一种主轴回转误差测量装置

1.本实用新型属于精密测量技术中的主轴回转误差测量领域，涉及一种基于psd的主轴回转误差测量装置。


背景技术：

2.机床的精度在很大程度上决定了加工零件的精度，为保证机械产品的质量，机床向高精度发展是一种必然趋势。主轴是数控机床的核心部件，其回转误差是影响机床加工精度的重要因素。有实验研究表明：在精密加工时，主轴回转误差占总误差比例的30％至70％，并且机床精度等级越高，主轴回转误差占总误差比例就越大。回转误差的测量对于评价机床主轴的精度、监视主轴的运行状态、及时发现和诊断主轴出现的故障，具有十分重要的现实意义。
3.目前，主轴回转误差测量有诸多方法，在这些测量方法中，常用的测量方法是使用标准棒的误差分离方法，利用电容式位移传感器、电涡流式位移传感器等一维距离传感器来测量主轴的误差运动。由于测量中采用了标准棒，测量结果中引入的标准棒的形状误差以及安装的偏心误差，会降低测量精度，所以还需要对误差进行分离。因此，又有学者提出一种基于光靶标轨迹追踪法来对主轴回转误差进行测量，但由于这种方法无法获取多组数据来提高检测精度，且对倾角误差测量并不敏感。


技术实现要素：

4.本实用新型的目的在于提出一种基于psd的主轴径向误差和倾角误差测量方法与装置。
5.本实用新型包括回转检测部分和光斑轨迹采集传感器。所述的回转检测部分包括检测轴、套环和激光器。套环滑动连接在检测轴的外侧。套环能够在检测轴的轴线方向上的多个位置保持固定。套环的外端面与检测轴的外端面错开。两个激光器分别固定在检测轴、套环的外端面上。激光器射出的激光在光斑轨迹采集传感器的检测范围内。
6.作为优选，所述的光斑轨迹采集传感器采用psd传感器。
7.作为优选，两个激光器的激光发射轴线与检测轴轴线共面平行，且位于检测轴轴线的同一侧。
8.作为优选，每个激光器均对应一个相同重量的配重块。相互对应的激光器与配重块的安装位置关于检测轴的轴线对称。
9.作为优选，激光器和配重块安装在检测轴或套环端面的安装孔内，并通过紧定螺钉保持固定。
10.作为优选，检测轴的内端固定有联轴器；联轴器用于与被测主轴固定。
11.作为优选，所述的检测轴上开设有沿自身轴线方向依次排列的多个定位孔。套环与任意一个定位孔通过位置调节销轴固定。
12.作为优选，各定位孔的轴线均沿检测轴的径向设置，并贯穿检测轴。各定位孔中均
设置有内螺纹。套环上开设有径向通孔。套环上的径向通孔与其中一个定位孔对齐。定位孔的两端均设置有带外螺纹的位置调节销轴；两个位置调节销轴与定位孔的两端分别螺纹连接。
13.本实用新型的有益效果为：
14.本实用新型的套环和检测轴上的激光器均能够在主轴转动中形成光斑轨迹，且套环的轴向位置能够调节，从而能够获得更多光斑轨迹；每条光斑轨迹均能够获得一组径向跳动误差数据，从而提高主轴回转误差的检测精度；此外，根据同一次检测中两条光斑轨迹的形状，以及套环处于不同轴向位置时激光器形成的光斑轨迹差异情况，能够判断被测主轴的倾角误差。
附图说明
15.图1是本实用新型的整体结构示意图。
具体实施方式
16.以下结合附图对本实用新型进行进一步说明。
17.实施例1
18.如图1所示，一种基于psd的主轴回转误差测量装置，包括回转检测部分、光斑轨迹采集传感器9。光斑轨迹采集传感器9采用psd传感器。回转检测部分安装在被测主轴10上，跟随主轴转动并射出激光；光斑轨迹采集传感器9检测回转检测部分射出的激光在被测主轴10转动过程中的轨迹。
19.回转检测部分包括检测轴1、套环2、联轴器3、配重块4、激光器5、紧顶螺钉6和位置调节销轴7。检测轴1的内端与联轴器3固定。联轴器3用于与被测主轴10同轴固定；套环2套置在检测轴1的外侧。检测轴1上开设有沿自身长度方向依次等间隔排列的三个定位孔8。各定位孔8的轴线均沿检测轴1的径向设置，并贯穿检测轴1。各定位孔8中均设置有内螺纹。套环2上开设有径向通孔。套环2上的径向通孔与其中一个定位孔8对齐。设置有外螺纹的两个位置调节销轴7分别从套环2的两侧穿入径向通孔，并与对应的定位孔8的两端螺纹连接；从而将套环2固定在检测轴1上。通过将套环2的径向通孔与不同的定位孔8对齐，能够将套环2固定在检测轴1的轴向上的不同位置。
20.检测轴1的外端端面开设有关于检测轴1轴线对称设置的两个第一安装孔；套环2的外端端面开设有关于检测轴1轴线对称设置的两个第二安装孔。激光器5和配重块4各有两个。
21.重量相等的第一个激光器5和第一个配重块4分别安装在两个第一安装孔中；重量相等的第二个激光器5和第二个配重块4分别安装在两个第二安装孔中。从而保证回转检测部分在转动中保持稳定。激光器5和配重块4均通过两个紧定螺钉6固定在对应的安装孔内。两个激光器5的激光发射轴线均与检测轴1轴线平行，且位于检测轴1轴线的同一侧(即两个激光器5沿径向对齐，沿轴向错开)。
22.工作过程中，光斑轨迹采集传感器9安装在机床的工作台上，并与检测轴1的端部对齐；两个激光器5跟随被测主轴10转动的过程中，激光器5射出的激光一直照射在光斑轨迹采集传感器9上。光斑轨迹采集传感器9的位置能够进行调节，从而尽量保证光斑圆轨迹
的圆心居于光敏感面中央，使光斑轨迹采集传感器9充分利用。
23.本实用新型的工作原理如下：
24.当回转检测部分在被测主轴10带动下转动时，两个激光器5均随承载装置1进行圆周运动，两个激光器5的激光划出两条环形的光斑轨迹。两条光斑轨迹的形状均反映被测主轴10在不同相位的跳动情况；此外，通过调整套环2在检测轴1的轴向上的位置，能够进一步获得更多光斑轨迹，从而增加数据的获取量，进而通过取均值等方式提高检测精度。
25.此外，若被测主轴10的几何轴线与回转轴线之间存在夹角，则套环2安装在不同位置时，套环2上的激光器5形成的光斑轨迹不同(套环2主轴越靠后则光斑轨迹越大)；因此，根据同一次检测中两条光斑轨迹的形状，以及套环2处于不同轴向位置时激光器5形成的光斑轨迹差异情况，能够判断被测主轴10的倾角误差(几何轴线与回转轴线之间夹角大小)。套环2处于不同轴向位置时激光器5形成的光斑轨迹差异越大，则倾角误差越大。


