光检基本原则

1、光检基本原则第1页，共26页，2022年，5月20日，4点9分，星期一3)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。光源目标光学系统探测器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： 第2页，共26页，2022年，5月20日，4点9分，星期一1）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

2、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。 第3页，共26页，2022年，5月20日，4点9分，星期一例：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仪器的总系统误差=(0.010.002)1/3 mm第4页，共26页，2022年，5月20日，4点9分，星期一二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

3、（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第5页，共26页，2022年，5月20日，4点9分，星期一2-1 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。第6页，共26页，2022年，5月20日，4点9分，星期一一结构型式对测量误差的影响 1.并联型式（一）导轨无误差,则没影响瞄准显微镜M1M2悬臂支架XYZa标准件被测件图1 并联型式第7页，共2

4、6页，2022年，5月20日，4点9分，星期一（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)第8页，共26页，2022年，5月20日，4点9分，星期一. 绕Y轴转动, 对测量有影响YXZM1M2M1M21标准件轴线被测件轴线YXZM1M2M1M2标准件轴线被测件轴线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: =20

5、62652105则1=a10/=5m 第9页，共26页，2022年，5月20日，4点9分，星期一2. 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 窜联型式第10页，共26页，2022年，5月20日，4点9分，星期一被测件标准件M1M2XYZC图2 串联型式M1. 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, 对测量有影响第11页，共26页，2022年，5月20日，4点9分，星期一2=CCcos

6、 =C(1 cos) =C1(12/2！+4/4！ ) C2/2cM2M1M2XZ2第12页，共26页，2022年，5月20日，4点9分，星期一. 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。瞄准cM2M1M1ZYHc2瞄准XO第13页，共26页，2022年，5月20日，4点9分，星期一在很小时, 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= C2/2对固定长度测量方便, 属于

7、二阶误差,远小于1 。5213010130101 1/22.35.711.523696881330416040000第14页，共26页，2022年，5月20日，4点9分，星期一HC工件M2M1XYZ标准件瞄准显微镜M1, M2第15页，共26页，2022年，5月20日，4点9分，星期一二、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L全长R第16页，共26页，2022年，5月20日，

8、4点9分，星期一式中: 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。2NN反射镜望远镜R第17页，共26页，2022年，5月20日，4点9分，星期一原理: 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 P409xi2f1

9、-f2目镜L2物镜L1视场光栏第18页，共26页，2022年，5月20日，4点9分，星期一三.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”第19页，共26页，2022年，5月

10、20日，4点9分，星期一四.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.测量尾座第20页，共26页，2022年，5月20日，4点9分，星期一5（床身）6（毫米刻尺）4（头架）3（读数显微镜）2（光学计）1（被测件）7（分米分划板）图2-6 测长机示意图8（尾架）1002001000900800第21页，共26页，2022年，5月20日，4点9分，星期一(一). 导轨制造误差转变为测量位置的阿贝误

11、差:1=CD =DB+C B =(Hsin+cos) = Hsin2sin2(/2)H2/2lH12S(透镜焦点)S(透镜2焦点)S测量轴线刻尺分划面（标准轴线）AA工件长aBDHSSf0100透镜1透镜22CB第22页，共26页，2022年，5月20日，4点9分，星期一(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。第23页，共26页，2022年，5月20日，4点9分，星期一例: 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)若没有补偿,则极限阿贝误差:1= H2/2 =0.0135 mm =13.5m可见误差补偿大大降低了仪器测量的系统误