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回转误差测试中系统噪声分离技术

冯明 周程瑜 张坤 王新杰

冯明, 周程瑜, 张坤, 等 . 回转误差测试中系统噪声分离技术[J]. 北京航空航天大学学报, 2020, 46(4): 666-673. doi: 10.13700/j.bh.1001-5965.2019.0316
引用本文: 冯明, 周程瑜, 张坤, 等 . 回转误差测试中系统噪声分离技术[J]. 北京航空航天大学学报, 2020, 46(4): 666-673. doi: 10.13700/j.bh.1001-5965.2019.0316
FENG Ming, ZHOU Chengyu, ZHANG Kun, et al. Separation technology of system noise in error motion test[J]. Journal of Beijing University of Aeronautics and Astronautics, 2020, 46(4): 666-673. doi: 10.13700/j.bh.1001-5965.2019.0316(in Chinese)
Citation: FENG Ming, ZHOU Chengyu, ZHANG Kun, et al. Separation technology of system noise in error motion test[J]. Journal of Beijing University of Aeronautics and Astronautics, 2020, 46(4): 666-673. doi: 10.13700/j.bh.1001-5965.2019.0316(in Chinese)

回转误差测试中系统噪声分离技术

doi: 10.13700/j.bh.1001-5965.2019.0316
基金项目: 

工业强基工程 TC160A310

详细信息
    作者简介:

    冯明男,博士,教授,博士生导师。主要研究方向:动静压轴承技术、超精密电主轴设计与测试技术、高速同步电机及其控制技术等

    通讯作者:

    冯明. E-mail:mingfeng@me.ustb.edu.cn

  • 中图分类号: TH161.5

Separation technology of system noise in error motion test

Funds: 

Industrial Strong Foundation Engineering TC160A310

More Information
  • 摘要:

    高精度主轴的回转误差和测试系统的噪声常处于同一水平,这极大地影响了用频域三点法测量主轴回转误差的准确性。针对同步误差(SEM),提出了对含噪声信号进行等角度采样重构、集合平均和小波滤波的组合降噪处理方法,提出了根据传感器和被测主轴直径定量确定小波分解层数的方法,经仿真实验证明其具有良好的去噪效果。针对异步误差(ASEM),提出了消除测试系统噪声的方法,研究了圈数对异步误差测试结果的影响规律。此外,搭建了测试系统,验证了所提方法的有效性。

     

  • 图 1  三点法原理示意图

    Figure 1.  Schematic diagram of principle of three-point method

    图 2  仿真信号分离结果

    Figure 2.  Simulated signal separation results

    图 3  仿真信号分离偏差

    Figure 3.  Simulated signal separation deviation

    图 4  转速传感器波形

    Figure 4.  Waveform of speed sensor

    图 5  集合平均处理后含噪声仿真信号分离偏差

    Figure 5.  Noise-containing simulated signal separation deviation after collective average processing

    图 6  小波阈值去噪处理后含噪声仿真信号分离偏差

    Figure 6.  Noise-containing simulated signal separation deviation after wavelet threshold denoising

    图 7  双重滤波处理后含噪声仿真信号分离偏差

    Figure 7.  Noise-containing simulated signal separation deviation after double filtering

    图 8  含噪声仿真信号不同处理方式最大分离偏差对比

    Figure 8.  Maximum seperation deviation comparison of different processing methods for noise-containing simulated signal

    图 9  测试系统组成

    Figure 9.  Composition of test system

    图 10  测试装置

    Figure 10.  Test device

    图 11  转速1×104r/min下误差分离结果对比

    Figure 11.  Comparison of error separation results at rotational speed of 1×104r/min

    图 12  计算圈数对异步误差评价值的影响

    Figure 12.  Influence of counting cycles on ASEM evaluation value

    表  1  仿真信号成分

    Table  1.   Simulated signal components

    信号类型 周期成分
    圆度误差r(t)=1.3cos(ωt)-0.8sin(ωt)+0.16cos(2ωt)+
    0.12sin(2ωt)+0.05cos(3ωt)-
    0.07sin(3ωt)+0.05cos(4ωt)-0.1sin(4ωt)
    回转误差v(t)=0.01cos(ωt)+0.05sin(ωt)-
    0.06cos(2ωt)+0.02sin(2ωt)-
    0.14cos(3ωt)+0.1sin(3ωt)+0.08cos(4ωt)
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    表  2  CDS主要性能参数

    Table  2.   Main performance parameters of CDS

    参数 数值
    量程/μm 250
    分辨率 3×10-5
    带宽/kHz 15
    线性度/% < 0.2
    探芯直径/mm 2
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    表  3  不同转速下回转误差分离结果

    Table  3.   Results of separation of error motion at different rotational speeds

    转速/(104
    r·min-1)
    圆度误差/
    μm
    偏心误差/
    μm
    同步误差/
    μm
    异步误差/
    μm
    1 0.707 1.937 0.087 0.230
    2 0.707 2.045 0.106 0.856
    3 0.704 2.263 0.184 0.891
    4 0.704 2.701 0.189 1.544
    注:表中异步误差按照6σ进行评价。
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    表  4  转速1×104r/min下噪声对误差分离结果的影响

    Table  4.   Effect of noise on error separation results at rotational speed of 1×104r/min

    是否
    去噪
    圆度误差/
    μm
    偏心误差/
    μm
    同步误差/
    μm
    异步误差/
    μm
    0.707 1.937 0.087 0.230
    0.865 1.938 0.166 0.546
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  • [1] ANANDAN K P, OZDOGANLAR O B.A multi-orientation error separation technique for spindle metrology of miniature ultra-high-speed spindles[J].Precision Engineering, 2016, 43:119-131.
    [2] 伍良生, 杨勇, 周大帅.机床主轴径向回转误差的测试与研究[J].机械设计与制造, 2009(1):107-109.

