基于光电式两轴准直仪的转台分度误差检测方法

摘要

本发明公开了基于光电式两轴准直仪的转台分度误差检测方法，它包括以下步骤：（1）将多齿分度台安装在被检转台工作面的中心，平面反射镜固定在多齿分度台上，利用自准直仪瞄准平面反射镜；（2）将被检转台回转一周使双轴光电自准直仪两轴均有读数；（3）将被检转台置零位，读取双轴光电自准直仪的初始值，然后，将多齿分度台及反射镜随被检转台一起转动φ角度；（4）将反射镜随多齿分度台向相反的方向回转-φ角度后，光电自准直仪再次瞄准反射镜并读取测量值，直至整周；（5）改变多齿分度台相对于转台的倾斜角，同时保持双轴光电自准直仪不动，重复步骤2至4进行第二次检测，读取双轴光电自准直仪的测量值；采用本方法降低了对调整的要求。

说明书

技术领域

本发明涉及转台分度误差检测方法，尤其涉及基于光电式两轴准直仪的转台分度误差检 测方法。

背景技术

转台是进行圆分度的常用设备，经常作为机床附件，进行零件的圆分度加工，在三坐标 测量机中，为了测量回转体零件，也常用到转台。随着科学技术的不断发展，对转台精度的 要求也越来越高。通过误差补偿的方法可以有效地提高转台的精度，以较低的成本达到较高 的精度要求。

为了补偿转台的分度误差，首先需要对其进行检定。图1所示为采用比较法检定转台的 分度误差。以多齿分度台为分度基准件，其回转的角度作为标准角度，转台实际转过的角度 与标准角度比较，由高精度的双轴光电自准直仪读取角度偏差。测量时，双轴自准直仪X轴 读数为转台的分度误差；Y轴读数即为反射镜在转台被检各分度处在垂直方向的倾斜。该方 法与其他检定方法相比，操作简单，工作量小，精度高，且可以实现较小的被检间隔，检测 装置如图1所示。

采用多齿分度台和光电自准直仪对转台分度误差进行检定时，检定前需要对自准直仪和 多齿分度台进行调整。如果调整未达到要求，测得的分度误差中含有调整误差，对测量结果 影响较大。

①光电自准直仪未调平

双轴光电自准直仪可以同时对水平X、竖直Y两个方向的转角（x_i,y_i）进行测量，但自准直 仪在使用前必须调平，即调整自准直仪十字丝竖线与转台的轴线相平行（调平要求一轴在 ±800″范围内变化时，另一轴的变化量应小于10″）。

②多齿分度台相对于转台倾斜

由于转台的端面与其回转轴线不垂直以及安装等各种误差的影响，使多齿分度台的轴线 与转台的轴线不平行（即多齿分度台相对于转台倾斜β角），从而导致安装在多齿分度台上 面的反射镜相对于转台倾斜，如图2所示。

在自准直仪未调平的情况下，如果同时多齿分度台相对于转台倾斜，两者共同作用就会 使分度误差X的测量值产生误差Δx，即产生调整误差。为了提高检定精度，测量前须进行 一系列的调整。

欲使γ角减小需要调整自准直仪。在调整过程中，由于既要使自准直仪十字丝反射像在 视场中心，又要进行调平，这些都需要通过调整自准直仪可调底座的三个旋钮来达到要求， 因此，两者之间会相互影响，即自准直仪的调平会影响十字丝反射像在视场中的位置，而反 射像位置的调整也会影响自准直仪的调平。因此，实际的调整过程比较困难。

欲使β角减小，需要调整多齿分度台，可先用双轴光电自准直仪测出多齿分度台相对于 转台的倾斜角，通过分析得出多齿分度台的调整量，按照调整量对其进行调整。但在调整时， 调整量不好控制，操作不太方便，需要反复调整。

因此，用调整的方法减小调整误差比较困难，且检定精度要求越高，对检定前的调整要 求也就越高。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足,提供一种方法简单，消除了调整误差并提高了 转台分度误差的检定精度的基于光电式两轴准直仪的转台分度误差检测方法。

本发明的基于光电式两轴准直仪的转台分度误差检测方法，它包括以下步骤：

（1）将多齿分度台安装在被检转台工作面的中心，平面反射镜固定在多齿分度台上， 利用自准直仪瞄准平面反射镜；

（2）将被检转台回转一周使双轴光电自准直仪两轴均有读数；

（3）将被检转台置零位，读取双轴光电自准直仪的初始值，然后，将多齿分度台及反 射镜随被检转台一起转动φ角度，所述的φ＝360°/n，n为整数，且需满足φ是多齿分度台最 小分度间隔的整数倍；

