蔡司立式测长仪改进设计及测量仿真(附件)
本毕业设计主要分为测长仪的改进设计和测量仿真两大部分。技术方面分为两点：一是采用先进的光栅传感器技术，测量数据数字显示的方式，将蔡司立式测长仪进行改进设计。首先，系统利用光学杠杆原理对微小的尺寸变化进行初级放大，即将微小的位移变化转化为光栅像的移动，从而获得放大了近百倍的莫尔条纹信号。然后，利用光电探测器PSD将光信号转化成电信号，对输出的电信号放大与数字化处理功能，由于像点移动与被测物长度变化之间有较好的对应关系，因此根据像点移动量建立与被测物长度变化之间的数学模型，通过对像点位置变化的分析，从而通过数字显示的方法显示出测量结果；二是运用步进电机的正反转来控制测量轴的移动。其中运用了齿轮传动、蜗轮蜗杆传动、联轴器等机械部件。测量仿真方面用了UG来完成测长仪的三维建模和整个实验过程的仿真。为达到预期的效果，还运用了会声会影对仿真视频的处理。最后用Authorware 7.0把所有资料进行整理，做出该仪器三维演示动画。关键词：测长仪；莫尔条纹；数字显示；步进电机；运动仿真目 录
第一章 绪论 1
1.1 概述 1
1.2 研究背景、现状和存在问题 1
1.3 本文的主要内容 2
第二章 仪器总体改进设计 3
2.1 改进设计要求 3
2.2 总体设计布局 3
2.3 仪器的技术参数 4
第三章 数显部分改进设计 7
3.1 概述 7
3.2 莫尔条纹的产生 7
3.3 光栅系统的结构 8
3.3.1光源的选择 9
3.3.2聚光镜的选择 9
3.3.3光栅尺的选择 10
3.3.4光电探测器 10
3.3.5放大器的选择 11
3.3.7显示器的选择 14
3.4 光电转换计算 16
3.5.1电子学细分的概念 16
3.5.2电子学细分的分类方法 17
3.6 莫尔条纹电子细分评价指标 18
第四章 步进电机部分设计 19
4.1 概述 19
4.2 步进电机的结构与工作原理 19
4.3 传动结构
*好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^3^5^1^9^1^6^0^7^2^*
/> 3.3.7显示器的选择 14
3.4 光电转换计算 16
3.5.1电子学细分的概念 16
3.5.2电子学细分的分类方法 17
3.6 莫尔条纹电子细分评价指标 18
第四章 步进电机部分设计 19
4.1 概述 19
4.2 步进电机的结构与工作原理 19
4.3 传动结构设计方案 20
4.3.1步进电机的选型 20
4.3.2步进电机的控制 21
4.3.3控制系统流程图 22
4.3.4系统电路图 23
4.3.5以上电路的控制程序 24
第五章 建模及测量仿真 27
5.1 建模软件介绍 27
5.2 测长仪的建模 27
5.2.1绘制圆柱 27
5.2.2创建基准平面 28
5.2.3拉伸 28
5.2.4倒斜角 29
5.2.5测长仪零件的装配 29
5.3 测量仿真 30
5.4 资料的整理 30
5.4.1Authorware7.0简介 30
5.4.2基本操作工具栏 32
5.4.3Authorware图标 33
5.5 课件的制作 34
5.5.1立式测长仪操作规程 35
5.5.2实验原理 35
5.5.3实验目的 35
5.5.4实验内容 36
5.5.6实验数据处理 36
结 论 38
致谢 40
参考文献： 41
第一章 绪论
1.1 概述
在机械制造业中，测量技术是对物体的空间位置、形状和大小等几何量的研究工作。测量是为确定物理量而进行的一组操作。如，将被测量值与法定计量单位的标准量值进行比较，从而确定被测量值得一组操作。检验是为确定被测物是否达到预期要求所进行的测量。
测长仪是一种高效率的单坐标接触式长度测量仪器,主要用于精密零件及量具的内外尺寸测量。可进行绝对测量,也可借助量块或其他标准量具作相对测量。还可以利用附件测量螺纹中径等。目前，测长仪的信息读取方式有目镜读数、投影屏读数以及先进的数字显示读数。测长仪依据不同的基准可分为利用精密线纹尺或光栅尺作为基准件的仪器和利用光波干涉的干涉测长仪器两种。特别是近些年激光技术的迅速发展，大大提高了测量的精度。测长仪可分为立式测长仪和卧式测长仪两种。
