实验一用立式光学计测量塞规

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．用立式光学计测量塞规。

2．根据测量结果，按国家标准GB1957——81《光滑极限量规》查出被测塞规的尺寸公差和形状公差，作出适用性结论。

三．测量原理及计量器具说明

立式光学计是一种精度较高而结构简单的常用光学量仪。用量块作为长度基准，按比较测量法来测量各种工件的外尺寸。

图1为立式光学计外形图。

图1

它由底座1、立柱5、支臂3、直角光管6和工作台11等几部分组成。光学计是利用光学杠杆放大原理进行测量的仪器，其光学系统如图2（b）所示。照明光线经反射镜1照射到刻度尺8上，再经直角棱镜2、物镜3，照射到反射镜4上。由于刻度尺8位于物镜3的焦平面上，故从刻度尺8上发出的光线经物镜3后成为平行光束。若反射镜4与物镜3之间相互平行，则反射光线折回到焦平面，刻度尺象7与刻度尺8对称。若被测尺寸变动使测杆推动反射镜4绕支点转动某一角度a（图2（a）），则反射光线相对于入射光线偏转2a角度，从而使刻度尺象7产生位移t（图2（c）），它代表被测尺寸的为动量。物镜至刻度尺8之间的距离为物镜焦距f，设b为测杆中心至反射镜支点间的距离，s为测杆5移动的距离，则仪器的放大比K为：

当a很小时，tg2a=2a, tga=a,

因此：K=

光学计的目镜放大倍数为12，f=200mm,b=5mm,

故仪器的总放大倍数n为：

n=12K= =960

由此说明，当测杆移动0.001mm时，在目镜中可见到0.96mm的位移量。

图2

四、测量步骤

1、测头的选择：测头有球形、平面形和刀口形三种，根据被测零件表面的几何形状来选择，使测头与被测表面尽量满足点接触。所以，测量平面或圆柱表工作时，先用球形测头。测量球面工作时，选用平面形测头。测量小于10mm的圆柱面工件时，选用刀口形测头。

2、按被测塞规的基本尺寸组合量块。

3、调整仪器零位

（1）参看图1，先好量块组后，将下测量面置于工作台11的中央，并使测头10对准上测量面中央。

（2）粗调节：松开支臂紧固螺钉4，转动调节螺母2，使支臂3缓慢下降，直到测头与量块，并能在视场中看到刻度尺象时，将螺钉4锁紧。

（3）细调节：松开紧固螺钉8，转动调节螺母2,使支臂3缓慢下降,直到测头与量块上测量面轻微接触,并能在视场中看到刻度尺象时,将螺钉4锁紧。

（4）细调节：松开紧固螺钉8，转动调节凸轮7，直至在目镜中观察到刻度尺象与指示接近为止（图3a）。然后拧紧螺钉8。

（5）微调节：转动刻度尺微调螺钉6（图2b）,使刻度尺的零线影象与指示线重合（图3b），然后压下测头提升杠杆9数次，使零位稳定。

(6)将测头抬起，取下量块。

4、测量塞规：按实验规定的部位（在三个横截面上的两个相互垂直的径向位置上）进行测量，把测量结果填入实验报告。

5、从国家标准GB1957——81查出塞规的尺寸公差和形状公差，并判断塞规的适用性。

图3

思考题

1、用立式光学计测量塞规属于什么测量方法？绝对测量与相对测量各有何特点？

2、什么是分度值、刻度间距？它们与放大比的关系如何？

3、仪器工作台与测杆轴线不垂直，对测量结果有何影响？工作台与测杆轴线垂直度如何调节？

4、仪器的测量范围和刻度尺的示值范围有何不同？

实验二导轨直线度误差测量

一、实验目的

1、掌握用水平仪测量直线度误差的方法及数据处理。

2、加深对直线度误差定义的理解。

二、实验内容

用合象水平仪测量直线度误差。

三、测量原理及计量器具说明

机床、仪器导轨或其他窄而长的平面，为了控制其直线度误差，常在给定平面（垂直平面、水平平面）内进行检测。常驻用的计量器具有框式水平仪、合象水平仪、电子水平仪和自准直仪等到。使用这类器具的共同特点是测定微小角度的变化。由于被测表面存在着直线度误差，计量器具置于不同的被测部位上，其倾斜度就要发生相应的变化。如果节距（相邻两测点的距离）一经确定，这个变化的微小倾角与被测相邻两点的高低差就有确切的对应关系。通过对逐个节距的测量，得出变化的角度，用作图或计算，即可求出被测表面的直线度误差值。由于合象水平仪的测量准确度高、测量范围大（10mm/m）、测量效率高、价格便宜、携带方便等优点，故在检测工作中得到了广泛的采用。

合象水平仪的结构如图1a、d所示，它由底板1和壳体4组成外壳，其内部则由杠杆2、水准器8、两个棱镜7、测量系统9、10、11以及放大镜6所组成。

使用时将合象水平仪放于桥板（图2）上相对不动，再将桥板放于被测表面上。如果被测表面无直线度误差，并与自然水平基准平行，此时水准器的气泡边逐通过合象棱镜7所产生的影象，在放大镜6中观察将出现如图1b所示的情况。但在实际测量中，由于被测表面安放位置不理想和被测表面不宜，导致气泡移动，其视场情况将如图1c所示。此时可转动测微螺杆10，使水准器转动一角度，从而使气泡返回棱镜组7的中间位置，则图1c中的两影象的错移量*消失而恢复成一个光滑的半圆头（图1b）。测微螺杆移动量s导致水准器的转角a（图1d）与被测表面相邻两点的高低差h有确切的对应关系，即

h=0.01La(m)

