表面粗糙度测量系统

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1、精密仪器专业课程设计说明书姓名：学号：U200910840班级：测控0903班指导老师：292013年3月22日目录一、需求分析……………………………………………………………………….21、设计题目…………………………………………………………………….22、粗糙度定义………………………………………………………………….23、系统性能要求……………………………………………………………….2二、设计方案及原理………………………………………………………………41、系统原理…………………………………………………………………….

2、.42、系统分析……………………………………………………………………..53、系统说明…………………………………………………………………….5三、传感器选型……………………………………………………………………..6四、系统工作台设计………………………………………………………………..71、导轨及支承结构选型……………………………………………………......72、传动机构选型………………………………………………………………..93、电机选型……………………………………………………………………114、光栅尺选型……………

3、……………………………………………………135、限位开关选型………………………………………………………………146、工作台精度分析……………………………………………………….…15五、信号处理电路设计…………………………………………………….…...171、正弦波发生器……………………………………………………………172、信号跟随及反相电路……………………………………………………19293、比较器电路……………………………………………………………….194、信号输入及带通滤波电路……………………………………………….2

4、05、相敏检波电路…………………………………………………………….216、低通滤波电路…………………………………………………………….227、工频陷波电路…………………………………………………………….22六、设计不足及可扩展之处……………………………………………….…...24七、总结………………………………………………………………………….26附录参考文献…………………………………………………………………..27一、需求分析1、设计题目二维表面粗糙度自动测量系统2、粗糙度定义表面粗糙度是指加工表面上具有的较小间距和

5、峰谷所组成的微观几何形状特性，一般是由所采用的加工方法或其它外部因素造成，它是评定机械零件表面质量的重要指标之一。根据定义，非切削加方法所获得的表面微观几何形状特性属于表面粗糙度的范畴，但是，零件表面的物理特性(如表面应力、硬度、光亮程度、颜色及斑纹等)和表面缺陷(如硬伤、划伤、裂纹、毛刺、砂眼及鼓包等)则不属于表面粗糙度的范畴。零件表面粗糙度的形成，首先要受加工方法的影响。这是因为零件表面的粗糙度，主要来自金属被加工时切削工具的切削刀刃在其上留下的切削痕迹。不同的加工方法、机床的精度、振动及调整状况、工件的装夹、塑性

6、变形和刀具与工件之间的摩擦、操作技术以及加工环境的温度、振动等主要因素，都会不同程度地直接影响零件加工表面的粗糙度。29综上所述，切削加工方法不同，所得的零件加工表面粗糙度也不同。由于表面粗糙度是在切削加工过程中上述诸种因素共同作用的结果，而且这些因素的作用过程是极其复杂和不断变化的，因此，即使采用一种加工方法，在同样的切削条件下，加工出同一批零件，甚至同一零件的同一表面上的不同部位，所得的表面粗糙度也不尽相同。3、系统性能要求1>工作台运行范围25mm；2>运行速度：最大达1mm/s；3>工作台定位分辨率<0.002

7、mm；4>垂直分辨率：+-0.01um；5>测量范围Ra：+-100um；6>测量精度<2%。29二、设计方案及原理本设计拟采用电感传感器，触针扫描则由工作台带动工件相对触针运动的方式。触针式轮廓仪是最广泛使用的接触式测量仪，典型产品是英国Rankl’aylorHobson公司的TaylorSurf和Nanosurf等系列轮廓仪。它们一般采用金刚石探针，通过驱动杆控制探针沿着工件表面作上下往复的运动，从而正确地反映被测表面的实际轮廓曲线。它的优点是:分辨率高、测量范围大、结果稳定可靠、重复性好，其横向和纵向分辨率分别为

8、20nm和0.01um。此外它还作为其它粗糙度测量技术的对比方法。目前正在对触针的形状、大小、接触力、触针动态特性以及仪器智能化等方面加以不断完善。其最大缺点为:探针常常会划伤被测表面。因此，这类触针式表面轮廓仪对轻金属、塑料以及超精加工表面等都不适用。1、系统原理29图2.1表面粗糙度是指加工表面上具有较小间距和峰谷所组成的微观