專(zhuān)利名稱(chēng)：高精度軋輥磨床軋輥圓度及輥形誤差在線(xiàn)測(cè)量裝置及方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種在數(shù)控軋輥磨床上實(shí)現(xiàn)軋輥圓度及軋輥輥形在線(xiàn)測(cè)量的裝置，能將軋輥安裝偏心、機(jī)床主軸運(yùn)動(dòng)誤差和機(jī)床導(dǎo)軌誤差用兩點(diǎn)誤差分離法分離掉，從而大大提高了軋輥的測(cè)量精度。測(cè)量軋輥直徑時(shí)，通過(guò)該測(cè)量裝置可以實(shí)現(xiàn)一次標(biāo)定多次測(cè)量。
背景技術(shù)：
隨著冶金鋼鐵及汽車(chē)行業(yè)的迅猛發(fā)展，對(duì)金屬板材的精度要求越來(lái)越高。為了能壓制出高精度的板材，軋輥的質(zhì)量就顯得優(yōu)為重要。其中軋輥的圓度、輥形精度及軋輥的表面質(zhì)量是決定板材精度的最主要因素，而軋輥的最終質(zhì)量是由軋輥磨床所決定的，所以數(shù)控軋輥磨床測(cè)量精度的高低也起著很重要的作用。傳統(tǒng)數(shù)控軋輥磨床測(cè)量裝置測(cè)量圓度時(shí)，將軋輥的安裝偏心和機(jī)床的主軸運(yùn)動(dòng)誤差與軋輥的圓度誤差混合在一起，在測(cè)量軋輥輥形誤差時(shí)，將機(jī)床的導(dǎo)軌誤差與軋輥輥形誤差混合在一起。現(xiàn)在這些傳統(tǒng)的軋輥測(cè)量裝置不具有將機(jī)床系統(tǒng)誤差與軋輥的圓度誤差和軋輥的輥形誤差分離的功能。隨著人們對(duì)軋輥高精度、高效率的追求，對(duì)被加工軋輥實(shí)施在線(xiàn)測(cè)量，并能夠?qū)④堓亪A度誤差及軋輥的輥形誤差和機(jī)床系統(tǒng)誤差進(jìn)行分離，不僅能夠提高測(cè)量精度，而且分離后的數(shù)據(jù)還可以用于數(shù)控加工的補(bǔ)償控制，有利于提高軋輥的加工精度和效率。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種高精度軋輥磨床軋輥圓度和輥形誤差在線(xiàn)測(cè)量裝置及方法，能在線(xiàn)測(cè)量軋輥圓度誤差和機(jī)床主軸運(yùn)動(dòng)誤差，并能將軋輥誤差和輥形誤差與機(jī)床系統(tǒng)誤差進(jìn)行分離，從而提高測(cè)量精度，并可將分離后的數(shù)據(jù)用于數(shù)控加工的補(bǔ)償控制，有利于提高軋輥的加工精度和效率。
為達(dá)到上述目的，本發(fā)明的構(gòu)思是在軋輥磨削時(shí)或軋輥轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，通過(guò)固定在測(cè)量架上兩個(gè)位移傳感器與軋輥表面圓做相對(duì)運(yùn)動(dòng)，獲取軋輥某橫截面表面的冗余信息，并建立動(dòng)態(tài)兩點(diǎn)圓度誤差分離方程，實(shí)現(xiàn)對(duì)軋輥圓度和機(jī)床主軸運(yùn)動(dòng)誤差在線(xiàn)測(cè)量。測(cè)量軋輥輥形誤差和機(jī)床導(dǎo)軌(測(cè)量架導(dǎo)軌)誤差的方法，是在軋輥固定不動(dòng)時(shí)，通過(guò)平行的兩位移傳感器沿軋輥表面素線(xiàn)做相對(duì)運(yùn)動(dòng)，獲取軋輥素線(xiàn)的冗余信息，并建立動(dòng)態(tài)兩點(diǎn)直線(xiàn)度誤差分離方程，實(shí)現(xiàn)對(duì)軋輥輥形誤差和機(jī)床導(dǎo)軌(測(cè)量架導(dǎo)軌)誤差在線(xiàn)測(cè)量。測(cè)量軋輥直徑時(shí)，通過(guò)該測(cè)量裝置可以實(shí)現(xiàn)一次標(biāo)定多次測(cè)量。
