1、第三章第三章 精密仪器总体设计精密仪器总体设计 教学要求教学要求：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 1、总体设计的前提条件、总体设计的前提条件 2、设计原则、设计原则 3、设计原理、设计原理一、一、总体设计的前提条件总体设计的前提条件设计任务分析设计任务分析目的：目的：为仪器的总体设计提供基本的已知条件（成为设计指标）。1.设计任务分析的内容设计任务分析的内容（1）了解被测控参数测控参数的特点。（2）了解测控参数载体控参数载体(测控对象测控对象)的特
2、点。（3）了解仪器的功能要求功能要求。（4）了解仪器的使用条件使用条件。（5）了解国内外同类产品的类型、原理、技术水平和同类产品的类型、原理、技术水平和特点特点。（6）了解国内有关方面的加工工艺水平及关键元器件加工工艺水平及关键元器件销售情况。2 2.设计任务分析的结果设计任务分析的结果明确为仪器的技术指标，明确为仪器的技术指标，如：测量精度、示值范围、工作距离、放大率、视场、焦距等，基本反映仪器的概貌。仪器的技术指标是用来说明仪器性能和功用的具体仪器的技术指标是用来说明仪器性能和功用的具体数据数据，它既是设计的基本依据，又是检验成品质量的基本依据，它与仪器的用途、功能、特点有关，不同类型的仪
3、器，有不同的技术指标。二、设计原则二、设计原则 1、阿贝原则阿贝原则*2、最小变形原则、最小变形原则*3、测量链最短原则、测量链最短原则4、坐标系基准统一原则、坐标系基准统一原则5、精度匹配原则、精度匹配原则6、经济原则、经济原则 要求：要求：6个原则的理解个原则的理解三、设计原理三、设计原理1、平均读数原理、平均读数原理2、比较测量原理、比较测量原理3、补偿原理、补偿原理要求：要求：3个原理的应用举例个原理的应用举例第二节第二节 总体设计内容总体设计内容1 1、工作原理的选择、工作原理的选择2 2、系统设计、系统设计3 3、主要参数和技术指标的确定、主要参数和技术指标的确定4 4、系统简图的
4、绘制、系统简图的绘制5 5、总体布局的考虑、总体布局的考虑6 6、总体精度的分配、总体精度的分配7 7、造型设计、造型设计8 8、总体设计报告、总体设计报告二、二、系统设计系统设计 仪器主要结构方案的确定仪器主要结构方案的确定 （1 1）标准器（基准器）的选择）标准器（基准器）的选择 （2 2）信号转换与传输原理（或方式）的选择）信号转换与传输原理（或方式）的选择 （3 3）数据处理装置选择）数据处理装置选择 （4 4）显示装置选择）显示装置选择 （5 5）运动方式选择）运动方式选择 （6 6）控制方式选择）控制方式选择 1、基准部件、基准部件 2、感受转换部件、感受转换部件3、转换、放大传输
5、、转换、放大传输部件部件 4、瞄准、读数部件、瞄准、读数部件5、数据处理部件、数据处理部件 6、显示、记录部件、显示、记录部件7、驱动控制部件、驱动控制部件8、机械结构部件、机械结构部件1、标准器的选择、标准器的选择（1 1）依据）依据（2 2）标准器）标准器（3 3）常见的几何量标准器）常见的几何量标准器（4 4）标准量细分）标准量细分 （1）标准器（基准器）标准器（基准器）定义定义与仪器的关系与仪器的关系作用作用分类分类标准器（基准器）定义标准器（基准器）定义 用以提供标准量或规定状态的器具。如：量块、刻线尺标准器与仪器的关系标准器与仪器的关系1）仪器不可分割的一部分 绝对测量2）标定部件
6、 相对测量矢高仪立式光学计标准器作用标准器作用1）与被测量/件进行比较，实现测量。2）标定仪器的示值，或检定仪器的示值误差。矢高仪立式光学计标准器分类标准器分类按标准量值个数：单值（？）多值（？）按计算量值的方法：绝对码：根据其起始和终止位置确定测量值，与中间过程无关。增量码：根据测量过程中的变化数值确定测量值。标准器分类标准器分类按标准量值个数：单值（？）多值（？）按计算量值的方法：绝对码：根据其起始和终止位置确定测量值，与中间过程无关。（？）增量码：根据测量过程中的变化数值确定测量值。（？）（2）标准器选择的依据）标准器选择的依据精度精度可靠性可靠性，维修性维修性及成本成本，使用条件使用条
7、件及生产条件生产条件。（3）常见的几何量标准器）常见的几何量标准器传统的基准器传统的基准器：长度用 圆分度用 （3）常见的几何量标准器）常见的几何量标准器传统的基准器传统的基准器：长度用 量块、线纹尺；圆分度用 精密分度蜗轮、角度量块、多面棱镜、度盘等。（3）常见的几何量标准器）常见的几何量标准器传统的基准器传统的基准器：长度用 量块、线纹尺；圆分度用 精密分度蜗轮、角度量块、多面棱镜、度盘等。数字式测量仪器主要采用数字式测量仪器主要采用：激光干涉、感应同步器、编码器磁栅、光栅等基准器。（4）标准量细分）标准量细分目的目的：为了获得适当大小的分度值和提高仪器的分辨力，常要将标准量进行细分。方法
8、方法：光学机械细分 光电细分球径仪（2）信号转换与传输原理（或方式）的选择）信号转换与传输原理（或方式）的选择原理设计的进一步具体化。（1）转换功能（2）对原始信号感受方式（3）转换放大原理 位置检测 数值检测接触式接触式非接触式非接触式直接引入式直接引入式机械、光学、光电、电学、气动机械、光学、光电、电学、气动（3）数据处理装置选择）数据处理装置选择依据：精度，速度、功能、操作性、经济性、结构、体积、环境的适应性。电路形式：模拟式、数字式。（4）显示装置选择）显示装置选择依据：测量目的，被测参数的类型，以及测量原理、标准量的形式。常用的有：指示式、记录式、数字显示打印式等（5）运动方式选择）
9、运动方式选择依据：工作原理，被测量的形式，精度。常见的有：直线/回转运动，连续/间歇运动，匀速/变速运动（6）控制方式选择）控制方式选择依据：测量精度，运动方式，工作原理，数据转换放大形式。常见的有：开/闭环，PID控制，模拟控制、优化控制、神经网络控制等。三三*、主要参数和技术指标的确定、主要参数和技术指标的确定依据：仪器的功能、精度要求、测量范围、使用要求和条件以及有关标准规定。举例：（1）光学灵敏杠杆（2）电容压力传感器（3）杠杆齿轮式测微仪1、光学灵敏杠杆、光学灵敏杠杆1l2l3l根据精度、仪器的使用范围、轮廓尺寸，确定 、。目镜视场在测量过程中主要起精确瞄准定位的作用。3、杠杆齿轮式测微仪、杠杆齿轮式测微仪根据测量精度，测量范围，确定结构参数a。被测值：，由于工艺原因采用线性刻度，将上式简化：从而产生的原理误差：则：根据测量精度s、测量范围s，可确定a。sinas as 2336161asasssa638个内容个内容1 1、工作原理的选择、工作原理的选择2 2、系统设计、系统设计3 3、主要参数和技术指标的确定、主要参数和技术指标的确定4 4、系统简图的绘制、系统简图的绘制5 5、总体布局的考虑、总体布局的考虑6 6、总体精度的分配、总体精度的分配7 7、造型设计、造型设计8 8、总体设计报告、总体设计报告
