《测控仪器设计》课第一章

精密仪器设计任课教师：刘炳国联系方式任课教师：刘炳国E-mail:jmyqsj2014@163.com(O):86402612-803办公地点：制造楼602室

对课程的要求：精密仪器是利用测量与控制的各种理论，采用机、光、电各种计量测试原理及控制系统与计算机相结合的应用范围广泛的测量仪器。掌握光、机、电、计算机技术相结合的仪器总体设计的基础理论知识。学会如何从设计任务出发，进行总体设计的方法。具有进行仪器精度设计的能力。教材：

《精密仪器设计》第3版

哈尔滨工业大学浦昭邦主编

天津大学刘庆纲参考教材：

《现代精密仪器设计》

清华大学李玉和等

参考教材：

《精密仪器结构设计手册》

哈工大张善钟考试成绩期末考试70%.课堂测验、大作业（课程论文）、出勤率、课堂表现、实验30%.第一章

仪器设计概论科学始于测量，没有测量，便没有精密的科学-门捷列夫世界上工业强国，无一不是仪器强国!课程背景和意义仪器引领科学探索1901年至2009年：104届物理，化学，生物医学获奖：349项、540人仪器仪表相关：37项(10.6%)；50人(9.2%)68.4%物理学奖、74.6%化学奖、90%生物医学奖借助各种先进的仪器完成仪器技术关系国计民生C919大飞机神州飞船嫦娥工程火星探测共聚焦扫描显微镜卫星、导弹航空母舰天文望远镜：哈勃望远镜原子力显微镜仪器的作用与地位社会经济运行中，仪器是“倍增器”科学研究中，仪器是“先行官”军事上，仪器是“战斗力”现代仪器是当代社会的“物化法官”仪器总体制造水平是国家综合国力重要标志，是国家的科技发展水平的标志。第一节精密仪器的分类和组成精密仪器测量分类：几何量计量仪器热工量计量仪器机械量计量仪器时间频率计量仪器电磁计量仪器无线电参数计量仪器光学与声学参数计量仪器电离辐射计量仪器二、精密仪器的基本组成精密仪器的组成被测量感受转换部件转换放大部件瞄准部件显示部件数据处理与计算部件驱动控制部件比较机械结构部件转换放大部件标准量感受转换部件底座X工作台X向光栅光源Z向光栅、精密驱动系统及图像采集系统Y向工作台、光栅及精密驱动系统X精密驱动系统微电录子产塔品视赞觉检虚测系虏统照伪片主要大技术领要求1、测伍量范川围：20命0×恩10叙0×衬10片0m饺m；2、分壳辨力梨：0.篇05～0.肯2m（根嘱据不禽同光红学放喝大倍错数确碧定）率；3、单渗轴测窗量精兵度：族（2+棉L/本10搅0）m，L为测矮量长迈度，利单位星为mm；4、瞄撑准不丘确定辛度优源于0.里5m，其梯中瞄仗刻线据≤0.谜1m，瞄印轮廓铃≤0.帖5m。5、实裤现微虏电子阶产品守外观节尺寸岁检测距和缺佣陷检毕测。几何施量仪鲁器简迹介1)传统化几何葵量测迁量仪口器2）现啄代几逃何量貌测量帽仪器1、传齿统测素量仪搞器万工体显测长架仪齿轮雀测量县仪圆度准测量完仪表面判形貌规测量照仪投影晃仪常用巴工具拖：量艘块、驴线纹教尺、棵千分子表、学千分偏尺等万能翁工具乘显微铲镜1m测测丈长机圆度乳仪齿轮取测量糠仪器表面次形状绿测量蛙仪垂直亮距离威、水饿平距菠离、爷两直碧线夹考角、搞圆弧酸半径硬、圆床心-直线胆距离蝴、圆锄心-圆心摩距离明、直押线度榜、圆赠度等谎形位均公差纳参数腐测量精度在：择垂直±(狐1+寄|H佩|/惨50粘00侮)μ辩m，水国平±(燃2+预L/辽50五00甘0)音μm；投影秃仪分辨慕率：0.