光電儀器設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)上傳版

1、光電儀器設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)一、題目：細(xì)絲直徑測(cè)試儀該儀器是用于對(duì)細(xì)銅絲直徑的尺寸參數(shù)進(jìn)行測(cè)量的一種測(cè)試儀器。二、技術(shù)要求1 方法：非接觸式測(cè)量2 銅絲直徑：1±0.01mm3 測(cè)量精度：±1%；4 測(cè)量狀態(tài)：在線(xiàn)測(cè)量；5 超出銅絲直徑公差要有報(bào)警功能。三、設(shè)計(jì)任務(wù)對(duì)該儀器進(jìn)行總體設(shè)計(jì)，具體內(nèi)容如下：1 設(shè)計(jì)任務(wù)分析；2 方案論證；3 系統(tǒng)設(shè)計(jì)（含局部單元設(shè)計(jì)）；4 精度估算。四、設(shè)計(jì)要求1.設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)一份(不少于500字)；2.時(shí)間：2015年11月20日-2015年11月27日2015年11月27日下午答辯交論文；3.參考文獻(xiàn)：自定。目 錄第一章 引言1§1.1

2、研究背景和意義1§1.2國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀2第二章 測(cè)量原理和方案論證4§2.1方案一：衍射法測(cè)量細(xì)銅絲直徑4§2.2方案二：雙光源投影法測(cè)細(xì)銅絲直徑4§2.3方案三：激光掃描法測(cè)細(xì)銅絲直徑4§2.4方案的對(duì)比及選定5第三章 機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計(jì)6§3.1轉(zhuǎn)向棱鏡結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)7§3.2 電機(jī)與玻璃四面體承座傳動(dòng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)7§3.3 玻璃四面體結(jié)構(gòu)參數(shù)確定8§3.4電機(jī)轉(zhuǎn)速確定10第四章 精度分析11§4.1誤差分配11§4.2誤差合成13第五章 總結(jié)14參考文獻(xiàn)15附 錄16西安工業(yè)大學(xué)課程設(shè)計(jì)（論文）

3、用紙第一章 引言§1.1研究背景和意義機(jī)械工業(yè)的技術(shù)水平和規(guī)模是衡量一個(gè)國(guó)家科技水平和經(jīng)濟(jì)實(shí)力的重要標(biāo)志。世界上大多數(shù)國(guó)家，特別是工業(yè)發(fā)達(dá)的國(guó)家都非常重視機(jī)械工業(yè)的發(fā)展。機(jī)械工業(yè)發(fā)展的一個(gè)重要發(fā)展方向就是提高產(chǎn)品的制造精度，進(jìn)而提高產(chǎn)品的穩(wěn)定性和可靠性。從機(jī)械工業(yè)發(fā)展的歷史來(lái)看，機(jī)械制造精度的提高是和檢測(cè)技術(shù)發(fā)展相互依存，相互促進(jìn)的。制造精度的提高一方面提高了測(cè)量器具的精度，另一方面也需要通過(guò)精確的檢測(cè)來(lái)體現(xiàn)和驗(yàn)證檢測(cè)技術(shù)的水平在一定程度上制約并反映了機(jī)械制造的精度水平。根據(jù)國(guó)際計(jì)量大會(huì)的統(tǒng)計(jì)，機(jī)械零件制造精度大約每十年提高一個(gè)數(shù)量級(jí)，這都是因?yàn)闄z測(cè)技術(shù)不斷發(fā)展的緣故。圓柱體直徑檢測(cè)

4、是長(zhǎng)度測(cè)量中的一個(gè)重要研究方向，在測(cè)量技術(shù)中占有極其重要的位置，并且已經(jīng)達(dá)到了較高的測(cè)量精度。但對(duì)于微小直徑的圓柱體，在測(cè)量中尚存在以下兩個(gè)問(wèn)題(1) 高精度的測(cè)量方法要求的工作條件苛刻，測(cè)量效率低，測(cè)量成本高，只適合實(shí)驗(yàn)室中標(biāo)定使用，不能廣泛應(yīng)用；(2) 工業(yè)生產(chǎn)中應(yīng)用傳統(tǒng)的接觸測(cè)量，由于接觸力的作用，測(cè)量精度較低，而其無(wú)法實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)測(cè)量，測(cè)量效率低；應(yīng)用普通的光學(xué)測(cè)量，測(cè)量時(shí)間長(zhǎng)，而且無(wú)法實(shí)現(xiàn)在線(xiàn)測(cè)量，越來(lái)越難滿(mǎn)足使用要求。而微小直徑的圓柱體在航空、航天、軍工及民用領(lǐng)域卻又必不可少，如精密儀器和尖端武器上的微細(xì)軸桿、集成電路引線(xiàn)、磁記錄器磁頭線(xiàn)圈、量針、小鉆頭、燈絲和光纖等，因此對(duì)這一直徑范

