光學(xué)讀數(shù)與光電讀數(shù)系統(tǒng)

1、 光學(xué)讀數(shù)與光電讀數(shù)系統(tǒng)光學(xué)讀數(shù)與光電讀數(shù)系統(tǒng)6.1 光學(xué)讀數(shù)系統(tǒng)的基本要求和分類光學(xué)讀數(shù)系統(tǒng)的基本要求和分類6.1.1 讀數(shù)系統(tǒng)的基本要求讀數(shù)系統(tǒng)的基本要求1讀數(shù)精確可靠 2保證有足夠的靈敏和靈敏度 3讀數(shù)方便、迅速 4結(jié)構(gòu)簡單、維修方便 6.1.2 光學(xué)讀數(shù)系統(tǒng)的分類光學(xué)讀數(shù)系統(tǒng)的分類1按所采用的光學(xué)系統(tǒng)的性質(zhì)來分2按被測量的性質(zhì)來分 望遠(yuǎn)系統(tǒng)和顯微系統(tǒng)、顯微投影系統(tǒng)、投影系統(tǒng)等光學(xué)讀數(shù)系統(tǒng) 角度測量系統(tǒng)、線量測量系統(tǒng)和測距系統(tǒng) 6.1 光學(xué)讀數(shù)系統(tǒng)的基本要求和分類光學(xué)讀數(shù)系統(tǒng)的基本要求和分類6.1.2 光學(xué)讀數(shù)系統(tǒng)的分類光學(xué)讀數(shù)系統(tǒng)的分類3按讀數(shù)方式來分 （1) 1) 機(jī)械式機(jī)械式: :

2、利用機(jī)構(gòu)對微小尺寸進(jìn)行細(xì)分讀數(shù)的方法。 （2) 2) 光學(xué)式：光學(xué)式：光學(xué)放大原理 （3) 3) 數(shù)字式：數(shù)字式：電子細(xì)分 常用在如絲桿測微器、投影儀、測量顯微鏡、大小工具顯微鏡等 6.1 光學(xué)讀數(shù)系統(tǒng)的基本要求和分類光學(xué)讀數(shù)系統(tǒng)的基本要求和分類6.1.2 光學(xué)讀數(shù)系統(tǒng)的分類光學(xué)讀數(shù)系統(tǒng)的分類 4按光學(xué)系統(tǒng)的聯(lián)接方式來分 按光學(xué)系統(tǒng)聯(lián)接的性質(zhì)來分，可分為串聯(lián)式、并聯(lián)式和混聯(lián)式 5按數(shù)學(xué)性質(zhì)來分 單像的乘法系統(tǒng)(如光學(xué)定位器中望遠(yuǎn)物鏡和反射角鏡組成的系統(tǒng))和雙像加法系統(tǒng)。 6按讀數(shù)精度來分 （1) 低精度讀數(shù)系統(tǒng)（2) 中等精度讀數(shù)系統(tǒng)（3) 高精度讀數(shù)系統(tǒng)6.1 光學(xué)讀數(shù)系統(tǒng)的基本要求和分類光

3、學(xué)讀數(shù)系統(tǒng)的基本要求和分類按原理分：按原理分： 6.1.2 光學(xué)讀數(shù)系統(tǒng)的分類光學(xué)讀數(shù)系統(tǒng)的分類（1) 直讀式光學(xué)讀數(shù)系統(tǒng)(無專用測微器) 1)用人眼估讀刻線間隔的讀數(shù)系統(tǒng)； 2)斜分尺之刻尺的讀數(shù)系統(tǒng)； 3)游標(biāo)尺讀數(shù)系統(tǒng)。（2) 帶光學(xué)測微器的光學(xué)讀數(shù)系統(tǒng) 1)光學(xué)機(jī)械式的讀數(shù)系統(tǒng)； 2)光學(xué)式的讀數(shù)系統(tǒng)。 6.2 光學(xué)讀數(shù)系統(tǒng)中基準(zhǔn)元件光學(xué)讀數(shù)系統(tǒng)中基準(zhǔn)元件 所謂基準(zhǔn)器就是在測量、計量儀器中作為“比較”標(biāo)準(zhǔn)的元件。 它是儀器中的測量基準(zhǔn)，它的精度是儀器所能達(dá)到的工藝極限。不同的測量中將采用不同的基準(zhǔn)元件。 長度測量長度測量的基準(zhǔn)元件：光波波長、塊規(guī)、標(biāo)尺、計的基準(zhǔn)元件：光波波長、塊規(guī)、標(biāo)

