兩點法軸承竄動誤差測量與分離裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本實用新型涉及高精度誤差測量與分離技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種兩點法軸承竄動 誤差測量與分離裝置。
【背景技術(shù)】
[0002] 在高精度機(jī)床加工、齒輪箱、絲杠螺母竄動系統(tǒng)、精密離心機(jī)等精密度要求較高的 機(jī)械設(shè)備中，機(jī)械軸承的軸向穩(wěn)定性是影響精密度的關(guān)鍵因素之一，也是評價系統(tǒng)性能的 重要指標(biāo)。因此，進(jìn)行軸承的竄動誤差測量具有重要的現(xiàn)實意義。
[0003] 軸承的竄動誤差是由軸承在轉(zhuǎn)動過程中受到外力而產(chǎn)生的軸向跳動。當(dāng)需對軸承 竄動誤差進(jìn)行亞微米級測量時，由于軸向運動信息中會混入軸承切面粗糙度引起的形狀誤 差，因此，不能直接進(jìn)行亞微米級軸承竄動誤差測量，需利用相應(yīng)的誤差分離技術(shù)，將軸向 竄動誤差與形狀誤差分離才能得到純竄動誤差。
[0004] 目前大多采用激光干涉方法測量軸承竄動誤差，測試系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜、成本高，且并 未將竄動誤差與形狀誤差分離。 【實用新型內(nèi)容】
[0005] 本實用新型的目的就在于為了解決上述問題而提供一種兩點法軸承竄動誤差測 量與分離裝置。
[0006] 本實用新型通過以下技術(shù)方案來實現(xiàn)上述目的：
[0007] -種兩點法軸承竄動誤差測量與分離裝置，包括兩個電容測微儀、光柵和數(shù)據(jù)采 集卡，兩個所述電容測微儀與所述軸承的中軸線平行，且與所述軸承中軸線之間的距離相 等，所述光柵套裝在所述軸承上，所述光柵的A脈沖信號通過分頻電路與所述數(shù)據(jù)采集卡 的AI時鐘采集輸入口連接，所述光柵的Z脈沖信號通過整形電路與所述數(shù)據(jù)采集卡的觸發(fā) 源輸入口連接，兩個所述電容測微儀的測量信號通過信號調(diào)理電路與所述數(shù)據(jù)采集卡的AI 采集端口連接。
[0008] 優(yōu)選地，兩個所述電容測微儀位于同一軸面上，且其與所述軸承的中軸線之間的 距離小于所述軸承的半徑。
[0009] 具體地，所述光柵的A脈沖的k次分頻信號作為數(shù)據(jù)采集時鐘信號，所述光柵的Z 脈沖信號通過所述整形電路變換為建立時間和保持時間均滿足觸發(fā)脈沖要求的信號作為 測試任務(wù)的信號采集觸發(fā)信號。
[0010] 數(shù)據(jù)采集卡采用24位高精度數(shù)據(jù)采集卡，可以保證較高的測量精度；利用光柵A 脈沖的k次分頻信號作為數(shù)據(jù)采集的時鐘信號，確保在軸承不同轉(zhuǎn)速下對軸向運動信息的 等角度采樣；利用光柵Z脈沖作為信號采集觸發(fā)信號，確保了每次測量得到數(shù)據(jù)的初始相 位一致。
[0011] 具體地，所述k次分頻信號由每圈采樣點數(shù)N和所述光柵每圈輸出的A脈沖共同 確定。
[0012] 本實用新型的有益效果在于：
[0013] 本實用新型兩點法軸承竄動誤差測量與分離裝置利用兩個電容測微儀采用外基 準(zhǔn)法測量軸承軸向位移信息，然后通過FFT頻域法作為誤差分離算法得到軸向純竄動誤 差，測試系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，成本低，能夠有效的將竄動誤差與形狀誤差分離。
【附圖說明】
[0014] 圖1是本實用新型所述電容測微儀的分布示意圖；
[0015] 圖2是本實用新型所述兩點法軸承竄動誤差測量與分離裝置的硬件結(jié)構(gòu)圖；
[0016] 圖3是本實用新型所述兩點法軸承竄動誤差測量與分離裝置的流程圖；
[0017] 圖4是本實用新型所述FFT頻域法的流程圖。
【具體實施方式】
[0018] 下面結(jié)合附圖對本實用新型作進(jìn)一步說明：
[0019] 如圖1和圖2所示，本實用新型所述的裝置包括兩個電容測微儀、光柵和數(shù)據(jù)采集 卡，兩個所述電容測微儀與所述軸承的中軸線平行，且與所述軸承中軸線之間的距離相等， 所述光柵套裝在所述軸承上，所述光柵的A脈沖信號通過分頻電路與所述數(shù)據(jù)采集卡的AI 時鐘采集輸入口連接，所述光柵的Z脈沖信號通過整形電路與所述數(shù)據(jù)采集卡的觸發(fā)源輸 入口連接，兩個所述電容測微儀的測量信號通過信號調(diào)理電路與所述數(shù)據(jù)采集卡的AI采 集端口連接，兩個所述電容測微儀位于同一軸面上，且其與所述軸承的中軸線之間的距離 小于所述軸承的半徑，所述光柵的A脈沖的k次分頻信號作為數(shù)據(jù)采集時鐘信號，所述光柵 的Z脈沖信號通過所述整形電路變換為建立時間和保持時間均滿足觸發(fā)脈沖要求的信號 作為測試任務(wù)的信號采集觸發(fā)信號，所述k次分頻信號由每圈采樣點數(shù)N和所述光柵每圈 輸出的A脈沖共同確定。