5、圍零件的精密測(cè)量可以實(shí)現(xiàn)：(1) 對(duì)量針類(lèi)量具直徑的精密測(cè)量，可提高量針的制造精度，并為高精度的量值傳遞奠定了基礎(chǔ)，進(jìn)而提高了以量針為量具的測(cè)量方法的測(cè)量精度。(2) 對(duì)精密儀器和尖端武器上微細(xì)軸桿直徑的精密測(cè)量，能提高儀器和武器性能，降低產(chǎn)品次品率。(3) 集成電路芯片通過(guò)貴重金屬引線(xiàn)與引腳相連，引線(xiàn)直徑直接影響芯片質(zhì)量。對(duì)引線(xiàn)直徑的精密測(cè)量，可提高集成電路的質(zhì)量，并可節(jié)省大量的貴重金屬，降低資源損耗；(4) 對(duì)線(xiàn)材的在線(xiàn)精密測(cè)量，大大提高測(cè)量效率，節(jié)省測(cè)量成本。因此對(duì)細(xì)圓柱體直徑高效而精密的測(cè)量有重要的理論意義和應(yīng)用價(jià)值，對(duì)細(xì)圓柱體直徑的精密測(cè)量技術(shù)研究十分必要。§1.2國(guó)內(nèi)外研

6、究現(xiàn)狀1.2.1國(guó)內(nèi)研究現(xiàn)狀國(guó)內(nèi)由于自身的工業(yè)加工水平有限、測(cè)量原理的不完善和結(jié)構(gòu)搭理欠合理，所以，國(guó)內(nèi)生產(chǎn)的測(cè)徑儀測(cè)量精度沒(méi)有國(guó)外的精確，河北省激光研究所光電檢測(cè)控制室生產(chǎn)的JCJ-1激光測(cè)徑儀，是專(zhuān)為玻璃管生產(chǎn)線(xiàn)上玻璃管外徑的測(cè)量、控制、分選而設(shè)計(jì)的集激光、精密機(jī)械、計(jì)算機(jī)于一體的智能化精密儀器。通過(guò)激光光束高速（200次/秒）掃描被測(cè)玻璃管，計(jì)算機(jī)實(shí)時(shí)采樣處理，實(shí)現(xiàn)玻璃管直徑在線(xiàn)非接觸檢測(cè)、控制，測(cè)量范圍：0.5mm60mm，測(cè)量精度：±0.01mm。廣州一思通電子儀器廠(chǎng)生產(chǎn)的ETD-05系列激光測(cè)徑儀，測(cè)量范圍：0.2mm30mm，測(cè)量精度：±2m，ETD-05系列

7、激光測(cè)徑儀是一種基于激光掃描測(cè)量原理而設(shè)計(jì)的高精度非接觸式的外徑測(cè)量設(shè)備，儀器采用二維測(cè)量模式，有效消除工件振動(dòng)造成的測(cè)量誤差，特別適合生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)時(shí)測(cè)量，適用于通信電纜、光纜、同軸電纜、漆包線(xiàn)、PVC管、銅管、纖維線(xiàn)等圓形線(xiàn)材的在線(xiàn)檢測(cè)，也可用于其它各種圓形工件的外徑測(cè)量。南京億佰泰科技有限公司生產(chǎn)的TLSM100激光掃描測(cè)微儀，測(cè)量范圍：0.2mm30mm，測(cè)量精度：±3m，是一種高精度、非接觸的尺寸測(cè)量?jī)x器。它通過(guò)激光束的掃描獲得被測(cè)目標(biāo)的尺寸，廣泛用于測(cè)量熱的、軟的、易碎的以及其它傳統(tǒng)方法不易測(cè)量的物體，而且很適合生產(chǎn)中的在線(xiàn)測(cè)量或者線(xiàn)材、棒材、管材、機(jī)械和電子元件以及其它生

