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仪器精度理论总结报告姓 名： 学 号： 学 院： 专 业： 类 别： 上课时间： 2 2015 年 月 日 报告一 误差分离法误差分离是指从所测信号中分离并去除由测量系统引入的影响测量精度的信号分量，从而得到所要测量的准确信号。在几何量测量中有时测量数据是两个或两个以上被测量误差的综合，因此需要进行误差分离后进行误差修正。在形状误差的测量中，就常用到误差分离法。一 误差分离技术 误差分离技术最初应用于圆度误差的测量，是指从传感器测得的信号中分离并除去圆度仪的主轴回转误差对测量结果的影响。随着高精度圆度测量技术的发展，误差分离技术也得到了不断的发展，并引入到主轴回转误差的测量中。在主轴回转误差的测量中，误差分离技术则要从传感器测得的信号中分离并除去被测件的形状误差、安装偏心误差，从而得到精确主轴的回转误差信号。主轴回转误差测量的误差分离技术与圆度测量误差分离技术相比，保留和去除的信号正好相反，但它们实质工作却是相同的，都是对混入了主轴回转误差和形状误差信号进行处理。国内外学者已经提出了很多误差分离的方法，各种方法有不同的优缺点和适用场合。概括起来讲，应用的较多的主要有反向法、多点法、多步法等。其它的很多误差分离方法都是建立在这三种误差分离方法基础之上的。二 典型误差分离法2.1 反向法 图2.1为反向法测量的基本原理图。T为从传感器测头，其测得的信号T()在去除了偏心误差之后包括两部分，主轴的回转误差R()，标准球的圆度误差S()。 图2.1反向法测量的原理图 反向法是一种完全的误差分离方法，能简单。但是，反向法要求系统的重复性好，所要求的相位。达到很高的分离精度，并且需要的实验设备并且要转测头和标准球，转后不易保证对准。2.2 三点法 多点法最常见的是三点法。图2.2为其测量原理图 图2.2 三点法测量的原理图 多点法要求使用多个传感器同时采集数据，多个传感器必须以同一原点为圆心成一精确的确定角度布置，这就要求机械装置有较高的加工精度，同时对传感器的装火、调试提出了较高的要求。另一方面，多个传感器之间的性能差异要尽量接近，否则也会对高精度的测量结果产生较大的影响，谐波抑制是多点法误差分离技术不可避免的一个现象。如果几个传感器均匀布置，低阶谐波将被抑制;相反，如果几个传感器非均匀布置，低阶谐波抑制现象将减轻，但却仍不能把形状误差与回转误差完全分离。人们研究使用四个或更多的传感器采集数据进行多点法误差分离，以图减少谐波抑制，但是额外增加的传感器使得数据的处理变得更复杂，同时多个传感器带来的安装对心、精确的角度布置、传感器性能之间的差异问题同样会降低误差分离结果的精度。三点法适应于动态回转误差的测量但是需要同时使用三个传感器，对硬件要求高，而且三个传感器需要互成一定的角度进行安装，对安装提出了很高要求，几乎很少被使用。2.3 多步法多步法又叫全周等角多步转位法。如图2.3所示，固定一个传感器在被测球的一个位置，然后旋转标准球，使其匀速转动，传感器整周均匀的采集数据，每个数据包括主轴的回转误差和标准球的圆度误差。 图2.3多步法测量的原理图对多步法测量的数据取平均值并不能将主轴径向回转误差完全从混合了形状误差的信号中分离出来，因为圆度误差信号中是多步法步数的整数倍阶次的谐波会混入到主轴回转误差;同样，用多步法求出的圆度误差也会损失多步法步数的整数倍阶次的谐波成分，造成谐波抑制损失。但对于有较高圆度误差的主轴或者工件来说，高阶的形状误差分离的幅值已经相当小，甚至达到几个纳米，因此多步法仍然能应用于纳米级的误差分离。多步法的优点是只使用一个传感器，因此不需要保证几个传感器安装的相对位置;缺点是需要工件多次转位安装，各组数据测量也是不连续的，因此它更加需要主轴具有良好的重复性和系统状态的一致性。报告二 三坐标测量机的原理 三坐标测量机（CoordinateMeasuringMachining，简称CMM）是一种三维尺寸的精密测量仪器，主要用于零部件尺寸、形状和相互位置的检测。是基于三坐标测量原理，即将被测物体置于三坐标测量机的测量空间，获得被测物体上各测点的坐标位置，根据这些点的空间坐标值，经过数学运算，求出被测的几何尺寸、形状和位置，来判断被测产品是否达到加工图纸所标国标公差的范围内。又称三坐标测量仪或三次元。 三坐标测量机在机械、电子、仪表、塑胶等行业广泛使用。