本设计是以一个数字显示读数方式的立式测长仪，本仪器依据光栅原理设计而成，根据黑白光栅的莫尔条纹原理在德国蔡司立式测长仪的基础之上改装而成。其中，重点运用了光栅式传感器。本仪器用标准器（如量块）以比较法测量工件的尺寸。它可对五等量块、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本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。
进行数字化改装的优点：
（1）、测量精度变高；（2）、读数速率边高；（3）、分辨率变高；（4）、操作变简单。（5）、降低了人为测量误差。
1.2 研究背景、现状和存在问题
蔡司立式光学计是德国的一台测量仪器，它已经有一定的历史，测量精度、测量方法已经被淘汰，我们现在很少见到。21世界以来，光学得到很大的发展，莫尔条纹被运用到测量中，改变了以前测量方式，很多光学仪器中都运用了光栅数显技术进行改进，如光学计、显微镜、投影仪等。许多传统的生产方法必然被社会所淘汰，作为当代理工科大学生，我们应该积极学习先进的科学知识，并把它用到生活中去。车间常用百分尺、游标卡尺等传统的测量工具，已经满足不了现在测量技术的要求。如果用光学计，用量块比对测量，比较麻烦，测量的效率低，准确度不高。本毕业设计运用数字显示的方式，在蔡司立式测长仪上进行改进设计，此外，还增加了步进电机模块，通过电机的正反转控制测量轴的上下移动，其中运用齿轮副的传递扭矩，用蜗轮蜗杆把旋转运动转换成直线运动，大大提高了测量效率和精度。可以说，本毕业设计从数字化和自动化两个方面对测长仪进行了改装。
作为一种新型的技术，光栅数显技术的发展状况近年来受到普遍的关注。目前，光纤光栅技术是其中一支，已经可以对温度、应变、压力、位移、扭角、扭矩、电流电压、浓度、频率、振动，热膨胀系数等等物理量进行检测。可以数在未来光栅传感技术会应用到我们生活的方方面面。另外，这一技术的应用也存在着一些问题，使得它只能停留在实验室阶段。国内外学者在此技术上做了许多工作，提出了许多方法。
Authorware7.0是一个非常有用的软件，它的操作方式简单，程序易懂，逻辑关系非常强。教师提前做好多媒体课件，省下了平时课堂板书的许多时间，大大提高了课堂的效率。多媒体教学是计算机辅助教学的重要部分，利用多媒体教学是教育改革的一个重要途径，也是当前教育发展的新趋势。跟随着信息技术的进步，
第一章 绪论 1
1.1 概述 1
1.2 研究背景、现状和存在问题 1
1.3 本文的主要内容 2
第二章 仪器总体改进设计 3
2.1 改进设计要求 3
2.2 总体设计布局 3
2.3 仪器的技术参数 4
第三章 数显部分改进设计 7
3.1 概述 7
3.2 莫尔条纹的产生 7
3.3 光栅系统的结构 8
3.3.1光源的选择 9
3.3.2聚光镜的选择 9
3.3.3光栅尺的选择 10
3.3.4光电探测器 10
3.3.5放大器的选择 11
3.3.7显示器的选择 14
3.4 光电转换计算 16
3.5.1电子学细分的概念 16
3.5.2电子学细分的分类方法 17
3.6 莫尔条纹电子细分评价指标 18
第四章 步进电机部分设计 19
4.1 概述 19
4.2 步进电机的结构与工作原理 19
4.3 传动结构
*好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^3^5^1^9^1^6^0^7^2^*
/> 3.3.7显示器的选择 14
3.4 光电转换计算 16
3.5.1电子学细分的概念 16
3.5.2电子学细分的分类方法 17
3.6 莫尔条纹电子细分评价指标 18
第四章 步进电机部分设计 19
4.1 概述 19
4.2 步进电机的结构与工作原理 19
4.3 传动结构设计方案 20
4.3.1步进电机的选型 20
4.3.2步进电机的控制 21
4.3.3控制系统流程图 22
4.3.4系统电路图 23
4.3.5以上电路的控制程序 24
