课程设计立式光学计改造.docVIP

立式光学计数显改造思路 （一）了解立式光学计的结构，并熟悉立式光学计的工作原理及其光学系统。 （二）知道数显式立式光学计的结构与原理以及技术参数。 （三）要清楚的知道数字化改装的优点和改装原理，数显式立式光学计的装配。 （四）理解光栅传感器和莫尔条纹的原理及特征，如何选择光栅和莫尔条纹。 设计步骤 立 式 光 学 计 结 构 结构：立式光学比较仪结构如图所示，主要由以下部分组成： ①光学计管：测量读数的主要部件； ②零位调节手轮：可对零位进行微调整； ③测帽：根据被测件形状，选择不同的测帽套在测杆上。选择原则为：与被测件的接触面积要最小； ③工作台：对不同形状的被测件，应选用不同的工作台。 工作原理：利用光学杠杆的放大原理，将微小的位移量转换为光学影象的移动。 光学计管的光学系统 主要技术参数： 总放大倍数：约1000倍 分度值：0.001mm 示值范围：±0.1mm 测量范围：最大长度180mm 仪器的最大不确定度：±0.25mm 示值稳定性：0.0001mm 测量的最大不确定度：±（0.5＋L/100）μm 数显式立式光学计的结构与原理 数显式立式光学计依据光栅原理设计而成根据黑白光栅的莫尔条纹原理在原先立式光学计的基础之上改装而成。其中重点运用了光栅式传感器。仪器用标准器（如量块）以比较法测量工件的尺寸，可对五等量块、量棒、钢球、线形及平行平面状精密量具和零件的外型尺寸作精密测量；仪器头部亦可作为一个独立体，在科研、生产过程控制及线检测等方面对被测件作微小位移测量。 技术参数： 被测件最大长度：180mm； 直接测量范围：≥±0.1mm； 最小显示值：0.1 μm； 测量力（2±0.2)N； 示值变动性：0.1 μm； 最大不准确度：±0.25 μm； 最大测量误差：±(0.5+L/100) μmL是被测长度以mm计； 放大倍数：31.25； 进行数字化改装的优点： 1)测量精度高:计量光栅运用莫尔条纹原理，莫尔条纹是由许多刻线综合作用结果故对刻划误差有均化作用，因此利用莫尔条纹信号所测量的位置精度较线纹尺等高可用于微米级、亚微米级的定位系统。 2)读数速率高:莫尔条纹的取数率一般取决于光电接收元件和所使用电路的时间，常数取数率可从每秒零至数十万次，既可以用于静止的也可用于运动的非常适于动态测量定位系统。 3)分辨率高:常用光栅栅距为10-50微米细分后很容易做到1-0.1微米的分辨率最高分辨率可达到0.025微米。 4)读数易实现数字化、自动化:莫尔条纹信号接近正弦比较适合于电路处理，故其测量位移的莫尔条纹可用光电转换，以数字形式显示或输入计算机实现自动化且稳定可靠。 改装原理: 本次实验仪器的改装在运用光路原理的同时进一步的运用传感器原理。光栅传感器中其计量光栅普遍运用于现代高精密仪器，计量光栅的莫尔条纹是实现其目的的可靠保证。由莫尔条纹产生的脉冲电路通过细分电路做到前置放大、移相、倍频、功率放大和移相电阻链从而实现测量结果的显示。同时在显示中也运用了8031单片机的工作原理做到显示的准确、迅速等。 光栅的种类按其工作原理和用途：1)物理光栅:也称衍射光栅。它是一块刻有大量平行等宽、等距狭缝(刻线)的平面玻璃或金属片。物理光栅是利用光栅的衍射效应进行工作的。物理光栅的栅距较小一般接近于光谱的波长栅距ω=0.52微米物理光栅主要作为色散元件应用于光谱分析和测量等物理光学仪器中。光栅的狭缝数量很大，一般每毫米几十至果。2)计量光栅:利用光栅的莫尔条纹现象来测量位移的。计量光栅在实际应用上有透射光栅和反射光栅两种；按其作用原理又可分为辐射光栅和相位光栅；按其用途可分为直线光栅和圆光栅。透射光栅尺上均匀地刻有平行的刻线即栅线，a为刻线宽，b为两刻线之间缝宽，W=a+b称为光栅栅距目前国内常用的光栅每毫米刻成10、25、50、100、250条等线条。光栅的横向莫尔条纹测位移，需要两块光栅。一块光栅称为主光栅，它的大小与测量范围相一致；另一块是很小的一块，称为指示光栅。为了测量位移，必须在主光栅侧加光源，在指示光栅侧加光电接收元件。当主光栅和指示光栅相对移动时，由于光栅的遮光作用而使莫尔条纹移动，固定在指示光栅侧的光电元件，将光强变化转换成电信号。由于光源的大小有限及光栅的衍射作用，使得信号为脉动信号。如图 1，此信号是一直流信号和近视正弦的周期信号的叠加，周期信号是位移x的函数。每当x变化一个光栅栅距W，信号就变化一个周期，信号由b点变化到b’点。由于bb’=W，故b’点的状态与b点状态完全一样，只是在相位上增加了2π。光栅传感器由照明系统、光栅副和光电接收元件组成，如图所示图2中a为刻度宽度