測控儀器設(shè)計__總復(fù)習(xí)題和考試題(1)(共12頁)

1、測控(c kn)儀器設(shè)計試題庫選擇題1.儀器設(shè)計的重要(zhngyo)內(nèi)涵是（ ）A耐磨性B平穩(wěn)性C精度(jn d)分析與設(shè)計D剛度2.儀器的原理誤差與儀器的（ ）有關(guān)。A設(shè)計 B制造C使用D精度4.表征測量結(jié)果穩(wěn)定地接近真值的程度的是（ ）A精密度B正確度C準(zhǔn)確度D線性度5.傾角誤差用（ ）表達(dá)。A測角儀B圓度儀C經(jīng)緯儀D陀螺儀一、填空題1.儀器誤差的來源有 原理誤差 、 制造誤差 和運(yùn)行誤差。2.表征測量結(jié)果穩(wěn)定地接近真值的程度的是 準(zhǔn)確度 3.按功能將儀器分成以下幾個組成部分：1 基準(zhǔn)部件；2_；3 放大部件；4 瞄準(zhǔn)部件；5 _；6 顯示部件；7 _8 機(jī)械結(jié)構(gòu)部件4. 驅(qū)動控制部件用

2、來驅(qū)動測控系統(tǒng)中的運(yùn)動部件，在測控儀器中常用_、_、_、_、-_等實(shí)現(xiàn)驅(qū)動。5. 儀器中的_部件用于對被測件、標(biāo)準(zhǔn)器、傳感器的定位，支承和運(yùn)動,如導(dǎo)軌、軸系、基座、支架、微調(diào)、鎖緊、限位保護(hù)等機(jī)構(gòu)。6. 測控儀器發(fā)展趨勢：高精度與高可靠性、_、_、多樣化與多維化8. 儀器的技術(shù)指標(biāo)是用來說明一臺儀器的_和_9._是儀器對被測量變化的反映能力10. 儀器總誤差應(yīng)小于或等于被測參數(shù)總誤差的_11. 了保證儀器的精度，儀器設(shè)計時應(yīng)遵守一些重要的設(shè)計原則和設(shè)計原理，如_、變形最小原則、_、精度匹配原則、誤差平均作用原理、補(bǔ)償原理、差動比較原理等12. _和_是儀器設(shè)計的重要內(nèi)涵13. 采用_進(jìn)行設(shè)計是

3、為了簡化設(shè)計、簡化制造工藝、簡化算法和降低成本 。 14. 所謂干擾，一方面是_的干擾，另一方面是_造成的干擾。15. 儀器精度設(shè)計是儀器精度綜合的反問題，其根本任務(wù)是_16._精度_與_可靠性_指標(biāo)是測控儀器設(shè)計的核心問題。17.測控儀器的設(shè)計六大原則是 阿貝原則及其擴(kuò)展 、 變形最小原則及減小變形影響的措施 、測量鏈最短原則、坐標(biāo)系基準(zhǔn)統(tǒng)一原則、精度匹配原則、經(jīng)濟(jì)原則。18.溫度的變化可能引起電器參數(shù)的改變及儀器特性的改變，引起 溫度靈敏度漂移和 溫度零點(diǎn)漂移 。19.在設(shè)計中，采用包括補(bǔ)償 、 環(huán)節(jié)等技術(shù)措施，則往往能在提高儀器精度和改善儀器性能方面收到良好的效果。7.造型設(shè)計中常用的幾

4、何形狀的尺寸比例： 、均方根比例 、 和中間值比例。20.標(biāo)準(zhǔn)量的細(xì)分方法有 、 。21、儀器中的支承件包括基座、立柱、機(jī)柜、機(jī)箱等。它起著聯(lián)接和支承儀器的機(jī)、光、電等各部分零件和部件的作用，其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)結(jié)構(gòu)尺寸較大， 結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜。 22、導(dǎo)軌是穩(wěn)定和靈活傳遞(chund)直線運(yùn)動的部件，起著確保運(yùn)動精度及部件間相互位置精度(jn d)的作用。其由運(yùn)動(yndng)導(dǎo)軌（動導(dǎo)軌）和支承導(dǎo)軌（靜導(dǎo)軌）組成。23、導(dǎo)軌種類很多，按照導(dǎo)軌面之間的摩擦性質(zhì)可分為：滑動摩擦導(dǎo)軌 、 滾動導(dǎo)軌、靜壓導(dǎo)軌、 彈性摩擦導(dǎo)軌 。 24、在微位移機(jī)構(gòu)中，微工作臺的驅(qū)動方法有 。25在測控系統(tǒng)中，主軸系統(tǒng)由主軸，軸

