一种高精度回转体跳动在位测量方法
【专利摘要】一种高精度回转体跳动在位测量方法，包括以下步骤：使被测轴停转，安装激光位移传感器，电涡流传感器和霍尔传感器，在被测轴上安装能被霍尔传感器识别的标记；以套装有霍尔传感器的第一电涡流传感器作为基准调节各个传感器的位置；在被测轴表面上吸附4个磁钢，磁钢作为霍尔传感器能够识别的标记；被测轴开始转动，待转速稳定之后，采集霍尔传感器所输出的周期性脉冲信号；将被测轴调节到合适转速；获取各个电涡流传感器测量的信号；求综合跳动误差，求被测工件在测量截面的跳动量。本发明具有能够分离机床主轴回转误差，提供高精度得跳动信息的高精度回转体跳动的优点。
【专利说明】一种高精度回转体跳动在位测量方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种回转体的在位测量方法。
技术背景
[0002]电涡流传感器目前广泛应用于工业自动化系统，它具有非接触测量、高线性度、高分辨率以及对测量环境要求低等优点。工业自动化系统中多使用电涡流传感器检测回转设备的振动信息，进而达到实时监控设备状态的目的。电跳动(Electrical Runout)表征回转体零件表层材料电磁性质的不均勻性，机械跳动(Mechanical Runout)表征回转体周向几何形状误差，电跳动和机械跳动的总和称为综合跳动(Total Runout)0综合跳动信号会混入到电涡流传感器监测到的信号，影响设备实时监控的准确性。为此，美国石油学会标准API612、API617对跳动误差作了明确限制，要求转子综合跳动不超过振动峰峰值的25%或者6.3μ。进而，在大型转子的制造过程中，需要对转子的跳动量作严格的监制。目前，对于跳动的测量，特别是电跳动的测量，由于混入了机床主轴回转误差，导致精度不高。
[0003]为了克服该缺点，中国专利ZL201110249693.0号披露了一种回转体电跳动量测量系统，包括测量支架，测量支架上安装有对准被测回转体以测量被测回转体表面相对移动距离得激光位移传感器，和对准被测回转体以测量被测回转体表面的综合跳动量得电涡流传感器，以及对准被测回转体获取被测回转体得旋转角度得霍尔传感器；被测回转体上设有能被霍尔传感器识别得标记；激光位移传感器和电涡流传感器以及霍尔传感器均与处理器连接，处理器用综合跳动量减去相对移动距离获得点跳动量；激光位移传感器与电涡流传感器位于同一个圆周上，圆周与被测回转体同轴；霍尔传感器与激光位移传感器形成得直线与被测回转体的轴线平行。
[0004]这种回转体电跳动量测量系统的缺点在于:该系统虽然能够分离电涡流传感器中的机械跳动信息和电跳动信息，但是由于其无法分离机床主轴回转误差，所以所获取的跳动信息精度有限。
【发明内容】
[0005]为了克服现有技术存在无法分离机床主轴回转误差，获取得跳动信息精度有限的缺点，本发明提供了一种能够分离机床主轴回转误差，提供高精度得跳动信息的高精度回转体跳动在位测量方法。
[0006]一种高精度回转体跳动在位测量方法，包括以下步骤:
1)、使被测轴停转，分别安装激光位移传感器，电涡流传感器和霍尔传感器，使激光位移传感器，电涡流传感器和霍尔传感器分别对准被测轴，激光位移传感器与电涡流传感器位于同一个圆周上，该圆周与被测回转体同轴，电涡流传感器有3个，霍尔传感器套装在其中一个电涡流传感器上；激光位移传感器，电涡流传感器和霍尔传感器分别与处理器连接；在被测轴上安装能被霍尔传感器识别的标记；
2)、以套装有霍尔传感器的第一电涡流传感器作为基准调节各个传感器的位置，以被测轴圆心作为原点，以第一电涡流传感器所在的直径作为X轴构建平面直角坐标系，第二电涡流传感器所在的直径与X轴的圆周夹角为A，第三电涡流传感器所在的直径与X轴的圆周夹角力u激光位移传感器所在的直径与
X轴的圆周夹角力I分别记录第一电涡流传感器的测量方向角^第二电涡流传感器的测量方向角A，第三电涡流传感器的测量方向角A和激光位移传感器的测量方向角％
3)、在被测轴表面上吸附4个磁钢，磁钢作为霍尔传感器能够识别的标记；被测轴开始转动，待转速稳定之后，采集霍尔传感器所输出的周期性脉冲信号，在一个周期之内，根据相邻2个脉冲之间的间隔时间的比例a，2 π a就是相邻2个传感器之间的圆周布置夹角，分别记录第二电涡流传感器所在的直径与X轴的圆周夹角4，第三电涡流传感器所在的直径与X轴的圆周夹角^和激光位移传感器所在的直径与X轴的圆周夹角Z ；
