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1、机 械 学 院形 式开 卷闭 卷11 级 研究生密编 号：考试日期： 11 月 29 日印刷份数： 份 上上 海海 理理 工工 大大 学学研研 究究 生生 试试 题题11 / 12 学年第学年第 1 学期学期课课程名称程名称： ： 精密精密检测检测技技术术 教教 师师 签签 章：章： 年年 月月 日日教研室主任教研室主任审查审查意意见见： ：签签 章：章： 年年 月月 日日1.试题试题原稿原稿请请于考于考试试前前 2 周送研究生部周送研究生部。 。2.编编号号栏栏由研究生部填写。由研究生部填写。上海理工大学研究生上海理工大学研究生课课程程试题试题*2011/2012 学年第 1 学期 考试课程
2、 精密检测技术学 号 姓 名 得 分 *下列 3 题中任选 2 题二光栅传感器在信号处理过程中如何实现判向和细分，如何实现计数？请分别用软、硬件两种方法进行解释。给出必要的原理图。光栅传感器的标尺光栅和指示光栅之间的相对移动形成莫尔条纹，经过光电器件转换使明暗相同的条纹转换成正弦波变化的电信号，可以得到相位差依次为的四路信号。为记录光栅上移2过的条纹数目，传感器中采用 4 个硅光电池来接收莫尔条纹信号。调整莫尔条纹的宽度，使它正好与 4 个硅光电池的宽度相同。则可直接获得在相位上依次相差的 4 路信号，即进行 4 倍细分，2实现了信号处理过程中的细分。四路信号分别为：102003004002s
3、in;22sin()cos;2 22sin()sin;232sin()cos.2mmmmmmmxuUUxxuUUUUxxuUUUUxxuUUUU 式中：-电信号的直流电平，对应于莫尔条纹的平均光强；0U-电信号的幅值，对应与莫尔条纹明暗的最大变化；mU-光栅的栅距。再经过放大器放大，整形电路整形后，得到两路相差为的正弦波或方波，送入光栅数显表090计数显示。这四路电信号的后续处理过程是：首先将、和、分别两两相减，消除信号中1u3u2u4u的直流电平，得到两路相位相差为的正弦信号 A、B。090光栅移动的位移除了有大小，还具有方向的属性。为了辨别光栅位移的方向，我们采用 4 个硅光电池来接收莫尔
4、条纹信号，则输出的 4 路信号在相位上依次相差。 四路信号，和，0901u2u3u分别通过相同的电路实现对位移方向的区别。当莫尔条纹上移时，设经过硅光电池的前 2 个，4u此时，有信号，无信号，则 A 点有计数脉冲，B 点为恒定电平；当莫尔条纹下移时，1u2u3u4u*注：考题全部写在框内，不要超出边界。内容一律用黑色墨水书写或计算机打印，以便复印。共 页 第 页设经过硅光电池的后 2 个，此时，无信号，有信号，则 B 点有计数脉冲，A 点为恒1u2u3u4u定电平。用 2 个不同计数器分别记录上移和下移所形成的脉冲数，即可实现辨向。图 1光栅传感器输出两路相位相差为 90的方波信号 A 和
5、B。如图 1 所示，用 A，B 两相信号的脉冲数表示光栅走过的位移量，光栅传感器的光栅分正向与反向移动。四倍频后的信号，经计数器计数后转化为相对位置，计数可由微处理器内部定时计数器实现计数或由可逆计数器实现对正反向脉冲的计数，最终转换成实际的线性位移值显示出来。软件细分方法：、当光栅正向移动时，光栅输出的 A 相信号的相位超前 B 相 90，则在一个周期内，两相信号共有 4 次相对变化：0010110100这样,如果每发生一次变化，可逆计数器便实现一次加计数,一个周期内共可实现 4 次加计数，从而实现正向状态的四倍频计数。、当光栅反向移动时，光栅输出的 A 相信号的相位滞后于 B 相信号 90