根據(jù)上述的發(fā)明構(gòu)思，本發(fā)明采用下述技術(shù)方案一種高精度軋輥磨床軋輥圓度及輥形誤差在線(xiàn)測(cè)量裝置，包括安裝于軋輥中心架上的軋輥、安裝在拖板上的砂輪架和測(cè)量架，其特征在于i.所述的測(cè)量架固定連接一根橫梁，橫梁與一根固定于砂輪架上的支柱鉸連；一個(gè)液壓升降調(diào)節(jié)器的油缸與砂輪架鉸連，而其活塞桿外端與橫梁鉸連；ii.所述的測(cè)量架上通過(guò)兩個(gè)高精度軸承支撐一根左右旋高精度滾珠絲杠，該滾珠絲杠上旋配一個(gè)左旋滾珠螺母和一個(gè)右旋滾珠螺母，左旋滾珠螺母與一個(gè)左測(cè)量爪固定連接，右旋滾珠螺母與一個(gè)右測(cè)量爪固定連接，左右測(cè)量爪與固定安裝在測(cè)量架而平行于左右旋高精滾珠絲杠的一根圓柱導(dǎo)桿滑動(dòng)配合；該滾珠絲杠的一端連接一個(gè)伺服電機(jī)的輸出軸；iii.所述的測(cè)量架上裝有光柵尺，所述的右測(cè)量爪上裝有光柵讀數(shù)頭；iv.所述的左右測(cè)量爪的下端裝有測(cè)量傳感頭抵觸軋輥。
在上述的測(cè)量裝置中，所述的左測(cè)量爪下端有兩個(gè)測(cè)量傳感頭一個(gè)是光柵位移傳感器(A)，另一個(gè)渦流探傷傳感器(D)；所述的右測(cè)量爪下端有兩個(gè)測(cè)量傳感頭，均為光柵位移傳感器(B、C)。
在上述的測(cè)量裝置中，所述的左右旋高精度滾珠絲杠的中部和右端部分別裝有限位開(kāi)關(guān)。
一種高精度軋輥磨床軋輥圓度及輥形誤差在線(xiàn)測(cè)量方法，采用上述的測(cè)量裝置進(jìn)行測(cè)量，其特征在于在根據(jù)軋輥磨削時(shí)或軋輥轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，通過(guò)固定在測(cè)量架上的兩個(gè)位移傳感器與軋輥表面圓作相對(duì)運(yùn)動(dòng)，獲取軋輥某截面表面的冗余信息，并建立動(dòng)態(tài)兩點(diǎn)圓度誤差分離方程，實(shí)現(xiàn)對(duì)軋輥圓度和機(jī)床主軸運(yùn)動(dòng)誤差的在線(xiàn)測(cè)量；在軋輥固定不動(dòng)時(shí)，通過(guò)平行的兩位移傳感器沿軋輥表面素線(xiàn)作相對(duì)運(yùn)動(dòng)，獲取軋輥素線(xiàn)的冗余信息，并建立動(dòng)態(tài)兩點(diǎn)直線(xiàn)度誤差分離方程，實(shí)現(xiàn)對(duì)軋輥誤差和機(jī)床導(dǎo)軌誤差在線(xiàn)測(cè)量。
上述的測(cè)量方法的具體操作步驟如下(1)分別對(duì)兩個(gè)位移傳感器A、B采集信號(hào)進(jìn)行名權(quán)后求和，得出動(dòng)態(tài)兩點(diǎn)圓度誤差測(cè)量值，其公式為
H(θ)＝k1h(θ)+k3h(θ+α+β)θ為第n個(gè)測(cè)量點(diǎn)的轉(zhuǎn)角，θ＝nΔθ＝n2π/N，n＝0，1，2.....N-1(以下同)；N為每周等角采樣點(diǎn)數(shù)；k1、k3分別為上下傳感器A、B的加權(quán)系數(shù)；H(θ)A、B兩個(gè)傳感器的信號(hào)和；h(θ)為第n個(gè)測(cè)量點(diǎn)處傳感器A的圓度誤差；h(θ+α+β)為第n個(gè)測(cè)量點(diǎn)處傳感器B的圓度誤差；α+β為下傳感器A與上傳感器B之間安裝夾角，α取90°，β＝180-α-γ；γ為位移傳感器B的安裝角度，是經(jīng)驗(yàn)角度取值參考表1，在設(shè)計(jì)時(shí)必須先給定具體的值，γ＝180°-(α+β)；(2)根據(jù)上述α、β可求解出加權(quán)系數(shù)k1＝1；k3＝sinα/sinβ≈1；(3)根據(jù)上述α、β可求解出q＝αN/2π，p＝βN/2π式中，計(jì)算l1＝q+p；p、q為中間參數(shù)，由公式計(jì)算所得取整數(shù)，q＝αN/2π，p＝βN/2π；l1為中間參數(shù)，由公式計(jì)算所得，l1＝q+p；(4)設(shè)定初始值h(0)的值為0，根據(jù)前幾步得出的遞推公式h(n+l1)＝H(n)-h(n)，通過(guò)計(jì)算機(jī)編程遞推算出N個(gè)測(cè)量點(diǎn)的圓度誤差值；最后求解出圓度誤差序列；h(n)表示圓度誤差序列；H(n)n點(diǎn)處的A、B兩個(gè)傳感器的信號(hào)和；(5)通過(guò)N個(gè)圓度誤差序列值代入公式(1)，通過(guò)計(jì)算機(jī)編程利用遞推法，求出機(jī)床主軸旋轉(zhuǎn)誤差序列如下δx(n)＝h(n)-HA(n)δy(n)＝-h(n+l1)δx(n)，δy(n)表示主軸回轉(zhuǎn)誤差在直角坐標(biāo)系中X，Y兩個(gè)方向投影的離散序列；