5、承，及安裝在主軸上的傳動件或分度元件組成，26儀器的技術(shù)指標(biāo)是用來說明一臺儀器的性能和作用的，主要技術(shù)指標(biāo)既作為設(shè)計依據(jù)，也用來考核所設(shè)計的儀器是否成功。27精度分析和精度設(shè)計是儀器設(shè)計的重要內(nèi)涵28在測控儀器中，精密機(jī)械系統(tǒng)對保證儀器的測量精度、定位精度和運(yùn)動精度起著關(guān)鍵的作用。二、簡答導(dǎo)軌的功用： 導(dǎo)軌是穩(wěn)定和靈活傳遞直線運(yùn)動的部件，起著確保運(yùn)動精度及部件間相互位置精度的作用。其由運(yùn)動導(dǎo)軌（動導(dǎo)軌）和支承導(dǎo)軌（靜導(dǎo)軌）組成?；瑒訉?dǎo)軌是支承件和運(yùn)動件直接接觸的導(dǎo)軌。優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡單、制造容易、接觸剛度大。缺點(diǎn)是摩擦阻力大、磨損快，動、靜摩擦系數(shù)差別大，低速度時，易產(chǎn)生爬行。滾動摩擦導(dǎo)軌是在兩導(dǎo)

6、軌面之間放入滾珠、滾柱、滾針等滾動體，使導(dǎo)軌運(yùn)動處于滾動摩擦狀態(tài)。由于滾動摩擦阻力小，使工作臺移動靈敏，低速移動時也不易產(chǎn)生爬行。工作臺起動和運(yùn)行消耗的功率小，滾動導(dǎo)軌磨損小，保持精度持久性好，故在儀器中廣泛應(yīng)用。 但是，這種導(dǎo)軌是點(diǎn)或線接觸，故抗振性差，接觸應(yīng)力大。在設(shè)計這種導(dǎo)軌時，對導(dǎo)軌的直線度和滾動體的尺寸精度要求高。導(dǎo)軌對臟物比較敏感，要很好的防護(hù)，其結(jié)構(gòu)比滑動導(dǎo)軌復(fù)雜，制造困難，成本高。靜壓導(dǎo)軌定義： 靜壓導(dǎo)軌是在動導(dǎo)軌與靜導(dǎo)軌之間，因液體壓力油或氣體靜壓力而使動導(dǎo) 軌及工作臺浮起，兩導(dǎo)軌之間工作面不接觸，而形成完全的液體或氣體摩擦。 根據(jù)導(dǎo)軌面間產(chǎn)生靜壓力的介質(zhì)不同而分為液體靜壓導(dǎo)

7、軌和空氣靜壓導(dǎo)軌。靜壓導(dǎo)軌的特點(diǎn)： 1）靜壓導(dǎo)軌的導(dǎo)軌面間摩擦是液體分子或氣體分子摩擦，因而摩擦系數(shù)極低（0.0005），故沒有爬行，不產(chǎn)生磨損，壽命長，驅(qū)動功率小。 2）精度高，靜壓導(dǎo)軌是根據(jù)彈性平均原理設(shè)計的，因液體或氣體分子的彈性平均作用而使導(dǎo)軌運(yùn)動精度提高。 3）導(dǎo)軌的承載能力較大，剛度好。液體靜壓導(dǎo)軌因壓力油粘性遠(yuǎn)大于氣體靜壓導(dǎo)軌的空氣粘度，因而液體靜壓導(dǎo)軌剛性好于氣體靜壓導(dǎo)軌。 4）導(dǎo)軌工作面充滿壓力油或壓縮空氣，而有吸振作用，抗振性好。 5） 靜壓導(dǎo)軌的缺點(diǎn)是結(jié)構(gòu)復(fù)雜，調(diào)整費(fèi)事，成本較高。需要一套嚴(yán)格過濾的供油或供氣設(shè)備。提高氣浮導(dǎo)軌性能的方法 為提高空氣靜壓導(dǎo)軌的剛度和承載能力

8、，可采用以下幾種方法： 1）結(jié)構(gòu)上采用閉式導(dǎo)軌，閉式導(dǎo)軌的工作面由兩個相對安裝的止推軸承構(gòu)成，它的剛度一般為單面導(dǎo)軌的兩倍，呈線性承載特性，穩(wěn)定性好，運(yùn)動精度高。 2）增加供氣壓力，增加供氣壓力可提高氣膜的剛度。 3）減小浮起間隙，加大封閉力，在一定范圍內(nèi)氣浮導(dǎo)軌的剛度隨氣膜厚度的減小而增大。 4） 載荷補(bǔ)償，在導(dǎo)軌內(nèi)或供氣回路中，安裝載荷補(bǔ)償機(jī)構(gòu)，使氣浮導(dǎo)軌在載荷發(fā)生變化時，浮起量變化很小，從而使剛度增大。 5）提高阻尼力增加剛度，如采用粉末冶金多孔材料節(jié)流器，用大面積微孔節(jié)流代替小孔節(jié)流，使靜壓導(dǎo)軌剛度提高；采用氣、液雙向潤滑液，因潤滑面含有油層，而增加滑動阻尼，使導(dǎo)軌運(yùn)動方向的剛度增加；

