两点法轴承窜动误差测量与分离装置的制造方法
【技术领域】
[0001] 本实用新型涉及高精度误差测量与分离技术领域，尤其涉及一种两点法轴承窜动 误差测量与分离装置。
【背景技术】
[0002] 在高精度机床加工、齿轮箱、丝杠螺母窜动系统、精密离心机等精密度要求较高的 机械设备中，机械轴承的轴向稳定性是影响精密度的关键因素之一，也是评价系统性能的 重要指标。因此，进行轴承的窜动误差测量具有重要的现实意义。
[0003] 轴承的窜动误差是由轴承在转动过程中受到外力而产生的轴向跳动。当需对轴承 窜动误差进行亚微米级测量时，由于轴向运动信息中会混入轴承切面粗糙度引起的形状误 差，因此，不能直接进行亚微米级轴承窜动误差测量，需利用相应的误差分离技术，将轴向 窜动误差与形状误差分离才能得到纯窜动误差。
[0004] 目前大多采用激光干涉方法测量轴承窜动误差，测试系统结构复杂、成本高，且并 未将窜动误差与形状误差分离。 【实用新型内容】
[0005] 本实用新型的目的就在于为了解决上述问题而提供一种两点法轴承窜动误差测 量与分离装置。
[0006] 本实用新型通过以下技术方案来实现上述目的：
[0007] -种两点法轴承窜动误差测量与分离装置，包括两个电容测微仪、光栅和数据采 集卡，两个所述电容测微仪与所述轴承的中轴线平行，且与所述轴承中轴线之间的距离相 等，所述光栅套装在所述轴承上，所述光栅的A脉冲信号通过分频电路与所述数据采集卡 的AI时钟采集输入口连接，所述光栅的Z脉冲信号通过整形电路与所述数据采集卡的触发 源输入口连接，两个所述电容测微仪的测量信号通过信号调理电路与所述数据采集卡的AI 采集端口连接。
[0008] 优选地，两个所述电容测微仪位于同一轴面上，且其与所述轴承的中轴线之间的 距离小于所述轴承的半径。
[0009] 具体地，所述光栅的A脉冲的k次分频信号作为数据采集时钟信号，所述光栅的Z 脉冲信号通过所述整形电路变换为建立时间和保持时间均满足触发脉冲要求的信号作为 测试任务的信号采集触发信号。
[0010] 数据采集卡采用24位高精度数据采集卡，可以保证较高的测量精度；利用光栅A 脉冲的k次分频信号作为数据采集的时钟信号，确保在轴承不同转速下对轴向运动信息的 等角度采样；利用光栅Z脉冲作为信号采集触发信号，确保了每次测量得到数据的初始相 位一致。
[0011] 具体地，所述k次分频信号由每圈采样点数N和所述光栅每圈输出的A脉冲共同 确定。
[0012] 本实用新型的有益效果在于：
[0013] 本实用新型两点法轴承窜动误差测量与分离装置利用两个电容测微仪采用外基 准法测量轴承轴向位移信息，然后通过FFT频域法作为误差分离算法得到轴向纯窜动误 差，测试系统结构简单，成本低，能够有效的将窜动误差与形状误差分离。
【附图说明】
[0014] 图1是本实用新型所述电容测微仪的分布示意图；
[0015] 图2是本实用新型所述两点法轴承窜动误差测量与分离装置的硬件结构图；
[0016] 图3是本实用新型所述两点法轴承窜动误差测量与分离装置的流程图；
[0017] 图4是本实用新型所述FFT频域法的流程图。
【具体实施方式】
[0018] 下面结合附图对本实用新型作进一步说明：
[0019] 如图1和图2所示，本实用新型所述的装置包括两个电容测微仪、光栅和数据采集 卡，两个所述电容测微仪与所述轴承的中轴线平行，且与所述轴承中轴线之间的距离相等， 所述光栅套装在所述轴承上，所述光栅的A脉冲信号通过分频电路与所述数据采集卡的AI 时钟采集输入口连接，所述光栅的Z脉冲信号通过整形电路与所述数据采集卡的触发源输 入口连接，两个所述电容测微仪的测量信号通过信号调理电路与所述数据采集卡的AI采 集端口连接，两个所述电容测微仪位于同一轴面上，且其与所述轴承的中轴线之间的距离 小于所述轴承的半径，所述光栅的A脉冲的k次分频信号作为数据采集时钟信号，所述光栅 的Z脉冲信号通过所述整形电路变换为建立时间和保持时间均满足触发脉冲要求的信号 作为测试任务的信号采集触发信号，所述k次分频信号由每圈采样点数N和所述光栅每圈 输出的A脉冲共同确定。