    WU L S, YANG Y, ZHOU D S.Dynamic measurement technology of the spindle motion error of high speed spindle[J].Machinery Design & Manufacture, 2009(1):107-109(in Chinese).
    [3] 李自军, 洪迈生, 魏元雷, 等.精确的频域三点法直线误差分离技术[J].机械设计与研究, 2002, 18(3):54-55.

    LI Z J, HONG M S, WEI Y L, et al.Accurate frequency domain three-point method for straightness error separation[J].Machine Design and Research, 2002, 18(3):54-55(in Chinese).
    [4] FUJIMAKI K, SASE H, MITSUI K.Effects of sensor noise in digital signal processing of the three-point method[J].Measurement Science and Technology, 2008, 19(1):15201.
    [5] 李济顺, 洪迈生.提高圆度误差分离精度的措施[J].计量学报, 1999, 20(2):92-95.

    LI J S, HONG M S.Approaches to improve the accuracy of roundness error separation[J].Acta Metrologica Sinica, 1999, 20(2):92-95(in Chinese).
    [6] 苏恒, 洪迈生, 魏元雷, 等.机床主轴径向误差运动在线检测与信号处理[J].机械工程学报, 2002, 38(6):56-60.

    SU H, HONG M S, WEI Y L, et al.CNC machine spindle radial motion error on-line test and signal processing[J].Chinese Journal of Mechanical Engineering, 2002, 38(6):56-60(in Chinese).
    [7] 王世良.超精密车床主轴回转误差测试系统的研究[D].哈尔滨: 哈尔滨工业大学, 2016: 10-14.

    WANG S L.Research on measurement system of ultra precision in the spindle rotation error[D].Harbin: Harbin Institute of Technology, 2016: 10-14(in Chinese).
    [8] AOKI Y, OZONO S.On a new method of roundness measurement based on the three-point method[J].Journal of Japan Society of Precision Engineering, 1966, 32(12):27-32.
    [9] 韩正桐, 洪迈生, 李自军.三点法圆度误差分离及演化形式与精度分析[J].上海交通大学学报, 2002, 36(9):1225-1227.

    HAN Z T, HONG M S, LI Z J.Three-point method and its variation for roundness error separation and accuracy analysis[J].Journal of Shanghai Jiaotong University, 2002, 36(9):1225-1227(in Chinese).
    [10] 雷贤卿, 李言, 周彦伟, 等.3点法圆度误差分离技术的新算法[J].兵工学报, 2007, 28(1):73-77.

    LEI X Q, LI Y, ZHOU Y W, et al.A new matrix algorithm of three-point method roundness error separation technique[J].Acta Armamentarii, 2007, 28(1):73-77(in Chinese).
    [11] 曹青松, 俞爱兰.高精度转速测量新方法的研究[J].机床与液压, 2010, 38(17):38-40.

    CAO Q S, YU A L.A new method for high precision speed measurement[J].Machine Tool & Hydraulics, 2010, 38(17):38-40(in Chinese).
    [12] 陈钊, 杨现萍, 冯巧宁.等角度重采样在航空发动机振动分析中的应用[J].机械研究与应用, 2015, 28(1):71-73.

    CHEN Z, YANG X P, FENG Q N.Application of equal angle resampling method in aircraft engine vibration analysis[J].Mechanical Research & Application, 2015, 28(1):71-73(in Chinese).
    [13] 张怀, 王广君, 曾旭明, 等.基于FPGA的消噪同步叠加平均算法仿真分析及实现[J].测控技术, 2013, 32(12):13-16.

    ZHANG H, WANG G J, ZENG X M, et al.Simulation analysis and realization of the synchronization overlapping average algorithm for denoising based on FPGA[J].Measurement & Control Technology, 2013, 32(12):13-16(in Chinese).
    [14] 徐志钮.介损在线监测去噪方法的有效性[J].高电压技术, 2015, 41(3):909-917.

    XU Z N.Validity of noise reduction method in dielectric loss on-line monitoring[J].High Voltage Engineering, 2015, 41(3):909-917(in Chinese).
    [15] 王微.基于小波分析和统计理论的核磁共振信号消噪方法研究[D].长春: 长春大学, 2013: 24-30.

    WANG W.Research of the methods about MRS signal denosing based on wavelet analysis and statistical theory[D].Changchun: Jilin University, 2013: 24-30(in Chinese).
    [16] 郑钧, 侯锐锋.小波去噪中小波基的选择[J].沈阳大学学报, 2009, 21(2):108-110.

    ZHENG J, HOU R F.Selection of wavelet base in denoising of wavelet transform[J].Journal of Shenyang University, 2009, 21(2):108-110(in Chinese).
    [17] 朱艳芹, 杨先麟.几种基于小波阈值去噪的改进方法[J].电子测试, 2008(2):18-22.

    ZHU Y Q, YANG X L.Several new methods based on wavelet thresholding denoising[J].Electronic Test, 2008(2):18-22(in Chinese).
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出版历程
  • 收稿日期:  2019-06-18
  • 录用日期:  2019-10-28
  • 网络出版日期:  2020-04-20

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