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互换性与测量技术实验指导书
测控技术教研室
机械与汽车工程学院
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实验一 尺寸误差测量
一、实验目的
1. 了解立式光学计的测量原理。 2. 熟悉用立式光学计测量外径的方法。 3. 加深理解计量器具与测量方法的常用术语。
二、实验内容
1. 用立式光学计测量赛规。
2. 根据测量结果，按国家标准GBl957—81《光滑极限量规》查出被测塞规的尺寸公差和形状公差，作出适用性结沦。
三、测量原理及计量器具说明
投影立式光学计用于长度测量，其测量方法属于接触测量，一般用相对测量法测量轴的尺寸。光学计比较仪是一种精密度较高、结构简单的常用光学仪器，除主要用于轴类零件的精密测量外，还用来检定5等（3、4级）量块。本仪器采用光学投影读数方法，它操作方便、工作效率较高。同时本仪器的投影屏采用腊屏新技术，并在其腊屏前设置一块读数放大镜，对提高刻线的成像质量及整个视场获得较匀称的主观亮度有一定的效果。
（一）仪器结构：
仪器结构如图1-1所示，投影光学计管是由上端壳体12及下端测量管17二部分组成的，上端壳体12内装有隔热片、分线板、反射棱镜、投影物镜、直角棱镜、反射镜、投影屏及放大镜等光学零件，在壳体的右侧上装有调节零位的微动螺钉4，转动微动螺钉4可使分划板得到一个微小的移动而使投影屏上的刻线迅速对准零位。
测量管17插入仪器主体横臂7内，其外径为φ28d，在测量管17内装有准直物镜，平面反射镜及光学杠杆放大系统的测量杆，测帽9装在测量杆上，测量杆上下移动时，测量杆上端的钢珠顶起平面反射镜，致使平面反射镜座以杠杆板上的另二颗钢珠为摆动轴，而倾斜一个φ角，其平面反射镜与测量杆是由二个抗拉弹簧牵制，对测定量块或量规有一定的压力。
测量杆下端露在测量管17外，以备套上各种带有硬质合金头的测帽。测量杆的上下升降是借助于测帽提升器9的杠杆作用，立式提升器9上有一个滚花螺钉，可以调节其上升距离，达到方便地使被测工件推入测帽下端，并靠两个抗拉弹簧的拉力使测头与被测工件良好接触。 （二）仪器规格
Ⅰ 投影光学计管的主要规格：
1. 投影光学计的总放大率 1650X 2. 投影物镜的放大率 18.75X
3. 读数放大镜率 1.1 X 4. 光学杠杆的放大率 80X
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5. 分划板分划值 0.001mm 6. 分划板分划范围 ±0.1mm 7. 测量力 2N±0.2N 8. 零位调节范围 20格 9. 测量杆的自由升降距离 0.5mm 10.投影光学计管外径配合尺寸 φ28h 6 11.测量杆与测帽配合的外径尺寸 φ6g 6
Ⅱ 测量范围： 0～180mm
Ⅲ 仪器的最大不准确度 0.25 um 仪器的不稳定性 0.1 um
1 投影灯 2 投影灯固定螺钉 3 支柱 4 零位微动螺钉 5 立柱 6 横臂固定螺钉 7 横臂 8微动偏心手轮 9 立式测头提升器 10 工作台调整螺钉 11 工作台底盘 12 壳体 13 微动托圈 14微动托圈固定螺钉 15 光管定位螺钉 16 测量管定位螺钉 17 测量管 18 测帽 19 变压器
（三）工作原理
图1-1
投影立式光学计的工作原理如图1-2所示，“由白炽灯泡1发出的光线经过聚光灯2和滤光片6，再通过隔热片7照明分划板8的刻线面，再通过反射镜9后射向准直物镜12。由于分线板8的刻线面置于准直物镜12的焦平面上，所以成像光束通过准直物镜12后成为一束平行光入射于平面反射镜13上，根据自准直原理，分划板刻线的像被平面反光镜13反射后，再经准直物镜12被反射棱镜9反射成像在投影物镜4的物平面上，然后通过投影物镜4，直角棱镜3和反射镜5成像在投影屏10上，通过读数放大镜11观察投影屏10上的刻线像。”
由于测帽15接触工件后，其测量杆14使平面反光镜倾斜了一个角度φ，在投影屏上就可以看到刻线的像也随着移动了一定的距离，其关系计算如下（如图1-3）：
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图1-2 图1-3
S设：测量杆移动的距离为S，其平面反射镜则以O为轴线摆动φ角，因此tg??（其a中a为测量杆轴线到平面反射镜13的摆动轴线O之距离）所以S?a?tg?