8、產(chǎn)過(guò)程的監(jiān)控。TLSM100的自動(dòng)方式適用于連續(xù)的測(cè)量；手動(dòng)方式適合單次測(cè)量。它可以設(shè)置上下偏差、峰值限制，當(dāng)超限后做相應(yīng)的報(bào)警；還可以計(jì)算最大值、最小值、平均值。例如：可以測(cè)量旋轉(zhuǎn)圓柱體的最大值、最小值，輥?zhàn)拥钠睢?.2.2國(guó)外研究現(xiàn)狀從18世紀(jì)工業(yè)革命以來(lái)，科學(xué)技術(shù)以前所未有的速度在突飛猛進(jìn)的發(fā)展，特別是近50年來(lái)，隨著現(xiàn)代化生產(chǎn)和加工技術(shù)的發(fā)展，對(duì)于加工零件的檢測(cè)速度與精度有了更高的要求，向著高速度、高精度、非接觸和在線(xiàn)檢測(cè)方向發(fā)展。為此，工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家對(duì)于檢測(cè)儀器與設(shè)備速度與精度一直作為檢測(cè)儀器的主要指標(biāo)。CCD測(cè)徑儀特別適用 于電纜、電線(xiàn)的在線(xiàn)自動(dòng)檢測(cè)，對(duì)保證產(chǎn)品的質(zhì)量，降低原材料消

9、耗，降低生產(chǎn)成本，提高勞動(dòng)生產(chǎn)率有著十分重要的意義，所以各國(guó)政府都很重視對(duì)測(cè)徑儀的研究。英國(guó) Beta AS3 系列全新的激光測(cè)徑儀：LD1040-S(單向直徑測(cè)量?jī)x)、LD1040XY-S(雙向直徑測(cè)量?jī)x)，精度：0.1m，測(cè)量范圍最廣，單向測(cè)徑儀最大可測(cè)直徑達(dá)330.3mm，雙向測(cè)徑儀最大可測(cè)直徑值達(dá)100mm，測(cè)量精度最高，最高測(cè)量精度可達(dá)0.1m，是目前同類(lèi)產(chǎn)品中的最高的測(cè)量精度。日本生產(chǎn)的LS-7000系列高速、高精度CCD測(cè)量 儀器，如：LS-7030M（配備測(cè)量攝影機(jī)）測(cè)量范圍：0.3mm30mm，測(cè)量精度：±2m，重復(fù)性精度：±1.5m。LS-7010M（配

10、備測(cè)量攝影機(jī)）測(cè)量范圍：0.04mm6mm，測(cè)量精度：±0.5m。第17頁(yè)第二章 測(cè)量原理和方案論證§2.1方案一：衍射法測(cè)量細(xì)銅絲直徑測(cè)量原理如圖2-1所示。根據(jù)單縫衍射原理，單色平面波經(jīng)單縫衍射后衍射場(chǎng)強(qiáng)度分布為 I=I0（sin/）2 又根據(jù)巴比涅原理，除中心點(diǎn)外，單縫和與之互補(bǔ)的細(xì)絲的衍射圖樣在復(fù)振幅分布上有位相差，而強(qiáng)度分布完全相同 于是可以直接利用單縫衍射的條紋間距公式e= x=f /a，在測(cè)出細(xì)絲的衍射條紋間距后，計(jì)算出細(xì)絲的直徑a 。為保證測(cè)量精度，消除細(xì)絲抖動(dòng)帶來(lái)的誤差，CCD 的驅(qū)動(dòng)電路要保證 CCD 的積分時(shí)間足夠短。圖2-1衍射法測(cè)量細(xì)銅絲直徑原理圖