第五章 建模及测量仿真 27
5.1 建模软件介绍 27
5.2 测长仪的建模 27
5.2.1绘制圆柱 27
5.2.2创建基准平面 28
5.2.3拉伸 28
5.2.4倒斜角 29
5.2.5测长仪零件的装配 29
5.3 测量仿真 30
5.4 资料的整理 30
5.4.1Authorware7.0简介 30
5.4.2基本操作工具栏 32
5.4.3Authorware图标 33
5.5 课件的制作 34
5.5.1立式测长仪操作规程 35
5.5.2实验原理 35
5.5.3实验目的 35
5.5.4实验内容 36
5.5.6实验数据处理 36
结 论 38
致谢 40
参考文献： 41
第一章 绪论
1.1 概述
在机械制造业中，测量技术是对物体的空间位置、形状和大小等几何量的研究工作。测量是为确定物理量而进行的一组操作。如，将被测量值与法定计量单位的标准量值进行比较，从而确定被测量值得一组操作。检验是为确定被测物是否达到预期要求所进行的测量。
测长仪是一种高效率的单坐标接触式长度测量仪器,主要用于精密零件及量具的内外尺寸测量。可进行绝对测量,也可借助量块或其他标准量具作相对测量。还可以利用附件测量螺纹中径等。目前，测长仪的信息读取方式有目镜读数、投影屏读数以及先进的数字显示读数。测长仪依据不同的基准可分为利用精密线纹尺或光栅尺作为基准件的仪器和利用光波干涉的干涉测长仪器两种。特别是近些年激光技术的迅速发展，大大提高了测量的精度。测长仪可分为立式测长仪和卧式测长仪两种。
本设计是以一个数字显示读数方式的立式测长仪，本仪器依据光栅原理设计而成，根据黑白光栅的莫尔条纹原理在德国蔡司立式测长仪的基础之上改装而成。其中，重点运用了光栅式传感器。本仪器用标准器（如量块）以比较法测量工件的尺寸。它可对五等量块、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本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。
进行数字化改装的优点：
（1）、测量精度变高；（2）、读数速率边高；（3）、分辨率变高；（4）、操作变简单。（5）、降低了人为测量误差。
1.2 研究背景、现状和存在问题
蔡司立式光学计是德国的一台测量仪器，它已经有一定的历史，测量精度、测量方法已经被淘汰，我们现在很少见到。21世界以来，光学得到很大的发展，莫尔条纹被运用到测量中，改变了以前测量方式，很多光学仪器中都运用了光栅数显技术进行改进，如光学计、显微镜、投影仪等。许多传统的生产方法必然被社会所淘汰，作为当代理工科大学生，我们应该积极学习先进的科学知识，并把它用到生活中去。车间常用百分尺、游标卡尺等传统的测量工具，已经满足不了现在测量技术的要求。如果用光学计，用量块比对测量，比较麻烦，测量的效率低，准确度不高。本毕业设计运用数字显示的方式，在蔡司立式测长仪上进行改进设计，此外，还增加了步进电机模块，通过电机的正反转控制测量轴的上下移动，其中运用齿轮副的传递扭矩，用蜗轮蜗杆把旋转运动转换成直线运动，大大提高了测量效率和精度。可以说，本毕业设计从数字化和自动化两个方面对测长仪进行了改装。
作为一种新型的技术，光栅数显技术的发展状况近年来受到普遍的关注。目前，光纤光栅技术是其中一支，已经可以对温度、应变、压力、位移、扭角、扭矩、电流电压、浓度、频率、振动，热膨胀系数等等物理量进行检测。可以数在未来光栅传感技术会应用到我们生活的方方面面。另外，这一技术的应用也存在着一些问题，使得它只能停留在实验室阶段。国内外学者在此技术上做了许多工作，提出了许多方法。
Authorware7.0是一个非常有用的软件，它的操作方式简单，程序易懂，逻辑关系非常强。教师提前做好多媒体课件，省下了平时课堂板书的许多时间，大大提高了课堂的效率。多媒体教学是计算机辅助教学的重要部分，利用多媒体教学是教育改革的一个重要途径，也是当前教育发展的新趋势。跟随着信息技术的进步，
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