圆度误差检测的实时控制方法

    0 引 言

    圆度误差是指回转体的同一正截面上实际轮廓对其理想圆的变动量,机械零件回转表面轮廓的圆度误差对机器和仪器的功能有直接的影响,它是高精度回转体零件的一项重要精度指标,也是检验回转体类零件加工质量的重要指标之一。圆度误差是机械零部件的一项重要参数,对它的测量是一个复杂、重要的工作。

    在以往的圆度误差检测中,数据采集和数据分析都是在DOS系统下进行。DOS系统下的检测和分析可视化性能不好,实时性好; Windows系统下数据采集和数据分析,操作方便,可视化性能好,实时性不好。本文采用一种方法在Windows系统下解决了在DOS系统下的不足,且保留了DOS系统的优点。

    1 三点圆度误差分离机理[1]

    在工件某一横截面圆周上设置有三个传感器SA、SB、SC。设各传感器之间夹角U1、U2,以O为中心和传感器SA轴线重合为X轴,建立静止坐标系XOY,如图1所示。

    工件轮廓曲线用极坐标来表示。设极点O1为工件上任一点,但该点相对于工件位置不变,三点法假设工件在该截面做刚体平面运动,它可以用O1点的平动(漂移)和绕该点转动来描述,以时刻t=0时过O1点和X轴平行,且方向与X轴方向一致的线段为极轴,工件顺时针转动,极角H以逆时针方向度量,X为角速度。测头A、B、C轴线与轮廓交点为Ac、Bc、Cc,则三传感器所测得的量为式(1)、式(2)、式(3)。S(H)为形状误差,RX、RY分别为O1漂移的x、y轴向分量,是时间函数。

    式中A(H)、B(H)、C(H)都已减去了本身的直流分量,且考虑做多通道测试时,多通道灵敏度不可能一样。因而设A、B、C三个传感器的标定系数分别为a、b、c,那么将上面三个传感器的输出相加,即:

   选取适当的a、b、c可使RX(H)、RY(H)项的系数为零。即

   利用行列式解法及三角叠加原理,立即得:

    将(6)式离散化后的形式为:

D(n)=aS(n)+bS(n+P)+cS(n+P+q),(7)

    式中系数:

   为等角采样点数。则对式(7)两边做快速离散付里叶变换(FFT),得:

   D(K)=S(K)G(K),

    即:S(K)=D(K)PG(K), (8)

    其中

    G(K)称为权函数,对(8)式进行反付里叶变换,即可求得被测件形状误差系列S(n)=F-1[S(K)]。

    然后,把S(n)分别代入(1)、(2)两式,再得到回转误差在X,Y两个方向上的分量的离散序列RX(n),RY(n)。

    2 数据采集控制

    2.1 采集分析方法