精密仪器设计19总结

1-1 概述 1-2 精密仪器的重要性和展望 1-3 精密仪器的设计要求和流程 1-4 精密仪器结构组成
解决问题
1、为何是“精密”？ 2、发展过程？ 3、关键技术？ 4、结构？
相关技术展望 精密仪器设计要求和流程
3、关键技术？
光机电——精密仪器研究的技术内容
技术
作用
机械系统，不仅是仪器各部分的支撑，而且对保证仪器
/减小？
二、误差的传递分析计算方法
局部误差的计算
微分法、几何法 作用线与瞬时臂方法 数字逼近法、矢量法 经验估算法、实验测试法
误差传递函数
三、仪器误差的综合
——将局部误差合成为仪器总误差。
误差的性质：已定系统误差 e1ki m e1i
i 1
未定系统误差
e2eia

m

e2i
i 1
随机误二差、分配 ——误差分配
随机误三差、调整 ——评价、调整、重分
系+四随、补偿 ——调整参数、校数据
系+五随、校验 ——误差合成、评价 误差i
第三章 精密仪器总体设计
教学要求：了解精密仪器设计的基本原则，掌
握精密仪器的设计原理和总体设计内容，熟悉精 密仪器的总体设计过程。
教学内容
3-1 总体设计的相关知识 3-2 总体设计内容 3-3 总体设计举例
3
光学
利用各种光学原理，实现对被测量的转换、放大、投影、 显示、传输。
精密仪器八大功能部件
部件 1 基准部件 2 感受转换 3 转换、放大传输 4 瞄准、读数 5 数据处理 6 显示、记录 7 驱动控制 8 机械结构
读数显 微镜
线纹 尺
支 架
瞄准显微 镜 被测件 工作 台
第二章 仪器的精度理论
教学要求：了解精度理论的基本概念、掌握精度
随机误差δ i
n
i2
i 1
ea t
m ( e2i )2 i1 ti
U k

2 ea
2

e1i t
m ( e2i )2 n (i )2
i1 ti
i1 ti
精度设计——总误差的合理分配
总体误差
精度分析
总系统误一差、分析 ——误差计算、评定
100mm刻尺
反射镜M1 透镜N1
头座、尾座、刻尺面，构成测量光路
尾座 h
举例：1m激光测长机
测量头架 工作台
干涉仪厢体
电机与变速箱 闭合钢带
电磁离合器
底座
固定角隅棱镜 尾杆
激光器 测量主轴 可动角隅棱镜
分光器
第二节 总体设计内容
1、工作原理的设计
2、系统设计 ——主要结构方案
3、主要参数和技术指标的—确—定标准器
（2）信号转换与传输原理（或方式）的选择
（3）数据处理装置选择
（4）显示装置选择
（5）运动方式选择
（6）控制方式选择
第四章 精密仪器机械系统的设计
了解精密仪器常用的机械机构(传动机构、导 向机构、执行机构)的作用、组成、特点及设计方 法。掌握精密仪器常用的传动机构、导向机构、执 行机构的结构分析方法。
精密仪器设计
教 师: 王智宏 专 业: 测控技术与仪器
课程概况
性质：必修（48学时，包括10学时的3个实验） 特点：侧重于光、机、电、算系统的原理。 任务：掌握精密仪器的基本工作原理、主要技
术和设计方法，培养综合运用所学知识与技 术进行光机电一体化仪器设计的能力。
要求及考核
• 2个本：笔记（+课上练习） 作业（+习题）
4、系统简图的绘制
信号转换与传输 数据处理
5、总体布局的考虑 6、总体精度的分配
显示存储 运动及控制 机械
7、造型设计
（瞄准读数）
8、总体设计报告
二、系统设计
——仪器主要结构方案的确定
（1）标准器（基准器）的选择
1、基准部件 2、感受转换部件 3、转换、放大传输 部件
4、瞄准、读数部件 5、数据处理部件 6、显示、记录部件 7、驱动控制部件 8、机械结构部件
二、设计原则
1、 阿贝原则*
2、最小变形原则*
3、测量链最短原则
4、坐标系基准统一原则
5、精度匹配原则
6、经济原则
要求：
6个原则的理解
三、设计原理
1、平均读数原理 2、比较测量原理 3、补偿原理
要求： 3个原理的应用举例
尾座
光源
1m测长机
头座
光学计管
读数显微镜
双线分划板 （0~9）
反射镜M2 透镜N2
机械系统
利用力学原理，由零部件组装成，可以运转，用来 代替人的劳动、作能量变换或产生有用功的装置。
仪器机构
1、比长仪 2、立式光学计 3、球径仪（平板测微器） 4、爱彭斯坦1m测长机 5、激光干涉测长机 6、杠杆齿轮测微器 7、光栅扫描机构 8、小型压力机 9、杠杆式位移缩小工作台 10、丝杠-弹簧缩小工作台 11、测量显微镜 12、精密工作台
第一章 精密仪器概论
了解精密仪器特点、内容、分类、设 计要求及仪器的组成结构。
第三节 仪器的精度分析
总体误差
合成 影响 来源
三个问题： 一、有哪些误差来源？ 二、如何进行误差的传递分析计算？ 三、如何进行误差的综合？
误差i
精度分析——误差的来源
仪器的存在过程
设计—— 1、原理误差 制造—— 2、制造误差 使用—— 3、使用误差
4个问题： 1、如何确定？
2、如何产生？ 3、是何性质？ 4、如何避免/消除
• 成绩（Fra Baidu bibliotek00）： 1、平时：20 2、实验：30 3、期末考试：50（侧重分析、设计）
知识点
1、8大功能部件 2、精度分析 3、精度设计 4、阿贝原则 5、最小变形原则 6、8步总体设计 7、机械运动简图 8、传动比/系数 9、机械结构分析 10、步进电机控制及细分原理 11、开环伺服系统设计 12、光栅、透镜方程 13、显微镜、望远镜原理 14、光栅扫描分光原理 15、激光干涉测长仪
分析和精度设计的步骤和方法。
仪器的精度理论是研究仪器精度的重要理论依据， 它包括两大内容：
1、精度分析 2、精度设计
教学内容
2-1 精度理论的基本概念 2-2 误差的处理和评定 2-3 * 仪器的精度分析 2-4 * 仪器的精度设计
精度分析
总体误差 合成 影响 来源 误差i
精度设计
误差i 调补校 分配 分析 总体误差
1 机械 的测量精度、定位精度和运动精度起着关键作用。精密
仪器的测量控制对象也通常为机械结构的运动量。
实现信号的转换、传输、放大。包括： ①测量电路：信号的转换。
2
电子
②计算机控制：信号的处理分析，并在此基础上的自动 控制（发出控制指令）。
③伺服驱动，是电子与机械部分的接口，按控制指令的 要求去控制被控对象实现预定的动作。