床主轴运动误差的测量与分离。具体操作步骤如下(1)校正对径设置的两个位移传感器(1、2)处于x轴方向，而另一个位移传感器(3)与x轴夹角为；(2)首次测量由一个位移传感器(1、2、3)测量三点1A，1B和1C，记录1A点位置及所测数据，1A点作为基准位置点；第二次测量轧辊逆时针旋转(π-)度，由两个平行的位移传感器(2、3)测量二点2B和2C，1C转至基准点1A所在位置，记为2A/1C，并作为新的基准点；第三次测量至第K次均同第二次测量过程，理论上第K次传感器3测量位置与第1次传感器2所测位置重合，在误差范围内可以进行重复测量；(3)经过步骤(2)中的测量过程，实现多位测量设N为测量位移传感器每周采样点数，xi(n)为第i次测量，测量过程中对应点为iA(i＝2，3，…，K-1)时对应运动误差在x和y轴上均有分量；，r(n)为被测量轧辊的圆度误差，并设δ(n)为主轴运动误差，设轧辊旋转K次，取值经过三位及K次测量得到下列方程y＝Ae (1)式中y-K次测量得到的位移传感器输出yi(n)构成的K阶列向量；e-被测轧辊经过K次转位后得到K个重构的圆度误差和主轴运动误差构成的K+1阶列向量；M-K+1列测量输出系数矩阵。y＝(y1(n)，y2(n)…，yN(n))T(2)e=(r(n),r(n+Nk),···,r(n+K-1KN),δ(n))T---(3)]]>(4)根据测量机构设置设有权值系数向量 C=(c1,c2,c3···,cK-1,cK,···,cK-1,cK)]]>=(1,-1N-1,-K2N-K,···,-1N-1,-1N-1,···,1)---(4)]]>其中含有运动误差x分量的系数个数为N个，含有y分量的系数个数为2N/K个；(5)将C左乘矩阵方程(2)即为 其中 实现了首次分离，先分离了主轴运动误差δ(n)而得到只含有轧辊圆度误差的表达式yn(n)=Σi=1Nciyi(n)=Me---(5)]]>(6)对上面(5)式进行离散Fourier变换(DFT)，同时应用DFT的“时延-相移”性质可解出被测量轧辊的圆度误差的频域表达式R(l)＝Yn(l)/G(l)G(l)=CΩ=Σi=0N-1ci+1ei×j2πl/K=c1e0+c1ej2πl/K+···+c1ej2πl(N-1)/K]]>Ω＝(e0，ej2πl/K，ej2×2πl/K，…，ej2×4πl/K，ej2×(N-1)πl/K)；(7)最后求解出圆度误差序列和机床主轴旋转误差序列r(n)=DFT-1(n=0,1,2.....N-1)]]>式中 代表对 进行反傅立叶变换；(8)然后把(7)中求解出的圆度误差序列r(n)代入式δ(n)＝y0(n)-r(n)即得到主轴运动误差。本专利技术与现有技术相比较，本专利技术具有如下突出实质性特点和显著优点实施简便，解决了做偏心旋转运动工件的圆度误差在机测量问题，可以推广到普通大轴类零件的圆度误差和机床主轴运动误差的在机测量和分离。附图说明图1是本专利技术的一个实例的对径及平行多位测量轧辊圆度误差和机床主轴运动误差的装置结构示意图。图2是本专利技术的轧辊测量原理示意图。图3是图2所示测量原理中的第一次测量轧辊位置示意图。图4是图2所示测量原理中的第二次测量轧辊位置示意图。图5是图2所示测量原理中的第三次测量轧辊位置示意图。具体实施例方式本专利技术的一个优选实例结合附图详述如下本对径及平行多位测量轧辊圆度误差和机床主轴误差的方法采用图1所示的测量装置在测量架4上安装两套滚珠丝杠副5、8和9，分别由伺服电机6、7和10驱动，滚珠丝杠副8需要设定临界位置为滚珠丝杠副9的边界线，以免测量过程中与滚珠丝杠副9发生碰撞。对径安置的两传感器1和2的测量头以及与传感器2平行的传感器3的测量头，三者分别安装在测量臂15、11和16上，分别通过滚珠丝杠副5、8和9驱动来接触中心支架14上的轧辊13，从而实现不同直径轧辊的测量。传感器测量头1和2应位于轧辊13的中心连线上，传感器3测量头与轧辊13的中心连线形成的夹角为。这里采用对称式采样，传感器3与x轴夹角要求满足K＝180°，其中K为轧辊旋转次数。简易测量(传感器3与x轴夹角≥60°)可只需使用传感器1和2进行对径测量，传感器3待用。高精度测量(传感器3与x轴夹角＜60°)可减小传感器3与x轴夹角，进行多位测量。根据测量精度要求可以通过调节滚珠丝杠副8的位置来改变角。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种对径及平行多位测量轧辊圆度误差和机床主轴运动误差的方法，其特征在于在被测轧辊（１３）测量截面的外围，对径设置两个位移传感器（１、２），其中一个位移传感器（１）作为基准位置传感器，而另一个位移传感器（２）与一个与其平行设置的位移传感器（３）作为测量传感器，经过轧辊（１３）多次转位在不同测量位置与轧辊（１３）表面圆作相对运动，获取轧辊（１３）被测截面表面的冗余信息，建立相应的多位圆度误差分离方程，并将采集到冗余信息中的时域信号变换到频域进行分析，在机将作偏心旋转运动轧辊的圆度误差和主轴的运动误差进行分离，实现对轧辊圆度和机床主轴运动误差的测量与分离。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：刘丽兰，俞涛，姚俊，陈锐，闫利文，丁晓燕，张曙伟，
申请(专利权)人：上海大学，上海机床厂有限公司，
类型：发明
国别省市：31[中国|上海]