精密仪器设计总体设计

了解被测控参数的特点 1）了解精度、数值范围（一维、二维、量值范围）、量值性质 （单值、多值）、测量状态（动态、静态）等要求； 2） 按国家标准严格的定义确定仪器工作原理 了解测控参数载体的特点 机械与光学载体居多。要考虑载体的大小、形状、材料、 重量、状态等 了解仪器的功能要求 是静态还是动态、开环还是闭环、一维还是多维、单一参数 还是复合参数、检测效率、测量范围、承载能力、操作方式、 显示方式、自动诊断、自动保护等。 了解仪器的使用条件 室内还是室外、在线还是脱机、间断还是连续、环境状况。
仪器总体设计的最终评估，是以其所能达到的经济指标与技术指标 来衡量，精度与可靠性指标是测控仪器设计的核心问题。
本章共分为七节
第一节 设计任务分析 第二节 创新性设计 第三节 测控仪器设计原则 第四节 测控仪器设计原理 第五节 测控仪器工作原理的选择和系统设计 第六节 测控仪器主要结构参数与技术指标的确定 第七节 测控仪器的造型设计
新方法的创新研究。
对比
测量 原理 图示
光学投影式刀具预调仪
计算机视觉型刀具预调仪
工作 过程
将刀尖到影屏上，采用目视瞄准定
使用CCD摄像机采集被测刀具图像，测量时， 计算机影屏上的十字线自动跟踪刀具切削点， 当刀尖稳定在测量区域后，即已完成测量
优缺 点
光学投影光路的加工及调整复杂， 由人眼控制刀尖对准十字线的微细 调整过程，要求二维光栅数字系统 的导轨必须具备微调机构，增加了 机构设计的难度；而且人眼目视瞄 准的精度低，工作效率差。
息来达到创新构思。
② 在设计的整个过程中采用集多人智慧，互相启发来寻求解决问题的途径； 也可通过有针对性、有系统地提问来激发智慧，寻找解决办法 ③ 通过对现有产品的观察，优缺点分析，或采用数学建模，或采用系统分析
及形态学矩阵的理论分析方法寻求各种解决办法。
举例子说明：采用系统分析方法解决防止螺纹松动的结构措施。
消除了操作者的人为误差，实现了自动化、 数字化、微米级的测量精度。
结论
这种由光学投影式瞄准原理发展为利用计算机视觉系统进行瞄准的创新，开创了 新一代刀具预调仪的发展，也为生产厂家带来了较大的经济利润和社会效益。
一、创新设计思维能力的培养
突破“思维定势”的束缚。人们往往习惯于从已有的经验和知识中，从考虑 某类问题获得成功的思维模式中寻求解题方案，这就是所说的思维定势。要 克服心理上的惯性，从思维定势的框框中解脱出来，善于从新的技术领域中 接受有用的事物，提出新原理、创造新模式、贡献新方法，闯出新局面。 敢于标新立异。创新思维的特点不仅是要突破“思维定势”的束缚，而且要 敢于标新立异，即敢于提出与前人甚至多数人不同的见解，敢于对似乎完美 的现实事物提出怀疑，寻找更合理的解法。 善于从不同角度思考问题，探索多种解法，设想多个可供选择的方案，这样， 成功的几率必然成倍增长。我们称这种思维方法为多向思维或扩散思维。
了解国内外Baidu Nhomakorabea类产品的原理和技术水平 了解国内加工工艺水平及关键元器件的销售情况
设计任务
的分析
第二节
创新性设计
创新是对原设计的继承和发展，我们对现有仪器的原理、功能、特点了解的愈 多，掌握的愈深入，愈容易发现现有仪器的缺陷，从而找到进一步完善和发展的途 径。就测控仪器的总体设计而言,创新设计将体现在:仪器设计所实现的原理、所达 到的功能、所反映出的新方法和新技术等方面。
举例如下:
1）数控加工机床所必备的刀具预调仪（仪器原理上的创新） 2）齿轮全自动误差测量仪（仪器功能上的创新） 解决了齿轮测量参数多、测量仪器复杂、测量精度不高的难题。使一台仪器实现 了多台仪器和量具才能达到的测量功能，体现了设计者在仪器功能上的创新成就。 3）开关（新技术和新方法的创新） 机械式开关是最早的通断控制形式，但其反映的频率低，定位精度差，结构复 杂，惯性大，寿命短。随着科技的发展，人们开发出触摸式、感应式、声控式、光 控式、红外线式等多种新的开关。这些新的开关设计反映出设计者对各种新技术和
为螺母锥形压紧端面锥角之半，通常压紧为平面时 900 ； D M 为螺母压紧
G arctanG 为螺纹摩擦角； d 2为螺纹中径； 式中， F 为螺钉锁紧力； 为螺纹升角；
端面的平均直径。 防止螺纹松动的结构措施，它可以从四个方面考虑：①采用细牙螺纹，使 螺纹升角 减小，则锁紧力矩增大；②采用大牙形角螺纹，使 增大，可使 G
二、创新设计方法的训练
1） 学习，掌握创造学理论的基本思想，掌握创新思维规律，面对来自于自 然界生存压力、社会发展需求压力、经济竞争压力、个人工作压力及自我责任心， 事业心的主客观强大压力，激发出积极、主动创造精神。 2）摸索创新设计的方法和技巧
创新设计的诀窍在于
① 充分依靠现代网络信息资源有针对性的检索相关资料，补充掌握不足的信
M 增大，则锁紧力矩增大；③采用锥形压紧端面（锥角 2 <180°）， 愈小，
愈大，则锁紧力矩增大；④采用摩擦系数 大的材料，则锁紧力矩增大。 这种系统分析的方法，使研究更具科学性，减少盲目性。
第三节
第一节
设计任务分析
测控仪器的设计任务一般有三种情况：
1）设计者根据用户专门的需要，针对特定的测控对象，被测参数
或工作特性来设计专用的仪器。 2）设计者根据目前市场需求，设计开发通用产品和系列产品。在
这种情况下，设计者应对市场需求作广泛的调研，以确定适当的仪
器技术指标，达到以最少的产品系列和较全的仪器功能来覆盖最大 的社会需求。 3）设计者超前预测，设计出先进的新型产品，进行开发性设计。 以上不同情况，对设计任务的分析，其侧重考虑的内容和方面是 不同的。通常，设计任务的分析包括以下内容：
螺钉锁紧力矩公式为
D d M L F 2 tan G M M 2 2
G /cos / 2 为螺纹间摩擦系数； M / sin 为螺母压紧端面时的摩擦系数； 为螺钉、螺母、被连接件（或垫圈）材料的摩擦系数； 为螺纹牙形角；