（4）将反射镜随多齿分度台向相反的方向回转-φ角度后，光电自准直仪再次瞄准反射 镜并读取测量值，如此顺序对被检转台各被检角度进行测量，直至整周；

（5）改变多齿分度台相对于转台的倾斜角，同时保持双轴光电自准直仪不动，重复步 骤2至4进行第二次检测，读取双轴光电自准直仪的测量值；

（6）根据公式计算被测转台各分度处的分度误差为x_i=(y′_i1x′_i-y′_ix′_i1)/(y′_i1-y′_i)。 式中x'_i，y′_i为光电自准直仪第一次测量值，x'_i1，y'_i1为第二次测量值。

采用本发明的方法由于多齿分度台相对于转台的倾斜角β和自准直仪十字丝倾斜角γ的 影响，使分度误差X的测量值产生误差Δx，即产生调整误差，在自准直仪未调平情况下进 行检测时，若设γ＝1°，由倾斜角β引起的Y轴读数最大值y'_max＝60"，则Δ₂＝1.05″，影响 较大。

利用双轴光电自准直仪的竖直Y轴读数补偿水平X轴测量值，从而消除调整误差的方法， 降低了对调整的要求。该方法也适用于其他利用双轴光电自准直仪进行测量的场合，可消除 两轴之间的相互影响。通过验证，补偿后的结果与转台的分度误差很接近，大大缩短了调整 时间，且精度较高。

附图说明

图1为现有的检测装置示意图；

图2为多齿分度台相对于转台倾斜β角结构示意图；

图3为图1所示的自准直仪的十字丝倾斜结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明作以详细描述。

结合图2和3本发明方法的原理为：利用双轴光电自准直仪的Y轴读数补偿X轴测量值， 从而消除调整误差。图2中1为转台轴线；2为多齿分度台轴线；3为平面反射镜；4为多齿 分度台；5为被检转台；β为转台轴线与多齿分度台轴线的夹角。

图3中O点为十字丝交点起始位置；Y轴方向为转台的轴线方向；Y’轴为十字丝竖线 方向；γ角为十字丝与转台的轴线夹角；x'_i,y'_i为光电自准直仪测量值；x_i为转台分度误差， y_i为多齿分度台相对于转台的倾斜。

采用双轴光电自准直仪测量转台的分度误差时，在自准直仪未调平的情况下，如果同时 多齿分度台相对于转台倾斜，两者共同作用就会使X的测量值产生误差Δx，如图3所示。

假设双轴光电自准直仪十字丝交点起始位置为O点，由于竖直方向反射镜的倾斜y_i以及 水平方向分度误差x_i的存在，使得十字丝交点由O移至A点时，读数值应为（x_i,y_i）。但由于 十字丝倾斜γ角，当在光电自准直仪坐标系中X′OY′读数时，实际读数值为(x'_i,y′_i)。

由图3可得出：

x_i＝(x'_i-y'_itanγ)cosγ              （1）

＝x'_i cosγ-y'_isinγ

式中：x_i为转台的零起分度误差；x'_i,y′_i为光电自准直仪测量值；y为十字丝倾斜角。

由式（1）知，调整误差对测量结果的影响Δx_i为：

Δx_i＝x′_i-x_i

＝x'_i(1-cosγ)+y'_i sinγ（2）

≈y'_isinγ

式中x'_i、y′_i为光电自准直仪读数值（其中x'_i表示转台分度误差的测量值，y'_i表示由于 多齿分度台相对于转台倾斜β角引起的沿竖直方向的角度变动值），为已知量，，十字丝倾 斜角γ未知。

由式（2）可知，调整误差是由多齿分度台相对于转台的倾斜（β）以及十字丝与转台轴 线不平行（夹角为γ）共同作用引起的，两者单独存在时对测量结果无影响，即自准直仪在 调平状态下测量时，多齿分度台相对于转台的倾斜不会使测量结果产生误差；未调平测量时， 若多齿分度台的轴线与转台的轴线相平行，也不会产生误差。