4、尺、計量光柵等。量光柵等。 角度測量角度測量基準(zhǔn)元件：度盤、碼盤、精密齒輪等?；鶞?zhǔn)元件：度盤、碼盤、精密齒輪等。 光學(xué)讀數(shù)系統(tǒng)中用的最廣泛的基準(zhǔn)元件是標(biāo)尺和度光學(xué)讀數(shù)系統(tǒng)中用的最廣泛的基準(zhǔn)元件是標(biāo)尺和度盤。盤。 6.2 光學(xué)讀數(shù)系統(tǒng)中基準(zhǔn)元件光學(xué)讀數(shù)系統(tǒng)中基準(zhǔn)元件v6.2.1 光波波長光波波長光波波長是長度傳遞中的最高基準(zhǔn)。 光波波長作為長度基準(zhǔn)器的發(fā)展過程：米原器鎘紅光波長氮原子輻射波激光波長。 表6.1 國外波長基準(zhǔn)水平6.2 光學(xué)讀數(shù)系統(tǒng)中基準(zhǔn)元件光學(xué)讀數(shù)系統(tǒng)中基準(zhǔn)元件v6.2.2 標(biāo)尺標(biāo)尺1標(biāo)尺的基本系列和規(guī)格 常見的種類（1 1）金屬標(biāo)尺：）金屬標(biāo)尺：優(yōu)點(diǎn)：易加工，尤其是常標(biāo)尺。 溫

5、度條件要求較低，因線膨脹系數(shù)與儀器基體及被測工件接近。 可做成各種形狀的斷面，使彎曲變形小。缺點(diǎn)：1）易臟，光潔度低；2）不易復(fù)制。（2 2）玻璃標(biāo)尺：）玻璃標(biāo)尺：優(yōu)點(diǎn)：照明好。 表面質(zhì)量好，光潔度高。 長期保持清潔。 可照像復(fù)制，成本低、。缺點(diǎn)：1）溫度條件要求高；2）變化小。 6.2 光學(xué)讀數(shù)系統(tǒng)中基準(zhǔn)元件光學(xué)讀數(shù)系統(tǒng)中基準(zhǔn)元件v6.2.2 標(biāo)尺標(biāo)尺 從抗溫度變化和抗彎曲變形角度看，金屬尺優(yōu)于玻璃標(biāo)尺，因此，精密的標(biāo)尺乃采用金屬作材料，玻璃標(biāo)尺在光學(xué)儀器中用的最普遍，現(xiàn)在已基本實(shí)現(xiàn)了標(biāo)準(zhǔn)化。表6-2、6-3的數(shù)值可以作為設(shè)計時的參考。 1標(biāo)尺的基本系列和規(guī)格標(biāo)尺的基本系列和規(guī)格 2選擇標(biāo)尺

6、的基本原則選擇標(biāo)尺的基本原則（1) 1) 材料選擇材料選擇 考慮兩點(diǎn)：一為材料的線膨脹系數(shù)，二為材料的加工性能。 （2) 2) 形狀選擇形狀選擇 金屬尺的端面可加工成特殊形狀，減小因變形引起的測量誤差。玻璃尺不易加工復(fù)雜截面。 6.2 光學(xué)讀數(shù)系統(tǒng)中基準(zhǔn)元件光學(xué)讀數(shù)系統(tǒng)中基準(zhǔn)元件v6.2.2 標(biāo)尺標(biāo)尺2選擇標(biāo)尺的基本原則選擇標(biāo)尺的基本原則（3)3)支承點(diǎn)選擇支承點(diǎn)選擇 選擇使標(biāo)尺變形最小的支撐點(diǎn)，減小測量誤差。設(shè)計刻尺座時要盡量滿足運(yùn)動學(xué)原理。 考慮愛里點(diǎn)支撐原則原則（4) 4) 標(biāo)尺的分劃值的選擇標(biāo)尺的分劃值的選擇 nn標(biāo)尺的主要參數(shù)：刻劃長度：由儀器的測量范圍定。分劃間隔：基本兩種0.1m

7、m和1mm。跟細(xì)分方式和最小讀數(shù)有關(guān)。標(biāo)尺的分劃值 ，最小讀數(shù) ，細(xì)分?jǐn)?shù)n之間的關(guān)系：確定后，由測量精度確定，則6.2 光學(xué)讀數(shù)系統(tǒng)中基準(zhǔn)元件光學(xué)讀數(shù)系統(tǒng)中基準(zhǔn)元件v6.2.2 標(biāo)尺標(biāo)尺2選擇標(biāo)尺的基本原則選擇標(biāo)尺的基本原則（5) 照明方式照明方式 金屬標(biāo)尺采用反射照明； 玻璃標(biāo)尺多采用投射照明。 玻璃標(biāo)尺在光電儀器中得到廣泛應(yīng)用，特別是200mm以下的短標(biāo)尺幾乎都用玻璃標(biāo)尺。 3標(biāo)尺的精度標(biāo)尺的精度（1）標(biāo)尺誤差的來源： 影響標(biāo)尺精度得主要因素有三個：刻線誤差：刻線誤差：由刻化機(jī)精度及刻化工藝造成的。溫度（變化帶來的）誤差溫度（變化帶來的）誤差：可計算并進(jìn)行修正。（標(biāo)尺）受力受力（彎曲）變形