HA(n)傳感器A的輸出值序列；(6)建立遞推初始條件，設(shè)δ(0)＝0，s(0)＝0；δ(i)為測(cè)量點(diǎn)i處導(dǎo)軌誤差在X軸上的分量，其中δ(0)為測(cè)量初始點(diǎn)的導(dǎo)軌誤差在X軸上的分量；i＝0，1，2.....M-1(以下同)s(i)為測(cè)量點(diǎn)i處軋輥輥形誤差，其中s(0)為測(cè)量初始點(diǎn)的軋輥輥形誤差；M為測(cè)量點(diǎn)數(shù)要滿(mǎn)足2的倍數(shù)，取M＝L/Δl；L為測(cè)量點(diǎn)間隔即傳感18、19之間安裝間隔；Δl為采樣間隔，并使l＝Δl；(7)利用計(jì)算機(jī)編程求出第一點(diǎn)處的輥形誤差值s(I)＝y(tǒng)1(0)-y0(0)；y0(i)為傳感器18在測(cè)量點(diǎn)i處的輸出值，其中y0(0)為測(cè)量初始點(diǎn)的輸出值；y1(i)為傳感器19在測(cè)量點(diǎn)i處的輸出值，其中y1(0)為測(cè)量初始點(diǎn)的輸出值；(8)利用計(jì)算機(jī)編程將步驟(7)代入遞推公式s(i+1)＝y(tǒng)1(i)-y0(i)+s(i)計(jì)算出軋輥輥形誤差序列s(i)；測(cè)量得軋輥輥形誤差序列s(i)根據(jù)具體的被測(cè)量軋輥輥形方程X(i)進(jìn)行修正，X(i)由被測(cè)量軋輥的廠家提供，測(cè)量的輥形不同X(i)就不同；(9)利用計(jì)算機(jī)編程將步驟(7)、(8)代入遞推公式δ(i)＝y(tǒng)0(0)-y0(i)+s(i)計(jì)算出導(dǎo)軌直行誤差序列δ(i)。
本發(fā)明的測(cè)量原理如下軋輥圓度和機(jī)床主軸運(yùn)動(dòng)誤差分離的測(cè)量是在測(cè)量軋輥某一截面的圓度時(shí)，軋輥轉(zhuǎn)速參考表3，安裝在拖板(17)上的測(cè)量架(1)相對(duì)靜止。利用公式h(n+l1)＝H(n)-h(n)，適當(dāng)設(shè)定初始值h(0)的值，可以推出n＝1，2，...，N-1全部采集點(diǎn)處的軋輥圓度誤差值h(n)。同時(shí)，也可分離出機(jī)床主軸的運(yùn)動(dòng)誤差為δx(n)＝h(n)-HA(n)δy(n)＝-h(n+l1)軋輥輥形和機(jī)床導(dǎo)軌誤差分離的測(cè)量是在測(cè)量軋輥輥形時(shí)軋輥不動(dòng)，安裝在拖板上的測(cè)量裝置隨著拖板慢速移動(dòng)，移動(dòng)速度在0.1～3mm/min之間。利用誤差分離遞推矩陣方程s(i+1)δi=-11-10[y0(i)-y0(0)[y1(i)-y0(0)+1010s(i)1]]>經(jīng)過(guò)N次遞推即可得出軋輥輥形的形狀誤差s(i)序列和導(dǎo)軌直行誤差δ(i)序列。測(cè)量得軋輥輥形誤差序列s(i)根據(jù)具體的被測(cè)量軋輥輥形方程X(i)進(jìn)行修正。軋輥圓度和機(jī)床主軸運(yùn)動(dòng)誤差分離的測(cè)量原理是該測(cè)量裝置測(cè)量軋輥圓度和主軸運(yùn)動(dòng)誤差采用的是兩點(diǎn)誤差分離方法，兩點(diǎn)誤差分離法的原理如圖3(b)所示。兩點(diǎn)誤差分離方法原理是基于三點(diǎn)誤差分離法基礎(chǔ)上的擴(kuò)展。如圖3(a)所示三點(diǎn)誤差分離方法原理是，設(shè)置三個(gè)傳感器A(21)、E(原理說(shuō)明引用，測(cè)量裝置中沒(méi)有用到)、B(18)的延長(zhǎng)線(xiàn)相交于O點(diǎn)，即為回轉(zhuǎn)中心，O′為截面的最小二乘圓心，α角為傳感器A和E的夾角、β角為傳感器B和E的夾角。設(shè)h(θ)為軋輥的圓度誤差，δx(θ)、δy(θ)為主軸回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)誤差在x、y上的分量。