一种基于离散采样点累项和法的圆轮廓误差分离方法

本发明涉及一种圆轮廓误差分离方法，具体涉及一种基于离散采样点累项和法的圆轮廓误差分离方法，本发明属于超精密几何测量领域。

背景技术：

1、自20世纪60年代以来，随着原子能、航天、微电子、信息及生物工程等新兴科学技术的发展，对精密主轴系统回转误差和工件圆度误差的测量精确度均提出了越来越高的要求，如在超精密加工和测量过程中，通常作为比对和校准用的圆标准器石英半球指定圆截面的圆度误差一般在10nm～50nm之间；x射线显微镜中曲面镜的任意圆截面法线方向圆度允差为5nm；非球面透镜、自由曲面和微结构光学领域通常也要求工件形状误差在纳米量级。

2、为保证高精度测量，由测量仪器带来误差只能占工件允许误差的小部分，约(1/3～1/10)。但实际上，现在很多工件精度指标均达到或高于目前测量圆度所用的精度最高的圆度测量仪器本身的精度水平。而若要进一步提高仪器测量精度，仅依靠大量机械加工方面的投资，很难满足日益增长的要求。因此在不进一步要求主轴回转精度提高的基础上，对工件圆轮廓的精密测量是极有价值的研究问题。

3、误差分离技术是通过信息源变换或模型参数估计的方式，使有用信号分量与误差信号相分离的一种测量技术，其以较小的代价便可获得“硬技术”难以达到的精度水平，因而误差分离技术迅速为各国学者、专家所接受。误差分离技术主要分为两种，转位法及多测头法，多测头法的精度主要受限于各测头之间的电气特性差异等使其精度难以进一步提高，转位法中目前普遍应用的是多步法，该方法计算复杂，且存在原理性误差。

技术实现思路

1、本发明为了解决现有技术中常见的存在谐波抑制及测量时间长，计算复杂等问题，进而提出一种基于离散采样点累项和法的圆轮廓误差分离方法。

2、本发明为解决上述问题采取的技术方案是：

3、超精密圆度测量时，由于圆度仪本身结构限制，会导致圆度仪主轴回转误差必定会混入要测量的圆轮廓信号中。因此为实现更高精度的圆度测量，需要应用误差分离算法将主轴回转误差剔除，以获得更纯净的圆度信号。

4、本发明包括如下步骤：

5、步骤一、由传感器采集得到第一转位处信号，

6、步骤二、应用误差分离台对被测工件进行转位，使得被测工件与仪器回转主轴间产生一固定大小的转位角θ＝2π/n，即转过单位采样角大小，传感器此时采集第二转位处信号，

7、步骤三、对传感器采集到的第一转位处信号及第二转位处信号进行处理，将主轴回转误差信号与圆轮廓误差信息分离开，得到剔除误差后的圆轮廓信号。

8、本发明的有益效果是：

9、1、本发明针对转位法中常见的存在谐波抑制及测量时间长，计算复杂等问题，提出了一种无谐波抑制的基于离散采样点累项和法的圆轮廓误差分离方法，以减小圆度误差分离过程中谐波抑制带来的影响，从而提高圆轮廓测量精度。

10、2、超精密圆度测量时，由于圆度仪本身结构限制，会导致圆度仪主轴回转误差必定会混入要测量的圆轮廓信号中。因此为实现更高精度的圆度测量，需要应用误差分离算法将主轴回转误差剔除，以获得更纯净的圆度信号。

11、3、应用本方法可以实现纳米级超精密圆度测量。通过两次转位间额外信息源转换将测量信号中主轴回转误差剔除，得到纯净的圆轮廓测量误差，从而对工件圆度进行更准确更精密的测量。

12、4、本发明通过离散采样点累项和法进行圆度误差分离所得信号与原始给定信号一致，从原理上验证了该方法圆度误差分离的可行性及有效性。

技术特征：

1.一种基于离散采样点累项和法的圆轮廓误差分离方法，其特征在于，所述该方法包括如下步骤：

2.根据权利要求1所述的一种基于离散采样点累项和法的圆轮廓误差分离方法，其特征在于，第一转位处传感采集信号具体包括：

3.根据权利要求1所述的一种基于离散采样点累项和法的圆轮廓误差分离方法，其特征在于，第二转位处传感器采集信号具体包括：

4.根据权利要求1、2或3所述的一种基于离散采样点累项和法的圆轮廓误差分离方法，其特征在于，被测圆轮廓各采样点处的误差为：

技术总结一种基于离散采样点累项和法的圆轮廓误差分离方法，它涉及一种圆轮廓误差分离方法，为解决现有技术中常见的存在谐波抑制及测量时间长，计算复杂等问题，本发明包括如下步骤：由传感器采集得到第一转位处信号，应用误差分离台对被测工件进行转位，使得被测工件与仪器回转主轴间产生一固定大小的转位角θ＝2π/N，即转过单位采样角大小，传感器此时采集第二转位处信号，最后对采集到的第一及第二转位处信号进行处理，将主轴回转误差信号与圆轮廓误差信息分离开，得到剔除误差后的圆轮廓信号。通过离散采样点累项和法进行圆度误差分离所得信号与原始给定信号一致，从原理上验证了该方法圆度误差分离的可行性及有效性。本发明属于超精密几何测量技术领域。技术研发人员：刘永猛,邵春雨,谭久彬受保护的技术使用者：哈尔滨工业大学技术研发日：技术公布日：2024/11/4