技术特征：
1.一种主轴回转误差测量装置，包括回转检测部分和光斑轨迹采集传感器(9)；其特征在于：所述的回转检测部分包括检测轴(1)、套环(2)和激光器(5)；套环(2)滑动连接在检测轴(1)的外侧；套环(2)能够在检测轴(1)轴线方向上的多个位置保持固定；套环(2)的外端面与检测轴(1)的外端面错开；两个激光器(5)分别固定在检测轴(1)、套环(2)的外端面上；激光器(5)射出的激光在光斑轨迹采集传感器(9)的检测范围内。2.根据权利要求1所述的一种主轴回转误差测量装置，其特征在于：两个激光器(5)的激光发射轴线与检测轴(1)轴线共面平行，且位于检测轴(1)轴线的同一侧。3.根据权利要求1或2所述的一种主轴回转误差测量装置，其特征在于：每个激光器(5)均对应一个相同重量的配重块(4)；相互对应的激光器(5)与配重块(4)的安装位置关于检测轴(1)的轴线对称。4.根据权利要求3所述的一种主轴回转误差测量装置，其特征在于：激光器(5)和配重块(4)安装在检测轴(1)或套环(2)端面的安装孔内，并通过紧定螺钉(6)保持固定。5.根据权利要求1或2所述的一种主轴回转误差测量装置，其特征在于：所述检测轴(1)的内端固定有联轴器(3)；联轴器(3)用于与被测主轴固定。6.根据权利要求1或2所述的一种主轴回转误差测量装置，其特征在于：所述的检测轴(1)上开设有沿自身轴线方向依次排列的多个定位孔(8)；套环(2)与任意一个定位孔通过位置调节销轴(7)固定。7.根据权利要求6所述的一种主轴回转误差测量装置，其特征在于：各定位孔(8)的轴线均沿检测轴(1)的径向设置，并贯穿检测轴(1)；各定位孔(8)中均设置有内螺纹；套环(2)上开设有径向通孔；套环(2)上的径向通孔与其中一个定位孔(8)对齐；定位孔(8)的两端均设置有带外螺纹的位置调节销轴(7)；两个位置调节销轴(7)与定位孔(8)的两端分别螺纹连接。8.根据权利要求1所述的一种主轴回转误差测量装置，其特征在于：所述的光斑轨迹采集传感器(9)采用psd传感器。

技术总结
本实用新型公开了一种基于PSD的主轴回转误差测量装置；该主轴回转误差测量装置包括回转检测部分和光斑轨迹采集传感器。所述的回转检测部分包括检测轴、套环和激光器。套环滑动连接在检测轴的外侧。套环能够在检测轴轴线方向上的多个位置保持固定。套环的外端面与检测轴的外端面错开。两个激光器分别固定在检测轴、套环的外端面上。激光器射出的激光在光斑轨迹采集传感器的检测范围内。本实用新型的套环和检测轴上的激光器均能够在主轴转动中形成光斑轨迹，且套环的轴向位置能够调节，从而能够获得更多光斑轨迹；每条光斑轨迹均能够得到获得一组径向跳动误差数据，从而提高主轴回转误差的检测精度。转误差的检测精度。转误差的检测精度。


技术研发人员：方威 王文 吕天硕 岳树清 卢科青 陈占锋 杨贺 王传勇
受保护的技术使用者：杭州电子科技大学
技术研发日：2022.03.29
技术公布日：2022/9/20