又设：入射在平面反射镜13上的主光镜为MN1，根据反射定律，当平面反射镜转动了φ角时，其反射光线与入射光线夹角应为2φ角，因此M点转动M1点，令
tN1M1==f(即准直物镜焦距)。因此，tg2??所以t?f?tg2? 因此，光学杠杆的传动比
ftf?tg2?K??Sa?tg? 由于φ角很小，可视作tg2??2?,tg???
2f故得， K?
a假设投影物镜放大率为V1，读数放大镜的放大率为V2。
2f?v1?v2 则投影光学计的总放大率 n?k?v1?v2?a令光学计的准直物镜焦距f=200mm, a=5mm, v1=18.75X, v2=1.1X
2?200?18.75?1.1?1650X 故 n?5由上式可知，当测量杆移动一个微小的距离——0.001mm,经过1650X的放大后，就相当于在投影屏上看到的1.65mm的距离。
四、测量步骤
1. 核对仪器精度与被测零件精度是否适应。
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2. 调整投影灯，并缓慢地拨动立式测头提升器，从目镜中能看到标尺影像，使投影屏能获得均匀照明。
3. 选择测帽：测平面或圆柱面用球形测帽；测小于10mm的圆柱面用刀口形测帽；测球面用平测帽。测帽选择的原则是：被测工件与测帽的接触面必须使其最小，接近于点或线接触以减少其测量误差。当选好测帽后，将其套在光学计管下端的测量杆上，并用其螺钉固紧。
4. 选择工作台，其选择原则与测帽的要求相同。
5. 组合量块：按被测工件（塞规）的基本尺寸组合量块。
6. 用无水酒精将工作台、测量头、量块及被测塞规表面清洗、拭干。 7. 调整仪器零位
（1）置量块 组合好量块后，将量块组置于工作台的中央，并使测量头对准量块组上工作面中央。
（2）粗调整 松开横臂固定螺钉，转动升降螺母，使横臂缓慢下降，直到测头与量块轻微接触，并能在目镜视场中看到刻度尺成像为止，然后拧紧横臂固定螺钉。 （3）细调整 松开测量管固定螺钉16，转动微动偏心手轮8使刻线零位与指标线相重合，然后固定测量管固定螺钉16。 （4）微调整 调节零位微动螺钉4，准确重合对零，并多次拨动立式测头提升器（9），刻线零位应与指示线多次严格重合。
8. 测量塞规：按实验规定的部位进行测量，把测量结果填入实验报告。 9. 查出被测塞规的尺寸公差，与测量结果比较，判断被测塞规的合格性。 10. 整理仪器。
五、思考题
1.用立式光学计测量塞规属于什么测量方法？
专业的分类是“接触式测量”，立式光学计的原理是光学杠杆的放大作用，所以也是一种光学检测测量。精度一般可以达到0.01毫米以上（理论值）。
2.测量范围和刻度尺的示值范围有什么不同？
如果仪器的测量范围只有一档，那么二者是一样的。如果测量范围多于一档，那么刻度尺与相应的量程之间有一个换算关系。一般在刻度尺上有好几行数字，对应不同的量程。通常立式光学计是用比较法测量，仪器的测量范围是指仪器保证精度的有效测量范围。 刻度值示值范围就是测量精度的细分，主要精度就是在刻度尺上的分划刻线
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