11、§2.2方案二：雙光源投影法測(cè)細(xì)銅絲直徑 如果在測(cè)量信號(hào)中，不僅含有細(xì)絲直徑信息，也含有細(xì)絲位置信息，則可以糾正測(cè)量誤差。原來(lái)一個(gè)點(diǎn)光源變?yōu)閮蓚€(gè)相聚H的點(diǎn)光源，則他們各自將產(chǎn)生各自的細(xì)絲投影。這兩個(gè)投影在探測(cè)器上的分布有兩種可能，一是部分重合在一起，形成一階梯狀的光強(qiáng)分布，另一是陰影完全分離。在工作中，通過(guò)一種三角關(guān)系，通過(guò)測(cè)量他們分別對(duì)細(xì)絲投影的距離，可測(cè)出細(xì)絲晃動(dòng)的軸向位置，達(dá)到對(duì)細(xì)絲兩個(gè)方向的測(cè)量；這就是此方法的實(shí)質(zhì)。§2.3方案三：激光掃描法測(cè)細(xì)銅絲直徑為了實(shí)現(xiàn)對(duì)細(xì)銅絲直徑在線(xiàn)檢測(cè)的目的，采用了數(shù)字式激光掃描的方法。該方法基于模數(shù)變換的原理，用電機(jī)帶動(dòng)四面體棱鏡旋轉(zhuǎn)

12、，實(shí)現(xiàn)激光雙光束同時(shí)對(duì)細(xì)銅絲直徑和光柵的掃描，用光柵的柵距度量細(xì)銅絲直徑。其創(chuàng)新之處是采用激光雙光束同時(shí)掃描，克服電機(jī)轉(zhuǎn)速不穩(wěn)帶來(lái)的誤差。如圖2-2所示為激光掃描細(xì)銅絲直徑信息變換原理圖。圖2-2 激光掃描直徑信息變換原理§2.4方案的對(duì)比及選定通過(guò)理論方案的分析和對(duì)比，我們最終選定了采用激光掃描法在線(xiàn)測(cè)量細(xì)銅絲直徑?？紤]到該測(cè)量?jī)x具備未接觸式檢測(cè)，檢測(cè)速度快，精確度高及便于數(shù)據(jù)處理與傳輸?shù)忍攸c(diǎn)。我們采用了模-數(shù)式激光掃描的檢測(cè)方案，迅速的將檢測(cè)信息進(jìn)行傳輸和反饋處理，具體的原理設(shè)計(jì)說(shuō)明和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)圖如2-3所示：圖2-3 激光掃描法在線(xiàn)測(cè)量細(xì)銅絲直徑結(jié)構(gòu)原理圖 因此，可用于連續(xù)測(cè)量軸

13、向移動(dòng)工件的直徑。由于兩個(gè)掃描光束是同步掃描，當(dāng)玻璃四面體旋轉(zhuǎn)一定角度時(shí)，兩光束掃過(guò)的位移是相等的，因此，這種測(cè)量方法與時(shí)間間隔無(wú)關(guān)，那么玻璃四面體旋轉(zhuǎn)速度的變化對(duì)直徑測(cè)量的精確度將沒(méi)有影響，即放寬了對(duì)玻璃四面體旋轉(zhuǎn)速度的要求。第三章 機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計(jì)本精密機(jī)械系統(tǒng)最重要的作用是保證光學(xué)系統(tǒng)性能參數(shù)的準(zhǔn)確性和穩(wěn)定性。溫度變化、應(yīng)力、變形、振動(dòng)、加工誤差等都會(huì)對(duì)光學(xué)系統(tǒng)的像質(zhì)產(chǎn)生很大的影響；因此，對(duì)關(guān)鍵件的公差和材料給予了嚴(yán)格的要求，以確保整個(gè)系統(tǒng)的工作性能。箱體采用鑄件結(jié)構(gòu)，分箱蓋和箱底兩部分?？紤]到環(huán)境條件，本儀器采用了箱式全封閉結(jié)構(gòu)，箱蓋和箱底之間加密封物質(zhì)，用緊固件連接。又由于要保證光學(xué)系統(tǒng)

