测控仪器设计第3章(4.5.6.7节).ppt

第四节 测控仪器设计原理 第五节 测控仪器工作原理的选择和系统设计 第六节 测控仪器主要结构参数与技术指标的确定 第七节 测控仪器的造型设计 同表3-2 高精度、高分辨力，对环境要求高，造价高，环形激光主要用于精密动态测角，激光测角器主要用于静态小角度测量仪中 ±（0.2“～0.5”） 增量码 多值 光波干涉 环形激光及激光测角器 备注 特性及使用范围 精度 计值方法 量值个数 原理 类型 二、标准量及其细分方法的选用 （一）标准量的分类: 在采用绝对测量法中，标准量是作为仪器不可分割的一个组成部分，例如万能工具显微镜中的标准尺，测力机中的砝码等。 在采用相对测量法中，被测量是通过检测仪器与标准量相比较，由检测仪器读出两者的偏差值。虽然标准量不作为检测仪器结构中的一个组成部分，但这类检测仪器是经过标准量（例如量块）的校准，所以在相对测量中能够准确地指示出被测量的偏差值。 归纳起来，标准量的作用有：①用来与被测件进行比较，实现测量；②用来校准仪器的示值或检定仪器的示值误差。 （三）标准量的细分方法 为了获得适当大小的分度值和提高仪器的分辨力，常需要将标准量进行细分。 细分的方法与所采用的标准量类型密切相关，可分为光学机械细分法与光电细分法 两大类。 1.光学机械细分法 包括:直读法。它是利用显微镜将影像放大，采用单指标线或多指标线直接瞄准尾数，读出小 数部分。例如，万能工具显微镜测角目镜的读数。 微动对零法。其基本原理是：当主标尺的刻线像没有正好对准读数指标时，通过微动机构 移动主标尺刻线像或读数指标线，使它们对准，然后由微动机构读出尾数部分。只要微动机 构具有足够的准确性，可以实现很高的细分数。其缺点是: 需经微动对零，比较麻烦。典型的 微动对零法有两种形式：第一种为测微螺杆式、阿基米德螺旋线式和楔块移动式所代表的读 数指标移动式；第二为转动平板玻璃式、移动光楔式和移动补偿透镜式所代表的主标尺刻线 像移动式。光学机械细分法的具体原理和设计可以参考有关书籍。 （二）对于标准量的其它概念如量值、绝对码与增量码、实物标准与自然标准及标准器的类型及特点 请参考常用的长度及角度标准量的类型、特性及使用范围列表, 如表3-2、表3-3。 2.光电细分法 （1）光学倍程法 如图3－34所示，光束1射到可动角隅棱镜Ⅰ的A点，经反射至B点后沿2线射 到固定角隅棱镜Ⅱ的C点，经反射到D点后又沿3线射回棱镜Ⅰ的E点，经F、 G、H、I、J最后沿6线返回。这样当可动角隅棱镜移动 ，光程改变6 。干 涉条纹变化一个周期，对应于可动棱镜Ⅰ移动?/6，相当于实现了六细分。又如 在影像式光栅系统中，主光栅与它自身像形成莫尔条纹，主光栅向前移动，光 栅像向后移动。这样，主光栅移过一个栅距，莫尔条纹变化两个周期，实现了 光学二细分。 （2）电气细分法 电气细分法易于达到较高的细分数，可实现测量和数据的自动化，并能用于动态测量中。在以激光波长、光栅、感应同步器、磁栅等为标准量的仪器中，采用电气细分法。 图3—34 光学倍乘法原理 三、数据处理与显示装置的选取 （一）数据处理系统的功能、类型及其选择方法 数据处理系统的功能: 1）进行快速数据处理。一些过去被认为数据处理十分繁琐的测量项目，利用计算机可在极短时间内自动的完成。 2）扩大了仪器的使用范围，提高了仪器的通用性。例如坐标测量机，由于用计算机进行数据处理，可以用坐标测量法测得各种型面、箱体、齿轮和形位误差等。 3）提高了仪器的测量精度。利用数据处理装置可对预先测得的标尺误差、导轨直线度及测量环境条件等引起的误差进行修正。 4）实现测量过程的自动化，可方便地实现计算机数字控制和程序控制。 数据处理系统的类型: 1）模拟式: 应用于简单的求和、求差电路到轮廓仪中的算术平均偏差Ra计算电路、周节仪中周节累积误差计算电路等。但运算速度较慢，测量数据不易长期储存。 （二）显示系统的功能、类型及选择方法 显示系统的功能： 显示测量结果，还可将测量结果去控制加工过程。 显示系统的类型：指示式、记录式、数字显示和打印式等。 1．指示式显示部件 采用计数指标或指针在标尺上或光电器件阵列上指示被测位移变化或连续变化的模拟量。如，霓虹电光柱、发光二极管列阵（LED光柱）及液晶条图显示器（LCD）等。 它直观性强，指示清晰。 2）数字式: 以逻辑代数为基础的电路运算速度快，抗干扰能力强。通用电子计算机和单片机做计算装置有更多的优越性， 它们具有结构简单、体积小、环境适应性强、操作方便、价格便宜、运算速度快、功能强