JJF(黑)05-2014 单多轴计量转台校准规范.pdf
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1、黑 龙 江 省 地 方 计 量 技 术 规 范 JJF(黑)05-2014 单/多轴计量转台校准规范 Calibration Specification for Single/Multi Shafts Measurement Turntable 2014-08-12 发布 2014-09-01 实施 黑龙江省质量技术监督局 发 布JJF(黑)052014 单/多轴计量转台校准规范 Calibration Specification for Single/Multi Shafts Measurement Turntable 归 口 单 位:黑龙江省质量技术监督局 主要起草单位:哈尔滨工业大学 黑
2、龙江省计量检定测试院 本规程由黑龙江省质量技术监督局负责解释 JJF(黑)052014JJF(黑)052014 本规范主要起草人:谭久彬(哈尔滨工业大学)韩正阳(国家量仪产品质量监督检验中心)赵 勃(哈尔滨工业大学)王 雷(哈尔滨工业大学)JJF(黑)052014 目 录 引 言.()1 范围.(1)2 引用文件.(1)3 术语和定义.(1)3.1 倾角回转误差.(1)3.2 径向回转误差.(1)3.3 轴向回转误差.(1)4 概述.(1)5 计量特性.(2)5.1 同心度误差.(2)5.2 主轴角回转误差.(2)5.3 主轴径向回转误差.(2)6 校准条件.(2)6.1 环境条件.(2)6.
3、2 校准项目和其他设备.(3)7 校准项目和校准方法.(3)7.1 校准项目.(3)7.2 校准方法.(3)8 校准结果的表达.(9)9 复校时间间隔.(9)附录 A 单/多轴计量转台角位置定位误差测量结果不确定度评定.(10)附录 B 校准证书内容.(12)附录 C 校准证书内页格式.(13)JJF(黑)052014 引 言 本规范经查询未见“单/多轴计量转台”的国际建议或国际标准,本规范的主要性能指标参考国家标准“GJB1801-93 惯性技术测试设备主要性能试验方法”及黑龙江省地方标准“DB23/T 1542-2014 精密单轴气浮轴角测量转台技术基本要求”、“DB23/T 1543-2
4、014 精密多轴气浮轴角测量转台技术基本要求”。本规范为首次制定文件。JJF(黑)052014 1 单/多轴计量转台校准规范 1 范围 本规范适用于气浮主轴回转误差不小于(0.12)m,角位置定位误差不小于(150)的单/多轴计量转台的校准。2 引用文件 本规范引用下列文件JJF 10012011 通用计量术语及定义 JJF 10592012 测量不确定度评定与表示 JJF 10942002 测量仪器特性评定 GJB 1087-93 单轴伺服转台通用规范 GJB 1801-93 惯性技术测试设备主要性能试验方法 DB23/T 1542-2014 精密单轴气浮轴角测量转台技术基本要求 DB23/
5、T 1543-2014 精密多轴气浮轴角测量转台技术基本要求 凡是注明日期的引用文件,仅注日期的版本适用于本规范;凡不注日期的引用文件,其最新版本(包括所有的修改单)适用于本规范。3 术语和定义 本规范采用 JJF1001、GB/T 17163 中的术语和定义及下列术语和定义,其中部分术语和定义如下:3.1 倾角回转误差 angular error motion 回转轴线相对于回转轴线平均线的倾角变化量。3.2 径向回转误差 radial error motion 回转轴线相对于回转轴线平均线的径向变化量。3.3 轴向回转误差 radial error motion 回转轴线相对于回转轴线平均
6、线的轴向变化量。4 概述 单/多轴计量转台是具有高精度角度基准和回转基准的通用设备,用于精密加工制造、国防、航天等领域中作为高精度传感器、卫星相机等空间位置的标定及测试。其结构形式如图 1 所示。计量转台的轴系结构包括机械轴承、静压气浮和液压等,其中基于JJF(黑)052014 2 123123456静压气浮轴承结构的轴系精度相对最高。计量转台一般由机械系统和控制系统两大部分组成。单轴计量转台的主轴采用静压气浮轴承支撑,绕竖直方向回转,如图 1 a)所示,工作台面与主轴连接;多轴计量转台包含两个或两个以上回转轴,以 3 轴计量转台为例,如图 1 b)所示,垂向主轴采用静压气浮轴承支撑,绕竖直方