測(cè)量中由3個(gè)傳感器A、E、B得到的輸出為HA=h(θ)+δx(θ)HE=h(θ+α)+δx(θ)cos(α)+δy(θ)sin(α)HB=h(θ+α+β)+δx(θ)cos(α+β)+δy(θ)sin(α+β)---(1)]]>式中三項(xiàng)分別乘以權(quán)系數(shù)k1、k2、k3，相加后得到三個(gè)傳感器的信號(hào)和為H(θ)＝k1h(θ)′+k2h(θ+α)+k3h(θ+α+β)(2)式中權(quán)系數(shù)為k1＝1；k2＝-sin(α+β)/sin(β)；k3＝sinα/sinβ取消y方向的傳感器E，使A、B之間的夾角為α+β＝180°-γ，如果γ是一個(gè)足夠小的角，取值參考表1，把(2)式的參數(shù)認(rèn)為k2≈0；k3≈1式(2)變?yōu)镠(θ)＝h(θ)+h(θ+α+β) (3)在軋輥圓度測(cè)量時(shí)，設(shè)N為每周等角采樣點(diǎn)數(shù)取偶數(shù)，設(shè)p、q是整數(shù)，t必須為奇數(shù)則有Δθ＝2π/N；q＝αN/2π；p＝Nβ/2π；t＝γN/2π則可得到對(duì)應(yīng)于式(3)的離散化測(cè)量方程為令l1＝q+pH(n)≈h(n)+h(n+q+p)＝h(n)+h(n+l1) (4)
將式(4)變換為h(n+l1)＝H(n)-h(n) (5)適當(dāng)設(shè)定初始值h(0)的值，就可以根據(jù)遞推公式(5)可以推出n＝1，2，…，N-1全部采集點(diǎn)處的軋輥圓度誤差值h(n)。同時(shí)分離出機(jī)床主軸的運(yùn)動(dòng)誤差為δx(n)＝h(n)-HA(n)δy(n)＝-h(n+l1) (6)本發(fā)明中位移傳感器A水平安置，位移傳感器B的安裝角度γ、每周采樣點(diǎn)數(shù)N、t的推薦值如表1所示表1測(cè)量參數(shù)推薦值

軋輥輥形和機(jī)床導(dǎo)軌誤差分離的測(cè)量原理是該測(cè)量裝置測(cè)量軋輥輥形和導(dǎo)軌誤差采用的是兩點(diǎn)誤差分離法，原理圖如圖4所示。設(shè)在測(cè)量點(diǎn)i處測(cè)量機(jī)構(gòu)的導(dǎo)軌誤差在X軸上的分量為δ(i)，被測(cè)軋輥輥形誤差為s(i)，傳感器18、19的輸出為y0(i)、y1(i)，l為測(cè)量點(diǎn)間隔即傳感18、19之間安裝間隔，M為測(cè)量點(diǎn)數(shù)要滿(mǎn)足2的倍數(shù)。Δl為采樣間隔，并使l＝mΔl(m為整數(shù))。將軋輥磨床拖板運(yùn)動(dòng)方向定義為OZ方向，傳感器18進(jìn)行的第一個(gè)采樣點(diǎn)所在的位置定義為O點(diǎn)。測(cè)量時(shí)采用等間隔離散采樣，采樣間隔為取Δl＝l，由圖4可列出傳感器的輸出方程y0(i)＝s(i)-δ(i) (7)y1(i)＝s(i+1)-δ(i) (8)式(8)與式(7)相減整理得時(shí)域兩點(diǎn)法誤差分離遞推公式s(i+1)＝y(tǒng)1(i)-y0(i)+s(i) (9)建立遞推初始條件，設(shè)δ(0)＝0，s(0)＝0，s(1)＝y(tǒng)1(0)-y0(0)由此推出s(2)＝y(tǒng)1(1)-y0(1)+s(1) (10)s(3)＝y(tǒng)1(2)-y0(2)+s(2) (11)將s(i)式代入式(7)得到導(dǎo)軌直行運(yùn)動(dòng)誤差δ(i)δ(i)＝y(tǒng)0(0)-y0(i)+s(i)(12)由上可得誤差分離遞推矩陣方程
s(i+1)δi=-11-10[y0(i)-y0(0)[y1(i)-y0(0)+1010s(i)1---(13)]]>經(jīng)過(guò)N次遞推即可由(13)得出軋輥輥形的形狀誤差序列和導(dǎo)軌誤差序列。測(cè)量得軋輥輥形誤差序列s(i)根據(jù)具體的被測(cè)量軋輥輥形方程X(i)進(jìn)行修正。
本發(fā)明中位移傳感器18、19水平平行安置，L為測(cè)量測(cè)量長(zhǎng)度如圖2所示。測(cè)量參數(shù)參見(jiàn)表2選取。
表2測(cè)量參數(shù)推薦值

表3圓度測(cè)量工件轉(zhuǎn)速推薦值n 單位rpm

