仪器精度理论0418

1、仪 器 精 度 理 论劳达宝 副研究员中国科学院光电研究院 激光测量技术研究室2016年04月19日 2个人简介姓名劳达宝单位中科院光电研究院年龄32职称副研究员、硕导毕业学校天津大学毕业专业仪器科学与技术联系电箱研究方向精密仪器；大尺寸激光/视觉测量；精密角度测量；光机设计承担项目一、自然基金青年项目：精密角度测量传感理论与方法（面上基金、重点基金、科技部仪器专项）二、中科院院装备项目：便携式激光跟踪仪三、科技部仪器开发专项：飞秒激光跟踪仪四、其他：iGPS、激光扫描全站仪、视觉传感器、经纬仪系统标定 31、 仪器精度理论概述2 、 仪器设计基本原则4、 误差来源与

2、精度分配课程提纲3、 仪器精度计算5、 提高仪器精度措施1 仪器精度理论概述 51.1 仪器精度基本概念1 1. .误差、精度误差、精度误差(Error) 为测得值与被测量真值之差精度（Accuracy）与误差概念相反；精度高、低用误差来衡量。精度 准确度系统误差大小的反映； 精密度随机误差大小的反映； 精确度系统随机 的综合； 62 2. .分辨率分辨率（Resolution） 仪器设计中重要的指标 仪器能够感受、识别或探测的输入量的最小值。 分辨率、精密度、精确度三者关系 ！ 提高仪器精密度，须相应提高其分辨率； 提高仪器分辨率，能够提高仪器精确度（不完全相关）； 分辨率一般为仪器精度的

3、1/3 1/5。 高精度仪器 低分辨率，达不到； 低精度仪器 高分辨率，不合理。1.1 仪器精度基本概念 71.1 仪器精度基本概念3 3. .复现精度（再现精度） 用与标准量（真值或约定值）的偏差来表示的绝对精度，反映仪器精确度。4 4. .重复精度 同一测量方法和测试条件下，相隔不太长时间，多次测量的结果，反映仪器精密度。复现精度 仪器允许误差不合理，重新设计； （b）总系统误差 1/3 仪器误差； （c）补偿措施消除或减少系统误差； 404.2精度分配2）随机误差特点数目较多、未知，多采用均方根方法综合 随机总误差仪器总误差s 系统总误差e 等作用原则各零部件误差相等地作用于总误差mni

4、 不等作用原则）各随机误差的作用系统（inmiiiPP12随机误差分配方法 414.2精度分配3. 3. 公差调整公差调整 等作用原则，没有考虑各零部件的实际情况不精确，应通过公差调整达到合理。公差评定等级 经济公差极限在通用设备上，采用最经济加工方法所达到的精度； 生产公差极限在通用设备上，采用特殊工艺装备，不考虑效率因素进行加工所能达到的精度； 技术公差极限在特殊设备上以及良好的条件下所达到的精度。公差调整方法先系统，误差大，易调整；后随机公差调整目标 （a）多数在经济公差极限内；少数在生产公差极限内；极个别在技术公差极限内； （b）系统误差公差等价比随机误差高；补偿措施少而经济效果显著。

5、 5 提高仪器精度的措施 43措施设计时从原理和结构上消除误差从装配调整中消除误差对仪器进行误差修正误差补偿采用误差自动校正原理 445.1设计时从原理和结构上消除误差1、符合阿贝原则 千分尺可忽略阿贝误差，游标卡尺不能忽略误差。 激光测距仪：应使被测光路与参考光路基本一致。千分尺游标卡尺2、遵守等作用原则 455.1设计时从原理和结构上消除误差3、缩短测量链4、采用调整机构 测量链最短尺寸链，减少测量环节。平面镜调节用 弹性铰链 采用调整机构和补偿机构。 例如： 偏心环、修切垫、弹性铰链等。 465.1设计时从原理和结构上消除误差6、减小间隙与空程引起的误差5、减小误差传递系数 投影物镜-提

6、高放大倍数; 凸轮摆杆激光增大摆杆长度。 零件配合存在间隙或弹性变形，造成空程。采用间隙调整机构提高构件刚度，减少弹性空程。改善摩擦条件。 475.1设计时从原理和结构上消除误差7、减小振动引起的误差8、采用误差补偿设计共振、松动、增大间隙：角度传感器对径读数消除偏心、变形误差; 迈克尔逊干涉仪，参考臂和测量臂靠近；光学补偿镜；尽量不采用间歇运动机构，而用连续扫描。振动分析，合理选择固有频率。采取防振措施。隔振：振动源与主要部件之间采用柔性设计。读数头角度编码器、圆光栅等测角传感器分光镜补偿镜 485.2从装配调整中消除误差1. 单件修切法2. 分组选配 轴孔配合：轴承与主轴 扩束倍数精确时，

7、需要选配目镜和物镜的焦距。研配、修改、修切端面 来调节轴系几何关系；修切分划镜端面，以保证物镜焦面；修切或研磨隔圈来保证透镜间的间距。轴系修切 495.3对仪器进行误差修正1. 对已定系统误差采用列表修正2. 采用合理的测量方法温度角度。例如经纬仪、跟踪仪采用正倒镜测量法消除视察和度盘偏心差利用多次瞄准提高精度 505.4误差补偿1. 误差值补偿法2. 误差传递系数补偿法3. 综合补偿分段补偿连续补偿自动补偿选择最佳工作区：例如特定角度范围改变误差传递系数：例如螺距采用光、机、电、算等技术手段 515.4误差自动校正 对于精度要求较高，又无法通过巧妙的结构安排使得误差得到补偿的，采用误差自动校准。 如：通过光电信号反馈自动调焦；光电跟踪。举例 旋转角度误差自校准，利用圆封闭