14、光軸在一個(gè)平面內(nèi)，因此對(duì)光學(xué)機(jī)械部件的機(jī)械設(shè)計(jì)，對(duì)整體機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，要求較高。箱體內(nèi)鑄有不同高度的凸臺(tái)，以滿(mǎn)足固定不同光學(xué)部件的要求。各光學(xué)元件之間的相互位置關(guān)系，僅靠機(jī)械加工無(wú)法滿(mǎn)足這方面的要求，機(jī)械定位部分應(yīng)留有一定的調(diào)整空間，手工調(diào)整來(lái)檢測(cè)系統(tǒng)的各光學(xué)系統(tǒng)總體參數(shù)的要求。光學(xué)窗口采取密封結(jié)構(gòu)。此外，還需要考慮光學(xué)機(jī)械部件的干涉、材料的選擇、溫度的影響、受力的變形、精密調(diào)整、裝配和加工等一系列因素。圖3-1 細(xì)絲直徑掃描儀機(jī)械總圖§3.1轉(zhuǎn)向棱鏡結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)由于光電測(cè)量?jī)x器對(duì)光路的方向要求較為嚴(yán)密，所以要求轉(zhuǎn)向系統(tǒng)裝配時(shí)在誤差范圍內(nèi)符合儀器的精度要求，但由于機(jī)械加工誤差的存在，使得裝

15、配時(shí)的位置不能盡如人意，所以要求轉(zhuǎn)向棱鏡處帶有一定的轉(zhuǎn)向功能圖3-2 棱鏡承座與底盤(pán)示意圖圖3-3 棱鏡承座裝配關(guān)系圖此設(shè)計(jì)可以使儀器裝配完成后，在后期的調(diào)試過(guò)程中可以對(duì)棱鏡進(jìn)行微調(diào)，使光路更加準(zhǔn)確。§3.2 電機(jī)與玻璃四面體承座傳動(dòng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)如原理圖所示，電機(jī)帶動(dòng)玻璃四面體轉(zhuǎn)動(dòng)從而使掃描系統(tǒng)能夠正常運(yùn)行，為了保證光學(xué)系統(tǒng)性能參數(shù)的準(zhǔn)確性和穩(wěn)定性，在由于電機(jī)故障更換電機(jī)時(shí)最好使光學(xué)儀器保持原位，從而進(jìn)行了以下設(shè)計(jì)：圖3-4 電機(jī)與玻璃四面體承座裝配關(guān)系圖電機(jī)和承座之間利用聯(lián)軸器連接，為了防止轉(zhuǎn)動(dòng)過(guò)程中由于間隙索帶來(lái)的誤差，所以聯(lián)軸器兩端均用螺釘固定。§3.3 玻璃四面體結(jié)構(gòu)參

16、數(shù)確定3.3.1玻璃四面體掃描角度與掃描范圍的理論分析圖3-5掃描光線(xiàn)在玻璃四面體中的傳播關(guān)系圖如圖3-4所示為回轉(zhuǎn)四面體旋轉(zhuǎn)一定角度時(shí)，光線(xiàn)的掃面圖像。其中綠色的四面體投影為初始掃描位置，黑色的投影四面體為旋轉(zhuǎn)了角度的掃描位置，由幾何關(guān)系可知，此時(shí)光線(xiàn)的入射角與四面體掃描的角度相等。為入射角，光線(xiàn)通過(guò)折射以角射出，角度和滿(mǎn)足光線(xiàn)的折射定理，即:sini2=sini1/nk (1)又根據(jù)幾何關(guān)系可知，光束在四面體中傳播的距離L和四面的邊長(zhǎng)a和折射角滿(mǎn)足：L=a/cosi2 (2)又根據(jù)幾何關(guān)系可知，此時(shí)光束相對(duì)初始位置的掃描高度h和光束在四面體中的傳播距離L和入射角、折射角又滿(mǎn)足一定的關(guān)系，即

17、：h=L*sin(i1-i2) (3)經(jīng)過(guò)以上的幾何分析，運(yùn)用Matlab對(duì)（1）、（2）、（3）式結(jié)合處理，建立模型，得到下如圖3-5所示的四面體掃描工件一次回轉(zhuǎn)角度與掃描范圍的關(guān)系圖：圖3-6四面體掃描工件一次回轉(zhuǎn)角度與掃描范圍的關(guān)系圖通過(guò)分析上圖，我們可以得到以下信息：1) 光線(xiàn)實(shí)現(xiàn)一次完整的掃描，玻璃四面體需要旋轉(zhuǎn)90°；2) 在保證四面體轉(zhuǎn)動(dòng)速度一定時(shí)，掃描光的掃面速度是非線(xiàn)性的；3) 由圖定性分析可知，光束向上掃面時(shí)，速度先慢后快；光線(xiàn)向下掃描時(shí)，速度先快后慢；當(dāng)選定玻璃四面體的材料選用K9玻璃（n=1.51630），玻璃四面體的幾何尺寸為邊長(zhǎng)5mm，厚度為10mm的矩形