9、采用半氣浮導(dǎo)軌，使導(dǎo)軌面有部分接觸，保持恒定的庫倫摩擦力，又有適當(dāng)?shù)淖枇?，提高了承載力和剛度。測控儀器(yq)的概念是什么？測控儀器則是利用測量和控制的理論，采用機(jī)、電、光各種計量測試原理(yunl)及控制系統(tǒng)與計算機(jī)相結(jié)合的一種范圍廣泛的測量儀器。為什么說測控儀器(yq)的發(fā)展與科學(xué)技術(shù)發(fā)展密切相關(guān)？儀器儀表的用途和重要性 遍及國民經(jīng)濟(jì)各個部門，深入到人民生活的各個角落，儀器儀表中的計量測試儀器與控制儀器統(tǒng)稱為測控儀器，可以說測控儀器的水平是科學(xué)技術(shù)現(xiàn)代化的重要標(biāo)志。儀器儀表的用途:在機(jī)械制造業(yè)中：對產(chǎn)品的靜態(tài)與動態(tài)性能測試；加工過程的控制與監(jiān)測；設(shè)備運(yùn)行中的故障診斷等。在電力、化工、石油工

10、業(yè)中：對壓力、流量、溫度、成分、尺寸等參數(shù)的檢測和控制；對壓力容器泄漏和裂紋的檢測等。在航天、航空工業(yè)中：對發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)矩、振動、噪聲、動力特性、噴油壓力、管道流量的測量；對構(gòu)件的應(yīng)力、剛度、強(qiáng)度的測量；對控制系統(tǒng)的電流、電壓、絕緣強(qiáng)度的測量等。1.6. 對測控儀器的設(shè)計要求有哪些？(1)精度要求 (2)檢測效率要求 (3)可靠性要求 (4)經(jīng)濟(jì)性要求 (5)使用條件要求 (6)造型要求2.1.說明分析儀器誤差的微分法，幾何法，作用線與瞬時臂法和數(shù)學(xué)逼近法各適用在什么情況下，為什么？微分法 若能列出儀器全部或局部的作用方程，那么，當(dāng)源誤差為各特性或結(jié)構(gòu)參數(shù)誤差時，可以用對作用原理方程求全微分

11、的方法來求各源誤差對儀器精度的影響。微分法的優(yōu)點(diǎn)是具有簡單、快速，但其局限性在于對于不能列入儀器作用方程的源誤差，不能用微分法求其對儀器精度產(chǎn)生的影響，例如儀器中經(jīng)常遇到的測桿間隙、度盤的安裝偏心等，因?yàn)榇祟愒凑`差通常產(chǎn)生于裝配調(diào)整環(huán)節(jié)，與儀器作用方程無關(guān)。幾何法 能畫出機(jī)構(gòu)某一瞬時作用原理圖，按比例放大地畫出源誤差與局部誤差之間的關(guān)系，依據(jù)其中的幾何關(guān)系寫出局部誤差表達(dá)式。幾何法的優(yōu)點(diǎn)是簡單、直觀，適合于求解機(jī)構(gòu)中未能列入作用方程的源誤差所引起的局部誤差，但在應(yīng)用于分析復(fù)雜機(jī)構(gòu)運(yùn)行誤差時較為困難。作用線與瞬時臂法 基于機(jī)構(gòu)傳遞位移的機(jī)理來研究源誤差在機(jī)構(gòu)傳遞位移的過程中如何傳遞到輸出。因此，

12、作用線與瞬時臂法首先要研究的是機(jī)構(gòu)傳遞位移的規(guī)律數(shù)學(xué)逼近法 評定儀器實(shí)際輸出與輸入關(guān)系方法：測量（標(biāo)定或校準(zhǔn)）測出在一些離散點(diǎn)上儀器輸出與輸入關(guān)系的對應(yīng)值，應(yīng)用數(shù)值逼近理論，依據(jù)儀器特性離散標(biāo)定數(shù)據(jù)，以一些特定的函數(shù)（曲線或公式）去逼近儀器特性，并以此作為儀器實(shí)際特性，再將其與儀器理想特性比較即可求得儀器誤差中的系統(tǒng)誤差分量。常用代數(shù)多項(xiàng)式或樣條函數(shù)，結(jié)合最小二乘原理來逼近儀器的實(shí)際特性?，F(xiàn)代設(shè)計方法(fngf)的特點(diǎn)？ (1)程式性 強(qiáng)調(diào)設(shè)計、生產(chǎn)(shngchn)與銷售的一體化。 (2)創(chuàng)造性 突出(t ch)人的創(chuàng)造性，開發(fā)創(chuàng)新性產(chǎn)品。 (3)系統(tǒng)性 用系統(tǒng)工程思想處理技術(shù)系統(tǒng)問題。力求

13、系統(tǒng)整體最優(yōu)，同時要考慮人-機(jī)-環(huán)境的大系統(tǒng)關(guān)系。 (4)優(yōu)化性 通過優(yōu)化理論及技術(shù)，以獲得功能全、性能良好、成本低、性能價格比高的產(chǎn)品。 (5)計算機(jī)輔助設(shè)計 計算機(jī)將更全面地引入設(shè)計全過程，計算機(jī)輔助設(shè)計不僅用于計算和繪圖，在信息儲存、評價決策、動態(tài)模擬、人工智能等方面將發(fā)揮更大作用。1、名詞術(shù)語解釋：靈敏度與鑒別力；示值范圍與測量范圍；估讀誤差與讀數(shù)誤差；分度值與分辨力靈敏度(sensitivity) 測量儀器響應(yīng)(輸出)的變化除以對應(yīng)的激勵(輸入)的變化。若輸入激勵量為X，相應(yīng)輸出是Y，則靈敏度表示為：S=YX 靈敏度是儀器對被測量變化的反映能力。鑒別力(閾)(discriminati

