测控仪器设计

面内的距离d
二、变形最小原则及措施(力)
1 4
2
3
二、变形最小原则及措施(力)
1)、尾座有倾角Δθ :
• 对零时： 1 2ns d L1
一、设计任务分析与创新点的构思
END：第一节 设计任务分析与创新点的构思
第二节 测控仪器设计原则
一、阿贝(Abbe)原则及其扩展
对于直线尺寸测量仪器的设计， 1890年阿贝提出一条指导性 的原则：
阿贝原则
一、阿贝(Abbe)原则及其扩展
Abbe原则：
•为使量仪能给出正确测量 结果，必须将仪器的读数 刻线尺安放在被测尺寸线 的延长线上 •被测零件的尺寸线和仪器 中作为读数用的基准线 （刻线基准）应顺序排成 一条直线
进行了补偿， ∵ ΔL=S1S2,h=f 误 差 自 动消失
一、阿贝(Abbe)原则及其扩展
（二）激光两坐标测量仪中监测导 轨转角与平移的光电补偿方法
一、阿贝(Abbe)原则及其扩展
一、阿贝(Abbe)原则及其扩展
高精度激光小角度测量法
补偿的实质 是使θ=0
一、阿贝(Abbe)原则及其扩展
测量符合Abbe原理 平面转角用补偿来消除 典型的光机电算一体化仪器 系统比较复杂
重量=测量头架+工件 变形 尾座轴线有5”倾角时的误差：


5

2
1 105

200
103
m

5m
二、变形最小原则及措施(力)
①固定角隅棱镜与尾座固连在一起 ②固定角隅棱镜的锥顶安放在尾杆的轴线
离底座导轨面等高的同一平面内 ③可动角隅棱镜的锥顶位于测量主轴的轴
心线上（符合阿贝原则） ④尽可能减小固定角隅棱镜和尾杆在水平
一、阿贝(Abbe)原则及其扩展
（三）以动态准直仪来检测导轨摆角误 差的电学补偿方法(实时补偿概念， 计数器直接补偿)
补偿的实质 是动态修正
一、阿贝(Abbe)原则及其扩展
（四）平直度测量过程中的阿贝误 差补偿
布莱恩：“平面度测量系统的工 作点应该位于垂直于滑块移动方 向的，并通过测量点的方向线上”
第三章 测控仪器总体设计
第三章测控仪器总体设计
概述 第一节 设计任务分析与创新点的构思 第二节 测控仪器设计原则 第三节 测控仪器设计原理 第四节 工作原理选择和系统设计 第五节 测控系统主要结构参数与技术 指标的确定 第六节 测控仪器的造型设计
概述
总体设计考虑的主要问题：
①设计任务分析与创新点的构思 ②测控仪器若干设计原则的思考和讨论 ③测控仪器工作原理的选择和系统设计 ④测控系统主要结构参数与技术指标的确定 ⑤测控仪器造型设计
• 温度变化引起仪器或传感器结构 参数变化，导致光电信号的零点 漂移及系统灵敏度变化
要求仪器变形要小
二、变形最小原则及措施
（一）减小力变形影响的技术措施
机一 米 激 光 测 长

二、变形最小原则及措施(力)
测量步骤1 测量步骤2
+工件重量
二、变形最小原则及措施(力)
1 3
二、变形最小原则及措施(力)
一、阿贝(Abbe)原则及其扩展
（一）Eppenstein光学补偿方法
• 用硬件来实现补偿：结构布局来实现误 差补偿
一、阿贝(Abbe)原则及其扩展
（一）Eppenstein光学补偿方法
一、阿贝(Abbe)原则及其扩展
高精度测长机
• 不符合Abbe原则 • 瞄准视场中出现相同
偏移 • 再次瞄准即在运动中
举例2：Abbe比较仪
2

d

d

d
(1
cos)

d 2
2
第二点瞄准
第二点读数
一、阿贝(Abbe)原则及其扩展
参数计算误差：
2

d

d

d

(1

cos )

d 2
2
2
20mm 0.0003 2 2
9107 (mm)
一、阿贝(Abbe)原则及其扩展
为什么Abbe比较仪的误差小？ 比较两个误差公式：
一、阿贝(Abbe)原则及其扩展
举例1：游标卡尺
1 s tan
当s 30mm ， 1'时：1 0.009mm
一、阿贝(Abbe)原则及其扩展
举例2：Abbe比较仪
标准
被测
一、阿贝(Abbe)原则及其扩展
举例2：Abbe比较仪
一、阿贝(Abbe)原则及其扩展
所有的仪器都遵守Abbe了吗？ 没有！不适合Abbe原则的情况
• 外观尺寸过大 • 多自由度测量仪器
思考
一、阿贝(Abbe)原则及其扩展
• 一次误差和二次误差的几何意义
• 想一想你知道的符合Abbe原则的 测量器具、仪器或方法
一、阿贝(Abbe)原则及其扩展
Abbe原则的扩展 • 标尺与被测量一条线 • 若做不到，则应使导轨没有角运动 • 应跟踪测量算出偏移加以补偿
一、阿贝(Abbe)原则及其扩展
（四）平直度测量过程中的阿贝误 差补偿
布莱恩：“…若做不到在方向线 上，则应使导轨没有角运动”
针对三座标机等测量直线度
一、阿贝(Abbe)原则及其扩展
一、阿贝(Abbe)原则及其扩展
（五）遵守阿贝原则的传动部件设计
讨论
一、阿贝(Abbe)原则及其扩展
1 s tan s
2

d

d

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(1

cos )

d 2
2
一、阿贝(Abbe)原则及其扩展
误差和倾斜角成一次方关系，习惯上 称为一次误差
误差和倾斜角成二次访关系，习惯上 称为二次（微小）误差
遵守阿贝原则可消除一次误差，而仅 留有二次微小误差
一、阿贝(Abbe)原则及其扩展
• 测量孔径时遵守Abbe原则的困难
思考：
一、阿贝(Abbe)原则及其扩展
左图正确 设置为什 么是正确
的？
二、变形最小原则及措施
二、变形最小原则及措施
变形最小原则：尽量避免在仪器 工作过程中，因受力变化或因温 度变化而引起的仪器结构变形或 仪器状态和参数的变化
二、变形最小原则及措施
• 仪器承重变化，引起仪器结构变 形而产生测量误差
第一节 设计任务分析与创新点的构思
一、设计任务分析与创新点的构思
一、设计任务分析
㈠ 参数特点 ㈡ 参数载体（测控对象） ㈢ 功能要求 ㈣ 使用条件 ㈤ 国外现状 ㈥ 国内现状
一、设计任务分析与创新点的构思
二、创新点的构思
• 三坐标测量机侧头的改进例子 • 体积缩小、Abbe误差减少
一、设计任务分析与创新点的构思