18、塊由圖可知，該回轉(zhuǎn)四面體的最大掃面范圍為-1.67mm1.67mm，符合設(shè)計(jì)要求。3.3.2玻璃四面體結(jié)構(gòu)參數(shù)和掃描范圍分析結(jié)果1) 確定了玻璃四面體的材料為K9玻璃，幾何結(jié)構(gòu)參數(shù)為5mm*5mm*10mm；2) 通過(guò)理論計(jì)算和幾何分析驗(yàn)證了掃描工件的角度周期為90°，明確了掃描的具體過(guò)程是非線(xiàn)性的；3) 通過(guò)理論分析計(jì)算出基于結(jié)構(gòu)參數(shù)下的極限掃描范圍：-1.67mm1.67mm，繼而綜合考慮可確定出該細(xì)絲非接觸式測(cè)量?jī)x的工作范圍約在0到3mm之間；§3.4電機(jī)轉(zhuǎn)速確定綜合光電探測(cè)器的選擇和電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速有限和轉(zhuǎn)速過(guò)大而帶來(lái)較大誤差的限制要求，我們最終選定型號(hào)為FF-180PH

19、的有刷直流電高速微型小電機(jī)，其磁力180，速度快，力量大，噪聲小。最高轉(zhuǎn)速為100000r/min，滿(mǎn)足我們的設(shè)計(jì)要求，其具體的技術(shù)參數(shù)如表4-5所示：功率0.3w尺寸3.2*2*1.5cm軸長(zhǎng)5mm軸徑2mm電壓1.5-12V重量80g電流400mA轉(zhuǎn)速100000r/min表3-1電機(jī)的技術(shù)參數(shù)表經(jīng)計(jì)算，我們可以知道，該電機(jī)驅(qū)動(dòng)下，激光的掃描速度為27.9m/s，應(yīng)該滿(mǎn)足技術(shù)指標(biāo)的要求。第四章 精度分析§4.1誤差分配4.1.1位移誤差在高速掃描的情況下，工件移動(dòng)速度較慢時(shí)，可以忽略位移誤差。但當(dāng)工件移動(dòng)速度較快時(shí)，位移誤差不能忽略。如下圖4-1所示，細(xì)絲移動(dòng)時(shí)，對(duì)應(yīng)不同位置直徑

20、的變化曲線(xiàn)，橫坐標(biāo)為位置量，縱坐標(biāo)為直徑量，設(shè)細(xì)絲的標(biāo)準(zhǔn)直徑為，A點(diǎn)為開(kāi)始檢測(cè)位置。由于工件以速度移動(dòng)，掃描光束離開(kāi)工件時(shí)為B點(diǎn)位置，則給測(cè)量A點(diǎn)位置的直徑帶來(lái)誤差，為分析方便，設(shè)A點(diǎn)位置的直徑為，B點(diǎn)位置的直徑為。 圖4-1位移誤差示意圖設(shè)即直徑是位置的函數(shù)，工作移動(dòng)速度為，掃描速度為，工件由A點(diǎn)移到B點(diǎn)時(shí)的位移為，在很小的情況下，直徑曲線(xiàn)的變化可視為線(xiàn)性變化，其變化斜率為。掃描光束掃過(guò)細(xì)絲直徑的時(shí)間為：t=D0/v2 (4)在此時(shí)間內(nèi)細(xì)絲的移動(dòng)位置為：x=v1t (5)細(xì)絲直徑的增長(zhǎng)量為： D=f'xA*x (6)將式（4）和式（5）代入式（6）得：D=D0f'xAv1/v