6、，则一个周期内两相信号也有 4 次相对变化：0001111000同理，如果每发生一次变化，可逆计数器便实现一次减计数，在一个周期内，共可实现 4 次减计数，从而实现反向状态的四倍频计数。我们可以得出信号的变化次序，然后通过查表便知道光栅移动的方向。硬件细分的方法：采用单稳四细分辨向电路进行直接细分，它是利用单稳提取两路方波信号的边沿实现四细分。A、B 是两路相位相差为 90的方波信号，传感器正向移动时，设 A 导前 B(波形如图 3.a 所示)，当 A 发生正跳变时，由非门 DG1、电阻 R1、电容 C1 和与门 DG3 组成的单稳触发器输出窄脉冲信号 A ，此时 B 为高电平，与或非门 DG
7、5 有计数脉冲输出；由于 B 为低电平，与或非门 DG10 无计数脉冲输出。当 B 发生正跳变时，由非门 DG6、电阻 R3、电容 C3 和与门 DG8 组成的单稳触发器输出窄脉冲信号 ，此时 A 为高电平，DG5 有计数脉冲输出，DG10 仍无计数脉冲输出。当 A 发生负跳变时，由非门 DG2、电阻 R2、电容 C2 和与门 DG4 组成的单稳态触发器输出窄脉冲信号 A ，此时 B 为高电平，与或非门 DG5 有计数脉冲输出，DG10 无计数脉冲输出。当 B 发生负跳变时，由非门 DG7、电阻 R4、电容 C4 和与非门 DG9 组成的单稳态触发器输出窄脉冲信号 B ，此时 A 为高电平，D
8、G5 有计数脉冲输出，DG10 无计数脉冲输出。这样，在正向运动时，DG5 在一个信号周期内依次输出 A、B 、A 、 B 四个计数脉冲，实现了四细分。在传感器反向运动时(波形如图 3.b 所示)，由于 A、B 的相位关系发生变化，B 导前 A，这时 DG10 在一个信号周期内输出 A ， B ， A 、B 四个计数脉冲，这四个计数脉冲分别出现在 B 、A 、A、B 为高电平的半周期内，同样实现了四细分。DG5、DG10 随运动方向的改变交替输出脉冲，输出信号 Uo1、Uo2 可直接送入标准系列可逆计数集成电路，实现辨向计数。图 2.单稳四细分辨向电路图 3.a 正向移动 图 3.b 反响移动
9、三轴类零件的外径测量有哪些方法？至少以两种方法举例说明工作原理轴类零件的外径测量方法：1、量规法：用量规检验轴径，不能得到具体数值、只能检验轴径尺寸合格与否。优点是精度高、检验效率高，在成批生产中广泛地使用。2、钢尺法：直接用钢直尺进行测量，或者使用卡钳将工件尺寸与钢直尺作比较。 3、卡尺法：使用游标卡尺、外径千分尺、杠杆千分尺等对轴径进行直接测量。4、测微仪法：用各种测微仪、测微表与量块作比较测量，常用的测微仪（表）有百分表、千分表、扭簧比较仪、电感比较仪等。 5、仪器测量法：可用光学计、测长仪、工具显微镜等对轴径进行精密测量。在工具显微镜上又分为影像法、轴切法、干涉法、灵敏杠杆法等。在光学
10、计、测长仪等仪器上测量可分为绝对测量和相对测量。 举例说明：1、游标卡尺测量轴径: 用软布将量爪擦干净，使其并拢，查看游标和主尺身的零刻度线是否对齐。如果对齐就可以进行测量：如没有对齐则要记取零误差：游标的零刻度线在尺身零刻度线右侧的叫正零误差，在尺身零刻度线左侧的叫负零误差。测量时，右手拿住尺身，大拇指移动游标，左手拿待测外径的物体，使待测物位于外测量爪之间，当与量爪紧紧相贴时，即可读数。 或者：外径千分尺测量发动机曲轴轴径测量前应检查千分尺有无误差。其方法为:将校正杆和千分尺的端面擦拭干净，然后将校正杆放入千分尺两端之间。旋转活动套管使千分尺的端面与校正杆两端接近，再旋转棘轮，使两端与校正