8、誤差變形誤差：可計算并進(jìn)行修正。 6.2 光學(xué)讀數(shù)系統(tǒng)中基準(zhǔn)元件光學(xué)讀數(shù)系統(tǒng)中基準(zhǔn)元件v6.2.2 標(biāo)尺標(biāo)尺（2）標(biāo)尺精度選擇原則3標(biāo)尺的精度標(biāo)尺的精度ml5002 . 0ml2005 . 0ml2001ml1001ml1003 標(biāo)尺的精度按任意兩分劃線之間的最大不準(zhǔn)確度劃分，可分為五個等級：2級精度：3級精度：4級精度：5級精度：選擇標(biāo)尺時應(yīng)根據(jù)兩點(diǎn)：1級精度：根據(jù)儀器的總精度分配指標(biāo)。根據(jù)目前刻劃工藝水平。6.2 光學(xué)讀數(shù)系統(tǒng)中基準(zhǔn)元件光學(xué)讀數(shù)系統(tǒng)中基準(zhǔn)元件v6.2.2 標(biāo)尺標(biāo)尺 高精度的標(biāo)尺由于加工困難滿足不了需要，常常用較低精度的際尺來代替，代替的條件是對標(biāo)尺用精度較高的比長儀進(jìn)行檢定

9、，并將每條刻線的誤差列成表格，使用時用此表格進(jìn)行修正。 3標(biāo)尺的精度標(biāo)尺的精度80.1129mm80mm0.00004mm80.11290.0000480.1133mm13.45670.000712.4560mm80.1133 12.456067.6573mm80.1129mm例例6-1： 測得一個工件長度的兩次讀數(shù)分別為和12.4567mm對此讀數(shù)進(jìn)行修正：設(shè)由修正表查得刻劃誤差在處為則修正后實(shí)際值為： 12.4567mm由修正表查得刻劃誤差在12mm處為-0.0007mm, ，則修正后實(shí)際值為： 所以，實(shí)際測量長度為：6.2 光學(xué)讀數(shù)系統(tǒng)中基準(zhǔn)元件光學(xué)讀數(shù)系統(tǒng)中基準(zhǔn)元件v6.2.3 度盤度

10、盤 度盤是在圓形零件的刻劃面上以等分或不等分刻劃來作為角度標(biāo)準(zhǔn)器角度標(biāo)準(zhǔn)器的一種元件。 分類： 金屬度盤：都是反射式度盤。 光學(xué)度盤：反射式度盤和投射式度盤?？叹€面形狀： 錐面：高精度度盤，多數(shù)是金屬度盤。 柱面：低精度、粗讀用。 平面：各種精度。 6.2 光學(xué)讀數(shù)系統(tǒng)中基準(zhǔn)元件光學(xué)讀數(shù)系統(tǒng)中基準(zhǔn)元件v6.2.3 度盤度盤1度盤的質(zhì)量指標(biāo)度盤的質(zhì)量指標(biāo)主要包括刻線誤差、封閉誤差、刻線質(zhì)量。（1）刻線誤差：）刻線誤差： 包括兩種： 刻線的位置誤差刻線的位置誤差：在單面讀數(shù)條件下以刻線的位置衡量誤差指標(biāo)。直徑誤差：直徑誤差：在對徑讀數(shù)條件下作為衡量指標(biāo)。r 2z 刻線的位置誤差：（主要誤差）指刻線

11、實(shí)際位置偏移理想位置的角度值。表示為： 直徑誤差：（即對徑的）相對180兩刻線的位置誤差之和的平均值。最大直徑誤差： minmaxmaxzzz6.2 光學(xué)讀數(shù)系統(tǒng)中基準(zhǔn)元件光學(xué)讀數(shù)系統(tǒng)中基準(zhǔn)元件v6.2.3 度盤度盤1度盤的質(zhì)量指標(biāo)度盤的質(zhì)量指標(biāo) （3）封閉誤差所謂度盤刻線的封閉誤差是指度盤刻線一圈，第一條線與最后一條線不能閉合而出現(xiàn)的誤差。 （4）刻線質(zhì)量刻線質(zhì)量指線條斷線、不清晰，線邊不整齊、疵點(diǎn)等，它與刻劃技術(shù)和光刻設(shè)備有關(guān)。 2度盤參數(shù)的選擇度盤參數(shù)的選擇度盤的主要參數(shù)有度盤分劃值、分劃直徑d、刻線寬b。 （1）度盤分劃值的選擇 度盤分劃值就是度盤上相鄰兩刻線對于度盤中心的央角。又稱度

12、盤格值。 度盤分劃值的選擇主要考慮兩個因素：一是儀器的最小讀數(shù)值，另一是刻劃工藝的可能性。 n6.2 光學(xué)讀數(shù)系統(tǒng)中基準(zhǔn)元件光學(xué)讀數(shù)系統(tǒng)中基準(zhǔn)元件v6.2.3 度盤度盤（2) 分劃直徑d的選擇 2度盤參數(shù)的選擇度盤參數(shù)的選擇1) 刻劃誤差與刻劃直徑的關(guān)系 精度要求越高，度盤刻劃直徑應(yīng)越大 2) 刻劃間隔與人眼的視見寬度 度盤分劃值與度盤的刻線間隔之間關(guān)系 2dc刻線間隔c經(jīng)光學(xué)系統(tǒng)放大后的線量應(yīng)能被人眼觀察讀數(shù)，則2db ncb n 度盤的刻劃直徑d大刻線間隔c亦大，放大率、可適當(dāng)小些，對設(shè)計是有利的。6.2 光學(xué)讀數(shù)系統(tǒng)中基準(zhǔn)元件光學(xué)讀數(shù)系統(tǒng)中基準(zhǔn)元件v6.2.3 度盤度盤2度盤參數(shù)的選擇度

