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第一章 仪器精度的基本概念 1

1.1 仪器的参数和特性 1

1.1.1 示值与示值范围 1

1.1.2 刻度与分度值 1

1.1.3 测量范围 1

1.1.4 稳定度 1

1.1.5 灵敏度与鉴别阈 1

1.2 仪器精度的基本概念 2

1.2.1 正确度 2

1.2.2 精密度 3

1.2.3 准确度 4

1.2.4 回程误差 6

1.2.5 迟钝度 8

1.3 影响仪器精度的主要因素 11

1.3.1 仪器原理误差 12

1.3.2 形状特性 12

1.3.3 外部干扰特性 12

1.3.4 运动特性 15

1.4 精度设计的基本原则 17

1.4.1 阿贝原则 17

1.4.2 最小变形原则 18

1.4.3 基准面选择原则 20

1.4.4 测量链最短原则 21

第二章 仪器精度特性 22

2.1 仪器的精度与误差 22

2.1.1 测量与检验的种类 22

2.1.2 测量结果的误差 22

2.1.3 随机误差与系统误差 24

2.1.4 测量仪器误差 24

2.2 仪器精度的评定方法 25

2.2.1 仪器的精度特性 25

2.2.2 仪器精度评定方法 26

2.3 测量仪器动态精度 33

2.3.1 测量仪器动态精度的基本概念 33

2.3.2 传递函数 34

2.3.3 测量系统的动态精度 38

2.4 仪器精度设计与计算 39

2.4.1 仪器精度分配 39

2.4.2 仪器精度计算 40

第三章 仪器可靠性设计 44

3.1 可靠性的基本概念 44

3.1.1 可靠度函数 44

3.1.2 失效率 45

3.2 可靠性计算 47

3.2.1 串联系统可靠性计算 47

3.2.2 并联系统可靠性计算 48

3.2.3 混联元件系统的可靠性计算 49

3.2.4 期望寿命 50

3.3 冗余设计 52

3.3.1 冗余的基本概念及分类 52

3.3.2 冗余设计 53

3.3.3 冗余选择注意的问题 53

3.4 可靠性预测 54

3.4.1 可靠性预测的目的 54

3.4.2 可靠性预测方法的分类 54

3.4.3 系统运行参数对系统可靠性的影响 54

3.4.4 故障率累积预测法 55

3.4.5 参数漂移分析 57

3.5 可靠性设计 58

3.5.1 可靠性设计基本思想 58

3.5.2 可靠性分配原则 58

3.5.3 可靠性分配方法 59

第四章 精密运动机构精度 62

4.1 轴系精度 62

4.1.1 轴系精度的基本概念 62

4.1.2 主轴回转误差 63

4.2 影响轴系精度的因素 65

4.2.1 轴系零件形状特性的影响 65

4.2.3 外部干扰特性的影响 67

4.2.2 运动特性的影响 67

4.3 轴系精度分析 68

4.3.1 V形轴系精度分析 68

4.3.2 半运动式圆柱形轴系精度 70

4.4 导轨副的导向精度及其对仪器测量精度的影响 71

4.4.1 导向精度 71

4.4.2 导向误差对仪器测量精度的影响 72

4.5 影响导轨副精度的因素 73

4.5.1 形状特性 73

4.5.2 运动特性 73

4.5.3 外部干扰特性 74

4.6.2 误差传递方程 76

4.6 滚动导轨副精度 76

4.6.1 导轨副的原始误差 76

4.7 气体轴承稳定性 79

4.7.1 气体轴承类型和特点 79

4.7.2 气体轴承的稳定性 80

4.7.3 影响空气轴承性能的主要参数 81

第五章 传动与变换机构精度 83

5.1 螺纹参数误差及其对旋合性的影响 83

5.1.1 螺纹参数误差 83

5.1.2 螺距误差对螺旋副旋合性的影响 83

5.1.3 牙型半角误差对螺旋副旋合性的影响 84

5.2.1 螺旋副传动特点 85

5.2 螺旋副传动螺纹啮合特点 85

5.2.2 导圈和闭圈 86

5.2.3 螺旋副啮合螺纹位置的确定 86

5.2.4 导圈的位移及位移误差 88

5.3 螺旋副传动精度 89

5.3.1 螺旋副螺母位置误差 89