本發(fā)明與現(xiàn)有軋輥測(cè)量裝置相比較，本發(fā)明具有如下突出實(shí)質(zhì)性特點(diǎn)和顯著優(yōu)點(diǎn)提出了具有兩點(diǎn)誤差分離的測(cè)量裝置，用該裝置測(cè)量的數(shù)據(jù)計(jì)算簡(jiǎn)單，能將軋輥安裝偏心、機(jī)床主軸運(yùn)動(dòng)誤差和軋輥的圓度誤差進(jìn)行分離及軋輥輥形和機(jī)床導(dǎo)軌誤差的分離，從而大大提高了軋輥的測(cè)量精度。測(cè)量軋輥直徑時(shí)，通過(guò)該測(cè)量裝置可以實(shí)現(xiàn)一次標(biāo)定多次測(cè)量。該方法也可以推廣到其他大軸類(lèi)零件的圓度誤差和機(jī)床主軸運(yùn)動(dòng)誤差和導(dǎo)軌誤差的在線(xiàn)測(cè)量和分離。當(dāng)在該裝置上安裝一個(gè)渦流探傷傳感器22(D)還能實(shí)現(xiàn)軋輥表面質(zhì)量的在線(xiàn)監(jiān)測(cè)。


圖1是本發(fā)明的測(cè)量裝置示意圖。
圖2是本發(fā)明的傳感器安裝位置示意圖。
圖3是本發(fā)明的圓度誤差分離法原理圖。
圖4是本發(fā)明的軋輥輥形誤差分離原理圖。
具體實(shí)施例方式
本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例結(jié)合附圖詳述如下參見(jiàn)圖1，本高精度軋輥磨床軋輥圓度及輥形誤差在線(xiàn)測(cè)量裝置，包括安裝于軋輥中心架(20)上的軋輥(23)、安裝在拖板(17)上的砂輪架(16)和測(cè)量架(1)，其特征在于(a)所述的測(cè)量架(1)固定連接一根橫梁(13)，橫梁(13)與一根固定于砂輪架(16)上的支柱(15)鉸連；一個(gè)液壓升降調(diào)節(jié)器(14)的油缸與砂輪架(16)鉸連，而其活塞桿外端與橫梁(13)鉸連；(b)所述的測(cè)量架(1)上通過(guò)兩個(gè)高精度軸承(25、11)支撐一根左右旋高精度滾珠絲杠(3)，該滾珠絲杠(3)上旋配一個(gè)左旋滾珠螺母(2)和一個(gè)右旋滾珠螺母(9)，左旋滾珠螺母(2)與一個(gè)左測(cè)量爪(24)固定連接，右旋滾珠螺母(2)與一個(gè)右測(cè)量爪(8)固定連接，左右測(cè)量爪(24、8)與固定安裝在測(cè)量架(1)而平行于左右旋高精滾珠絲杠(3)的一根圓柱導(dǎo)桿(4)滑動(dòng)配合；該滾珠絲杠(3)的一端連接一個(gè)伺服電機(jī)(12)的輸出軸；c)所述的測(cè)量架(1)上裝有光柵尺(6)，所述的右測(cè)量爪(8)上裝有光柵讀數(shù)頭(7)；(d)所述的左右測(cè)量爪(24、8)的下端裝有測(cè)量傳感頭抵觸軋輥(23)。所述的左測(cè)量爪(24)下端有兩個(gè)測(cè)量傳感頭(21、22)一個(gè)是光柵位移傳感器(A)，另一個(gè)渦流探傷傳感器(D)；所述的右測(cè)量爪(8)下端有兩個(gè)測(cè)量傳感頭(18、19)，均為光柵位移傳感器(B、C)。所述的左右旋高精度滾珠絲杠(3)的中部和右端部分別裝有限位開(kāi)關(guān)(5、10)。機(jī)床控制伺服電機(jī)12通過(guò)左右旋高精度滾珠絲杠3來(lái)驅(qū)動(dòng)左右旋滾珠螺母2、9來(lái)帶動(dòng)左右測(cè)量爪24、8沿著圓柱導(dǎo)軌4來(lái)調(diào)整傳感器的位置，具體位置由光柵尺6和光柵讀數(shù)頭7顯示。在測(cè)量時(shí)，一次標(biāo)定可進(jìn)行多次測(cè)量。
參見(jiàn)圖2、圖3位移傳感器A(21)和B(18)定位后，位移傳感器A水平安置，位移傳感器B的安裝角度γ、每周采樣點(diǎn)數(shù)N、t的推薦值如表1所示，軋輥轉(zhuǎn)速參考表3，安裝在溜板上的測(cè)量裝置相對(duì)靜止。
符號(hào)說(shuō)明θ為第n個(gè)測(cè)量點(diǎn)的轉(zhuǎn)角，θ＝nΔθ＝n2π/N，n＝0，1，2.....N-1(以下同)；k1、k3分別為上下傳感器A(18)、B(21)的加權(quán)系數(shù)；H(θ)A(18)、B(21)兩個(gè)傳感器的信號(hào)和；h(θ)為第n個(gè)測(cè)量點(diǎn)處傳感器A(18)的圓度誤差；h(θ+α+β)為第n個(gè)測(cè)量點(diǎn)處傳感器B(21)的圓度誤差；α+β為下傳感器A(18)與上傳感器B(21)之間安裝夾角，α取90°，β＝180-α-γ；γ為位移傳感器B的安裝角度，是經(jīng)驗(yàn)角度取值參考表1，在設(shè)計(jì)時(shí)必須先給定具體的值，γ＝180°-(α+β)。
