基于动态干涉仪的主轴回转误差检测方法研究

发布时间：2017-06-21 13:12

  本文关键词：基于动态干涉仪的主轴回转误差检测方法研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：主轴是机床的基本结构单元,机床主轴的回转误差直接反应机床动态性能的优劣。实现机床主轴回转误差准确有效的检测是研究机床动态特性以及提高机床加工精度的重要环节。因此,建立高精度高可靠性的主轴回转误差检测系统并在此基础上系统地开展主轴系统回转误差运动的检测与分析具有重要的工程应用价值与现实意义。首先,系统地分析现有主轴回转误差检测方法及原理,提出基于动态干涉仪的主轴回转误差检测新方法。通过对比静态干涉仪和动态干涉仪的工作原理,论证了采用动态干涉仪作为高精度检测装置实现主轴回转误差实时检测的可能性。在此基础上,以光学平晶作为标准检测件,搭建了基于动态干涉仪与高精度伺服电机实现主轴回转误差检测的实验装置。通过分析光学平晶表面形貌特征运动轨迹变化可得出主轴回转误差。其次,分析影响光学平晶面形精度的主要因素及抑制变形的措施,基于此设计一种用于主轴回转误差检测的光学平晶专用装夹与调整装置。采用有限元分析法对光学平晶在不同装夹条件下的变形情况进行了较为深入的分析,验证了光学平晶装夹方式的合理性,实现了纳米级的高精度装夹要求。再次,通过对动态干涉仪对安装在伺服电机主轴端部的光学平晶表面进行检测,得到的图像为激光束干涉之后生成的像差图。通过对原始像差图的修正处理得到较为精确的像差图。采用中值滤波、灰度阈值分割法、膨胀腐蚀处理等图像处理技术获取平晶表面特征圆的边缘特征图像,利用最小外接矩形法得到特征圆的形心坐标,通过主轴回转到不同角度时干涉仪抓取到的像差图处理结果综合分析,计算得到主轴回转误差。最后,在系统分析利用动态干涉仪检测主轴回转误差原理及建立主轴回转误差检测实验系统的基础上,开展了初步的主轴回转误差检测实验。通过实验,验证了所设计的光学平晶专用夹具微调整精度高,操作方便,可实现被测量的平晶表面区域摆动范围在2μm以内;提出的新检测方法可实现微米级主轴回转误差的检测,验证了本检测方法的有效性。
【关键词】：主轴回转误差 动态干涉仪 像差图 图像处理
【学位授予单位】：哈尔滨理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TG502.13
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-10
• 第1章 绪论10-19
• 1.1 课题研究背景及目的意义10-11
• 1.1.1 课题来源10
• 1.1.2 课题研究背景及目的意义10-11
• 1.2 相关问题的国内外研究现状11-17
• 1.2.1 主轴回转误差检测方法的研究现状11-14
• 1.2.2 误差分离技术的研究现状14-16
• 1.2.3 图像处理技术在检测领域的研究现状16-17
• 1.3 主要研究内容及技术路线17-19
• 1.3.1 主要研究内容17
• 1.3.2 技术路线17-19
• 第2章 主轴回转误差检测原理研究19-33
• 2.1 主轴回转误差运动19-23
• 2.1.1 主轴回转误差概述19-22
• 2.1.2 主轴回转误差运动的数学表示22-23
• 2.2 基于动态干涉仪主轴回转误差检测装置的搭建23-28
• 2.2.1 基于动态干涉仪检测主轴回转误差的可行性分析23-27
• 2.2.2 标准测试样件的优选27-28
• 2.2.3 回转误差检测装置的建立28
• 2.3 主轴回转误差计算模型及评定方法28-32
• 2.3.1 主轴回转误差计算模型的建立28-30
• 2.3.2 基于最小二乘法的回转误差评定30-32
• 2.4 本章小结32-33
• 第3章 光学平晶装夹结构的设计及装夹精度分析33-46
• 3.1 光学平晶面形精度影响因素分析33
• 3.2 光学平晶专用装调结构的设计33-37
• 3.2.1 光学平晶调心结构的设计34-36
• 3.2.2 光学平晶夹持结构的设计36-37
• 3.3 光学平晶的装夹结构有限元分析37-45
• 3.3.1 底面支撑结构的优化设计39-41
• 3.3.2 底面接触材料对光学平晶面形精度的影响41-42
• 3.3.3 夹持预紧力对光学平晶面形精度的影响42-44
• 3.3.4 不同转速对光学平晶面形精度的影响44-45
• 3.4 本章小结45-46
• 第4章 像差图处理技术46-60
• 4.1 像差图特征分析及滤波处理46-51
• 4.1.1 像差图特征分析46-47
• 4.1.2 像差图影响因素分析及滤波处理47-51
• 4.2 像差图的预处理51-55
• 4.2.1 像差图的去噪处理51-53
• 4.2.2 像差图的形态学处理53-55
• 4.3 特征区域边缘特征提取与形心坐标的计算55-59
• 4.3.1 像差图边缘特征提取55-56
• 4.3.2 最小外接矩形法的圆形轮廓提取56-59
• 4.4 本章小结59-60
• 第5章 基于动态干涉仪主轴回转误差测试实验研究60-68
• 5.1 主轴回转误差测试装置60-61
• 5.2 光学平晶精密调整实验61-64
• 5.2.1 实验目的61-62
• 5.2.2 光学平晶精密调整62-64
• 5.3 基于动态干涉仪的主轴回转误差检测实验64-67
• 5.3.1 回转误差检测的实验64-66
• 5.3.2 实验误差分析66-67
• 5.4 本章小结67-68
• 结论68-69
• 参考文献69-73
• 攻读学位期间的研究成果73-74
• 致谢74

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前7条

1 江燕;王敬东;;图像处理在平面零件分拣控制中的应用[J];电气传动;2015年02期

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3 袁德亮;赵转萍;;显微视觉主轴回转误差测量[J];机械与电子;2010年01期

4 伍良生;王永宾;周大帅;;基于LabVIEW的电主轴径向回转误差测量技术[J];制造技术与机床;2009年09期

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6 张景和,冯晓国,刘伟;用反向法测轴系回转误差[J];光学精密工程;2001年02期

7 赵维谦,谭久彬,常承,孙彤;超精圆度仪全自动误差分离装置的研制[J];仪器仪表学报;2000年02期

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本文编号：468779