14、on) 它表示儀器感受微小量的敏感程度。測量范圍(measuring range)測量儀器誤差允許范圍內(nèi)的被測量值。示值范圍計量器具所指示的起始值到終值的范圍，。估讀誤差(interpolation error) 觀測者估讀指示器位于兩相鄰標(biāo)尺標(biāo)記間的相對位置而引起的誤差，有時也稱為內(nèi)插誤差。讀數(shù)誤差(reading error)由于觀測者對計量器具示值讀數(shù)不準(zhǔn)確所引起的誤差，它包括視差和估讀誤差。分度值在計量器具的刻度標(biāo)尺上，最小格所代表的被測尺寸的數(shù)值叫做分度值，分度值又稱刻度值。分辨力(resolution)顯示裝置能有效辨別的最小示值。2、測控儀器由哪幾部分組成，各部分的功能是什么按功

15、能將儀器分成以下幾個組成部分：1 基準(zhǔn)部件 5 信息處理與運(yùn)算裝置 2 傳感器與感受轉(zhuǎn)換部件 6 顯示部件 3 放大部件 7 驅(qū)動控制器部件 4 瞄準(zhǔn)部件 8 機(jī)械結(jié)構(gòu)部件基準(zhǔn)部件 有的儀器中無標(biāo)準(zhǔn)器而是用校準(zhǔn)的方法將標(biāo)準(zhǔn)量復(fù)現(xiàn)到儀器標(biāo)準(zhǔn)量 測量的過程是一個被測量與標(biāo)準(zhǔn)量比較的過程，因此，儀器中要有與被測量相比較的標(biāo)準(zhǔn)量，標(biāo)準(zhǔn)量與其相應(yīng)的裝置一起，稱為儀器的基準(zhǔn)部件。的精度對儀器的測量精度影響很大中。，在大多數(shù)情況下是11，在儀器設(shè)計時必須予以重視。 傳感器與感受轉(zhuǎn)換部件 測控儀器中的傳感器是儀器的感受轉(zhuǎn)換部件，它的作用是感受被測量，拾取原始信號并將它轉(zhuǎn)換為易于放大或處理的信號。放大部件分類實(shí)

16、例名稱機(jī)械式放大部件齒輪放大，杠桿放大，彈性及剛度放大等機(jī)械系統(tǒng) 光學(xué)式放大部件 光準(zhǔn)直式、顯微鏡式、投影放大、攝影放大式、莫爾條紋、光干涉等 光學(xué)系統(tǒng) 電子放大部件 前置放大、功率放大等 電子信息處理系統(tǒng) 光電放大部件 光電管放大、倍增管放大等 光電系統(tǒng) 瞄準(zhǔn)(mio zhn)部件 用來確定被測量(cling)的位置(或零位），要求瞄準(zhǔn)的重復(fù)性精度要好。信息處理與運(yùn)算(yn sun)裝置 數(shù)據(jù)處理與運(yùn)算部件主要用于數(shù)據(jù)加工、處理、運(yùn)算和校正等?？梢岳糜布娐?、單片機(jī)或微機(jī)來完成。顯示部件 顯示部件是用指針與表盤、記錄器、數(shù)字顯示器、打印機(jī)、監(jiān)視器等將測量結(jié)果顯示出來。驅(qū)動控制器部件 驅(qū)動控

17、制部件用來驅(qū)動測控系統(tǒng)中的運(yùn)動部件，在測控儀器中常用步進(jìn)電機(jī)、交直流伺服電機(jī)、力矩電機(jī)、測速電機(jī)、壓電陶瓷等實(shí)現(xiàn)驅(qū)動?？刂埔话阌糜嬎銠C(jī)或單片機(jī)來實(shí)現(xiàn)，這時要將一個控制接口卡插入到計算機(jī)的插槽中。 機(jī)械結(jié)構(gòu)部件 儀器中的機(jī)械結(jié)構(gòu)部件用于對被測件、標(biāo)準(zhǔn)器、傳感器的定位，支承和運(yùn)動,如導(dǎo)軌、軸系、基座、支架、微調(diào)、鎖緊、限位保護(hù)等機(jī)構(gòu)。所有的零部件還要裝到儀器的基座或支架上,這些都是測控儀器必不可少的部件，其精度對儀器精度影響起決定作用。3、什么是阿貝原則？舉例說明在儀器設(shè)計的過程中如何減少阿貝誤差？阿貝原則定義：為使量儀能給出正確的測量結(jié)果,必須將儀器的讀數(shù)刻線尺安放在被測尺寸線的延長線上?；蛘哒f

