《光检基本原则》PPT课件.ppt

1、第二章 光电检测系统设计的基本原则,九个基本原则： 一匹配原则（光电匹配、精度匹配） 1.光电匹配 光电匹配是系统设计中必须考虑的问题。其内容主 要包括 1）根据被测目标的辐射特性，合理选择满足目标光谱特性的光源（包括光源的光谱特性、功率、寿命、灯丝形状等）。 2）根据被测信号的光谱特性选择与之匹配的光电探测器（包括深测器的频率响应，光谱响应、灵敏度、暗电流、探测器形状等）。,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，

2、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1/21/10； 2).仪器的分辨率（或最小脉冲当量）一般取仪器总精度的1/21/5； 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=(1/21/10)0.02=0.010.002mm 仪器的总系统误

3、差=(0.010.002)1/3 mm,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/C F：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1m。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

4、: . 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=atg =a(+1/33+2/155+) a (一阶误差, 即阿贝误差) 例: 令a=100mm =10 秒化弧度系数: =2062652105 则1=a10/=5m,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1m。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,

5、. 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=CCcos =C(1 cos) =C1(12/2！+4/4！ ) C2/2,. 绕Z轴转动, 对测量有影响 2=OHC =C/cosC =C(sec1) =C(1+2/2！+1) C2/2 串联型式绕Y, Z轴转动引起的总误差： 2=2+2=C2, 为二阶误差。,在很小时, 2比1小很多(见表21)。 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= C2/

6、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 (23)式,式中: a为测量轴线到基准轴线的距离。 为秒化弧度系数, =2105, 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

7、。,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 =f1tg2f12 不直度i=(秒) 应光图1436 P409,三.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,

8、 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+C B =(Hsin+cos) = Hsin2sin2(/2) H2/2,(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) SS=2= ftgf 实际测量误差: =12 = H2/2f =(Hf) 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=1801 mm; f=1801 mm;15 (一米测 长机);=205 mm 按艾宾斯坦原理设计的误差(只计尾座倾斜)