N為每周等角采樣點(diǎn)數(shù)；p、q為中間參數(shù)，由公式計(jì)算所得取整數(shù)，q＝αN/2π，p＝βN/2π；l1為中間參數(shù)，由公式計(jì)算所得，l1＝q+p；h(n)表示圓度誤差序列；H(n)n點(diǎn)處的A(18)、B(21)兩個(gè)傳感器的信號(hào)和；δx(n)，δy(n)表示主軸回轉(zhuǎn)誤差在直角坐標(biāo)系中X，Y兩個(gè)方向投影的離散序列；HA(n)傳感器A(18)的輸出值序列；軋輥在線(xiàn)圓度和機(jī)床主軸運(yùn)動(dòng)誤差測(cè)量的方法，具體步驟為(1)分別對(duì)兩個(gè)位移傳感器A(18)、B(21)采集信號(hào)進(jìn)行名權(quán)后求和，得出動(dòng)態(tài)兩點(diǎn)圓度誤差測(cè)量值，其公式為H(θ)＝k1h(θ)+k3h(θ+α+β)(2)根據(jù)上述α、β可求解出加權(quán)系數(shù)k1＝1；k3＝sinα/sinβ≈1；(3)根據(jù)上述α、β可求解出q＝αN/2π，p＝βN/2π式中，計(jì)算l1＝q+p；(4)設(shè)定初始值h(0)的值為0，就可以根據(jù)前幾步得出的遞推公式h(n+l1)＝H(n)-h(n)，通過(guò)計(jì)算機(jī)編程遞推算出N個(gè)測(cè)量點(diǎn)的圓度誤差值。最后求解出圓度誤差序列。
(5)通過(guò)N個(gè)圓度誤差序列值代入公式(1)，通過(guò)計(jì)算機(jī)編程利用遞推法，可以求出機(jī)床主軸旋轉(zhuǎn)誤差序列如下δx(n)＝h(n)-HA(n)δy(n)＝-h(n+l1)參見(jiàn)圖2、圖4位移傳感器18、19定位后，位移傳感器18、19水平平行安置，L為測(cè)量測(cè)量長(zhǎng)度如圖2所示，測(cè)量參數(shù)參見(jiàn)表2選取，安裝在拖板上的測(cè)量裝置隨著拖板慢速移動(dòng)，移動(dòng)速度在0.1～3mm/min之間。
符號(hào)說(shuō)明δ(i)為測(cè)量點(diǎn)i處導(dǎo)軌誤差在X軸上的分量，其中δ(0)為測(cè)量初始點(diǎn)的導(dǎo)軌誤差在X軸上的分量；i＝0，1，2.....M-1(以下同)M為測(cè)量點(diǎn)數(shù)要滿(mǎn)足2的倍數(shù)，取M＝L/Δl；L為測(cè)量點(diǎn)間隔即傳感18、19之間安裝間隔；Δl為采樣間隔，并使l＝Δl；s(i)為測(cè)量點(diǎn)i處軋輥輥形誤差，其中s(0)為測(cè)量初始點(diǎn)的軋輥輥形誤差；y0(i)為傳感器18在測(cè)量點(diǎn)i處的輸出值，其中y0(0)為測(cè)量初始點(diǎn)的輸出值；y1(i)為傳感器19在測(cè)量點(diǎn)i處的輸出值，其中y1(0)為測(cè)量初始點(diǎn)的輸出值；在線(xiàn)軋輥輥形和機(jī)床導(dǎo)軌誤差測(cè)量的方法，具體步驟為(6)建立遞推初始條件，設(shè)δ(0)＝0，s(0)＝0；(7)利用計(jì)算機(jī)編程可求出第一點(diǎn)處的輥形誤差值s(1)＝y(tǒng)1(0)-y0(0)；(8)利用計(jì)算機(jī)編程將步驟(7)代入遞推公式s(i+1)＝y(tǒng)1(i)-y0(i)+s(i)計(jì)算出軋輥輥形誤差序列s(i)；測(cè)量得軋輥輥形誤差序列s(i)根據(jù)具體的被測(cè)量軋輥輥形方程X(i)進(jìn)行修正，X(i)由被測(cè)量軋輥的廠家提供，測(cè)量的輥形不同X(i)就不同。
(9)利用計(jì)算機(jī)編程將步驟(7)、(8)代入遞推公式δ(i)＝y(tǒng)0(0)-yx(i)+s(i)計(jì)算出導(dǎo)軌直行誤差序列δ(i)；
權(quán)利要求
