儀器精度理論0418

1、儀 器 精 度 理 論勞達(dá)寶 副研究員中國科學(xué)院光電研究院 激光測量技術(shù)研究室2016年04月19日 2個(gè)人簡介姓名勞達(dá)寶單位中科院光電研究院年齡32職稱副研究員、碩導(dǎo)畢業(yè)學(xué)校天津大學(xué)畢業(yè)專業(yè)儀器科學(xué)與技術(shù)聯(lián)系電箱研究方向精密儀器；大尺寸激光/視覺測量；精密角度測量；光機(jī)設(shè)計(jì)承擔(dān)項(xiàng)目一、自然基金青年項(xiàng)目：精密角度測量傳感理論與方法（面上基金、重點(diǎn)基金、科技部儀器專項(xiàng)）二、中科院院裝備項(xiàng)目：便攜式激光跟蹤儀三、科技部儀器開發(fā)專項(xiàng)：飛秒激光跟蹤儀四、其他：iGPS、激光掃描全站儀、視覺傳感器、經(jīng)緯儀系統(tǒng)標(biāo)定 31、 儀器精度理論概述2 、 儀器設(shè)計(jì)基本原則4、 誤差來源與

2、精度分配課程提綱3、 儀器精度計(jì)算5、 提高儀器精度措施1 儀器精度理論概述 51.1 儀器精度基本概念1 1. .誤差、精度誤差、精度誤差(Error) 為測得值與被測量真值之差精度（Accuracy）與誤差概念相反；精度高、低用誤差來衡量。精度 準(zhǔn)確度系統(tǒng)誤差大小的反映； 精密度隨機(jī)誤差大小的反映； 精確度系統(tǒng)隨機(jī) 的綜合； 62 2. .分辨率分辨率（Resolution） 儀器設(shè)計(jì)中重要的指標(biāo) 儀器能夠感受、識(shí)別或探測的輸入量的最小值。 分辨率、精密度、精確度三者關(guān)系 ！ 提高儀器精密度，須相應(yīng)提高其分辨率； 提高儀器分辨率，能夠提高儀器精確度（不完全相關(guān)）； 分辨率一般為儀器精度的

3、1/3 1/5。 高精度儀器 低分辨率，達(dá)不到； 低精度儀器 高分辨率，不合理。1.1 儀器精度基本概念 71.1 儀器精度基本概念3 3. .復(fù)現(xiàn)精度（再現(xiàn)精度） 用與標(biāo)準(zhǔn)量（真值或約定值）的偏差來表示的絕對(duì)精度，反映儀器精確度。4 4. .重復(fù)精度 同一測量方法和測試條件下，相隔不太長時(shí)間，多次測量的結(jié)果，反映儀器精密度。復(fù)現(xiàn)精度 儀器允許誤差不合理，重新設(shè)計(jì)； （b）總系統(tǒng)誤差 1/3 儀器誤差； （c）補(bǔ)償措施消除或減少系統(tǒng)誤差； 404.2精度分配2）隨機(jī)誤差特點(diǎn)數(shù)目較多、未知，多采用均方根方法綜合 隨機(jī)總誤差儀器總誤差s 系統(tǒng)總誤差e 等作用原則各零部件誤差相等地作用于總誤差mni

4、 不等作用原則）各隨機(jī)誤差的作用系統(tǒng)（inmiiiPP12隨機(jī)誤差分配方法 414.2精度分配3. 3. 公差調(diào)整公差調(diào)整 等作用原則，沒有考慮各零部件的實(shí)際情況不精確，應(yīng)通過公差調(diào)整達(dá)到合理。公差評(píng)定等級(jí) 經(jīng)濟(jì)公差極限在通用設(shè)備上，采用最經(jīng)濟(jì)加工方法所達(dá)到的精度； 生產(chǎn)公差極限在通用設(shè)備上，采用特殊工藝裝備，不考慮效率因素進(jìn)行加工所能達(dá)到的精度； 技術(shù)公差極限在特殊設(shè)備上以及良好的條件下所達(dá)到的精度。公差調(diào)整方法先系統(tǒng)，誤差大，易調(diào)整；后隨機(jī)公差調(diào)整目標(biāo) （a）多數(shù)在經(jīng)濟(jì)公差極限內(nèi)；少數(shù)在生產(chǎn)公差極限內(nèi)；極個(gè)別在技術(shù)公差極限內(nèi)； （b）系統(tǒng)誤差公差等價(jià)比隨機(jī)誤差高；補(bǔ)償措施少而經(jīng)濟(jì)效果顯著。

