CN108120377A - 一种动态偏摆仪校准方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及仪器校准领域，更具体地，涉及一种动态偏摆仪校准方法，包括以下步骤：S1：将规安装在振动台上，S2：安装被校偏摆仪，S3：安装激光测振仪，S4：开启振动台，S5：调节振动台的振幅为被校偏摆仪线性工作的中点，S6：振动台稳定工作后读取激光测振仪和被校偏摆仪的示值，S7：计算校准参数。解决了如何对动态偏摆仪进行动态校准的问题，解决了传统静态校准无法给出在一定转速下，动态偏摆仪示值的溯源问题。

Description

一种动态偏摆仪校准方法

技术领域

本发明涉及仪器校准领域，更具体地，涉及一种动态偏摆仪校准方法。

背景技术

机床主轴回转精度是衡量机械***性能的重要指标，是影响机床工作精度 的主要因素之一。在PCB印刷电路板工业的钻孔过程中，10％-15％的报废品与不 良品是由PCB钻孔机床主轴的动态偏摆引起的，因此需要实时对主轴的偏摆量 进行监测。主轴的动态偏摆是将主轴运转到工作转速时测得其径向跳动量，通 过测量主轴表面的径向跳动量可以知道主轴运转是否正常以及是否做主轴维修 保养，这和用千分表所做的测量有很大的差异，因静态偏摆和动态偏摆特性是 不相关的。

现有的动态偏摆仪分为两种，一种是利用光学的方法，能够实现高精度的 数控机床主轴的振动测量，其直径检测公差能达到±0.1mm；另一种是采用电容 式位移传感器技术，测量主轴在不同转速下的偏摆误差。

现有技术中是将标准偏心轴置于偏摆检查仪的两顶针间，转动测量手表， 读取千分表示值的最大变动量，记录此量作为标准偏心轴的偏摆量标称值，再 将被检动态偏摆仪安装于测量位置，转动标准偏心轴，读取被检仪器示值，该 值与标称值做比较。但是由于采用被检动态偏摆仪与偏摆检查仪做比较的方法， 前者属于静态测量的范畴，后者属于动态测量的范畴，其测得的数据两者没有 可比性。

发明内容

本发明为克服上述现有技术所述的至少一种缺陷，提供一种动态偏摆仪校 准方法，解决了如何对动态偏摆仪进行动态校准的问题，解决了传统静态校准 无法给出在一定转速下，动态偏摆仪示值的溯源问题。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种动态偏摆仪校准方 法，包括以下步骤：

S1：将规安装在振动台上；

S2：安装被校偏摆仪；

S3：安装激光测振仪；

S4：开启振动台；

S5：调节振动台的振幅为被校偏摆仪线性工作的中点；

S6：振动台稳定工作后读取激光测振仪和被校偏摆仪的示值；

S7：计算校准参数。

进一步的，在步骤S1中，将标准针规安装在安装平台上，安装平台设于标 准振动台上。

进一步的，步骤S2中，对于光学原理的动态偏摆仪，将标准针规安装到偏 摆仪测量的合适位置，将动态偏摆仪放置在XYZ轴手动位移微调平台上，根据 被校偏摆仪的测量深度，调整被校偏摆仪相对于标准针规的位置；对于电容传 感器原理的动态偏摆仪，按照产品说明书安装电容传感器于合适位置。

其中，对于光学原理的动态偏摆仪，需要在光学动态偏摆仪与标准振动台 之间需要通过隔振垫块进行隔振，防止振动台影响光学动态偏摆仪的测量。

进一步的，步骤S3中，固定激光测振仪使得激光打到标准针规上。

进一步的，步骤S5中，通过动态信号分析仪分析采集安装平台振动频率， 将数据传输至功率功率放大器，通过调节功率放大器根据不同转速来调整振动 台的振动频率，使振动台提供恒幅稳定的正弦运动。

进一步的，步骤S7中，根据步骤S6中所读取的激光测振仪和被校偏摆仪 的示值计算参考点示值误差(μm)、频率响应特性、幅值线性度。

参考点示值误差(μm)的计算方法为：

根据动态偏摆仪的可测量最大转速值r_max,单位为r/min,计算标准振动台的 振动最大频率f_max＝r_max/60,单位为Hz。选取f_max/2的频率点为参考频率点，被校偏 摆仪最大可测偏摆量的中点l₀(μm)为参考偏摆位移点，则参考点示值误差可 以表示为(单位为μm)：