7、向回转。水平轴 1 和水平轴2 相互垂直,采用静压气浮轴承或机械轴承支撑。控制系统用于控制各个转轴运动,根据需求实现角位置控制及定位功能。a)单轴计量转台结构b)三轴计量转台结构 1-台面,2-轴承,3-主轴 1-垂向主轴,2-轴承,3-水平轴 1,4-水平轴承 1,5-水平轴 2,6-水平轴承 2 图 1 单轴和三轴转台结构示意图 5 计量特性 对于单/多轴计量转台特性见表 1。表 1 单/多轴计量转台的计量特性 技术指标单轴计量转台多轴计量转台倾角回转误差()10 20 径向回转误差(m)1 2 轴向回转误差(m)2 3 轴线垂直度()50 角位置测量误差()20 30 角位置测量重复性(
8、)10 15 角位置定位重复性()20 30 角位置定位误差()30 50 6 校准条件 6.1 环境条件 JJF(黑)052014 3 6.1.1 温度:室内温度应在 202 范围内,一次测量中空气温度变化不超过 0.5。6.1.2 湿度:室内相对湿度范围应在 40%-60%。6.1.3 电源电压的波动为额定值10%范围内。6.2 校准项目和其他设备 校准项目及其他设备见表 2。表 2 单/多轴计量转台校准项目及其他设备 序号校准项目测量标准和其他设备1 倾角回转误差光电自准直仪:MPE0.1,分辨力0.01 2 径向回转误差电感传感器:MPE20nm,分辨力2nm 标准玻璃半球:圆度优于2
9、0nm 3 轴向回转误差电感传感器:MPE20nm,分辨力2nm 平面平晶:MPE30nm 4 角位置测量误差光电自准直仪:MPE0.1,分辨力0.01 23面棱体:MPE0.1 5 角位置测量重复性6 角位置定位误差7 角位置定位重复性8 轴线垂直度光电自准直仪:MPE0.1,分辨力0.01 双面反射镜:MPE35nm 平面反射镜:MPE35nm 7 校准项目和校准方法 7.1 校准项目 校准项目见表 1。7.2 校准方法 首先检查单/多轴计量转台的外观和各部分相互作用,确定没有影响计量特性因素后再进行校准。7.2.1 倾角回转误差 采用分辨力 0.01、最大允许误差0.1的光电式光电自准直
10、仪对单/多轴计量转台主轴倾角回转误差进行检验。在工作台面上或被测主轴端面位置处安装一可调整的平面镜。光电自准直仪和单/多轴计量转台被测轴基座放置在同一隔振基础上。调整光电自准直仪位置使光轴与被测轴线初步对准,参见图 2。旋转被测轴,调整镜面与轴线垂直(即光管分划板十字交点在旋转一周内的变化量尽量小)。JJF(黑)052014 4 1-被测轴系,2-平面镜,3-工作台,4-光电自准直仪,5-隔振基础图 2 倾角回转误差校准方法 被测轴按 5间隔旋转一周,被测轴角位置=i5,i=1,72。记下被测轴在各相应角位置上光管水平坐标 x 向的读数,记为 Wxi。再将光管绕光管轴线转 90,记下被测轴在各
11、相应角位置上光管垂直坐标 y 向的读数,记为 Wyi。测量值 Wxi,Wyi是被测轴转角位置的以 2 为最小正周期的周期函数。数据处理方法是先将测量值 Wxi,Wyi分别展开成傅氏级数,然后扣除光电自准直仪零位误差和平面镜与旋转轴线安装不垂直形成的零次和一次谐波分量即可得到角回转误差的两个直角坐标分量 Wx1,Wy1,合成两分量的 W1。a.将周期函数Wxi、Wyi展开傅式级数01cossin2xxixkxkiaWakbk(1)01cossin2yyiykykiaWakbk(2)式中:i=1,72 k 为一次项傅氏系数;零次和一次傅氏系数为 ax0、ay0和 ax1、bx1、ay1、by1,单
12、位:()。012anxxiiWn(3)112acosnxxiiWn(4)112sinnxxiibWn(5)012nyyiiaWn(6)112cosnyyiiaWn(7)112sinnyyiibWn(8)b.剔除安装误差从傅氏级数中剔除光电自准直仪零位和平面镜与轴线安装不垂直造成的零次和一次谐波分量,得到倾角回转误差的两个正交分量 Wx1,Wy1 Wx1=Wx1ax0 ax1 cosbx1sin(9)JJF(黑)052014 5 Wy1=Wy1ay0 ay1cosby1sin(10)c.倾角回转误差计算(11)则倾角回转误差为 W=Wi max(12)7.2.2 径向回转误差 标准玻璃半球安装在
13、单/多轴计量转台被测轴上,将球心调整到轴线上,将电感传感器测头调整到标准玻璃半球靠近直径处的环带上,如图 4 所示,转台匀速旋转,电感传感器等间隔采样,转台旋转 1 周电感传感器采样点数大于等于 1024,对采样值进行滤波、消偏心及最小二乘圆度评定。评定得到的圆度值即为轴系径向回转误差。1-转台,2-电感传感器,3-标准玻璃半球 图 3 径向回转误差校准方法 将采样数据z(n)进行高斯滤波计算,采样点对应离散化后的高斯滤波器权函数:2(/)()dcn NHne(13)n谐波波数;Nc截止波长,取决于传感器测头直径与被测件直径的比值;log20.4697;对采样点进行傅里叶变换 12/0()()
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