具体实施方式

为使本发明解决的技术问题、采用的技术方案和达到的技术效果更加清楚，下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分而非全部内容。

如图1所示，本发明实施例提供的基于光机耦合的非接触式轴系回转精度测试方法，包括：

步骤1，搭建非接触式轴系回转精度测试系统。

如图2所示，所述非接触式轴系回转精度测试系统，包括：调整机构2、圆光栅3和测量仪器4。

待测试的轴系1安装在调整机构2底部，所述调整机构2上安装有圆光栅3；所述圆光栅3上方配置测量仪器4。测量仪器4与其他结构不接触，实现非接触式测量。

如图3所示，所述调整机构2，包括：轴系连接板201、光栅安装座202、轴向调整结构204以及径向调整结构203。所述轴系连接板201用于与待测试的轴系1连接，所述光栅安装座202与圆光栅3连接。所述轴系连接板201上在圆周方向均匀设置轴向调整结构204，且轴向调整结构204在轴系连接板201和光栅安装座202之间，轴向调整结构204能够调整轴系连接板201和光栅安装座202的相对位置关系，实现调整圆光栅3的轴向位置。所述光栅安装座202的侧壁在圆周方向均匀分布径向调整结构203，径向调整结构203能够调整圆光栅3的径向位置。

如图4、5所示，所述圆光栅3具有轴向测量基准301和径向测量基准302，轴向测量基准301为圆光栅3的测试表面，能由测量仪器4测试圆光栅表面到测量仪器4的距离。径向测量基准302为圆光栅加工的测试图案，能由测量仪器4测试圆光栅3的径向偏移量。

所述测量仪器4可以采用高精度全自动影像测量仪，能够在线检测轴系1回转运动过程中圆光栅3几何光轴的变动量，即检测圆光栅3的径向晃动量和圆光栅的轴向晃动量。

步骤2，进行轴系非随机回转误差测量。

轴系的非随机回转误差是指轴系在回转过程中出现的具有重复性的轴系晃动、摆动。使用测量仪器4测量时每一周的测试结果保持不变。轴系非随机回转误差测量采用的方法是圆光栅的全圆周连续多圈测量。步骤2的具体过程包括步骤201至步骤202：

步骤201，调整圆光栅3，使圆光栅3的中心调整至与轴系1的回转中心重合，将圆光栅3的平面调整至于轴系1的回转中心线垂直。调整方法如下：

步骤2011，旋转轴系1，使用测量仪器4观察圆光栅3的测试图案，判断圆光栅3在一圈范围内的径向晃动量ΔA和轴向晃动量ΔB。

步骤2012，记录圆光栅3在一圈范围内的径向晃动量的最大值maxA和最小值minA。

步骤2013，记录圆光栅3在一圈范围内的轴向晃动量的最大值maxB和最小值minB。

在本实施例中，圆光栅3作为基准，其加工精度非常高，因此可以计算出：圆光栅3的径向晃动量的最大值和最小值位置位于对侧位置，即两者位置连线经过圆光栅中心；径向晃动量ΔA＝maxA-minA。圆光栅3的轴向晃动量的最大值和最小值位置位于对侧位置，即两者位置连线经过圆光栅中心；轴向晃动量ΔB＝maxB-minB。。

步骤2014，使用调整机构2调整圆光栅3的径向位置和轴向位置：

通过调整机构2的径向调整结构203，调整圆光栅3的径向晃动量，将圆光栅3向中心调整，调整方向为径向晃动量最大值的位置向最小值的位置移动，调整量为(maxA-minA)/2。

通过调整结构2的轴向调整结构204，调整圆光栅3的轴向晃动量，将圆光栅3调整至水平，调整方向为轴向晃动量最大值与最小值的中间位置，调整量为(maxB-minB)/2。

步骤2015，依次重复步骤2011至步骤2014，直至多次调整后使径向晃动量(ΔA＝maxA-minA)为最小值，轴向晃动量(ΔB＝maxB-minB)为最小值，停止调整；即已经调整至理想的状态，无法调整至更理想状态的原因是由于轴系存在的非随机误差引起的。

本步骤调整后再次测量，再次测试，再次调整，提高调整的精度。理想的轴系1在使用此方法调整圆光栅3位置后，当圆光栅3的径向晃动量的最大值和最小值、轴向晃动量的最大值和最小值应趋于相同。即使不同，圆光栅的径向晃动量、轴向晃动量也应在数值上连续变化，即由最大值连续变化至最小值，再由最小值连续变化至最大值，如此反复。当出现非连续变化时，则表明轴系非理想轴系，存在轴系回转误差。

步骤202，计算轴系非随机回转误差。

步骤2021，计算轴系的轴向回转误差。

取一次轴系1在调整后的测试数据即轴向晃动量数据，沿圆周方向记录测试点的数据，利用测试点的数据拟合平面，再计算测试点距离拟合平面的正向距离maxC，和负向距离minC。由此计算出轴系1的轴向回转误差为：maxC-minC。

在本实施例中，拟合平面的算法例如最小二乘法。

步骤2022，计算轴系的径向回转误差。

取一次轴系1在调整后的测试数据即径向晃动量数据，沿圆周方向记录测试点的数据，利用测试点的数据拟合圆弧，再计算测试点距离拟合圆弧的正向距离maxD和负向距离minD。由此计算出轴系1的轴向回转误差为：maxD-minD。

在本实施例中，拟合圆弧的算法例如最小二乘法。

步骤3，进行轴系随机回转误差测量。

轴系1的随机回转误差是指轴系1在回转过程中出现的无规律的晃动、摆动。使用测量仪器4测量时，每一周的测试结果不相同，同一圆周位置上多次测量的结果也不同。轴系随机回转误差的测试方法是采用对全圆周范围内的多个测试点分别进行多次测量。具体过程如下：

步骤301，在圆光栅3的一圈范围内选取多个测试点，使用测量仪器4在每一个测试点进行多次测量，记录每一个测试点的轴向变化量Δa和径向变化量Δb。

步骤302，确定轴系1随机回转误差：将轴向变化量的最大值作为轴系1的轴向回转误差，将径向变化量的最大值作为轴系1的径向回转误差。

轴系1的轴向回转误差为：max(Δa)；

轴系1的径向回转误差为：max(Δb)；

如果是理想轴系，每一个测试点重复测量时的轴向和径向变化量应该保持不变，即Δa＝0，Δb＝0。产生变化量是由于轴系随机回转误差引起的。

本发明的基于光机耦合的非接触式轴系回转精度测试方法，以安装在轴系1上的高精度的圆光栅3作为测量基准，在光栅回转运动过程中，使用高精度全自动影像测量仪等高端装备在线检测轴系回转运动过程中圆光栅几何光轴的变动量，即检测圆光栅的径向晃动量和圆光栅的轴向晃动量，来评价柔性轴系的回转精度。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。