δ₀＝x₁-x₀

x₁——动态偏摆仪的示值，μm；

x₀——激光测振仪测量的位移值，μm。

频率响应特性的计算方法为：

通过调节功率放大器来调节标准振动台的振幅为被校偏摆仪线性工作的中 点l₀，在f_max以下均匀选取不少于5个频率点，分别测量选取的频率点处位移为l₀时动态偏摆仪的示值误差δ_i,则频率响应特性可以表示为：

δ_i——频率点处位移为l₀时动态偏摆仪的示值误差。

幅值线性度的计算方法为：

在参考频率点f_max/2处，在动态偏摆仪测量偏摆量范围以内均匀选取不少 于5个偏摆量，通过调节功率放大器来调节标准振动台的振幅使得激光测振仪 的位移值为选取的偏摆量值，分别测量被校动态偏摆仪的示值误差，则其幅 值线性度可以表示为校准点的示值误差相对于参考点的示值误差的相对偏差。

与现有技术相比，有益效果是：本发明通过标准振动台提供单方向的动态 位移量，并且可以根据不同转速来调整振动台的振动频率，从而达到动态校准 动态偏摆仪的目的，该方案能够校准动态偏摆仪的参考点的示值误差、频率响 应特性和幅值线性度，更全面的反映动态偏摆仪的性能。

附图说明

图1是本发明在一个实施例中的动态偏摆仪校准方法的流程示意图；

图2是本发明在一个实施例中的光学原理动态偏摆仪的安装位置示意图；

图3是本发明在一个实施例中的电容传感器原理动态偏摆仪的安装位置 示意图。

图2、图3图注：1、动态信号分析仪；2、功率放大器；3、标准振动台；4、 标准针规安装平台；5、标准针规(Ф3.175mm、Ф2.0mm、Ф1.75mm可选)； 6、动态偏摆仪(光学原理)；7、隔振垫块；8、激光测振仪；9、动态偏摆仪(电 容传感器原理)。

具体实施方式

附图仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制；为了更好说明本实 施例，附图某些部件会有省略、放大或缩小，并不代表实际产品的尺寸；对于 本领域技术人员来说，附图中某些公知结构及其说明可能省略是可以理解的。 附图中描述位置关系仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制。

实施例：

如图1所示，一种动态偏摆仪校准方法，包括以下步骤：

S1：将规安装在振动台上；

S2：安装被校偏摆仪；

S3：安装激光测振仪；

S4：开启振动台；

S5：调节振动台的振幅为被校偏摆仪线性工作的中点；

S6：振动台稳定工作后读取激光测振仪和被校偏摆仪的示值；

S7：计算校准参数。

在本实施例中，通过步骤S1-S3安装：

其中，步骤S1中，将标准针规安装在设于标准振动台上的安装平台上，将 标准针规安装到偏摆仪测量的合适位置。

步骤S2中，如图2所示，当被校偏摆仪为光学动态偏摆仪时，将动态偏摆 仪放置在XYZ轴手动位移微调平台上，根据被校偏摆仪的测量深度，调整被校 偏摆仪相对于标准针规的位置，其中光学动态偏摆仪与标准振动台之间通过隔 振垫块隔开，使标准振动台不影响动态偏摆仪的测量。

如图3所示，当被校偏摆仪为电容传感器原理的动态偏摆仪时，按照产品 说明书安装电容传感器于合适位置。

步骤S3中，固定激光测振仪使得激光打到标准针规上。

在实施例中，安装好各个部件之后，通过步骤S4-S7进行校准：

其中，开启标准振动台，待振动台工作稳定大约2分钟，读取激光测振仪 测得的位移量和动态偏摆仪的示值，根据激光测振仪测得的位移量和动态偏摆 仪的示值进行校准参数计算参考点示值误差(μm)、频率响应特性、幅值线性度。

其中，参考点示值误差(μm)的计算方法为：

根据动态偏摆仪的可测量最大转速值r_max,单位为r/min,计算标准振动台的 振动最大频率f_max＝r_max/60,单位为Hz。选取f_max/2的频率点为参考频率点，被校偏 摆仪最大可测偏摆量的中点l₀(μm)为参考偏摆位移点，则参考点示值误差可 以表示为(单位为μm)：

δ₀＝x₁-x₀

x₁——动态偏摆仪的示值，μm；

x₀——激光测振仪测量的位移值，μm。

频率响应特性的计算方法为：

通过调节功率放大器来调节标准振动台的振幅为被校偏摆仪线性工作的中 点l₀，在f_max以下均匀选取不少于5个频率点，分别测量选取的频率点处位移为l₀时动态偏摆仪的示值误差δ_i,则频率响应特性可以表示为：

