《精密测量理论与技术》实验报告模板

1、精密测量理论与技术实验报告姓名： 学号： 实验日期： 实验室名称： 光电信息工程实验中心 实验成绩： 实验1 圆度误差测量实验一、实验目的1） 掌握圆度测量的基本原理；2） 了解使用圆度仪进行圆度测量的基本方法；3） 了解圆度误差分离技术，理解多步法圆度误差分离方法的基本原理；4） 了解影响圆度测量不确定度的误差因素。二、实验原理1）半径法圆度测量的基本原理圆度误差值反映在圆周的半径方向上，故其基本的测量方法为“半径法”。圆度仪是测量圆度误差的专用仪器，以高精度的主轴回转中心线为测量基准，传感器和被测零件表面可靠接触后，动态连续测量不同转角位置上实际轮廓到回转中心线的半径变化量，并采用相应的评

2、定方法获得圆度误差值。传感器回转式圆度仪的工作原理如图1-1，实验所用的圆度仪型号为Talyrond 73型，仪器结构示意图和实物图如图1-2所示，圆度仪回转主轴的径向误差约为45nm。 图1-1 传感器回转式圆度仪的基本工作原理a) 圆度仪结构示意图 b) 圆度仪实物图1-基座；2-立柱；3-导轨；4-测力调钮；5-升降旋钮；6-方向微调钮；7-滑动导板；8-传感器；9-工作台图1-2 Talyrond 73型圆度测量仪2）基于误差分离的圆度测量技术误差分离的目的：随着国防、航天以及先进装备制造业等快速发展，超精密级试件加工精度已高于（或接近）圆度仪自身的精度水平，例如航天工业中惯性器件圆度

3、充差10nm50nm，激光直写机、超精密加工机床等空气静压主轴圆度20nm50nm，石英标准半球等圆度标准器指定测量截面的圆度误差一般在5nm30nm。在这种背景下，当回转主轴的径向误差与被测试件误差在同一数量级，甚至大于被测试件误差时，由于测量结果中包含了仪器主轴的误差，测量结果的可靠性下降；且根据三分之一测量原则仪器设备的测量误差应为被测试件误差的1/31/10，因此圆度仪主轴的径向回转误差对测量结果的影响不容忽略，应从测量数据中将仪器主轴径向误差分离出去。基于信息源变换的误差分离技术：通过测量方法和相应测量装置的适当设计，改变误差分量与有用信号间的组合关系，并从信息源（误差分量与有用信号

4、相混迭的信息源）的不同位置拾取信号；并根据在不同位置处拾取的信号间的联系，建立起误差分量与有用信号间的函数关系，经相应的信号处理，使有用信号与误差分量分开，基于信息源变换的误差分离技术结构模型如图1-3所示。图1-3 基于信息源变换的误差分离技术结构模型三、多步法误差分离实验方法基于信息源变换原理的多步法误差分离方法是通过多路一次附加信息的参照作用，使两不同来源的信号得以分离的过程；具体实施方法为在固定工作台上某点设置采样起始位置，在被测件上某点设置转位标记，传感器相对试件做回转测量。设转位M次，第M次转位位置与初始位置封闭。在初始位置上，测量的信号V(1)为源信息，从第1次转位至第M-1次转

5、位位置上测得的信号为M-1路一次附加信息。每个转位的转角为： 多步法误差分离原理如图1-4所示。图1-4 多步法误差分离原理在每个测量位上，可获得一组仪器主轴信息与被测试件圆轮廓信息相混迭的信号V(i)，建立方程组如下：式中，为传感器拾取的信号；为被测试件的圆轮廓信号；为主轴回转误差信号，对上式进行处理，可分离出主轴径向回转误差和被测试件的圆轮廓信号，即，。多步法误差分离中使用的误差分离转台及测控系统如图1-5所示。图中测角传感器对转台的转角位置进行监测反馈，步进电机驱动主轴回转运动。图1-5 误差分离转台及测控系统结构示意图四、实验步骤1）在Talyrond73型圆度仪主轴中注入专用主轴润滑油，并使主轴匀速旋转若干圈，形成均匀的主轴润滑油膜；2）将被测件置于圆度仪误差分离转台上，并调整被测件截面圆心与仪器回转主轴、误差分离转台主轴同心；3）驱动主轴以6转/分的速度匀速旋转；4）在位置0对被测件进行测量采样，获得测量信号；5）驱动误差分离转台带动被测件转动角度，在该位置再次进行测量，获得测量信号5）同理，在其他位置处，可获得测量信号、，；6）对测量数据进行处理，分离出主轴径向回转误差和被测试件的圆轮廓信号；7）利用最小二乘法(LSC)进行圆度评定（高斯滤波1-50upr），根据获得被测零件圆度值，根据获得主轴圆度误差。五、实验结果及分析圆柱度误差测量结果：3.165m 截面1