第二章-光检基本原则.ppt

3 根据光源 探测器特性和总体要求设计与之匹配的光学系统 照明系统和光电变换光学系统 其中包括光学元件材料的选取 膜系设计等 2 精度匹配在光电系统的精度设计中 光 机 电各部分的精度一般应该和系统总精度相匹配 而系统总精度也应与使用要求相适应 无限制的提高系统的总精度不仅对检测无益 而且还会导致成本提高 稳定性下降 根据实际设计经验 拟出以下几条作为设计时参考 1 测量系统的总精度值可根据被测工件的公差值和同一尺寸被测量的次数或成品筛选的合格率要求确定 一般为 测量系统总精度应为被测工件的公差值的1 2 1 10 2 仪器的分辨率 或最小脉冲当量 一般取仪器总精度的1 2 1 5 3 在精度设计时 仪器的总系统误差一般为仪器总误差的1 3 例 被测件的公差 0 01 0 01 0 02mm则光电检测系统总精度 1 2 1 10 0 02 0 01 0 002mm仪器的总系统误差 0 01 0 002 1 3mm 二 阿贝比较原则三 运动学原则原动件数目等于自由度数 按自由度确定约束数 四 统一基面原则 设计 工艺 测量基准统一 五 最小变形原则使仪器变形小 刚度大 热稳定性好 补偿变形 六 经济原则社会价值V F CF 产品功能 C 成本 要求 功能多 成本低 则价值高 七 系列化原则八 通用化原则九 标准化原则 2 1阿贝比较原则 万能工具显微镜是一种长度 角度测量仪器 精度可以达到1 m 测量的结构型式为被测件与标准件并联式 下图为实物图 一 结构型式对测量误差的影响1 并联型式 一 导轨无误差 则没影响 图1并联型式 二 导轨有误差时 悬臂支架沿X Y Z轴平移 两个显微镜作同样运动 则对测量无影响 导轨有间隙的情况 悬臂支架绕X Z轴转动 则对测量无影响 绕X轴转动 离焦 不影响测量 绕Z轴转动 显微镜在X方向移动量相同 不影响测量 绕Y轴转动 对测量有影响 1 a tg a 1 3 3 2 15 5 a 一阶误差 即阿贝误差 例 令a 100mm 10 秒化弧度系数 206265 2 105则 1 a 10 5 m 2 串联型式 缺点 体积大 阿贝比长仪也是一种高精度测量长度仪器 精度为1 m 测量的结构型式为被测件与标准件并联式 下图为实物图 图1窜联型式 悬臂支架沿X Y Z轴平移 两个显微镜作同样运动 则对测量无影响 导轨有间隙的情况 悬臂支架绕X轴转动 显微镜离焦 不影响测量 绕Y轴转动 对测量有影响 2 C C cos C 1 cos C 1 1 2 2 4 4 C 2 2 绕Z轴转动 对测量有影响 2 OH C C cos C C sec 1 C 1 2 2 1 C 2 2串联型式绕Y Z轴转动引起的总误差 2 2 2 C 2 为二阶误差 在 很小时 2比 1小很多 见表2 1 表2 1不同 角时并联与串联安装的误差比3 横向移动式绕Y Z轴转动的测误差 类似于 2 Y Z C 2 2对固定长度测量方便 属于二阶误差 远小于 1 二 导轨不直度与测量误差的关系已知 导轨全长的角误差 秒 水平 垂直方向分别绘出计算 导轨全长L 测量长度 50mm L 200mm 求 测量长度内导轨角误差 解 导轨不直度误差视为半径为R的圆弧 正比关系则阿贝误差则 2 3 式 式中 a为测量轴线到基准轴线的距离 为秒化弧度系数 2 105 附录 导轨不直度测量 导轨不直度原因 应力 时效 变形 重力 导轨不直度误差视为半径为R的圆弧 其测量方法是用自准直仪测量 反射镜每在一个位置 就在自准直仪上读数xi 即为所测 i 原理 刻普勒望远系统 物镜与目镜的公共焦面上设置有十字线分划板 上面的十字线经物镜 反射镜 再返回物镜成实像在公共焦面上 物 像之间垂直距离为xi xi f1 tg2 f1 2 不直度 i 秒 应光 图14 36P409 三 结论1 只有当导轨存在不直度误差 且标准件与被测件轴线不重合才产生阿贝误差 一阶误差 2 阿贝误差按垂直面 水平面分别计算 3 在违反阿贝原则时 测量长度为 的工件所引起的阿贝误差是总阿贝误差的 L 4 为避免产生阿贝误差 在测量长度时 标准件轴线应安置在被测件轴线的沿长线上 阿贝原则 要串联 不要并联 5 满足阿贝原则的系统 结构庞大 问题 能否找到一种既采用并联 体积小 长度短 又没有阿贝误差的系统 答案是肯定的 误差补偿 见 艾宾斯坦原理 四 艾宾斯坦原理 棱镜 透镜原理这种仪器解决用较短的工作台 标准件与被测件并联 在测量长度时不产生阿贝误差 如下图 投影测长机就是这一原理的例子 测长机主要组成部分1 底座2 头座微动装置3 测量头座组4 万能工作台5 V型支架组6 测量尾座 一 导轨制造误差 转变为测量位置的阿贝误差 1 CD DB CB Hsin cos Hsin 2 sin2 2 H 2 2 二 棱镜 透镜原理 艾宾斯坦原理 消除阿贝误差分米双刻线在头座毫米分划板上的S 像从右移到S 使读数减小 S S 2 f tg f 实际测量误差 1 2 H 2 2 f H f 2 2设计中取H f 则 2 2因此 按艾宾斯坦原理设计的测长机消除了阿贝误差 一阶误差 而且 体积小 例 测长机技术参数为 H 180 1mm f 180 1mm 15 一米测长机 205mm按艾宾斯坦原理设计的误差 只计尾座倾斜 若没有补偿 则