δ_i——频率点处位移为l₀时动态偏摆仪的示值误差。

幅值线性度的计算方法为：

在参考频率点f_max/2处，在动态偏摆仪测量偏摆量范围以内均匀选取不少 于5个偏摆量，通过调节功率放大器来调节标准振动台的振幅使得激光测振仪 的位移值为选取的偏摆量值，分别测量被校动态偏摆仪的示值误差，则其幅 值线性度可以表示为校准点的示值误差相对于参考点的示值误差的相对偏差。

机床主轴径向偏摆量可以看成是周期运动的位移量，主轴每转一圈偏摆量 呈现一个周期，故而本发明采用能产生不同周期位移量的振动台作为偏摆量的 来源，而振动台的位移量可以通过激光测振仪来精确测量，此位移量与动态偏 摆仪测量得到的偏摆量做比较，从而得到动态偏摆仪在不同转速下其测量偏摆 量的精确度。

显然，本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并 非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述 说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有 的实施方式予以穷举。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替 换和改进等，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种动态偏摆仪校准方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1：将规安装在振动台上；

S2：安装被校偏摆仪；

S3：安装激光测振仪；

S4：开启振动台；

S5：调节振动台的振幅为被校偏摆仪线性工作的中点；

S6：振动台稳定工作后读取激光测振仪和被校偏摆仪的示值；

S7：计算校准参数。

2.根据权利要求1所述的一种动态偏摆仪校准方法，其特征在于，步骤S1中，将标准针规安装在安装平台上，安装平台设于标准振动台上。

3.根据权利要求2所述的一种动态偏摆仪校准方法，其特征在于，步骤S2中，对于光学原理的动态偏摆仪，将标准针规安装到偏摆仪测量的合适位置，将动态偏摆仪放置在XYZ轴手动位移微调平台上，根据被校偏摆仪的测量深度，调整被校偏摆仪相对于标准针规的位置；对于电容传感器原理的动态偏摆仪，按照产品说明书安装电容传感器于合适位置。

4.根据权利要求3所述的一种动态偏摆仪校准方法，其特征在于，步骤S3中，固定激光测振仪使得激光打到标准针规上。

5.根据权利要求2所述的一种动态偏摆仪校准方法，其特征在于，步骤S5中，通过动态信号分析仪分析采集安装平台振动频率，将数据传输至功率功率放大器，通过调节功率放大器根据不同转速来调整振动台的振动频率。

6.根据权利要求1所述的一种动态偏摆仪校准方法，其特征在于，步骤S7中，根据步骤S6中所读取的激光测振仪和被校偏摆仪的示值计算参考点示值误差(μm)、频率响应特性、幅值线性度。

7.根据权利要求6所述的一种动态偏摆仪校准方法，其特征在于，参考点示值误差(μm)的计算方法为：

根据动态偏摆仪的可测量最大转速值r_max,单位为r/min,计算标准振动台的振动最大频率f_max＝r_max/60,单位为Hz。选取f_max/2的频率点为参考频率点，被校偏摆仪最大可测偏摆量的中点l₀(μm)为参考偏摆位移点，则参考点示值误差可以表示为(单位为μm)：

δ₀＝x₁-x₀

x₁——动态偏摆仪的示值，μm；

x₀——激光测振仪测量的位移值，μm。

8.根据权利要求7所述的一种动态偏摆仪校准方法，其特征在于，频率响应特性的计算方法为：

通过调节功率放大器来调节标准振动台的振幅为被校偏摆仪线性工作的中点l₀，在f_max以下均匀选取不少于5个频率点，分别测量选取的频率点处位移为l₀时动态偏摆仪的示值误差δ_i,则频率响应特性可以表示为：

<mrow> <msub> <mi>&amp;tau;</mi> <mi>i</mi> </msub> <mo>=</mo> <mfrac> <mrow> <msub> <mi>&amp;delta;</mi> <mi>i</mi> </msub> <mo>-</mo> <msub> <mi>&amp;delta;</mi> <mn>0</mn> </msub> </mrow> <msub> <mi>&amp;delta;</mi> <mn>0</mn> </msub> </mfrac> <mo>&amp;times;</mo> <mn>100</mn> <mi>%</mi> </mrow>

δ_i——频率点处位移为l₀时动态偏摆仪的示值误差。

9.根据权利要求6-8任一项所述的一种动态偏摆仪校准方法，其特征在于，幅值线性度的计算方法为：

在参考频率点f_max/2处，在动态偏摆仪测量偏摆量范围以内均匀选取不少于5个偏摆量，通过调节功率放大器来调节标准振动台的振幅使得激光测振仪的位移值为选取的偏摆量值，分别测量被校动态偏摆仪的示值误差，则其幅值线性度可以表示为校准点的示值误差相对于参考点的示值误差的相对偏差。