三坐标测量机是测量和获得尺寸数据的最有效的方法之一，因为它可以代替多种表面测量工具及昂贵的组合量规，并把复杂的测量任务所需时间从小时减到分钟，这是其它仪器而达不到的效果。 三坐标测量机按照结构形式分类可分为移动桥式结构、固定桥式结构、龙门式结构、悬臂式结构、立柱式结构等等。 图1.1 三坐标测量机构造图一 测量原理 三坐标测量机是测量和获得尺寸数据的最有效的方法之一，因为它可以代替多种表面测量工具及昂贵的组合量规，并把复杂的测量任务所需时间从小时减到分钟。三坐标测量机的功能是快速准确地评价尺寸数据，为操作者提供关于生产过程状况的有用信息，这与所有的手动测量设备有很大的区别。将被测物体置于三坐标测量空间，可获得被测物体上各测点的坐标位置，根据这些点的空间坐标值，经计算求出被测物体的几何尺寸、形状和位置。 任何形状都是由空间点组成的，所有的几何量测量都可以归结为空间点的测量，因此精确进行空间点坐标的采集，是评定任何几何形状的基础。 三坐标测量机的基本原理是将被测零件放入它允许的测量空间，精确的测出被测零件表面的点在空间三个坐标位置的数值，将这些点的坐标数值经过计算机数据处理，拟合形成测量元素，如圆、球、圆柱、圆锥、曲面等，经过数学计算的方法得出其形状、位置公差及其他几何量数据。 三坐标测量仪可定义为“一种具有可作三个方向移动的探测器，可在三个相互垂直的导轨上移动，此探测器以接触或非接触等方式传送讯号，三个轴的位移测量系统(如光学尺)经数据处理器或计算机等计算出工件的各点坐标(X、Y、Z)及各项功能测量的仪器”。三坐标测量仪的测量功能应包括尺寸精度、定位精度、几何精度及轮廓精度等。 三坐标测量机的基本操作是对“点”的测量，测量点的基本过程如下： 图1.2 三坐标测量机测量点的过程 从以上可以看出三坐标测量机的基本原理就是通过探测传感器（探头）与测量空间轴线运动的配合，对被测几何元素进行离散的空间点位置的获取，然后通过一定的数学计算，完成对所测得点（点群）的分析拟合，最终还原出被测的几何元素，并在此基础上计算其与理论值（名义值）之间的偏差，从而完成对被测零件的检验工作。从原理上讲，它可以测量任何工件的任何几何元素的任何参数。报告三 现代仪器分析 仪器仪表工业是信息工业，是信息的源头，是认识世界的工具，是人们用来对物质(自然界)实体及其属性进行观察、监视、测定、验证、记录、传输、变换、显示、分析处理与控制的各种器具与系统的总称，其实质是研究信息的获取、处理和利用。仪器仪表发展至今已成为一门独立的学科，即仪器科学与技术，而现代精密仪器则是仪器科学与技术的一个重要组成部分。 当今科学仪器技术最引人注目的发展是在生物、医学、材料、航天、环保、国防等直接关系到人类生存和发展的诸多领域中，研究的尺度深入到介观(纳米)和微观；仪器的研制和生产趋向智能化、微型化、集成化、芯片化和系统工程化；利用现代微制造技术(光、机、电)、纳米技术、计算机技术、仿生学原理、新材料等高新技术发展新式的科学仪器已经成为主流，为精密仪器设计提出了新的研究课题。随着科学技术的进步，特别是微电子技术、宇航工业、材料科学、生物工程等的发展，使精密仪器已进入亚微米、纳米级的新时代，为精密仪器提供了广泛的研究领域。以下将介绍几种精密仪器；一 激光测距仪 激光测距仪，是利用激光对目标的距离进行准确测定的仪器。激光测距仪在工作时向目标射出一束很细的激光，由光电元件接收目标反射的激光束，测定计测定激光束从发射到接收的时间，计算出从观测者到目标的距离。激光测距仪重量轻、体积小、操作简单速度快而准确，其误差仅为其它光学测距仪的五分之一到数百分之一。 激光测距仪是利用激光对目标的距离进行准确测定的仪器。激光测距仪在工作时向目标射出一束很细的激光，由光电元件接收目标反射的激光束，计时器测定激光束从发射到接收的时间，计算出从观测者到目标的距离。若激光是连续发射的，测程可达40公里左右，并可昼夜进行作业。若激光是脉冲发射的，一般绝对精度较低，但用于远距离测量，可以达到很好的相对精度。1.1 测量原理1）.利用红外线测距或激光测距的原理测距原理基本可以归结为测量光往返目标所需要时间，然后通过光速c =299792458m/s 和大气折射系数n 计算出距离D。由于直接测量时间比较困难，通常是测定连续波的相位，称为测相式测距仪。当然，也有脉冲式测距仪，典型的是WILD的DI-3000。需要注意，测相并不是测量红外或者激光的相位，而是测量调制在红外或者激光上面的信号相位。