[0020] 如图3所示，本实用新型所述的方法包括以下步骤：
[0021] (1)数据采集：对每圈采样点数N、采样圈数M、采样最高谐波次数Km以及采样模式 进行设定，然后两个电容测微仪通过外基准法对所述轴承的轴向位移进行测量；
[0022] (2)数据预处理：利用平滑滤波和多圈平均的方法消除随机误差得到测量的原始 数据，将原始数据减去直流分量所得到的数据即为所述轴承的轴向运动信息数据。
[0023] (3)误差分离：将两个电容测微仪采集的轴承轴向运动信息进行融合，再通过FFT 频域法进行误差分离得到纯轴向窜动误差。
[0024] 其中，FFT频域法如图4所示，首先在数据采集单元中输入每圈采样点数N、采样圈 数M、最高谐波阶数K m，然后进行判断，若总采样点数辛NXN，则返回重新输入参数，若总采 样点数=NXM，则继续进行计算。
[0025] 为方便描述，本实例采用非离散化形式描述，即设两个电容测微仪之间的夹角为 α，且两个电容测微仪测得的轴向运动信息经过滤波去噪后，分别为
[0026] Z1 (θ) = γ(Θ)+θ(Θ) (1)
[0027] Z2 ( Θ ) = r ( Θ + a ) +e ( Θ )⑵
[0028] 式中r( Θ )-一底面形状误差的极坐标形式，以逆时针方向为正；
[0029] e ( Θ ) 轴承窜动误差；
[0030] θ--轴承转动的角度；
[0031] 将两只电容测微仪的数据相减即式（1)-式（2)进行去直流分量处理，即可将轴向 窜动误差θ(Θ)从输出数据中除去，即：
[0032] Z ( Θ ) = r ( Θ ) -r ( θ + α ) (3)
[0033] 对式（3)进行即可求出形状误差Γ(θ)，由于形状误差具有周期性，对r(0)做傅 里叶变化，有
【主权项】
1. 一种两点法轴承窜动误差测量与分离装置，其特征在于：包括两个电容测微仪、光 栅和数据采集卡，两个所述电容测微仪与所述轴承的中轴线平行，且与所述轴承中轴线之 间的距离相等，所述光栅套装在所述轴承上，所述光栅的A脉冲信号通过分频电路与所述 数据采集卡的AI时钟采集输入口连接，所述光栅的Z脉冲信号通过整形电路与所述数据采 集卡的触发源输入口连接，两个所述电容测微仪的测量信号通过信号调理电路与所述数据 采集卡的AI采集端口连接。
2. 根据权利要求1所述的两点法轴承窜动误差测量与分离装置，其特征在于：两个所 述电容测微仪位于同一轴面上，且其与所述轴承的中轴线之间的距离小于所述轴承的半 径。
3. 根据权利要求1所述的两点法轴承窜动误差测量与分离装置，其特征在于：所述光 栅的A脉冲的分频信号作为数据采集时钟信号，所述光栅的Z脉冲信号通过所述整形电路 变换为建立时间和保持时间均满足触发脉冲要求的信号作为测试任务的信号采集触发信 号。
4. 根据权利要求3所述的两点法轴承窜动误差测量与分离装置，其特征在于：所述分 频信号由每圈采样点数N和所述光栅每圈输出的A脉冲共同确定。
【专利摘要】本实用新型公开了一种两点法轴承窜动误差测量与分离装置，包括两个电容测微仪、光栅和数据采集卡，并将电容测微仪和光栅安装至轴承上，通过采集卡对轴承的运动信息进行采集，最后再通过数据预处理和FFT频域法进行误差分离得到纯轴向窜动数据，测试系统结构简单，成本低，能够有效的将窜动误差与形状误差分离。
【IPC分类】G01M13-04
【公开号】CN204556256
【申请号】CN201520239177
【发明人】周继昆, 张 荣, 张毅, 黎启胜, 李明海, 王珏, 凌明祥
【申请人】中国工程物理研究院总体工程研究所
【公开日】2015年8月12日
【申请日】2015年4月20日