测控仪器设计第3章(1.2.3节).ppt

第一节 设计任务分析 第二节 创新性设计 第三节 测控仪器设计原则 工作时： 第一步，仪器对零； 第二步，放上工件，开始测量，这时底座上既增加了重量,又改变了测量头架及工作台在底座上的位置, 底座就产生新的重力变形 如果尾座轴线相对于导轨面在垂直平面内发生5″倾斜角的零位变化（见图3－12）,设尾座中心高为200mm，则此时引起的零位的变动量为 为了消除上述误差的影响,此台仪器在总体布局时,采取了以下措施: ① 固定角隅棱镜9与尾座5固结在一起; ② 固定角隅棱镜9的锥顶安放在尾杆10的轴线离底座导轨面等高的同一平面内; ③ 可动角隅棱镜12的锥顶位于测量主轴11的轴心线上(以便符合阿贝原则); ④ 尽可能减小固定角隅棱镜9和尾杆10在水平面内的距离d。 实践证明上述结构布局可使因重力变形引起的误差大为缩小。 验证： 图中位置 I是测量头架3对零时的位置，此时， 测量光束一路，由测量角隅棱镜到分光镜之间的距离为L1； 参考光束一路，由固定角隅棱镜到分光镜之间的距离为（S＋d）。 则此两路相干光束的光程差为 （3－3） 图3—12 测量头架位置变动的原理示意图 图中位置II为测量头架在测量时的位置，此时，尾座有倾角 ，由此而引起的尾杆零位变动量为 （见图3－12a），其中h为尾杆轴线离底座导轨面的距离。 测量光束一路：由测量角隅棱镜到分光镜之间的距离为（L1＋ －L），其中L为被测零件长度。由于仪器布局满足上述①、②两个条件，故固定角隅棱镜的位置也有一个和尾杆方向相同、大小相等的零位变动量 。 参考光束一路：由固定角隅棱镜到分光镜的距离为[（S＋d）＋ ]。 在测量时，两种相干光束的光程差为 （3－4） 式（3－4）减去式（3－3），就得到测量时和对零时两个光程差的变化量为 （3－5） 即光程差的变化的正好正比于被测长度L。 （2）光电光波比长仪消除力变形的结构布局 为减小力变形的影响，仪器布局如下： 第一，采用了工作台、床身、基座三层结构的形式。工作台1在床身2上移动，床身2通过三个钢球支承在基座3上，基座则用三个支点支在地基上。钢球支承和基座支点位置上重合。这样，工作时，无论工作台1怎样移动，工作台及床身的重量始终通过三个球支承作用在基座上，即基座受到的三个垂直力只有大小的变化，而无方向和位置的变化，而且这三个力又通过基座底下的三个相对应的支点直接作用在地基上。因此，在工作过程中，基座变形基本稳定不变。 图3—13 三层结构形式的设计 1—工作台 2—床身 3—基座 4—V形槽支承面 5—平支承面板 6—圆锥形球窝支承面 第二，在光电光波比长仪中，光电显微镜、固定参考镜和干涉系统的分光镜三者之间的相对位置，要求严格保持不变。因此布局上把这三者都装在与基座相连的构件上。由于基座变形稳定不变，故这三者之间相对位置也保持稳定不变。从而保证了测量精度。 第三，前面提到，床身2是通过三个钢球支承在基座3上的。这三个钢球的支承，其支承座结构各不相同。一个支承座是平支承面5（布置在后面），前面两边的两个，其中一个是圆锥形球窝支承面6，另一个是V形槽支承面4。V形槽的方向与基座纵方向相平行。采用这种支承座结构后，床身一经放到基座上，就符合定位原则。这时，床身在纵向、横向及转角方向均无需再加诸如螺钉、夹板等的限制，避免产生不良的约束所带来的附加内应力。此外，如果温度有所变化，这种结构也并不限制床身相对于基座的自由伸缩，所以也不会因热变形而带来内应力。这种设计，既能自动定位，又无附加内应力，在有些资料中，把它称之为无附加内应力的自动定位设计，或称为符合运动学原理的设计。作为一种设计原理，在仪器设计中应用很广。 2．减小热变形影响的技术措施 减小热变形影响的技术措施有： 采用恒温条件，以减小温度变化量 ； 选择合适的材料，以减小线膨胀的影响，或选用线胀系数相反的材料在某些敏感环节上进行补偿； 采用补偿法补偿温度变化的影响，如测出被测件与标准件的温度 和 ，查得被测件与标准件的线胀系数 与 ，则温度误差的修正公式为