1 上海交通大学 机械与动力工程学院, 上海 200240
2 中国工程物理研究院 机械制造工艺研究所, 四川 绵阳 621900
为了提高超精密角度计量转台的测量精度, 对转台所用编码器分度误差与细分误差的校准展开研究。首先, 介绍了转台的结构, 设计了方便进行相互比对的双角度编码器测角系统并描述了其多读数头布置方式。然后, 基于直接比较法与自校准法进行了双编码器分度误差的快速、高精度校准。最后, 借助精密电容式位移传感器测量系统, 利用比较法检测了两套编码器各读数头的单信号周期测量误差。校准结果显示: 采用双读数头均布的第一套编码器的分度误差为±0.27″, 细分误差在±0.1″以内; 基于四读数头均布方式进行测量的第二套编码器分度误差为±0.17″, 细分误差在±0.2″以内; 两套编码器的测量精度皆为亚角秒级。双编码器相互比对的校准方式有助于对转台的测角误差进行全面、准确地评估。
精密转台 角度编码器 分度误差 细分误差 角度校准 rotary table angle encoder graduation error interpolation error angle calibration 光学 精密工程
2019, 27(10): 2180
1 上海交通大学 机械与动力工程学院, 上海 200240
2 中国工程物理研究院 机械制造工艺研究所, 四川 绵阳 621900
3 国家机床产品质量监督检验中心(四川), 四川 成都 610200
为了实现亚角秒级圆分度器件的高精度校准, 建立了基于角度计量转台和自准直仪的角度测量系统, 研究了基于无实物基准的圆分度误差检测方法和控制测量系统引入误差的策略。简要介绍了基于真空预载气浮支承和超声马达驱动的自研转台的结构, 搭建了整个测量系统。利用圆封闭原理和最小二乘原理分析了圆分度误差的测量算法, 讨论了测量过程的误差来源, 并分析了抑制各误差源的方法。最后, 在构建的测量系统上测量了多齿分度台的圆分度误差, 并对测量不确定度进行了分析。实验结果表明: 自研计量转台和被校多齿分度台的最大圆分度误差分别为0.12″和0.15″, 测量不确定度为0.05″(k=2)。通过比对, 表明测量系统能够实现亚角秒级圆分度误差的高精度校准。
测角转台 角度校准 分度误差 误差分析 不确定度评定 angle comparator angle calibration dividing error error analysis uncertainty evaluation
1 中国科学院 安光学精密机械研究所, 陕西 西安 710119
2 中国科学院大学, 北京 100049
为了提高圆分度仪器分度误差的测量精度, 介绍了用多面棱体自准直仪测量分度误差的原理和方法, 对影响测量结果的误差源进行了分析。根据测量原理建立了多面棱体和自准直仪坐标系, 利用坐标变换分别建立了多面棱体工作面与受检仪器轴线的平行差、自准直仪光轴与多面棱体工作面不垂直度误差、自准直仪电十字竖线与受检仪器轴线的平行差对分度误差影响的精确模型。在实验室内, 以单轴位置转台的定位精度为测试对象, 设计了以上三种位姿失调误差模型的验证实验, 实验结果与理论模型仿真结果具有很好的一致性, 三种位姿失调引入的误差实测值与理论值的最大偏差小于0.9″, 验证了位姿失调量引入测量误差模型的正确性, 该模型及仿真结果可以准确指导圆分度误差测试。
角度测量 误差分析 坐标变换 分度误差 多面棱体 自准直仪 angular surveying error analysis coodinate transformation dividing error angular polygon autocollimator
1 重庆大学 机械工程学院，重庆 400030
2 重庆大学 光电技术与系统教育部重点实验室，重庆 400030
3 重庆大学 工业CT无损检测教育部工程研究中心，重庆 400030
为了修正精密转台中由圆光栅安装偏心、倾斜等引起的角分度误差，提出一种基于稀疏分解的角分度误差补偿方法。首先，分析了圆光栅安装偏心、倾斜等对精密转台角分度误差的影响。然后，根据圆光栅测角误差中不同阶次误差项的特性，结合稀疏分解思想与谐波分析建立了角分度误差补偿模型，对转台的角分度误差进行补偿。最后，搭建试验平台，采用提出的角分度误差补偿模型对精密转台角分度误差进行修正，验证该方法的有效性。试验结果表明: 该方法能够将角分度精度提高2个数量级，对角分度误差最大值为90.85"的转台进行误差补偿后，能够使角定位误差的最大值减小到0.64"。采用该方法进行误差补偿后，能够显著提高角度定位精度，结果满足精密转台角位移的高精度测试要求。
精密转台 角分度误差 稀疏分解 误差补偿 precision turntable angular indexing error sparse decomposition error compensation
1 大连理工大学 精密特种加工及微系统教育部重点实验室, 辽宁 大连 116023
2 大连理工大学 微纳米技术及系统辽宁省重点实验室, 辽宁 大连 116023
3 辽宁省计量科学研究院, 辽宁 沈阳 110004
为预测被加工齿轮的齿距加工精度, 研究了Y7125型大平面砂轮磨齿机系统分度误差的传递规律。采用全闭环测量法对用作角度测量基准的正36面棱体进行了高精度标定; 基于该正36面棱体和相对测量法在机提取机床36个等分点系统分度误差曲线; 最后在磨齿机上进行精密磨齿实验, 通过比较齿轮试件的齿距累积偏差与机床原始系统分度误差的差异, 研究机床分度误差的传递规律, 并通过实验得到磨齿机分度误差传递过程中的不确定度。实验结果表明: 采用全闭环测量法标定正36面棱体的测量不确定度达到±0.05; 磨齿机系统分度误差传递到被加工齿轮后, 齿距累积总偏差由2.1 m增大到2.6 m, 相对误差增加了24%; 通过磨齿实验得到磨齿机分度误差传递过程中的不确定度为±0.6 m。得到的机床分度误差传递规律可用于预测齿轮的齿距累积加工精度, 为制定科学的磨齿工艺提供技术支持。
磨齿机 分度误差 齿距累积偏差 误差传递规律 全闭环测量法 gear-grinding machine indexing error cumulative pitch deviation error transfer law full closure measurement method
1 大连理工大学 精密与特种加工教育部重点实验室，辽宁 大连 116023
2 大连理工大学 微纳米技术及系统辽宁省重点实验室，辽宁 大连 116023
为了减小齿轮磨削加工中的磨床系统分度误差，提高齿轮加工精度，分析了齿轮磨床分度误差、齿轮安装偏心和齿轮齿距偏差之间的关系，获得了分度误差的计算方法，并计算出了齿轮磨床的分度误差。依据计算得到的分度误差值调整磨床，降低磨床分度误差，减小齿轮齿距累积偏差，提高了齿轮加工精度。以Y7125大平面砂轮磨齿机床为例验证了提出方法的可行性。建立了齿轮安装偏心和齿廓偏差的数学模型，求出了齿轮安装偏心的幅值和相位角,然后由齿轮安装偏心、磨床分度误差和齿轮齿距偏差的关系得到磨床的分度误差值。根据计算得到的分度误差值调整磨床分度盘，使磨床的分度误差从17.7 μm减少为3.3 μm，被加工齿轮的齿距累积总偏差由46.9 μm降低到11.5 μm，齿距精度达到三级。验证结果表明，按照这种方法调整磨床可以快速有效地降低磨床的系统分度误差，从而降低齿轮的齿距累积偏差。
磨床 齿轮磨削 齿距偏差 齿廓偏差 安装偏心 分度误差 grinding machine gear grinding pitch error profile deviation eccentricity installation dividing error