1.一種高精度軋輥磨床軋輥圓度及輥形誤差在線(xiàn)測(cè)量裝置，包括安裝于軋輥中心架(20)上的軋輥(23)、安裝在拖板(17)上的砂輪架(16)和測(cè)量架(1)，其特征在于i.所述的測(cè)量架(1)固定連接一根橫梁(13)，橫梁(13)與一根固定于砂輪架(16)上的支柱(15)鉸連；一個(gè)液壓升降調(diào)節(jié)器(14)的油缸與砂輪架(16)鉸連，而其活塞桿外端與橫梁(13)鉸連；ii.所述的測(cè)量架(1)上通過(guò)兩個(gè)高精度軸承(25、11)支撐一根左右旋高精度滾珠絲杠(3)，該滾珠絲杠(3)上旋配一個(gè)左旋滾珠螺母(2)和一個(gè)右旋滾珠螺母(9)，左旋滾珠螺母(2)與一個(gè)左測(cè)量爪(24)固定連接，右旋滾珠螺母(2)與一個(gè)右測(cè)量爪(8)固定連接，左右測(cè)量爪(24、8)與固定安裝在測(cè)量架(1)而平行于左右旋高精滾珠絲杠(3)的一根圓柱導(dǎo)桿(4)滑動(dòng)配合；該滾珠絲杠(3)的一端連接一個(gè)伺服電機(jī)(12)的輸出軸；iii.所述的測(cè)量架(1)上裝有光柵尺(6)，所述的右測(cè)量爪(8)上裝有光柵讀數(shù)頭(7)；iv.所述的左右測(cè)量爪(24、8)的下端裝有測(cè)量傳感頭抵觸軋輥(23)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高精度軋輥磨床軋輥圓度及輥形誤差在線(xiàn)測(cè)量裝置，其特征在于所述的左測(cè)量爪(24)下端有兩個(gè)測(cè)量傳感頭(21、22)一個(gè)是光柵位移傳感器(A)，另一個(gè)渦流探傷傳感器(D)；所述的右測(cè)量爪(8)下端有兩個(gè)測(cè)量傳感頭(18、19)，均為光柵位移傳感器(B、C)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高精度軋輥磨床軋輥圓度及輥形誤差在線(xiàn)測(cè)量裝置，其特征在于所述的左右旋高精度滾珠絲杠(3)的中部和右端部分別裝有限位開(kāi)關(guān)(5、10)。
4.一種高精度軋輥磨床軋輥圓度及輥形誤差在線(xiàn)測(cè)量方法，采用根據(jù)權(quán)利1所述的高精度軋輥磨床軋輥圓度及輥形誤差在線(xiàn)測(cè)量裝置進(jìn)行測(cè)量，其特征在于在根據(jù)軋輥磨削時(shí)或軋輥轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，通過(guò)固定在測(cè)量架(1)上的兩個(gè)位移傳感器與軋輥表面圓作相對(duì)運(yùn)動(dòng)，獲取軋輥某截面表面的冗余信息，并建立動(dòng)態(tài)兩點(diǎn)圓度誤差分離方程，實(shí)現(xiàn)對(duì)軋輥圓度和機(jī)床主軸運(yùn)動(dòng)誤差的在線(xiàn)測(cè)量；在軋輥固定不動(dòng)時(shí)，通過(guò)平行的兩位移傳感器沿軋輥表面素線(xiàn)作相對(duì)運(yùn)動(dòng)，獲取軋輥素線(xiàn)的冗余信息，并建立動(dòng)態(tài)兩點(diǎn)直線(xiàn)度誤差分離方程，實(shí)現(xiàn)對(duì)乳輥誤差和機(jī)床導(dǎo)軌誤差在線(xiàn)測(cè)量。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的高精度軋輥磨床軋輥圓度及輥形誤差在線(xiàn)測(cè)量方法，其特征在于具體操作步驟如下(1)分別對(duì)兩個(gè)位移傳感器A(18)、B(21)采集信號(hào)進(jìn)行名權(quán)后求和，得出動(dòng)態(tài)兩點(diǎn)圓度誤差測(cè)量值，其公式為H(θ)＝k1h(θ)+k3h(θ+α+β)θ為第n個(gè)測(cè)量點(diǎn)的轉(zhuǎn)角，θ＝nΔθ＝n2π/N，n＝0，1，2.....N-1(以下同)；N為每周等角采樣點(diǎn)數(shù)；k1、k3分別為上下傳感器A(18)、B(21)的加權(quán)系數(shù)；H(θ)A(18)、B(21)兩個(gè)傳感器的信號(hào)和；h(θ)為第n個(gè)測(cè)量點(diǎn)處傳感器A(18)的圓度誤差；h(θ+α+β)為第n個(gè)測(cè)量點(diǎn)處傳感器B(21)的圓度誤差；α+β為下傳感器A(18)與上傳感器B(21)之間安裝夾角，α取90°，β＝180-α-γ；γ為位移傳感器B的安裝角度，是經(jīng)驗(yàn)角度取值參考表1，在設(shè)計(jì)時(shí)必須先給定具體的值，γ＝