13、盤參數(shù)的選擇3) 度盤刻劃直徑與結(jié)構(gòu)尺寸的關(guān)系 度盤直徑的選擇應(yīng)該在儀器結(jié)構(gòu)尺寸允許的范圍內(nèi)考慮。 通常:金屬度盤的直徑一般為170300mm光學(xué)度盤的直徑一般為80250mm,常用的為120160mm（3) 刻線寬度b的選擇 （2) 分劃直徑d的選擇 刻線寬度0bb b0為刻線的視見寬度，取值與對準(zhǔn)方式有關(guān) 單線重合： b0=0.10.15mm 單線符合對準(zhǔn)：b0=0.150.2mm 雙線央單線對準(zhǔn)：b0=0.30.4mm刻線寬度與刻線間隔有如下關(guān)系 1(10b 1)8c6.2 光學(xué)讀數(shù)系統(tǒng)中基準(zhǔn)元件光學(xué)讀數(shù)系統(tǒng)中基準(zhǔn)元件v6.2.4 塊規(guī)塊規(guī) 長度基準(zhǔn),按制造精度和檢定精度的不同而分為五級

14、和六等 。一般不直接安裝在儀器上。 在光學(xué)儀器多數(shù)作零位基準(zhǔn)用。如在零位測微儀中的使用 零位測微儀（光學(xué)計）的工作原理采用自準(zhǔn)直原理 目鏡觀察分劃板像與有反射鏡反射回來的自身像重合，則調(diào)零。 測桿在垂直方向有移動量h時，帶動反射鏡偏轉(zhuǎn)角，則反射的分劃板像偏轉(zhuǎn)2，對應(yīng)的距離為y。若物鏡焦距為f,測桿支點(diǎn)到鉸點(diǎn)距離為a，則ahfy2所以被測距離：afyh26.3 光學(xué)讀數(shù)系統(tǒng)中的對準(zhǔn)精度、估讀精度光學(xué)讀數(shù)系統(tǒng)中的對準(zhǔn)精度、估讀精度v6.3.1 人眼的估讀極限誤差人眼的估讀極限誤差 當(dāng)間隔當(dāng)間隔b在在0.55 mm之間時，估讀的極限誤差可之間時，估讀的極限誤差可以用下述經(jīng)驗(yàn)公式來描述以用下述經(jīng)驗(yàn)公式

15、來描述(0.050.044)gb 0.044)(0.05gbb 表6.4 估讀誤差與視見寬度b之間關(guān)系可用對稱對準(zhǔn)或符合對準(zhǔn)方式，提高讀數(shù)精度度可用對稱對準(zhǔn)或符合對準(zhǔn)方式，提高讀數(shù)精度度 6.3 光學(xué)讀數(shù)系統(tǒng)中的對準(zhǔn)精度、估讀精度光學(xué)讀數(shù)系統(tǒng)中的對準(zhǔn)精度、估讀精度v6.3.2 光學(xué)讀數(shù)系統(tǒng)的對準(zhǔn)精度光學(xué)讀數(shù)系統(tǒng)的對準(zhǔn)精度 光學(xué)讀數(shù)系統(tǒng)中的對準(zhǔn)精度指的是在測微讀數(shù)時，利光學(xué)讀數(shù)系統(tǒng)中的對準(zhǔn)精度指的是在測微讀數(shù)時，利用光學(xué)手段使系統(tǒng)中的指標(biāo)線與刻尺之刻線瞄準(zhǔn)或使度盤用光學(xué)手段使系統(tǒng)中的指標(biāo)線與刻尺之刻線瞄準(zhǔn)或使度盤對徑刻線之間對準(zhǔn)對徑刻線之間對準(zhǔn)。 測微方式不同的對準(zhǔn)形式也不同測微方式不同的對準(zhǔn)形