18、，被測零件的尺寸線和儀器的基準(zhǔn)線（刻線尺）應(yīng)順序排成一條直線。愛彭斯坦光學(xué)補(bǔ)償方法，激光兩坐標(biāo)測量儀中監(jiān)測導(dǎo)軌轉(zhuǎn)角與平移的光電補(bǔ)償方法，以動態(tài)準(zhǔn)直儀來檢測導(dǎo)軌擺角誤差的電學(xué)補(bǔ)償方法，平直度測量過程中的阿貝誤差補(bǔ)償，遵守阿貝原則的傳動部件設(shè)計。6、何謂導(dǎo)向精度？導(dǎo)軌設(shè)計有哪些要求？舉出四種導(dǎo)軌組合，并說明其特點(diǎn)。導(dǎo)向精度是指動導(dǎo)軌運(yùn)動軌跡的準(zhǔn)確度，導(dǎo)軌設(shè)計要求幾何精度和接觸精度，1）滑動摩擦導(dǎo)軌 兩導(dǎo)軌面間直接接觸形成滑動摩擦。2）滾動導(dǎo)軌 動靜導(dǎo)軌面間有滾動體，形成滾動摩擦。3）靜壓導(dǎo)軌 兩導(dǎo)軌面間有壓力油或壓縮空氣，由靜壓力使動導(dǎo)軌浮起形成液體或氣體摩擦。4）彈性摩擦導(dǎo)軌 利用材料彈性變形，

19、使運(yùn)動件做精密微小位移。這種導(dǎo)軌僅有彈性材料內(nèi)分子間的內(nèi)摩擦。7，基座與支承件設(shè)計的基本要求？ 一，具有足夠的剛度，力變形要小，二，穩(wěn)定性好，內(nèi)應(yīng)力變形小，三，熱變形小，四，具有良好的的抗振性8、什么是主軸的回轉(zhuǎn)精度？主軸系統(tǒng)設(shè)計的基本要求是什么？主軸回轉(zhuǎn)精度是指旋轉(zhuǎn)體回轉(zhuǎn)軸相對于相對于其軸線平均線的位置變動。主軸設(shè)計的基本要求是主軸在一定的載荷下具有一定的回轉(zhuǎn)精度，同時還要求有一定的剛度和熱穩(wěn)定性。9、提高主軸系統(tǒng)的剛度有幾種方法？一，加大主軸的直徑，二，選擇合理的支承跨距，三，縮短主軸的懸伸長度，四，提高軸承剛度10、氣體靜壓導(dǎo)軌有哪些(nxi)類型？各有何特點(diǎn)？閉式平面(pngmin)導(dǎo)

20、軌型 導(dǎo)軌精度高，剛性大，承載能力也大，最適于作精密機(jī)械的長行程導(dǎo)軌。經(jīng)過研磨，使導(dǎo)軌面的精度和導(dǎo)軌與工作臺之間的間隙達(dá)到所需要(xyo)的數(shù)值 。閉式圓柱或矩形導(dǎo)軌型 結(jié)構(gòu)簡單，零件的精度可由機(jī)械加工保證。隨著工作臺的移動，導(dǎo)向圓軸可能產(chǎn)生撓度，故不適用做長導(dǎo)軌，可用于高精度、高穩(wěn)定性的短行程工作臺的導(dǎo)軌。開式重量平衡型 這是工作臺重量（包括負(fù)載）與空氣靜壓相平衡保持一定間隙的一種形式，其結(jié)構(gòu)簡單、零件加工也比較容易。但剛度小，承載能力低，可用于負(fù)載變動小的精密儀器和測量儀器。 開式真空吸附平衡型 其結(jié)構(gòu)與重量平衡型相同。由真空泵的真空壓力來限制工作臺的浮起量，因此，可以減少工作臺浮起間隙量

21、，甚至可以減少到1m，故可提高剛度。常在微細(xì)加工設(shè)備中應(yīng)用。如250CC型圖形發(fā)生器X向?qū)к?，就是用氣墊中心真空吸附加載的，在氣墊外環(huán)有氣浮平衡以保持間隙。 11、什么是微位移技術(shù)？柔性鉸鏈有何特點(diǎn)？微位移技術(shù)是一行程小、分辨力和精度都很高的技術(shù)，其精度要達(dá)到亞微米和納米級，柔性鉸鏈用于繞軸作復(fù)雜運(yùn)動的有限角位移，它的特點(diǎn)是：無機(jī)械摩擦、無間隙、運(yùn)動靈敏度高。12、采用柔性鉸鏈的微動工作臺與其它方案相比有何優(yōu)點(diǎn)？（一）設(shè)計要求 1）微動工作臺的支承或?qū)к壐睉?yīng)無機(jī)械摩擦、無間隙。 2）具有高的位移分辨率及高的定位精度和重復(fù)性精度。 3）具有高的幾何精度，工作臺移動時直線度誤差要小，即顛擺、扭擺、

22、滾擺誤差小，運(yùn)動穩(wěn)定性好。 4）微動工作臺應(yīng)具有較高的固有頻率，以確保工作臺具有良好的動態(tài)特性和抗干擾能力。 5）工作臺最好采用直接驅(qū)動，即無傳動環(huán)節(jié)，這不僅剛性好，固有頻率高，而且減少了誤差環(huán)節(jié)。 6）系統(tǒng)響應(yīng)速度要快，便于控制。（二）精密微動工作臺設(shè)計中的幾個問題 （1）導(dǎo)軌形式的選擇 在微動工作臺微位移范圍內(nèi)，要求工作臺有較高的位移分辨率，又要求響應(yīng)特性好。因此要求導(dǎo)軌副導(dǎo)向精度高。滑動摩擦導(dǎo)軌摩擦力不是常數(shù)，動、靜摩擦系數(shù)差較大，有爬行現(xiàn)象，運(yùn)動均勻性不好。 滾動摩擦導(dǎo)軌雖然摩擦力較小，但由于滾動體的尺寸一致性誤差、滾動體與導(dǎo)軌的形狀誤差會使?jié)L動體與導(dǎo)軌面間產(chǎn)生相對滑動，使摩擦力在較大