21、2從上述公式可以看出，位移誤差的大小正比于工件的移動(dòng)速度與光束掃描速度之比。當(dāng)工件移動(dòng)速度較慢，即時(shí)，可以忽略位移誤差，即工件速度的上限值受掃描速度和測(cè)量精確度的限制。4.1.1玻璃四面體的幾何形狀誤差理想的玻璃四面體是一個(gè)正方形四面體，能保證兩個(gè)掃描光束的位移量相等。實(shí)際加工過(guò)程中存在幾何形狀誤差（平行度 表面粗糙度 應(yīng)力折射等）這個(gè)誤差直接影響掃描光束的位移量，給測(cè)量直徑尺寸帶來(lái)誤差。4.1.2 溫度誤差因?yàn)闇囟人鶐?lái)的工件變形導(dǎo)致的位移可能是儀器工作不穩(wěn)定，但是在第二章設(shè)計(jì)時(shí)已經(jīng)考慮了這個(gè)因素，儀器采用的鑄件外殼，很好的避免了這個(gè)問(wèn)題，但是溫度同時(shí)也會(huì)帶來(lái)空氣折射率的改變，從而使該光電儀

22、器的光路發(fā)生變化，以下是對(duì)溫度誤差的分析：圖4-2溫度與氣體折射率的關(guān)系圖我們測(cè)量細(xì)絲直徑時(shí)，得到的細(xì)絲直徑圖樣是根據(jù)接受到的激光確定的，但是細(xì)絲周?chē)諝鉁囟炔煌?，?dǎo)致氣體折射率不同，會(huì)使激光發(fā)生散射進(jìn)而對(duì)檢測(cè)結(jié)果產(chǎn)生誤差，然而，由上圖數(shù)據(jù)可知，隨著溫度的升高，折射率的變化范圍極小，氣體溫度的變化對(duì)空氣折射率的影響幾乎可以忽略不計(jì)。4.1.3隨機(jī)誤差在檢測(cè)過(guò)程中，因工件受到震動(dòng)使位置變化,光源波動(dòng)使光束與工件相切點(diǎn)位置變化，電源波動(dòng)都將引入誤差。所以進(jìn)行多次直徑測(cè)量，取其平均值，可以使隨機(jī)誤差減小，甚至忽略。為此，可采用8面，16面玻璃體掃描，以提高掃描次數(shù)。§4.2誤差合成由上述誤

23、差分析表明，對(duì)于細(xì)絲直徑掃描儀的機(jī)械設(shè)計(jì)部分來(lái)說(shuō)，影響系統(tǒng)精度的主要因素是位移誤差，其余的誤差無(wú)法計(jì)算或者可以忽略，但由于即細(xì)絲移動(dòng)速度遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于掃描速率，所以機(jī)械部分誤差可以忽略不計(jì)。第五章 總結(jié)§5.1成果此儀器的機(jī)械設(shè)計(jì)部分主要是為了固定內(nèi)部的光學(xué)鏡片和其他相關(guān)儀器，由于是光電儀器，所以對(duì)于內(nèi)部原件的穩(wěn)定性和光路的準(zhǔn)確性要求較高。對(duì)于原件的穩(wěn)定性這方面，整個(gè)箱體采用鑄件結(jié)構(gòu)，分箱蓋和箱底兩部分?？紤]到環(huán)境條件，本儀器采用了箱式全封閉結(jié)構(gòu)，箱蓋和箱底之間加密封物質(zhì)，用緊固件連接。很好的保證了內(nèi)部原件的穩(wěn)定性。對(duì)于光路的準(zhǔn)確性,對(duì)整個(gè)光學(xué)系統(tǒng)的光路行進(jìn)方向起決定性方向的是兩個(gè)棱鏡以及中間的玻璃四面體，棱鏡固定方面，考慮到機(jī)械加工誤差，所以為了方便后期調(diào)校，所以對(duì)棱鏡的承座設(shè)計(jì)了一個(gè)轉(zhuǎn)向結(jié)構(gòu)，方便后期對(duì)于光路的微調(diào)，對(duì)于玻璃四面體的誤差，由于玻璃四面體起掃描作用，對(duì)光路的轉(zhuǎn)折起主要因素的是其加工誤差，無(wú)法避免，只能從另外的方面來(lái)避免這些誤差，比如后期的計(jì)算等。在機(jī)械設(shè)計(jì)這里，由于日常使用過(guò)程中，電機(jī)的損壞相對(duì)來(lái)說(shuō)比較頻繁，可能會(huì)涉及的更換等方面，所以在這里使用了聯(lián)軸器，保證了更換電機(jī)的過(guò)程中對(duì)玻璃四面體的固定位置不會(huì)產(chǎn)生影