光电检测技术光检基本原则.docx

1、光电检测技术光检基本原则 第二章 光电检测系统设计的基本原则九个基本原则：1匹配原则（光电匹配、精度匹配）见P122阿贝比较原则3运动学原则（按自由度确定约束数）4统一基面原则（设计、工艺、测量基准统一）5最小变形原则使仪器变形小（刚度大、热稳定性好），补偿变形。 6经济原则 社会价值V=F/CF：产品功能；C：成本。要求：功能多、成本低，则价值高。 7系列化原则 8通用化原则 9标准化原则2-1 阿贝比较原则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(二) 瞄准显微镜M1M2悬臂支架XYZa标准件被测件图1 并联型式导轨有误差时: . 悬臂支架沿X, Y, Z轴平

2、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). 绕Y轴转动, 对测量有影响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: =2062652105则1=a10/=5m 2. 串联型式 (缺点:体积大). 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2=

3、CCcos =C(1 cos) =C1(12/2！+4/4！)C2/2. 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2=2+2= C2,为二阶误差。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52130101301011/22.35.711.5236968813304160400003.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, 属于二阶误差,远小于1 。L全长R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)

4、 , 水平、垂直方向分别绘出计算;导轨全长L ; 测量长度 ; =5; =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 1/R=/L=/ =/L=550/200=1.25则阿贝误差1=a= a/L (23)式式中: a为测量轴线到基准轴线的距离。为秒化弧度系数, =2105, 1秒=1/206265 rad1/2105=1/ rad附录: 导轨不直度测量: 导轨不直度原因: 应力(时效) 变形(重力)2NN反射镜望远镜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 ,

5、即为所测i。xi2fi-f2目镜物镜视场光栏原理: 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,再反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 P409三. 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

6、)。5. 满足阿贝原则的系统, 结构庞大。四. 艾宾斯坦原理棱镜、透镜原理lH12S(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aBDH0100CB SSf透镜1透镜22(一). 导轨制造误差转变为测量位置的阿贝误差:1=CD =DB+C B =(Hsin+cos) = Hsin2sin2(/2) H2/2(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SSS=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。例: 测长机技术参数为:H=1801 mmf=1801 mm15 (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) =2/2=(15/2105)2(205/2)=0.00015 mm =0.15m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差, 提高了测量精度。