16、式也不同（a)對徑刻線符合式； （b)雙絲夾單絲的對稱式 （c)估讀式6.3 光學(xué)讀數(shù)系統(tǒng)中的對準(zhǔn)精度、估讀精度光學(xué)讀數(shù)系統(tǒng)中的對準(zhǔn)精度、估讀精度v6.3.2 光學(xué)讀數(shù)系統(tǒng)的對準(zhǔn)精度光學(xué)讀數(shù)系統(tǒng)的對準(zhǔn)精度光學(xué)讀數(shù)系統(tǒng)中對準(zhǔn)精度仍按公式光學(xué)讀數(shù)系統(tǒng)中對準(zhǔn)精度仍按公式(5-1)計算計算 250rmp （6-12） 若考慮外界條件對瞄準(zhǔn)的影響，則上式為若考慮外界條件對瞄準(zhǔn)的影響，則上式為250rmp （6-13） 若基準(zhǔn)元件為度盤，則若基準(zhǔn)元件為度盤，則 250rpr 例例6-2 10rp某光學(xué)經(jīng)緯儀中，讀數(shù)顯微鏡的總放大倍數(shù) =46，水平度盤刻劃直徑d=85mm，對準(zhǔn)方式采用對徑符合讀數(shù)，人眼的符

17、合對準(zhǔn)誤差 。因野外使用，環(huán)境條件較差，取瞄準(zhǔn)誤差系數(shù) =1.5。求度盤對徑分劃線一次符合的極限誤差。6.4 幾種常用的光學(xué)讀數(shù)系統(tǒng)設(shè)計幾種常用的光學(xué)讀數(shù)系統(tǒng)設(shè)計 v6.4.1 直讀式光學(xué)讀數(shù)系統(tǒng)直讀式光學(xué)讀數(shù)系統(tǒng)(標(biāo)尺式標(biāo)尺式)1帶尺讀數(shù)裝置帶尺讀數(shù)裝置 12345 6 7812nn n12b n nc min0.5bmm b值的選取一般在12mm,最小值 1n2n 估讀精度要降低。分劃間隔c是選定的。、是由最小讀數(shù)值決定的。 不必將指標(biāo)線與刻線之像重合，而是利用人眼的估不必將指標(biāo)線與刻線之像重合，而是利用人眼的估讀能力，直接估讀而獲得讀數(shù)。讀能力，直接估讀而獲得讀數(shù)。 直讀式裝置中的光學(xué)系

18、統(tǒng)，其作用僅僅是將標(biāo)尺的分劃放大成可見的寬度。6.4v6.4.1 直讀式光學(xué)讀數(shù)系統(tǒng)直讀式光學(xué)讀數(shù)系統(tǒng)(標(biāo)尺式標(biāo)尺式)例例6-4：設(shè)一測長系統(tǒng)要求用固定標(biāo)尺對一移動的玻璃尺讀數(shù)。已知玻璃刻尺的格值為l mm，要求能直讀0.01mm，估讀。0.001mm，求讀數(shù)系統(tǒng)的總放大率 ，物鏡放大率，目鏡的倍率目，細(xì)分?jǐn)?shù)n等參數(shù)。1帶尺讀數(shù)裝置帶尺讀數(shù)裝置 1211000.01n n1n2n使 =10 取1bmm 12b n nc 倍率分配，刻線間隔取 0.05mm 120.05cnn0.05 10051 故 100205m100110016.4v6.4.1 直讀式光學(xué)讀數(shù)系統(tǒng)直讀式光學(xué)讀數(shù)系統(tǒng)(標(biāo)尺式標(biāo)

19、尺式)2.斜分尺讀數(shù)法斜分尺讀數(shù)法 9080706050403020100109876543210123456789101112aqpbc/10c圖610 斜尺讀數(shù)裝置讀數(shù)原理3光學(xué)游標(biāo)讀數(shù)裝置光學(xué)游標(biāo)讀數(shù)裝置 光學(xué)游標(biāo)讀數(shù)的原理和機(jī)械游標(biāo)讀數(shù)原理完全相同。 incnnb1cnbnl1參數(shù)計算公式：6.4v6.4.2 帶測微器的光學(xué)讀數(shù)系統(tǒng)帶測微器的光學(xué)讀數(shù)系統(tǒng) 光學(xué)光學(xué)機(jī)械測微器機(jī)械測微器:如果它放在目鏡分劃板的平面內(nèi)則稱為目鏡測微器；如果放置在投影屏上則稱為投影讀數(shù)測微器；如果放在被測物平面內(nèi)，則稱為物鏡測微器。 光學(xué)光學(xué)機(jī)械測微器主要形式有機(jī)械測微器主要形式有： 測微螺桿式 阿基米德螺旋

20、線式 楔塊移動式 當(dāng)主標(biāo)尺的刻線像沒有正好對準(zhǔn)讀數(shù)指標(biāo)時，通過微動機(jī)構(gòu)（測微器）移動主標(biāo)尺刻線像或讀數(shù)指標(biāo)線，使它們對準(zhǔn)，然后由測微器讀出尾數(shù)部分。稱作微動對零法微動對零法。 典型的微動對零法采用的測微器測微器有兩種形式：光學(xué)光學(xué)機(jī)械測微器和光學(xué)測微器機(jī)械測微器和光學(xué)測微器6.4v6.4.2 帶測微器的光學(xué)讀數(shù)系統(tǒng)帶測微器的光學(xué)讀數(shù)系統(tǒng) 1絲桿式目鏡測微器絲桿式目鏡測微器 原理: 固定分劃板的分劃實(shí)現(xiàn)第一級細(xì)分（光學(xué)細(xì)分光學(xué)細(xì)分），細(xì)分?jǐn)?shù) 101n 活動分劃板4、測微絲桿6、測微鼓輪7對固定分刻板上一小格進(jìn)行第二級細(xì)分，讀數(shù)鼓輪上等分100格（機(jī)械機(jī)械細(xì)分細(xì)分），細(xì)分?jǐn)?shù) 1002n6.4v6.