23、范圍內(nèi)變動，即動、靜摩擦力也有一定差別，也有爬行現(xiàn)象產(chǎn)生，但運(yùn)動靈活性好于滑動導(dǎo)軌。 彈性導(dǎo)軌，包括平行片簧導(dǎo)軌和柔性支承導(dǎo)軌，它們無機(jī)械摩擦，無磨損，動、靜摩擦系數(shù)差很小，幾乎無爬行，又無間隙，不發(fā)熱，可達(dá)到很高的分辨率，是高精度微動工作臺常用的導(dǎo)軌形式，但它們行程小，只適合用于微位移。 空氣靜壓導(dǎo)軌，這種導(dǎo)軌導(dǎo)向精度高，無機(jī)械摩擦、無磨損、無爬行，又具有減震作用，但成本較高。 在要求既要大行程，又要高精度微位移情況下，可采用粗、細(xì)位移相結(jié)合的方法。大行程時用步進(jìn)電動機(jī)以機(jī)械減速機(jī)構(gòu)推動工作臺在空氣靜壓導(dǎo)軌上運(yùn)動，而微位移時用壓電器件推動工作臺以彈性導(dǎo)軌導(dǎo)向運(yùn)動。（2）微動工作臺的驅(qū)動(q

24、dn) 微工作臺的驅(qū)動可采用如下(rxi)方法： 電機(jī)驅(qū)動(q dn)與機(jī)械位移縮小裝置(杠桿傳動、齒輪傳動、絲杠傳動、楔塊傳動、摩擦傳動)相結(jié)合，這是一種常規(guī)方法，但結(jié)構(gòu)復(fù)雜、體積大、定位精度低于0.1m。適于大行程，中等精度微位移場合。 電熱式和電磁式機(jī)構(gòu)較簡單，但伴隨發(fā)熱，易受電磁干擾，難以達(dá)到高精度，一般為0.1m左右，行程較大，可達(dá)數(shù)百微米。 壓電和電致伸縮器驅(qū)動不存在發(fā)熱問題，穩(wěn)定性和重復(fù)性都很好，分辨力可達(dá)納米級，驅(qū)動工作臺的定位精度可達(dá)0.01m。但行程小，一般為幾十微米。 （3）微動工作臺的控制 微動工作臺的控制有開環(huán)控制和閉環(huán)控制，并配有適當(dāng)?shù)恼`差校正和速度校正系統(tǒng)。對于閉

25、環(huán)控制還要有精密檢測裝置。用微機(jī)進(jìn)行控制具有速度快、準(zhǔn)確、靈活、便于實(shí)現(xiàn)精密微工作臺與整機(jī)的統(tǒng)一控制等優(yōu)點(diǎn)，是目前發(fā)展的主要方向。13、微驅(qū)動技術(shù)有哪些方法？一壓電及電致伸縮器件 壓電器件和電致伸縮器件是近年來發(fā)展起來的新型微位移器件，它結(jié)構(gòu)緊湊，體積小，位移分辨力高，控制簡單，不發(fā)熱，抗干擾性強(qiáng)，因而是理想的微位移器件，分辨力可達(dá)到0.001m，定位精度可達(dá)到正負(fù)0.01m二在微位移器件中壓電及電致伸縮器是應(yīng)用逆壓電效應(yīng)或電致伸縮效應(yīng)工作的壓電微位移器件是用逆壓電效應(yīng)工作的，廣泛用于激光穩(wěn)頻、精密微動及進(jìn)給等。對壓電器件要求其具有壓電靈敏度高、行程大、線性好、穩(wěn)定性好和重復(fù)性好等。電磁驅(qū)動器

26、是用電磁力來驅(qū)動微工作臺。微工作臺可用平行片簧導(dǎo)軌導(dǎo)向，也可用金屬絲懸掛導(dǎo)向。原理見圖4-96。通過改變電磁鐵線圈的電流來控制電磁鐵的吸引力，克服彈簧的作用力，達(dá)到控制工作臺微位移的目的。電磁微驅(qū)動器方法簡單，驅(qū)動范圍大，但線圈通電流后易發(fā)熱，易受電磁干擾。14、試述壓電效應(yīng)和電致伸縮效應(yīng)在機(jī)理上有何不同？簡單說壓電效應(yīng)分正壓電效應(yīng)（順壓電效應(yīng)）和逆壓電效應(yīng)（電致收縮效應(yīng)）。前者是機(jī)械能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔?，后者是電能轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)械能。具體說：當(dāng)某些物質(zhì)沿其某一方向被施加壓力或拉力時，會發(fā)生變形，此時這種材料的兩個表面將產(chǎn)生符號相反的電荷；當(dāng)去掉外力后，它又重新回到不帶電狀態(tài)，這種現(xiàn)象叫壓電效應(yīng)。有時，也把