11、杆端接触，直至棘轮发出“咔咔”声。检查活动套管的前端边缘是否与固定套管的起始刻度线对齐，活动套管的“0”是否与固定套管的基准轴线对齐。若没有对齐，应与校正。测量：测量时，端面和曲轴轴颈表面要清洁，千分尺两端口的轴线应与曲轴轴线垂直。当千分尺两端口接触到曲轴轴颈表面时，旋转棘轮发出声响为止。此时的读数即为该轴被测剖面的直径。对每一道轴颈要选多个剖面，并且在每个剖面上进行多点测量。在同一剖面上最大直径与最小直径之差的一半，即为该剖面的圆度误差。将一道轴颈中各个剖面的圆度误差进行比较，最大者即为该轴颈的圆度误差。根据计算、对照，确定该曲轴修正尺寸和修正级别。2、用卧式测长仪测量小轴轴径接通电源，转动
12、测微目镜的调节环以调节视度。松开紧固螺钉，转动手轮，使工作台下降到最低位置，然后在工作台上安装好被测轴。上升工作台，使两侧头伸向被测轴再将手轮的紧固螺钉拧紧。找准仪器对零的正确位置，如被测轴。需转动手轮，同时应从目镜中找准，此处即为直径的正确位置，然后将手柄压于固紧，进行第一次读数。用手扶稳测量轴，使测量轴右移一个距离，固紧螺钉，取下测量轴。然后重新安装测量轴，松开螺钉，使侧头与工件接触，按前述方法进行调整和读数，进行第二次读数。沿被测轴线方向测几个截面，每个截面要在相互垂直的两个部位上各测量一次。分别记录下所测数据。四圆度测量中如何进行误差分离，消除测量误差（回转工作台回转精度测量或工件圆度
13、测量任选）工件圆度测量 1、反向法：适用于转台式圆度仪。设主轴的误是 e,信号是 s,测头测得的电压是：（1） ，然后将工件回转半圈,移动测头并改变测量方向,如图 1,测得电压为 1Vse，(2)，得 (3)，对于转台 2V 2Vse1212e( ) VV/ 2, s( ) VV/ 2式圆度仪来说,用手移动测头不会影响其测量准确度。该方法操作简单, 适用于准确度要求不是特 别高的地方。2、两步法：对于测头回转的圆度仪,测量起始点设置在回转轴上,第二次测量时,主轴不动,安装 在可分度工作台上的工件转位一定角度,如图 2。则两次测量的方程为(4)，（5） ，则上述方程合成 1Vse 2Vse起来即
14、得12VV 12yVVss 设工件的采样间隔为,则传感器回转一周的采样点数,转位角，对应的采样间隔0N2/,对上式采取离散傅立叶变换,得m/ 000jkm 2 /N ffjk ffkmj()jkm 2 /N2N0yksk1 e;skyk /1 e;kmG k1 e2sineN ggg称为误差分离的权函数,为了解出,必须保证在时不为零。 fyk G k1k 3、多步法：若转位次数超过两次,即称为多步法。如果多次转位后刚好回到起始位置,且每次 转位的角度 相同,共转位 M 次,2=M,则称为等转角多步法。 i111ff 1Vsie;i0,1,2,M 11y( )s( )s(i)M 1 1yksk (1);0,1,2.1MiM jkiiekMggg当。即在转位次数 M 的整数倍谐波分量上出现谐波抑制。所 kM (0,1,), G k0ll以,提高转位次数可以提高工件形状误差的测量准确度。 4、三点法（直接在加工机床上对零件进行在位测量误差分离）：三点法圆度误差分离的原理如下图 3，为工件形状误差分离, 、为最小二乘圆心，的回转误差运动水平与s( )x ( )y ( )o垂直分量。 111121212Asx( )()( )cos( )sin( )()( )cos()( )sin()BsxyCsxy其中分别为三个传感器的输出信号。经过计算可得出A( )