5、 5 提高儀器精度的措施 43措施設(shè)計(jì)時(shí)從原理和結(jié)構(gòu)上消除誤差從裝配調(diào)整中消除誤差對(duì)儀器進(jìn)行誤差修正誤差補(bǔ)償采用誤差自動(dòng)校正原理 445.1設(shè)計(jì)時(shí)從原理和結(jié)構(gòu)上消除誤差1、符合阿貝原則 千分尺可忽略阿貝誤差，游標(biāo)卡尺不能忽略誤差。 激光測距儀：應(yīng)使被測光路與參考光路基本一致。千分尺游標(biāo)卡尺2、遵守等作用原則 455.1設(shè)計(jì)時(shí)從原理和結(jié)構(gòu)上消除誤差3、縮短測量鏈4、采用調(diào)整機(jī)構(gòu) 測量鏈最短尺寸鏈，減少測量環(huán)節(jié)。平面鏡調(diào)節(jié)用 彈性鉸鏈 采用調(diào)整機(jī)構(gòu)和補(bǔ)償機(jī)構(gòu)。 例如： 偏心環(huán)、修切墊、彈性鉸鏈等。 465.1設(shè)計(jì)時(shí)從原理和結(jié)構(gòu)上消除誤差6、減小間隙與空程引起的誤差5、減小誤差傳遞系數(shù) 投影物鏡-提

6、高放大倍數(shù); 凸輪擺桿激光增大擺桿長度。 零件配合存在間隙或彈性變形，造成空程。采用間隙調(diào)整機(jī)構(gòu)提高構(gòu)件剛度，減少彈性空程。改善摩擦條件。 475.1設(shè)計(jì)時(shí)從原理和結(jié)構(gòu)上消除誤差7、減小振動(dòng)引起的誤差8、采用誤差補(bǔ)償設(shè)計(jì)共振、松動(dòng)、增大間隙：角度傳感器對(duì)徑讀數(shù)消除偏心、變形誤差; 邁克爾遜干涉儀，參考臂和測量臂靠近；光學(xué)補(bǔ)償鏡；盡量不采用間歇運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)，而用連續(xù)掃描。振動(dòng)分析，合理選擇固有頻率。采取防振措施。隔振：振動(dòng)源與主要部件之間采用柔性設(shè)計(jì)。讀數(shù)頭角度編碼器、圓光柵等測角傳感器分光鏡補(bǔ)償鏡 485.2從裝配調(diào)整中消除誤差1. 單件修切法2. 分組選配 軸孔配合：軸承與主軸 擴(kuò)束倍數(shù)精確時(shí)，

7、需要選配目鏡和物鏡的焦距。研配、修改、修切端面 來調(diào)節(jié)軸系幾何關(guān)系；修切分劃鏡端面，以保證物鏡焦面；修切或研磨隔圈來保證透鏡間的間距。軸系修切 495.3對(duì)儀器進(jìn)行誤差修正1. 對(duì)已定系統(tǒng)誤差采用列表修正2. 采用合理的測量方法溫度角度。例如經(jīng)緯儀、跟蹤儀采用正倒鏡測量法消除視察和度盤偏心差利用多次瞄準(zhǔn)提高精度 505.4誤差補(bǔ)償1. 誤差值補(bǔ)償法2. 誤差傳遞系數(shù)補(bǔ)償法3. 綜合補(bǔ)償分段補(bǔ)償連續(xù)補(bǔ)償自動(dòng)補(bǔ)償選擇最佳工作區(qū)：例如特定角度范圍改變誤差傳遞系數(shù)：例如螺距采用光、機(jī)、電、算等技術(shù)手段 515.4誤差自動(dòng)校正 對(duì)于精度要求較高，又無法通過巧妙的結(jié)構(gòu)安排使得誤差得到補(bǔ)償?shù)模捎谜`差自動(dòng)校準(zhǔn)。 如：通過光電信號(hào)反饋?zhàn)詣?dòng)調(diào)焦；光電跟蹤。舉例 旋轉(zhuǎn)角度誤差自校準(zhǔn)，利用圓封閉