当β和γ同时存在时，x'_i包括由于调整引起的系统误差，即：

x'_i＝x_i+Δx_i＝x_i+y'_i sinγ                   （3）

Δx_i是一个与Y轴读数有关的量，随Y轴读数变化而变化；而sinγ与十字丝倾斜有关，在 测量过程中自准直仪是不动的，因此，sinγ是一个常数。

如果改变多齿分度台相对于转台的倾斜角β，同时保持自准直仪不动，进行第二次检测， 此时：

x'_i1＝x_i+y'_i1sinγ（4）

联立（3）和（4）两个等式就可消去调整误差Δx_i，从而得到转台各分度处的分度误差x_i。

这种方法对检定前的调整要求不高，只要保证在整个检定过程中水平和竖直两个方向的 偏角都在测量范围内即可。

如图1-3所示，根据上述工作原理本发明的基于光电式两轴准直仪的转台分度误差检测 方法，它包括以下步骤：（1）将多齿分度台4安装在被检转台5工作面的中心，平面反射镜 3固定在多齿分度台上，利用双轴光电自准直仪瞄准平面反射镜；（2）将被检转台回转一周 使双轴光电自准直仪6两轴均有读数；（3）将被检转台置零位，读取自准直仪的初始值a₀， 然后，将多齿分度台及反射镜随被检转台一起转动φ角度，所述的φ＝360°/n，n为整数， 且需满足φ是多齿分度台最小分度间隔的整数倍；（4）将反射镜随多齿分度台向相反的方向 回转-φ角度后，光电自准直仪再次瞄准反射镜并读取测量值x'_i,y′_i，如此顺序对被检转台各 被检角度进行测量，直至整周；（5）改变多齿分度台相对于转台的倾斜角β，同时保持双轴 光电自准直仪不动，重复步骤2至4进行第二次检测，读取双轴光电自准直仪的测量值 x'_i1，y'_i1；（6）进行数据处理，联立两个等式x′_i＝x_i+Δx_i＝x_i+y′_i sinγ和x'_i1＝x_i+y'_i1sinγ消 去调整误差Δx_i，从而得到被测转台各分度处的分度误差x_i为

x_i=(y′_i1x′_i-y′_ix′_i1)/(y′_i1-y'_i)

式中x'_i，y′_i为光电自准直仪第一次测量值，x'_i1，y'_i1为第二次测量值。

实施例1

采用多齿分度台为分度基准件，其回转角度作为标准角度，转台实际转过的角度与标准 角度比较，由高精度的双轴光电自准直仪读取角度偏差方法对被检测转台进行两次测量。测 量方法为：（1）将多齿分度台安装在被检转台工作面的中心，平面反射镜固定在多齿分度台 上，利用自准直仪瞄准平面反射镜；

（2）将被检转台回转一周使双轴光电自准直仪两轴均有读数；

（3）将被检转台置零位，读取双轴光电自准直仪的初始值，然后，将多齿分度台及反 射镜随被检转台一起转动φ角度，所述的φ＝360°/n，n为整数，且需满足φ是多齿分度台最 小分度间隔的整数倍；

（4）将反射镜随多齿分度台向相反的方向回转-φ角度后，光电自准直仪再次瞄准反射 镜并读取测量值，如此顺序对被检转台各被检角度进行测量，直至整周；

（5）改变多齿分度台相对于转台的倾斜角，同时保持双轴光电自准直仪不动，重复步 骤2至4进行第二次检测，读取双轴光电自准直仪的测量值；

（6）根据公式计算被测转台各分度处的分度误差为x_i=(y′_i1x′_i-y′_ix′_i1)/(y′_i1-y′_i)。 式中x'_i，y′_i为光电自准直仪第一次测量值，x'_i1，y'_i1为第二次测量值。

第一次检测采用单独调整光电自准直仪方法，测量出的最大分度误差为23.18"（在180° 处）。第二次检测利用双轴光电自准直仪的Y轴读数补偿水平X轴测量值，消除调整误差后 在原最大分度误差处的测量值为18.38"（见表2补偿调整误差后在180°处的值）。

采用传统方法对高精度的双轴光电自准直仪十字丝进行反复调整得到第三次调整之后 测得的结果18.02"。

将采用本发明方法第二次检测并消除调整误差后的测量值18.38"与传统方法测得的结果 18.02"比较可得数值很接近，可以证明采用本发明方法检测精度很高。测量数据见下表1：

表1 三次测量原始数据                    (＂)

调整误差及消除调整误差后的结果见表2。

表2调整误差及补偿调整误差后的数据        (＂)