觉01沾0m晓m；角拘度5′常用鹅量具NI歌F点火掀靶装柏配精轨度要述求大作听业：枝精密偷仪器细的课盛程设奶计要求亮：以牌项目饱组（乐每组瘦不超京过4人）秃为单航位完被成一斑种精喝密仪欲器的绩设计要（任押选）组内特推选矩组长拉一名贡，由锯组长边负责浇组内绝分工堪，组驾长根创据组破员表借现形侄式给陈出组员内排队名。完成辟仪器顿调研亚、总碎体方眨方案惯设计猜（三案维结蜘构设恰计）明、技奏术设撇计（依关键写工程索图设丑计）眠；提交栗设计步报告顾一份鼠，字疏数不替少于30仁00字；分组耕名单万截至懒日期着：20饭15年4月2日前崇：报告扇提交居截至届日期坦：20铲15年5月19日前2、现索代精虚密仪哪器三坐晚标测朋量机影像先式测顽量仪筛器便携停式CC半M、扫紫描仪激光畅跟踪锯仪、洲激光踢干涉侦仪、菜激光顺雷达共聚征焦显捕微镜一、馅坐标团测量斩机将被亮测物棋体置扫于三既坐标纲测量麦空间优，可服获得库被测而物体般上各宏测点异的坐戴标位座置，捞根据轻这些店点的罚空间丢坐标抽值，淘经计亏算求圣出被钉测物椅体的签几何瓜尺寸打，形牧状和害位置眨。三坐伶标测莫量机坐标勇测量都机的况新方番向——微型/纳米锋级测呈量机微型/纳米态级坐乐标测闻量机酿成为溪研究题热点膀，微够型/纳米误级坐抛标测换量机重的量进程多袄不超则过10路0萍mm池×躲10后0归mm毒×黎10范0筐mm，分本辨率麦可达惜纳米妨级．其主傍要特斑点包厨括:1)采用芳激光读标尺嚷，以月实现贪米定清义的抗溯源;2)其关破键技貌术是所采用丛微测测头系眯统获赛得高但探测欲精度;3)采用珠微晶论玻璃猛等零肺膨胀万系数扒材料隆构筑贝测量啄机主支体测名量框在架，湖消除计温度嚷的影旁响;4)在结壳构布捏局上凑尽可笔能符显合阿蜡贝原道则，督减小居阿贝疏误差哭．例子业：蔡点司F2担5纳米蓝测量质机分辨申率7.翅5n蚊m,精度这达25弟0n夏m二、墨影像社测量刑仪近年桑来，立进入底上世滨纪9汽0年阀代,踪蝶随秤着C烘CD竭技术欺、计残算机眨技术腐、数盾字图播像处枯理技涛术、坛LE拌D照识明技俩术、遵伺服预驱动良技术愿的发鹊展,游影像骑测量侮仪产吴品获尾得了丙巨大控的发声展。勇更多胆的厂挣商进薪入到治影像士测量掉仪产竖品市挑场,积共同管推进颗了影亚像测滔量仪鼓产品隶的发音展。在工吨业级牧产品鲜中,污精度蜜高、石性能融稳定粱、效梯率高裳、功谁能丰施富的消一线冲品牌布主要丹有国拾外的葡蔡司啦、三搅丰、管尼康道、O幕GP拔、海辩克斯秋康及袖国内蛾的天阅准精烦密技涛术等鼠公司筋。OG梢P（壤上海阅）光振学仪误器非接寒触三掉坐标餐测量逼仪Z翠IP颜25脖0和时FL烘AS瘦H2瓶00OG巨P伯Sm挥ar倒tS责co停pe违非雪接触哨式测傍量系怎统利棋用摄冲像头考来抓汤取影娱像，茶通过同计算侦机对弹影像雹信号伏进行普处理船来测赖量各聋种材咱质、棒颜色腰、透拿明或大半透朽明零励件的几何号尺寸和形位急公差。提兆供从侦20借0m辟m到丙15植50虎mm背各种云测量槐行程料的光耍学测碍量系严统,遗精锄度皆醉达到微米款级。尼康演HN顶-6忆06苏0饿非接签触式掀多测船头3它D测铺量系毙统配备挣了高精度夹激光膊扫描母系统和SF裳F（对恒焦寻宜形）匙传感席器，再皆加上接触参式探叙针和拾内置TT离L激光AF功能、CN座C影像樱测量突系统辩的光鼠学头，构轮成完桶整的多传葡感器过测量诱系统奸。这款高胀精度3D测量维仪器骗的精枣度可些达1.熔5+杆4L笛/1吴00匙0妥μm卡尔壤蔡司多功躺能复糕合式袭测量视中心O-故IN榨SP玩EC排T综普合了益最佳于的测葡量技绒术与忧光学察技术低：除蜜了接漏触式皇测量愈系统益之外馆，本生测量仍机还煎具有甘光学方传感链器。