4)、将被测轴调节到合适转速，使每圈采样点数N应为2的η次幂，η为整数；
5)、获取第一电涡流传感器测量的信号，第二电涡流传感器测量的信号&，第三电涡流传感器测量的信号4，激光位移传感器测量的信号S4 ；
【权利要求】
1.一种高精度回转体跳动在位测量方法，包括以下步骤: 1)、使被测轴停转，分别安装激光位移传感器，电涡流传感器和霍尔传感器，使激光位移传感器，电涡流传感器和霍尔传感器分别对准被测轴，激光位移传感器与电涡流传感器位于同一个圆周上，该圆周与被测回转体同轴，电涡流传感器有3个，霍尔传感器套装在其中一个电涡流传感器上；激光位移传感器，电涡流传感器和霍尔传感器分别与处理器连接；在被测轴上安装能被霍尔传感器识别的标记； 2)、以套装有霍尔传感器的第一电涡流传感器作为基准调节各个传感器的位置，以被测轴圆心作为原点，以第一电涡流传感器所在的直径作为X轴构建平面直角坐标系，第二电涡流传感器所在的直径与X轴的圆周夹角为約，第三电涡流传感器所在的直径与X轴的圆周夹角力^激光位移传感器所在的直径与X轴的圆周夹角为？'，分别记录第一电涡流传感器的测量万向角^，第二电涡流传感器的测量方向角q，第三电涡流传感器的测量方向角A和激光位移传感器的测量方向角％ ； 3)、在被测轴表面上吸附4个磁钢，磁钢作为霍尔传感器能够识别的标记；被测轴开始转动，待转速稳定之后，采集霍尔传感器所输出的周期性脉冲信号，在一个周期之内，根据相邻2个脉冲之间的间隔时间的比例a，2 π a就是相邻2个传感器之间的圆周布置夹角，分别记录第二电涡流传感器所在的直径与X轴的圆周夹角的，第三电涡流传感器所在的直径与X轴的圆周夹角w和激光位移传感器所在的直径与X轴的圆周夹角Z ； 4)、将被测轴调节到合适转速，使每圈采样点数N应为2的η次幂，η为整数； 5)、获取第一电涡流传感器测量的信号&,第二电涡流传感器测量的信号&，第三电涡流传感器测量的信号4，激光位移传感器测量的信号+ ；
S1(B) = era(&) + mro (Θ) + δ? (Θ) cos O1 + δ (&) sin O1:tir{9) + Sx(ff) cos ^ + Sy (β) sin q⑴
S2(ff) = ero (5 + + mro (￠+^)+5^(5) Cosa2 + Sv (&) sm O3=&r{6 + φ + δχ{θ) cos O2 + Sy (Θ) sm O3⑵
S3(θ) = €Γ?(θ + φΙ)-￥?ητο(θ-￥ξμΑ)-^δ?(θ) cos a,-hdJff)sin 0?.."(3)
=Hr{& + ^?) + δ? (Θ) cos + ^(Θ) sin 0?
Si (Θ) = mroip+ /)+ Sx{&)cosCt4 + S7{&) sin(4) 其中，S1(巧为4做去直流分量之后的信号，为Jj做去直流分量之后的信号，^(约为4做去直流分量之后的信号，& (0)为士做去直流分量之后的信号，er_为被测轴表面得电跳动序列，腦为被测轴表面得机械跳动序列，为被测轴表面得综合跳动序列，SM为机床主轴回转误差在X轴方向上投影的分量做去直流分量之后所得的信号，\(用为机床主轴回转误差在Y轴方向上投影的分量做去直流分量之后所得的信号;6)、假设每圈采样点数为N，则采样间隔为Δ5= ^/N ,分别对夹角@％和y做时域离散处理，
对上述式(I)-式(4)分别做时域离散处理，得到:
7)、构造S1(TI)'S2 (Tl)和S3 (n)的加权和序列S(n),如下:
同时,设S(n)为仅基于tir(n)的序列，即:
令，式(11) =式(12)，可求得:
对式(11)做离散时间傅里叶变换，如下:
称WCk)为加权系数，于是有:
8)、通过对式(15)做离散时间傅里叶逆变换的方法，求得综合跳动误差tir(n),进而将tir(n)的值代入式(6 式(9)，可先后求出&(η)、~(π),如下:
9)、将和分别代入式(I) - (4),求出ero(n)和mro(n):
10)、求出被测工件在测量截面的跳动量，如下:
【文档编号】G01B21/00GK104197874SQ201410316965
【公开日】2014年12月10日 申请日期:2014年7月4日 优先权日:2014年7月4日
【发明者】叶晓平, 游张平, 杨将新, 刘鸣洲 申请人:丽水学院