21、4.2 帶測微器的光學(xué)讀數(shù)系統(tǒng)帶測微器的光學(xué)讀數(shù)系統(tǒng) 1絲桿式目鏡測微器絲桿式目鏡測微器 則絲桿式目鏡測微器的總細(xì)分?jǐn)?shù) 100021nnn 讀數(shù)的次序是：毫米值由主尺像讀出，十分之一毫米值由固定標(biāo)尺讀出，百分之一毫米以下的值從讀數(shù)鼓輪讀出。 例例6-6：試設(shè)計一絲桿式目鏡測微器，直讀為0.001mm,估讀為1mm，主尺格值為1mm 1)測微器的細(xì)分?jǐn)?shù)n的選擇1000001. 01n2)固定標(biāo)尺和讀數(shù)鼓輪的格值的選擇 101n1002n固定分劃板的細(xì)分?jǐn)?shù)鼓輪的細(xì)分?jǐn)?shù)6.4v6.4.2 帶測微器的光學(xué)讀數(shù)系統(tǒng)帶測微器的光學(xué)讀數(shù)系統(tǒng) 1絲桿式目鏡測微器絲桿式目鏡測微器 3)讀數(shù)系統(tǒng)總放大率的確定 m

22、mm0002. 0 10rp17 .601010002. 0102502505 mrp實(shí)際上取 5 .624)物鏡倍率的選擇和倍率誤差的確定例例6-6：精密絲桿螺距mms5 . 0 固定分劃板上刻劃總長為 ，應(yīng)與主尺放大成像在像面上的長度相等 mm5105 . 051105 . 0目鏡之放大率5 .12m6.4v6.4.2 帶測微器的光學(xué)讀數(shù)系統(tǒng)帶測微器的光學(xué)讀數(shù)系統(tǒng) 1絲桿式目鏡測微器絲桿式目鏡測微器 5)讀數(shù)鼓輪直徑dg的確定mmdg3210016)手輪直徑ds的確定 mskskd2mm8 .310002. 052 . 05 . 0例例6-6： 這種測微器的主要缺點(diǎn)： (1)由于絲桿必須保

23、證活動分劃板的雙絲能在固定分劃板010刻度范圍內(nèi)移動，所以絲桿之工作距離較長，因而導(dǎo)軌也較長，整個結(jié)構(gòu)較大。 (2)讀數(shù)時需要分別在目鏡視場內(nèi)和鼓輪上兩處進(jìn)行，讀數(shù)不方便。 為了克服這些缺點(diǎn)，將活動分劃板上一對雙絲增至11對6.4v6.4.2 帶測微器的光學(xué)讀數(shù)系統(tǒng)帶測微器的光學(xué)讀數(shù)系統(tǒng) 1絲桿式目鏡測微器絲桿式目鏡測微器 11對雙絲應(yīng)用情況1目鏡，2分劃板； 3指示板；4測微絲桿；5導(dǎo)軌 6.4.2v2螺旋線式目鏡測微器螺旋線式目鏡測微器利用阿基米德螺旋分劃板進(jìn)行細(xì)分的阿基米德螺旋測微器 原理：采用一塊固定分劃板2將主尺進(jìn)行第一級細(xì)分；然后利用阿基米德螺旋分劃板3內(nèi)圈刻有100個格對固定分劃

24、板2進(jìn)行第二級細(xì)分。 101n1002n 十圈螺旋線總間隔與固定分劃板上總刻線間隔相等 1目鏡；2固定分劃板；3阿基米德螺旋分劃板；4測微手輪 6.4.2v3楔塊移動式目鏡測微器 當(dāng)轉(zhuǎn)動測微手輪3時，楔塊1上下移動，使滑塊4左右移動，滑塊4上刻有分劃值為0.1mm的11對雙絲，滑塊與楔塊問由鋼珠聯(lián)接，主尺刻線像放大成像在滑塊刻劃面上，當(dāng)某一雙絲與主尺刻線像重合時，便可進(jìn)行測微讀數(shù)，0.1mm以下的數(shù)值由固定在楔塊1上的測微尺讀出 cbnntg21122ccntgc2為測微尺上每小格之刻線間隔 mbc2b為明視寬度c1為活動滑塊上分劃尺之一個格的刻線間隔 11ncbcc為主尺的刻線間隔 6.4v