[0020] 如圖3所示，本實用新型所述的方法包括以下步驟：
[0021] (1)數(shù)據(jù)采集：對每圈采樣點數(shù)N、采樣圈數(shù)M、采樣最高諧波次數(shù)Km以及采樣模式 進(jìn)行設(shè)定，然后兩個電容測微儀通過外基準(zhǔn)法對所述軸承的軸向位移進(jìn)行測量；
[0022] (2)數(shù)據(jù)預(yù)處理：利用平滑濾波和多圈平均的方法消除隨機(jī)誤差得到測量的原始 數(shù)據(jù)，將原始數(shù)據(jù)減去直流分量所得到的數(shù)據(jù)即為所述軸承的軸向運動信息數(shù)據(jù)。
[0023] (3)誤差分離：將兩個電容測微儀采集的軸承軸向運動信息進(jìn)行融合，再通過FFT 頻域法進(jìn)行誤差分離得到純軸向竄動誤差。
[0024] 其中，F(xiàn)FT頻域法如圖4所示，首先在數(shù)據(jù)采集單元中輸入每圈采樣點數(shù)N、采樣圈 數(shù)M、最高諧波階數(shù)K m，然后進(jìn)行判斷，若總采樣點數(shù)辛NXN，則返回重新輸入?yún)?shù)，若總采 樣點數(shù)=NXM，則繼續(xù)進(jìn)行計算。
[0025] 為方便描述，本實例采用非離散化形式描述，即設(shè)兩個電容測微儀之間的夾角為 α，且兩個電容測微儀測得的軸向運動信息經(jīng)過濾波去噪后，分別為
[0026] Z1 (θ) = γ(Θ)+θ(Θ) (1)
[0027] Z2 ( Θ ) = r ( Θ + a ) +e ( Θ )⑵
[0028] 式中r( Θ )-一底面形狀誤差的極坐標(biāo)形式，以逆時針方向為正；
[0029] e ( Θ ) 軸承竄動誤差；
[0030] θ--軸承轉(zhuǎn)動的角度；
[0031] 將兩只電容測微儀的數(shù)據(jù)相減即式（1)-式（2)進(jìn)行去直流分量處理，即可將軸向 竄動誤差θ(Θ)從輸出數(shù)據(jù)中除去，即：
[0032] Z ( Θ ) = r ( Θ ) -r ( θ + α ) (3)
[0033] 對式（3)進(jìn)行即可求出形狀誤差Γ(θ)，由于形狀誤差具有周期性，對r(0)做傅 里葉變化，有
【主權(quán)項】
1. 一種兩點法軸承竄動誤差測量與分離裝置，其特征在于：包括兩個電容測微儀、光 柵和數(shù)據(jù)采集卡，兩個所述電容測微儀與所述軸承的中軸線平行，且與所述軸承中軸線之 間的距離相等，所述光柵套裝在所述軸承上，所述光柵的A脈沖信號通過分頻電路與所述 數(shù)據(jù)采集卡的AI時鐘采集輸入口連接，所述光柵的Z脈沖信號通過整形電路與所述數(shù)據(jù)采 集卡的觸發(fā)源輸入口連接，兩個所述電容測微儀的測量信號通過信號調(diào)理電路與所述數(shù)據(jù) 采集卡的AI采集端口連接。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的兩點法軸承竄動誤差測量與分離裝置，其特征在于：兩個所 述電容測微儀位于同一軸面上，且其與所述軸承的中軸線之間的距離小于所述軸承的半 徑。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的兩點法軸承竄動誤差測量與分離裝置，其特征在于：所述光 柵的A脈沖的分頻信號作為數(shù)據(jù)采集時鐘信號，所述光柵的Z脈沖信號通過所述整形電路 變換為建立時間和保持時間均滿足觸發(fā)脈沖要求的信號作為測試任務(wù)的信號采集觸發(fā)信 號。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的兩點法軸承竄動誤差測量與分離裝置，其特征在于：所述分 頻信號由每圈采樣點數(shù)N和所述光柵每圈輸出的A脈沖共同確定。
【專利摘要】本實用新型公開了一種兩點法軸承竄動誤差測量與分離裝置，包括兩個電容測微儀、光柵和數(shù)據(jù)采集卡，并將電容測微儀和光柵安裝至軸承上，通過采集卡對軸承的運動信息進(jìn)行采集，最后再通過數(shù)據(jù)預(yù)處理和FFT頻域法進(jìn)行誤差分離得到純軸向竄動數(shù)據(jù)，測試系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，成本低，能夠有效的將竄動誤差與形狀誤差分離。
【IPC分類】G01M13-04
【公開號】CN204556256
【申請?zhí)枴緾N201520239177
【發(fā)明人】周繼昆, 張 榮, 張毅, 黎啟勝, 李明海, 王玨, 凌明祥
【申請人】中國工程物理研究院總體工程研究所
【公開日】2015年8月12日
【申請日】2015年4月20日