27、這種機(jī)械能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔艿默F(xiàn)象稱為正壓電效應(yīng)或順壓電效應(yīng)。反之，在某些物質(zhì)的極化方向上施加電場，它會產(chǎn)生機(jī)械變形，當(dāng)去掉外加電場后，該物質(zhì)的變形隨之消失，這種電能轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)械能的現(xiàn)象，稱為逆壓電效應(yīng)或電致收縮效應(yīng)。12、試總結(jié)各種微位移機(jī)構(gòu)的原理及特點(diǎn)。1、柔性支承一壓電器件驅(qū)動的微位移機(jī)構(gòu) 這種機(jī)構(gòu)是一種新型微位移機(jī)構(gòu)，微移動工作臺被安裝在柔性支承上；壓電元件在電壓驅(qū)動下可精密伸長與縮短，并推動柔性支承與工作臺一起位移。由于柔性支承無間隙、無摩擦、不發(fā)熱，而壓電驅(qū)動精度高、無噪聲、不受溫度和電磁場影響、體積小、不老化，因而很容易實(shí)現(xiàn)0.l0.001m的微位移。 2、平行片簧導(dǎo)軌一電壓器件驅(qū)動的微位

28、移機(jī)構(gòu) 微工作臺由平行片簧導(dǎo)向，壓電器件驅(qū)動，無間隙，無摩擦。微位移時片簧產(chǎn)生的彈性變形，即為工作臺的微位移。這種微位移機(jī)構(gòu)可以達(dá)到O.Olm的位移分辨力，方法簡便，精度高，是常用的微位移機(jī)構(gòu)。 3、滾動導(dǎo)軌一壓電器件驅(qū)動 滾動導(dǎo)軌是精密儀器中常用的導(dǎo)軌形式，它具有運(yùn)動靈活、行程大、結(jié)構(gòu)較簡單、精度較高等優(yōu)點(diǎn)。用壓電器件驅(qū)動，可以得到高的位移(wiy)分辨力。這種組合的微動工作臺，易于實(shí)現(xiàn)大行程及微位移的結(jié)合。 4、平行片簧導(dǎo)軌一步進(jìn)電機(jī)及機(jī)械式位移縮小機(jī)構(gòu)驅(qū)動 微位移機(jī)構(gòu)用平行片簧導(dǎo)軌，驅(qū)動采用步進(jìn)電機(jī)，為獲得微位移，需將步進(jìn)電機(jī)的輸出用機(jī)械式位移機(jī)構(gòu)縮小，如用精密(jngm)螺旋傳動、彈性

29、傳動、齒輪傳動、楔塊傳動等。5、平行彈簧導(dǎo)軌一電磁位移器驅(qū)動 為克服絲杠螺母機(jī)構(gòu)的摩擦和間隙，可采用電磁驅(qū)動的彈簧導(dǎo)軌微動工作臺，其原理見圖4-92。微動工作臺用平行片簧導(dǎo)向，在工作臺端部固定著強(qiáng)磁體，如坡莫合金制成的小片，與坡莫合金小片相隔(xingg)適當(dāng)?shù)拈g隙裝有電磁鐵，通過電磁鐵的吸力與上述平行片簧導(dǎo)軌的反力平衡，進(jìn)行移動工作臺的定位。6、氣浮導(dǎo)軌一步進(jìn)電機(jī)及摩擦傳動 彈性導(dǎo)軌是為解決高分辨力而采用的，但行程小。為解決大行程和亞微米分辨力的矛盾，可采用氣浮導(dǎo)軌。氣浮導(dǎo)軌精度高，極靈敏，無摩擦，無磨損，運(yùn)動平穩(wěn)。摩擦傳動無振動，運(yùn)動平穩(wěn)，縮小比大，定位精度可達(dá)O.1m。圖4-93是用于分

30、步重復(fù)照相機(jī)上的氣浮導(dǎo)軌步進(jìn)電機(jī)及摩擦傳動工作臺。7、二維X-Y雙向微位移工作臺 由于常用的壓電和電致伸縮傳感器本身的最大伸長量為825m，不能滿足寬范圍微位移工作臺的要求，故常采用一級或兩級杠桿放大機(jī)構(gòu)，以達(dá)到寬范圍的位移。 X、Y雙向微位移部分，互相垂直地設(shè)計在同一整體結(jié)構(gòu)平面內(nèi)，其中X向微位移部分，剛性地嵌套在Y向微位移部分工作臺之內(nèi)，即內(nèi)層為X向工作臺，外層為Y向工作臺。通過二級杠桿放大機(jī)構(gòu)驅(qū)動，可以實(shí)現(xiàn)無爬行、無蠕動、無轉(zhuǎn)角的大范圍移動。三、判斷1、儀器的精度指標(biāo)中，示值誤差和示值重復(fù)性誤差的大小代表了儀器正確度和精密度的高低；而動態(tài)偏移誤差和動態(tài)重復(fù)性誤差分別代表了動態(tài)儀器響應(yīng)的準(zhǔn)