25、6.4.2 帶測微器的光學(xué)讀數(shù)系統(tǒng)帶測微器的光學(xué)讀數(shù)系統(tǒng)光學(xué)測微器光學(xué)測微器可分為兩個基本類型： (1)以不改變光線方向，僅使光線產(chǎn)生移動為基礎(chǔ)的測微器。 (2)改變光線方向的測微器，又稱光學(xué)補(bǔ)償器。 光學(xué)測微器的形式形式有：擺動平板玻璃、移動單光楔、轉(zhuǎn)動單光楔、轉(zhuǎn)動雙光楔、移動長焦距透鏡。 雙光楔測微器6.4v6.4.2單平板測微器雙平板測微器6.5 光學(xué)讀數(shù)系統(tǒng)中顯微系統(tǒng)參數(shù)的計算光學(xué)讀數(shù)系統(tǒng)中顯微系統(tǒng)參數(shù)的計算顯微鏡物鏡 21lfefffff2121測微范圍與最小刻線間隔c之間的關(guān)系為 czv1. 物境的倍率和目鏡的倍率分配原則物境的倍率和目鏡的倍率分配原則mll250mmf（6-29）

26、（6-30）（6-31）6.5v1. 物境的倍率和目鏡的倍率分配原則物境的倍率和目鏡的倍率分配原則 讀數(shù)系統(tǒng)中顯微鏡的總放大率可根據(jù)讀數(shù)精度來確定按公式（6-12）、(6-13)、(6-14)、分別計算 （1）物鏡倍率確定原則）物鏡倍率確定原則 1)物鏡的工作距(物鏡至度盤或標(biāo)尺的距離) 2)像方視場大小的限制 3)測微器之最大測微范圍及度盤或刻尺格值的限制 4)測微器精度的限制 （2）目鏡倍率確定原則）目鏡倍率確定原則 1)人手的最小靈敏度的限制 2)測微分劃尺刻劃工藝的限制 3)受目鏡工作距限制 4)受目鏡型式通用化限制 6.5v2. 倍率調(diào)整倍率調(diào)整v3. 焦距的分配焦距的分配v4. 物

27、鏡的數(shù)值孔徑物鏡的數(shù)值孔徑250fnanafnad50025022500dna12ff或12ff 11elf圖621 兩組透鏡組成的顯微物鏡6.6 光電讀數(shù)系統(tǒng)概述光電讀數(shù)系統(tǒng)概述v6.6.1 光電讀數(shù)的基本要求光電讀數(shù)的基本要求 光電讀數(shù)系統(tǒng)光電讀數(shù)系統(tǒng)是以莫爾條紋為基礎(chǔ)，采用光柵或光電碼盤作基準(zhǔn)元件，經(jīng)光電探測器將光信號轉(zhuǎn)換成電信號，對電信號進(jìn)行處理、細(xì)分，將位移量變換成數(shù)字量直接顯示讀數(shù)的系統(tǒng)。 基本要求：基本要求： （1）讀數(shù)顯示精確可靠。（2）讀數(shù)穩(wěn)定，性能可靠。（3）維修方便，操作簡單。（4）價格低廉。6.6v6.6.2 光電讀數(shù)系統(tǒng)的分類光電讀數(shù)系統(tǒng)的分類按用途來分 數(shù)字測長系統(tǒng)

28、：以長度計量光柵為基準(zhǔn)元件，用來測 線位移量。數(shù)字測角系統(tǒng)：用來測角位移、以軸角編碼器為基準(zhǔn)。表表6.6 光電編碼器的分類光電編碼器的分類6.6v6.6.2 光電讀數(shù)系統(tǒng)的分類光電讀數(shù)系統(tǒng)的分類增量式編碼器增量式編碼器：基準(zhǔn)元件圓光柵，圖案均勻 沒有確定的測量點(diǎn)； 停電信息丟失；計數(shù)誤差會逐漸積累； 可以任意予置零點(diǎn)；測量范圍僅受計數(shù)器容量限制而與光學(xué)器件無關(guān)。 絕對式編碼器絕對式編碼器：基準(zhǔn)元件碼盤，圖案不均勻 抗干擾能力強(qiáng)； 沒有誤差的累積；再現(xiàn)性好； 斷電再通電信號能恢復(fù)原來狀態(tài)；在不讀數(shù)的范圍內(nèi)移動速度可超越極限響應(yīng)速度；不需要方向判別和可逆計數(shù)，信號并行傳送。結(jié)構(gòu)復(fù)雜、價格高； 6.

29、6v6.6.3 光柵的莫爾條紋光柵的莫爾條紋1. 長光柵和莫爾條紋長光柵和莫爾條紋（1）光柵： （2）莫爾條紋： 2. 莫爾條紋的位移放大作用莫爾條紋的位移放大作用兩柵線夾角很小時， 莫爾條紋的放大倍數(shù)： 1lmd3. 莫爾條紋對光柵誤差的平均作用莫爾條紋對光柵誤差的平均作用莫爾條紋運(yùn)動與光柵運(yùn)動具有對應(yīng)關(guān)系 莫爾條紋波形為正弦波 如果光柵柵距有誤差，則各交點(diǎn)的連線將不是直線，由光電元件接受到的是指示光柵的整個刻線區(qū)域中所包含的所有刻線的綜合結(jié)果 另外另外：6.6v6.6.3 光柵的莫爾條紋光柵的莫爾條紋4. 長光柵莫爾條紋的典型圖案長光柵莫爾條紋的典型圖案（1）橫向莫爾條絞）橫向莫爾條絞 形

