2 超声波测量结合面原理及试验台搭建
奥林巴斯公司的传感器主要有：接触式超声波传感器、斜射波束超声波传感器、水浸式超声波传感器、以及高频传感器等等。
由于测量的需要以及按照使用条件，主要考虑三种超声波传感器：接触式、对偶式和水浸式超声波传感器。
接触式超声波传感器（如图2-7所示）：
主要优点： （1）有特殊的表面保护层，耐磨性高、寿命长 （2）可以适用于很多表面粗糙的环境中 （3）可以测量的材料范围广
图 2-7 接触式超声波传感器测量原理图
对偶式超声波传感器（如图2-8所示）： 主要优点： （1）有较高的近场区分辨率
（2）采用对偶的探头，可以测量平面也可以测量曲面 （3）可以降低回波噪声的影响
图 2-8 对偶式超声波传感器测量原理图
水浸式超声波传感器（如图2-9所示）：
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机器人结构分析与综合
主要优点：（1）所有的水浸式超声波传感器都可以聚焦，测量结果更加准确
（2）通过无线电频率保护改善了信噪比 （3）采用1/4匹配层，提高了信号的能量输出
图 2-9 水浸式超声波测量原理图
鉴于本文的测量工件的变化比较大，表面特征比较复杂，接触式和对偶式对表面的要求比较高。所以，本文最终选用水浸式超声波传感器。同时，根据本文的测量精度选用15MHz水浸式超声波传感器。 2）计算机控制脉冲发生接收器
计算机控制脉冲发生接收器主要有两种：5800PR和5900PR。其中，5800PR主要适用于测量多种金属、塑料复合材料和生物医学样品等。5900PR主要用于常规仪器无法提供适当分辨率的场合，主要用于测量薄材料和非衰减材料。由于5900PR价格比较高，所以本文选用5800PR。
2.4.2试验台搭建
1）试验台方案
考虑到设计工件的方便性以及后续测量工件范围变化，本文构想了下面三种试验台方案：
三维悬臂式
特点：控制电机少，结构比较简单，成本低。Y轴为悬臂梁，精度保持性比较差。
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2 超声波测量结合面原理及试验台搭建
a）三维悬臂式图 b） 倒悬十字型 c）龙门式移动台
图 2-10 运动台结构形式图
倒悬十字形：z轴可以采用手调方式，结构比较简单，台子高度较高，适应性比较差。
龙门式移动平台：测量方便，台子对工件形状、尺寸适应性比较强，但是成本比较高，控制比较复杂。
综合前面几种台子的优缺点，本文最终确定采用龙门式移动平台，最终设计结构图如下：
图 2-11 龙门式移动台三维模型
2）试验台部件参数的确定
本文要进行确定的部件参数主要有：伺服电机选型、滚珠丝杠和直线导轨的选型。
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机器人结构分析与综合
（1）伺服电机选型
目前伺服电机的生产厂家比较多，主要有松下、富士、三菱、台湾上银等等，富士、三菱主要是做承重机械的比较多，伺服电机的功率比较大，所以本文选择松下伺服电机。该伺服电机校核流程如下所示:
开始(1)计算负载惯性矩(2)计算负载转矩TL(3)临时选定电机容量(5)绘制转矩特性曲线(4)计算最短加速/减速时间（计算加速/减速转矩）(6)计算实际转矩(7)Trms
具体步骤： a）确定机构部
机构部主要有三种分别为：滚珠丝杠机构、皮带传动机构、齿轮齿条传动机构等等
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2 超声波测量结合面原理及试验台搭建
a)滚珠丝杠机构 b)皮带传动机构 c)齿轮齿条传动机构
图 2-13 伺服电机机构连接形式
b）确定运转模式
主要确定加速时间、匀速时间、减速时间、停止时间等等
移动距离（阴影部分表示移动的距速度离）时间加速时间匀速时间减速时间循环时间图 2-14 伺服电机运行模式图
c）计算负载惯量和惯量比 计算各机构部件的负载惯量，如下：
图 2-15 滚珠丝杠示意图
其中滚珠丝杠的负载惯量可以用（2-6）所示：
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