投影盆仪、还显微思镜、劫轮廓恨仪与练三坐视标测脉量机资的优券势与尽功能瓜集于贡一身猴，最柱大限党度地寇降低码了不作同检喇测仪桨器测深量综赛合误筒差，辅更有章效缩怒短几飞何测恭量链精度晴（1岔.9盆+L熊/2旅50问）μ凤m。三、润便携鞭式C校MM固、便茅携式荣影像辩扫描省仪、复便携趋式激蠢光扫甜描仪由于削便携骗式仪橡器体孔积小释，操敏作灵适活，渠满足蓝了很欧多现晨场使灭用要蚀求，毁近年迅来便拢携式般仪器炼技术膏发展村迅速堆，市刮场上好出现蜓了很夺多先椅进技今术和法优秀厅的产咐品。海克简斯康特测量哄技术智(湖青岛叶)需有限喇公司点重姓复测扑量精斤度0.亡01奸6m订m，空染间长若度0.订02呆3m在m精度海克甩斯康偶计量末拍照帖式测闹量白洪光测银量系挑统RO耳ME蔬R绝对达关节析臂测产量机集成脂充电萌电池疏、Wi盼Fi无线较通信披功能秤和数沾码相俊机，晌采用座主轴配无限诊旋转部技术趣、Ze想ro左-G平衡伐杆系块统、宇绝对邮编码惯器、追碳纤朋维臂唱身、溪新型礼测头TK搁J接口息，具茶有测不头自废动识邮别功搞能博吕煌曼（乱上海迷）光椅学科岁技有罩限公磨司（戴德国婆）博吕梅曼（佳上哄海）开光倾学科汽技有们限公斜司是收德国俘AI秧CO犯N默3D疏S忙ys输te溉m公抗司与穷德国告Br闷eu淋ck吹ma厉nn诊公链司在撇中国搭设立僚的子碧公司专业捆飞机较发动予机叶辩片检个测仪兄b-窝in贿sp魂ec唇t跌可在伙2分诞钟之考内对就飞机炉发动脊机叶酷片完尚成测苦量，范是速秋度最盟快，六操作驾最简叠便的粥叶片阅测量缓仪器形创间中剖国（行加拿浓大）Ha检nd翻yP棵ＲO封BE喘光庆笔便蔬携式顾三坐配标精度套：2亲0μmHa赞nd宵ys钥ca拜n少3D仅手侍持式率三维蕉激光喝扫描巷仪精度登40榜-5锯0μ誉m杭州带先临珍三维摇——雷op柴ti浴mS泥ca检n扫共描仪通过爷专门咏三维密软件抬可以污实现三维霞扫描谢到逆笨向设绒计和三维下检测盯一体板化。测量撑范围住：2板00浙mm埋×1株50矩mm精度建：0.践01粱5m崇m杭州厅先临虚三维仁—Sh诱in构in坑g3晴D-丝式Me疮tr取ic守摄影筝测量南系统该系吊统与敏Sh稿in盏in毯g3督D-防Sc猾an视ne亮r系齐列三扶维扫采描仪皇配合铲工作报，可叮快速戏获得比高精牙度、遮超大撒工件屈的三距维整辛体数稿据，彻有效箭减少米测量盯累积统误差抄。用画于大裁尺寸谊（几鹿米甚慨至几忆十米区）工洽件三控维检狭测。测量交范围管为0荒.1碰m×奴0.穷1m滤×0散.1劲m至50遮m×肠50泳m×渠50元m，三维匹测量似精度替为≤0.紧10雀m诱m/路4沉m。四、蒜激光船跟踪田仪、织激光拒干涉倡仪、激光竖雷达环等激光戏特性单色顽性好拴；方向睛性好滥；相干食性好从；高亮收度；激光骄技术家在仪筋器中兰得到护广泛伸应用像，大壮大促携进仪蜡器的胁发展易。激光托跟踪冶仪精丝式确测符量曲好面数槐据激光廉跟踪泄仪激光头干涉农仪（随雷尼桌绍）技术跪参数1.线性惹测量魂分辨倾率:表0.耻00援1μ程m皱2.线性柜测量愧范围五：40缝m（或辞任选80寨m）3.线性领测量膝精度:裙±0壳.7挎pp凤m诸4.最高驰测量邀速度卖：60伶m/位mi娱n可5.长期务稳频效精度页：±0酱.0命5p摧pm激光选雷达激光觉三角定测量挽仪（日本KE题YE塘NC渔E）激光鄙共聚明焦显禾微镜第二殿节喊精喜密仪求器特井点和纽奉展望高精堤