王玉田

(哈尔滨博实自动化股份有限公司，黑龙江 哈尔滨 150078)

1 引 言

某大型三轴转台的相交度误差对运动模拟精度的影响较大，其相交度误差要求小于0.5 mm。三轴相交度的测试方法有激光跟踪仪和靶镜测量法[1]，采用工具球法[2]，CCD数字图像法[3]，准直望远镜法[4]，经纬仪加芯棒法[5]，光学法[6]。由于内环轴中空，直径大，宽度小，不能用靶标法，细丝法等进行相交度测试，笔者将利用百分表及设计的检测工装基准圆柱来实现相交度的测试。

2 测试原理

如图1所示，百分表如果与回转轴固联，且回转轴线与基准圆柱确定的轴线平行，可以测量基准圆柱相对于旋转轴线的同轴度误差。由此可以用百分表将标准圆柱的中心与回转轴线的距离测量出来。笔者将设计一个标准圆柱，放置在大型三轴转台的底端，根据三轴转台的外环轴和中环轴处于不同位置时，并将百分表安装在内环轴或中环轴轴端，可以测量此时中环轴或内环轴轴线对基准圆柱的同轴度，最终根据这些同轴度误差可以换算出三轴相交度误差。

假设回转轴轴线相对于圆柱的偏心量为ax、ay，则被测轴旋转至角度α后，测微仪读数为：

d=-axcosα-aysinα+a0

(1)

式中：a0为常值偏差，当被测轴逆时针旋转至0°、90°、180°、270°时，测微仪的读数分别为d1、d2、d3、d4时，则可以消除常值偏差，得到同轴度误差:

(2)

(3)

利用测量同轴度的方法，使外环轴、中环轴处于不同位置时，测量中环轴轴线、内环轴轴线对于基准圆柱的同轴度误差，最终可以换算出三轴相交度误差。

图1 同轴度测试原理示意图

3 测试方法

3.1 中环轴与内环轴的相交度

如图2所示，假设中环轴水平，内环轴铅垂时，设为三轴转台的0位，即三轴均处于0°位置。用水平仪可以测试外环轴的水平度误差，然后调整地脚，使外环轴轴线水平。再将中环轴置于水平状态，用水平仪测量中环轴轴线的水平度误差，调整外环轴位置使中环轴轴线水平，最后调整中环轴位置，使内环轴铅垂。先将百分表表架固联于内环轴上，安装百分表，百分表表头接触基准圆柱的外圆面，随内环轴旋转，旋转内环轴，调整基准圆柱，使基准圆柱与内环轴同轴。然后内环轴旋转至测量0°、90°、180°、270°时，记录百分表的读数p1、p2、p3、p4。调整圆柱时，尽量使4个读数一致，然后固联于底座，并使之在整个测量过程中不动。

图2 内中和内外相关度检测示意图(俯视图)

然后取下表架，将中环轴置于180°位置，再将百分表置于内环轴的另一端，内环轴旋转至0°、270°、180°、90°时，记录百分表的读数q1、q2、q3、q4。

则内环轴与中环轴的相交度误差为：

(4)

3.2 外环轴与内环轴的相交度

取下表架及百分表，将外环轴置于180°，中环轴和内环均轴置于0°，重新安装表架和百分表，内环轴旋转至0°、270°、180°、90°时，记录百分表的读数r1、r2、r3、r4。则内环轴与外环轴的相交度为:

(5)

3.3 外环轴与中环轴的相交度

如图3所示，将外环轴处于90°位置，并用水平仪测试中环轴轴线的铅垂度，调整外环轴位置，使中环轴轴线铅垂，铅垂度误差可以调整到小于2″，图示位置初始位置起，中环轴处于0°、90°、180°、270°，

测得百分表的读数为u1、u2、u3、u4。

再将外环轴处于270°位置，此时中环轴轴线处于另一种铅垂状态，图3中，从初始位置起，中环轴处于0°、270°、180°、90°，测得百分表的读数为v1、v2、v3、v4。则中环轴轴线与外环轴轴线的相交度误差为：

(6)

图3 中外相交度检测示意图(正视图)

3.4 相交度综合

以上测量了中内、内外、中外相交度误差，则三轴相交度为:

(7)

4 测试结果及误差分析

按照上述方法测量的具体数据见表1所列。

表1 三轴相交度测试数据 (×0.01 mm)

根据式(4)和表1的数据，可知测量的内环轴与中环轴相交度为0.015 mm。根据式(5)和表1的数据，测量内环轴与外环轴的相交度为0.205 mm。根据式(6)和表1的数据，测量中环轴与外环轴的相交度为0.045 mm。根据式(7)，三轴相交度误差为：

百分表与标准圆柱的接触位置距离三轴交会中心约为1 m，测量时调整内环轴轴线或中环轴轴线的对于水平面的垂直度为2″，则测量的同轴度误差的不确定度为0.01 mm，百分表的测量不确定度为0.01 mm，则测量的总不确定度为：

5 结 论

通过设计基准圆柱，来引出各个轴线，实现了三

轴转台轴线相交度的测量。

(1) 外环轴0°时，中环轴处于0和180°位置，通过测量内环轴与基准圆柱的同轴度，得出了内环轴与中环轴的相交度误差。

(2) 中环轴0°时，外环轴处于0和180°位置，通过测量内环轴与基准圆柱的同轴度，得出了内环轴与外环轴的相交度误差。

(3) 外环轴分别处于0和180°位置，测量中环轴与标准圆柱的同轴度误差，得出了外环轴与中环轴的相交度误差。

(4) 对误差进行了综合，并进行了测试误差分析。用百分表、水平仪及基准圆柱测量三轴台的相交度误差，测量不确定度可达到0.02 mm。

参考文献：

[1] 王明元，杨连春，余海盛，等.三轴相交度的一种测量方法[J].宇航计测技术，2012，32(2)：15-17.

[2] 孟祥铃, 吴盛林.三轴液压仿真转台三轴相交度测试方法[J].中国惯性技术学报，2004， 12(4)：70-73.

[3] 王振亚，张庆春.基于CCD的三轴转台轴线相交度测量[J].制造业自动化，2011，33(7)：97-100.

[4] 郭益德.两种轴线相交度测量方法的比较[J].航空精密制造技术，2005，41(4)：21-23.

[5] 王明元.三轴相交度的一种测量方法[J].航空计测技术，2002，30(6)：8-10.

[6] 张庆春，梁迎春，张先彤，等.三轴转台轴系相交度误差测量方法的研究[J].中国惯性技术学报，1996，4(3)：80-82.