精密仪器设计 王智宏19总结.ppt

课程概况 要求及考核 2个本：笔记（+课上练习） 作业（+习题） 成绩（100）： 1、平时：20 2、实验：30 3、期末考试：50（侧重分析、设计） 知识点 1、8大功能部件 2、精度分析 3、精度设计 4、阿贝原则 5、最小变形原则 6、8步总体设计 7、机械运动简图 8、传动比/系数 9、机械结构分析 10、步进电机控制及细分原理 11、开环伺服系统设计 12、光栅、透镜方程 13、显微镜、望远镜原理 14、光栅扫描分光原理 15、激光干涉测长仪 解决问题 1、为何是“精密”？ 2、发展过程？ 3、关键技术？ 4、结构？ 光机电——精密仪器研究的技术内容 精密仪器八大功能部件 机械系统 原动机部分 执行部分 传动部分 操纵控制部分 机械传动结构分析举例 第二节 导向机构 实验一 第五章 光学系统 5.1 基本理论 5.2 典型光学元件 5.3 典型光学系统 讨论一 1、直线式步进电机原理/磁悬浮列车的运行原理 2、磁悬浮列车运行状态控制： 位移、速度、方向、定位 3、磁悬浮列车运行控制系统设计 原理、系统框图 讨论二 1、直流/交流伺服电机原理，主要参数 2、直流/交流（伺服）电机运行状态控制： 转角、速度、方向、定位 3、直流/交流电机运行控制系统设计 实验二 精密工作台控制系统设计 2．设备 步进电机指标 3．系统要求 第七章 精密仪器设计实例 7.1 *近红外光谱仪器设计 7.2 激光干涉测长仪设计 光栅分光原理 光栅分光扫描原理 几何光学：光线、成像物理光学：干涉、衍射 反射镜、平面镜、平板、棱镜*透镜、光栅 眼睛*显微镜、望远镜 透镜——高斯公式： 光栅方程： 第六章 精密伺服系统设计 6.1 概述 6.2 开环伺服控制系统设计 6.3 闭环伺服控制系统设计 讨论二 6.2 开环伺服控制系统设计 一、执行元件类型及特点 二、步进电机原理 三、步进电机的 驱动控制系统 四、步进电机主要性能参数 五、开环控制的伺服系统设计 ——设计数据的计算 细分 1、目的及要求 掌握精密仪器控制系统的设计方法，利用单片机软、硬件系统通过四相步进电动机实现精密工作台位移、速度（满足电机的加、减速特性）、方向、定位的控制。 硬件完成控制电路板，包括CPU、功放、按钮、LED显示。软件可采用汇编或C实现。 系统参数计算 （1）精密工作台DZH50 P4 04： 步进电机 :57BYGH210 丝杠螺母副：导程4mm。 （2）单片机开发系统。 型号：57BYGH210 相数：2相 线圈：4V, 2.4A, 1.6Ω 步距角：1.8/0.9? 接线方式：A、 、B、 红、绿、黄、蓝 开环伺服系统， 执行元件为步进电动机， 传动机构为丝杠螺母副。 工作台脉冲当量：δ=0.01mm /脉冲； 最大运动速度=1.2m/min； 定位精度=±0.01mm； 空载启动时间=25ms。 δ=0.001 mm /脉冲 1-螺杆 2-螺母 3-销 4-滑槽 5-摆杆 6-轴 7-光栅 A O B β * 精密仪器设计 教 师: 王智宏 专 业: 测控技术与仪器 ? 性质：必修（48学时，包括10学时的3个实验） 特点：侧重于光、机、电、算系统的原理。 任务：掌握精密仪器的基本工作原理、主要技术和设计方法，培养综合运用所学知识与技术进行光机电一体化仪器设计的能力。 仪器机构 1、比长仪 2、立式光学计 3、球径仪（平板测微器） 4、爱彭斯坦1m测长机 5、激光干涉测长机 6、杠杆齿轮测微器 7、光栅扫描机构 8、小型压力机 9、杠杆式位移缩小工作台 10、丝杠-弹簧缩小工作台 11、测量显微镜 12、精密工作台 第一章 精密仪器概论 了解精密仪器特点、内容、分类、设计要求及仪器的组成结构。 1-1 概述 1-2 精密仪器的重要性和展望 1-3 精密仪器的设计要求和流程 1-4 精密仪器结构组成 相关技术展望 精密仪器设计要求和流程 利用各种光学原理，实现对被测量的转换、放大、投影、显示、传输。 光学 3 实现信号的转换、传输、放大。包括： ①测量电路：信号的转换。 ②计算机控制：信号的处理分析，并在此基础上的自动控制（发出控制指令）。 ③伺服驱动，是电子与机械部分的接口，按控制指令的要求去控制被控对象实现预定的动作。 电子 2 机械系统，不仅是仪器各部分的支撑，而且对保证仪器的测量精度、定位精度和运动精度起着关键作用。精密仪器的测量控制对象也通常为机械结构的运动量