5.3.2 中径误差、螺距误差、半角误差对螺母位置误差的影响 90

5.3.3 螺旋副的空回 92

5.3.4 螺旋副传动精度计算实例 92

5.4 精密滚珠螺旋副精度 94

5.4.1 精密滚珠螺旋副结构及特点 94

5.4.2 滚珠螺旋副传动精度 95

5.4.3 滚珠螺旋副传动精度计算 96

5.5 提高螺旋副传动精度措施 98

5.5.1 滑动螺旋副 98

5.5.2 滚珠螺旋副 101

5.6 齿轮机构的传动精度 102

5.6.1 齿轮机构传动误差主要来源 102

5.6.2 齿轮机构传动误差统计计算 105

5.7 齿轮机构空回 107

5.7.1 空回产生的原因 107

5.7.2 齿轮机构空回的统计计算 113

5.8.1 消减齿轮机构空回方法 114

5.8 消减齿轮机构空回和传动误差的措施 114

5.8.2 消减齿轮机构传动误差的方法 116

第六章 精密伺服系统精度分析 117

6.1 伺服系统的原理及典型精密伺服机构 117

6.1.1 伺服系统控制原理 117

6.1.2 典型精密伺服机构 118

6.2 伺服系统的方框图和传递函数 119

6.2.1 系统的传递函数 119

6.2.2 系统的方框图 120

6.3 伺服系统的稳定性 122

6.3.1 稳定性的基本概念 122

6.3.2 判定系统稳定性的基本方法 123

6.4 伺服系统的稳态误差 128

6.4.1 稳态误差基本概念及计算方法 128

6.4.2 降低稳态误差的方法 132

6.5 伺服系统的瞬态响应 133

6.5.1 伺服系统瞬态响应性能指标 133

6.5.2 二阶系统瞬态响应性能指标的分析计算 134

6.6 精密伺服系统精度分析方法 138

6.6.1 伺服系统的精度与误差 138

6.6.2 伺服系统参数与精度之间的关系 140

6.7.1 伺服系统精度分析步骤 141

6.7.2 电视跟踪系统的精度分析 141

6.7 精密伺服系统精度分析实例 141

第七章 光学电气测量系统精度 147

7.1 测量仪器光学系统对准精度 147

7.1.1 光学系统对准精度 147

7.1.2 物镜放大倍数误差及物镜畸变 148

7.2 测量仪器光学系统元件误差对仪器精度的影响 148

7.2.1 透镜误差 148

7.2.2 平行玻璃板及分划板误差 151

7.3.2 平衡测量系统 152

7.3.1 开环式测量系统 152

7.3 测量仪器电气测量系统精度 152

7.2.3 反射棱镜制造误差 152

7.3.3 比例式测量系统 153

7.4 电气测量系统误差分析及提高精度措施 154

7.4.1 信号处理电路误差分析 154

7.4.2 线性电路的动态误差 155

7.4.3 提高电气测量系统精度的措施 155

第八章 仪器总体精度分析 157

8.1 仪器总体精度分析的意义 157

8.1.1 仪器总体精度设计的目的 157

8.1.2 总体精度分析方法 157

8.2.1 零件制造公差与验收公差 159

8.2 测量仪器精度对测量结果的影响 159

8.2.2 仪器测量误差对分选测量结果的影响 160

8.2.3 仪器测量误差对主动检测结果的影响 162

8.3 测量系统线性化及最佳参数的确定 163

8.3.1 线性化的意义及方法 163

8.3.2 函数最佳近似理论 163

8.3.3 应用实例 164

8.4 仪器刻度尺被检点数的选择 165

8.4.1 刻度尺被检点数选择的意义 165

8.4.2 刻度尺被检点数选择的方法 166

8.5.1 付氏级数 168

8.5 仪器精度的谐波分析 168

8.5.2 12纵坐标计算系统 169

8.5.3 应用实例 173

8.6 仪器精度和测量精度 178

8.6.1 仪器精度 178

8.6.2 仪器精度和测量精度的关系 178

8.7 提高仪器总体精度的方法 180

8.7.1 将随机误差转化为系统误差 180

8.7.2 系统误差随机化 180

8.7.3 产品设计时消除误差 181

8.7.4 产品装配调整中消除误差 181

8.7.5 微机误差补偿 181

8.7.6 降低环境条件影响 183