31、確度和精密度。（ ）2、造成儀器誤差的原因是多方面的，根據(jù)產(chǎn)生的階段分為：原理誤差、制造誤差和運(yùn)行誤差，從數(shù)學(xué)特性征上看，原理誤差多為系統(tǒng)誤差、而制造誤差和運(yùn)行誤差多為隨機(jī)誤差，因此原理誤差的存在會使儀器的準(zhǔn)確度下降，制造誤差和運(yùn)行誤差的存在會使儀器的精密度下降。（ ）3、根據(jù)誤差獨(dú)立作用原理:一個誤差源僅使儀器產(chǎn)生一定的局部誤差,局部誤差是其源誤差的線性函數(shù)，與其他源誤差無關(guān)，儀器總誤差是局部誤差的綜合，但是，在計算源誤差所造成的儀器誤差的過程中還應(yīng)考慮各個源誤差對儀器精度影響的相關(guān)性。（ ）4、在進(jìn)行誤差分配的過程中，若系統(tǒng)誤差小于或接近于儀器的總的允許誤差的1/3，則初步認(rèn)為所分配的系統(tǒng)

32、誤差是合理的。（ ）5、應(yīng)用變形最小原則進(jìn)行儀器的設(shè)計時，較有效的方法是采用補(bǔ)償方法和結(jié)構(gòu)設(shè)計方法來減小變形的影響。（ ）6、在光學(xué)度盤式圓分度測量裝置中，當(dāng)度盤采用在圓周均布兩個讀數(shù)頭的結(jié)構(gòu)，取兩個讀數(shù)頭的平均讀數(shù)值作為讀數(shù)結(jié)果時，可消除奇次諧波誤差，由于安裝偏心引起的誤差為一次誤差，故在讀數(shù)的過程中可以消除安裝偏心誤差。（ ）7、滾動和滑動導(dǎo)軌相比較而言，其磨損小，但抗振性差，接觸應(yīng)力大。（ ）8、斐索平面干涉儀的設(shè)計中，測量光束與參考光束基本上處于同一環(huán)境中，溫度變化和外界振動的影響對兩束光基本上相同，因而遵守了共光路原則。（ ）9，正確度是隨機(jī)誤差大小的反映，表征測量結(jié)果的一致性或誤差

33、的分散性。（ ）10，觀測者估讀指示器位于兩相鄰標(biāo)尺標(biāo)記間的相對位置而引起的誤差稱為讀數(shù)誤差。（ ）11，鑒別力是顯示裝置能有效辨別的最小示值。（ ）12，漂移是指儀器計量(jling)特性的慢變化，如儀器零位隨時間變化稱為零位漂移。（ ）13，正確度是隨機(jī)誤差大小的反映，表征測量結(jié)果(ji gu)的一致性或誤差的分散性，（）14，觀測者估讀指示器位于兩相鄰標(biāo)尺標(biāo)記(bioj)間的相對位置而引起的誤差稱為讀數(shù)誤差。（）15，鑒別力是顯示裝置能有效辨別的最小示值。（）16，漂移是指儀器計量特性的慢變化，如儀器零位隨時間變化稱為零位漂移。（）17，等作用原則認(rèn)為儀器各環(huán)節(jié)和各零部件的源誤差對儀器總

34、精度的影響是同等的。（）1、阿貝誤差產(chǎn)生的本質(zhì)原因是什么？結(jié)合圖3-3分析坐標(biāo)測量機(jī)測量某一工件時，哪個坐標(biāo)方向上的各個平面內(nèi)能遵守阿貝原則。答：1）標(biāo)尺與被測量一條線；2）如無法做到則確保導(dǎo)軌沒有角運(yùn)動；3）或應(yīng)跟蹤測量，算出導(dǎo)軌偏移加以補(bǔ)償。 圖3-3 a) 2、結(jié)合書中圖3-9分析為何當(dāng)滑塊繞o點(diǎn)為圓心發(fā)生擺動時，測端處于A的位置可以補(bǔ)償阿貝誤差，而處于A1或A2兩個位置均不能補(bǔ)償阿貝誤差。答：當(dāng)Z軸滑塊的瞬間擺動點(diǎn)為O時，只有當(dāng)平直度測量的工作點(diǎn)設(shè)在A位置時，由于導(dǎo)軌誤差引入的測量誤差為輔助測量頭感受到的導(dǎo)軌擺動帶來的誤差。而均不能有效補(bǔ)償導(dǎo)軌誤差。五分析題（30分）1. 由于制造或裝配的不完善，使得螺旋測微機(jī)構(gòu)的軸線與滑塊運(yùn)動(yndng)方向成一夾角，試分析螺旋測微機(jī)構(gòu)誤差 2制造、支配以及調(diào)整中的不完善所引起的誤差， 主要由儀器的零件、元件、部件和其他各個環(huán)節(jié)在尺寸、形狀、相互(xingh)位置以及其他參量等方面的制造及裝調(diào)的不完善所引起的誤差，試分析以下產(chǎn)生誤差原因：按照(nzho)系統(tǒng)工程學(xué)的觀點(diǎn),生產(chǎn)過程中有三大技術(shù)系統(tǒng): 以能量到能量變換為主的能量流系統(tǒng)(xtng