180°-(α+β)；(2)根據(jù)上述α、β可求解出加權(quán)系數(shù)k1＝1；k3＝sinα/sinβ≈1；(3)根據(jù)上述α、β可求解出q＝αN/2π，p＝βN/2π式中，計(jì)算l1＝q+p；p、q為中間參數(shù)，由公式計(jì)算所得取整數(shù)，q＝αN/2π，p＝βN/2π；l1為中間參數(shù)，由公式計(jì)算所得，l1＝q+p；(4)設(shè)定初始值h(0)的值為0，根據(jù)前幾步得出的遞推公式h(n+l1)＝H(n)-h(n)，通過(guò)計(jì)算機(jī)編程遞推算出N個(gè)測(cè)量點(diǎn)的圓度誤差值；最后求解出圓度誤差序列；h(n)表示圓度誤差序列；H(n)n點(diǎn)處的A(18)、B(21)兩個(gè)傳感器的信號(hào)和；(5)通過(guò)N個(gè)圓度誤差序列值代入公式(1)，通過(guò)計(jì)算機(jī)編程利用遞推法，求出機(jī)床主軸旋轉(zhuǎn)誤差序列如下δx(n)＝h(n)-HA(n)δy(n)＝-h(n+l1)δX(n)，δy(n)表示主軸回轉(zhuǎn)誤差在直角坐標(biāo)系中X，Y兩個(gè)方向投影的離散序列；HA(n)傳感器A(18)的輸出值序列；(6)建立遞推初始條件，設(shè)δ(0)＝0，s(0)＝0；δ(i)為測(cè)量點(diǎn)i處導(dǎo)軌誤差在X軸上的分量，其中δ(0)為測(cè)量初始點(diǎn)的導(dǎo)軌誤差在X軸上的分量；i＝0，1，2.....M-1(以下同)s(i)為測(cè)量點(diǎn)i處軋輥輥形誤差，其中s(0)為測(cè)量初始點(diǎn)的軋輥輥形誤差；M為測(cè)量點(diǎn)數(shù)要滿(mǎn)足2的倍數(shù)，取M＝L/Δl；L為測(cè)量點(diǎn)間隔即傳感18、19之間安裝間隔；Δl為采樣間隔，并使l＝Δl；(7)利用計(jì)算機(jī)編程求出第一點(diǎn)處的輥形誤差值s(1)＝y(tǒng)1(0)-y0(0)；y0(i)為傳感器18在測(cè)量點(diǎn)i處的輸出值，其中y0(0)為測(cè)量初始點(diǎn)的輸出值；y1(i)為傳感器19在測(cè)量點(diǎn)i處的輸出值，其中y1(0)為測(cè)量初始點(diǎn)的輸出值；(8)利用計(jì)算機(jī)編程將步驟(7)代入遞推公式s(i+1)＝y(tǒng)1(i)-y0(i)+s(i)計(jì)算出軋輥輥形誤差序列s(i)；測(cè)量得軋輥輥形誤差序列s(i)根據(jù)具體的被測(cè)量軋輥輥形方程X(i)進(jìn)行修正，X(i)由被測(cè)量軋輥的廠家提供，測(cè)量的輥形不同X(i)就不同；(9)利用計(jì)算機(jī)編程將步驟(7)、(8)代入遞推公式δ(i)＝y(tǒng)0(0)-y0(i)+s(i)計(jì)算出導(dǎo)軌直行誤差序列δ(i)。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種高精度輥磨床軋輥圓度及輥形誤差在線(xiàn)測(cè)量裝置及方法。能將軋輥安裝偏心、機(jī)床主軸誤差和機(jī)床導(dǎo)軌誤差用兩點(diǎn)誤差分離法分離掉，從而大大提高了軋輥的測(cè)量精度。測(cè)量軋輥直徑時(shí)，通過(guò)該測(cè)量裝置可以實(shí)現(xiàn)一次標(biāo)定多次測(cè)量。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是提出了具有兩點(diǎn)誤差分離的測(cè)量裝置，用該裝置測(cè)量的數(shù)據(jù)計(jì)算簡(jiǎn)單，軋輥的測(cè)量精度有了較大的提高，軋輥測(cè)量效率也有了提高。當(dāng)在該裝置上安裝一個(gè)渦流探傷傳感器22(D)還能實(shí)現(xiàn)軋輥表面質(zhì)量的在線(xiàn)監(jiān)測(cè)。
文檔編號(hào)B24B49/12GK101036973SQ200710038760
公開(kāi)日2007年9月19日 申請(qǐng)日期2007年3月29日 優(yōu)先權(quán)日2007年3月29日
發(fā)明者閆利文, 俞濤, 李明, 姚志良, 田應(yīng)仲, 劉麗蘭, 姚俊 申請(qǐng)人:上海大學(xué)