建筑行业有一种手持式的激光测距仪，用于房屋测量，其工作原理与此相同。2）.测物体平面必须与光线垂直通常精密测距需要全反射棱镜配合，而房屋量测用的测距仪，直接以光滑的墙面反射测量，主要是因为距离比较近，光反射回来的信号强度够大。与此可以知道，一定要垂直，否则返回信号过于微弱将无法得到精确距离。3）.可以测物体平面为漫反射通常也是可以的，实际工程中会采用薄塑料板作为反射面以解决漫反射严重的问题。4）.超声波测距精度比较低，使用比较少。5）.激光测距仪精度可达到1毫米误差，适合各种高精度测量用途。1.2 脉冲式激光测距仪 图1.1 脉冲式激光测距仪工作原理如上图，激光测距设备对准测量目标Target，发送光脉冲，光脉冲在经过光学镜头时，一束被透镜前的平面镜反射，进入激光反馈计时模块，经光电转换及放大滤波整流后，电平信号送入时间数字转换芯片的开始计时端；另一束激光脉冲经过透镜压缩发散角后，开始飞行，遇到目标障碍物后发生漫反射，部分激光返回到激光接收处理电路，同样地，经过光电转换及放大滤波整流后，所形成的电平信号送入时间数字转换芯片结束计时端，即完成整个测量过程。其中，设D为待测距离，T为往返测量点与待测物间距离所用时间，C为激光在空气中传播的速度（假设已设置测量的环境参数），n为测量时大气折射率，那么，易得：D=CT/2n我们把对距离的测量转变为对时间差的测量，所以，在脉冲式激光测距中，需要测量的只是发射与接收激光的时间间隔、受环境因素影响的大气折射率、环境参数及激光传播速度。这就是脉冲式测距的理论原理。二 透射电子显微镜显微镜是利用凸透镜的放大成像原理，将人眼不能分辨的微小物体放大到人眼能分辨的尺寸，其主要是增大近处微小物体对眼睛的张角（视角大的物体在视网膜上成像大），用角放大率M表示它们的放大本领。因同一件物体对眼睛的张角与物体离眼睛的距离有关，所以一般规定像离眼睛距离为25厘米（明视距离）处的放大率为仪器的放大率。显微镜观察物体时通常视角甚小，因此视角之比可用其正切之比代替。 图2.1 显微镜放大原理光路图显微镜由两个会聚透镜组成，光路图如图所示。物体AB经物镜成放大倒立的实像A1B1，A1B1位于目镜的物方焦距的内侧，经目镜后成放大的虚像A2B2于明视距离处。三 X射线荧光光谱法 X射分析原理是利用X射线激发被测物体表面,使得其表面原子发生能级跃迁,利用探测器接收到X射线,然后通过能谱图对比分析元素成份,每种原子都有其特定的能量光谱图.x射线是1895年德国物理学家伦琴(WCRntgen)在研究阴极射线管中气体放电现象时，用一只嵌有两个金属电极(一个叫做阳极，一个叫做阴极)的密封玻璃管，在电极两端加上几万伏的高压电，用抽气机从玻璃管内抽出空气。为了遮住高压放电时的光线(一种弧光)外泄，在玻璃管外面套上一层黑色纸板。他在暗室中进行这项实验时，偶然发现距离玻璃管两米远的地方，一块用铂氰化钡溶液浸洗过的纸板发出明亮的荧光。再进一步试验，用纸板、木板、衣服及厚约两千页的书，都遮挡不住这种荧光。更令人惊奇的是，当用手去拿这块发荧光的纸板时，竞在纸板上看到了手骨的影像。手持合金分析仪X-MET5000和X-MET5100目前已经被广泛应用在各行各业,如不锈钢检测,金属材料分析,输油化工管道压力容器材料检测,废旧金属材料检测及回收再利用,特种钢材检测,贵金属检测，矿藏探测，ROHS检测，土壤重金属分析，环境分析，热电厂等行业.是锅炉、容器、管道、制造等高温高压行业对生产过程进行即材料可靠性鉴别PMI安全管理的重要手段。在钢铁冶炼、有色金属、航空航天、武器制造、潜艇船舶等军、民国家重点工程行业的生产过程中对金属材料进行识别。在石化精炼、石油精炼、精细化工、制药、电力电站、航空航天、武器制造、潜艇船舶、三峡工程等军、民国家重点工程行业中以及在工程安装施工过程中对金属材料进行识别从而确保设备验收、材料验收，达到工程指定要求。是废旧金属资源再生金属回收再利用行业中进行金属识别，钢材识别的有力武器。X-MET5000合金分析仪具备31种标准元素Ca,Ti,V,Cr,Mn,Fe,Co,Ni,Cu,Zn,As,Se,Sr,Zr,Nb,Mo,Rh,Ag,Cd,Sn,Sb,Ba,Ta,W,Pt,Au,Hg,Tl,Pb,Bi,UX-MET5000合金分析仪所配置的标准元素还可以增加或更换 X-MET5100合金分析仪具备36种标准元素Mg,Al,Si,P,S,Ca,Ti,V,Cr,Mn,Fe,Co,Ni,Cu,Zn,As,Se,Sr,Zr,Nb,M