30、成條件：交角很小，兩光柵疊加 www21柵距相同， （2）縱向莫爾條紋）縱向莫爾條紋 ,210兩光柵疊加 形成條件：（3）斜向莫爾條紋）斜向莫爾條紋 ,210兩光柵疊加形成條件：12ww若，則成為光闡莫爾條紋 0,應(yīng)用價值不大 應(yīng)用日益增多 無實(shí)用價值 6.6v6.6.3 光柵的莫爾條紋光柵的莫爾條紋5. 圓光柵莫爾條紋圖案圓光柵莫爾條紋圖案 （1）徑向光柵所形成的莫爾條紋 （2）切向光柵所形成的莫爾條紋 6.6v6.6.4 有關(guān)光學(xué)碼盤的基本概念有關(guān)光學(xué)碼盤的基本概念1. 碼盤上碼盤上“數(shù)數(shù)的表示方法的表示方法 （1）二進(jìn)制 （2）二進(jìn)制運(yùn)算（3）用碼盤圖案表示二進(jìn)制 03130292827

31、262524 23222120191817161514131211109876543212. 循環(huán)碼，二進(jìn)碼、十進(jìn)碼之間換算循環(huán)碼，二進(jìn)碼、十進(jìn)碼之間換算（1）循環(huán)碼03130292827262524 2322212019181716151413121110987654321十進(jìn)制二進(jìn)制碼碼道展開0123456789101112131415161718192021222324252627282930310000000001000100001100100001100011000100010000000000000000000000000000000000000000000000001110111

32、111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111十進(jìn)制循環(huán)碼碼道展開0123456789101112131415161718192021222324252627282930300000000001000111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111110000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000110五位普二碼盤展開圖 五位循

33、環(huán)碼展開 6.6v6.6.4 有關(guān)光學(xué)碼盤的基本概念有關(guān)光學(xué)碼盤的基本概念由二進(jìn)制碼轉(zhuǎn)為循環(huán)碼 2. 循環(huán)碼，二進(jìn)碼、十進(jìn)碼之間換算循環(huán)碼，二進(jìn)碼、十進(jìn)碼之間換算（2）循環(huán)碼與自然二進(jìn)制碼之間的換算r表示循環(huán)碼， c表示二進(jìn)制數(shù) 循環(huán)碼轉(zhuǎn)為二進(jìn)制碼121232121211rccrccrccrccrccrciiinnnnnnnn6.6v6.6.4 有關(guān)光學(xué)碼盤的基本概念有關(guān)光學(xué)碼盤的基本概念3. 碼盤的位數(shù)、分辨率、線對數(shù)、線周期碼盤的位數(shù)、分辨率、線對數(shù)、線周期（1）碼盤的位數(shù)和碼盤的編碼容量 碼盤的位數(shù)n即碼道數(shù)與編碼容量的關(guān)系：m=2n （2）碼盤的分辨率3360/22129610nn（3

34、）線對數(shù)和線周期 一條亮線和一條暗線稱為一對線122nmn線對數(shù)n: 循環(huán)碼線對數(shù)n: 22nn 線周期指碼道中一對線（即黑白兩線）所夾的圓心角，周期t :13360 /2129610ntn03130292827262524 23222120191817161514131211109876543216.7 光柵式光電讀數(shù)系統(tǒng)光柵式光電讀數(shù)系統(tǒng)v6.7.1 組成與工作原理組成與工作原理1光源；2照明系統(tǒng)；3主光柵；4指示光柵；5物鏡；6光電探測器；7放大器；8邏輯處理；9數(shù)字顯示表v6.7.2 光柵測量原理光柵測量原理1光柵測量方程式ndmlm或 2莫爾條紋測量方程式 kxy mnyykx1mk

35、nx6.7v6.7.3 光柵讀數(shù)系統(tǒng)光柵讀數(shù)系統(tǒng)1.光柵信號的光電計數(shù)光柵信號的光電計數(shù)ab取樣取樣差分電路差分電路整形電路反相電路整形電路微分電路a1微分電路a2與門p1與門p2加法脈沖減法脈沖p1p2（1）計數(shù)脈沖的形成（2）測量方向的判別 通過獲取兩個反相信號判別方向 2. 光柵讀數(shù)頭光柵讀數(shù)頭光源至光電探測器這一部分。光源至光電探測器這一部分。目前細(xì)分方式均采用電細(xì)分目前細(xì)分方式均采用電細(xì)分 1)光柵信號正弦性的要求 2)光柵信號的等幅性要求 3)光柵信號的正交性要求 4)光源亮度的變化要求 5)對比度要求 6.7v6.7.3 光柵讀數(shù)系統(tǒng)光柵讀數(shù)系統(tǒng)（1）光柵讀數(shù)頭的分類 2. 光柵讀數(shù)頭