式中 0.01——合象水平仪的分度值(mm/m)；

L——桥板节距（mm）；

——角度读数值（用格数来计数）。

如此逐点测量，就可得到相应的值，为了阐述直线度误差的评定方法，后面将用实例加以叙述。

（a）

图1

四、实验步骤

1、量出补测表面总长，确定相邻两测点之间的距离（节距），按节距L调整桥板（图2）的两贺术中心距。

2、将合象水平仪放于桥板上，然后将桥板依次放在各节距的位置。每放一个节距后，要旋微分筒9合象，使放大镜中出现如图1b所示的情况，此时即可进行读数。先在放大镜11处读数，它是反映螺杆10的旋转圈数；微分筒9（标有十、一旋转方向）的读数则是螺杆10旋转一圈（100格）的细分读数；如此顺测（从首点至终点）、回测（由终点至首点）各一次。回测时桥板不能调头，各测点两次读数的平均值作为该点的测量数据。必须注意，如某测点两次读数相差较大，说明测量情况不正常，应检查原因并加以消除后重测。

3、为了作图的方便，最好将各测点的读数平均值同减一个数而得出相对差（见后面的例题）。

4、根据各测点的相对差，在坐标纸上邓点。作图时不要漏掉首点（零点），同时后一测点的坐标位置是以前一点为基准，根据相邻差数取点的。然后连接各点，得出误差折线。

5、用两条平行线包容误差折线，其中一条直线必须与误差折线两个最高（最低）点与另一条平行直线相切。这两条平行线相切。这两条平行直线之间的区域才是最小包容区域。从平行于纵坐标方向画出这两条平行直线间的距离，此距离就是被测表面的直线度误差值f（格）。

图2

6、将误差值f（格）按下式折算成线性值f（um）,并按国家标准GB1184—80评定被测表面直线度的公差等级。

f（m）=0.01L f（格）

例:用合象水平仪测量一窄长平面的直线度误差，仪器的分度值分为0.01mm/m，选用的桥板节距L=200mm，测量直线度记录数据见附表，若被测平面直线度的公差等级为5级，试用作图法评定该平面的直线度误差是否合格？

f=0.0120011

=22（m）

按国家标准GB1184—80，直线度5级公差值为25m.误差值小于公差值，所以被测工件直线度误差合格。

思考题

目前部分工厂用作图法求解直线度误差时，仍沿用以往的两端点连线法，即把误差折线的首点(零点)和终点连成一直线作为评定标准，然后再作平行于评定标准的两条包容直线，从平行于纵坐标来计量两条包容直线之间的距离作为直线度误差值。以例题作图为例,试比较按两端点连线和按最小条件评定的误差值,何者合理?

一、实验目的

1、了解用双管显微镜测量表面粗糙度的原理和方法。

2、加深对微观不平度十点高度Rz和单峰平均间距s的理解。

二、实验内容

用双管显微镜测量表面粗糙度的Rz和s值。

三、测量原理及计量器具说明

参看图1，微观不平度十点高度是在取样长度l内，从平行于轮廓中线m的任意一条线算起，到被测轮廓的五个最高点（峰）和五个最低点（谷）之间的平均距离，即

双管显微镜能测量1—80um的表面粗糙度的值。

实验三表面粗糙度测量

四、实验目的

3、了解用双管显微镜测量表面粗糙度的原理和方法。

4、加深对微观不平度十点高度Rz和单峰平均间距s的理解。

五、实验内容

用双管显微镜测量表面粗糙度的Rz和s值。

六、测量原理及计量器具说明

实验三表面粗糙度测量

七、实验目的

5、了解用双管显微镜测量表面粗糙度的原理和方法。

6、加深对微观不平度十点高度Rz和单峰平均间距s的理解。

八、实验内容

用双管显微镜测量表面粗糙度的Rz和s值。

九、测量原理及计量器具说明

实验三表面粗糙度测量

十、实验目的

7、了解用双管显微镜测量表面粗糙度的原理和方法。

8、加深对微观不平度十点高度Rz和单峰平均间距s的理解。

十一、实验内容

用双管显微镜测量表面粗糙度的Rz和s值。

十二、测量原理及计量器具说明

双管显微镜能测量1—80um的表面粗糙度的值。

图1

双管显微镜的外形如图2所示。它由底座1、工作台2、观察光管3、支臂7和立柱8等几部分组成。

图2

双管显微镜是利用光切原理来测量表面粗糙度的，如图3所示。被测表面为P1和Ｐ２阶梯表面，

实验三表面粗糙度测量

十三、实验目的

9、了解用双管显微镜测量表面粗糙度的原理和方法。

10、加深对微观不平度十点高度Rz和单峰平均间距s的理解。

十四、实验内容

用双管显微镜测量表面粗糙度的Rz和s值。

十五、测量原理及计量器具说明

双管显微镜能测量1—80um的表面粗糙度的值。

图1

双管显微镜的外形如图2所示。它由底座1、工作台2、观察光管3、支臂7和立柱8等几部分组成。

图2

双管显微镜是利用光切原理来测量表面粗糙度的，如图3所示。被测表面为P1和Ｐ２阶梯表面，当一平行光束从方向投射到阶梯表面上时，就被折成和两段。从垂直于光束的方向上就可在显微镜内看到和两段光带的放大象和。同样，和之间的距离h也被放大为’和之间的距离。通过测量和计算，可求得被测表面的不平度高度h。

图3 图4

　图４为双管显微镜的光学系统图．由光源程序发出的光，经聚光镜头２、狭缝３、狭缝４，以方向投射到被测工件表面上。调整仪器使反射光束进入与投射光管垂直的观察光管内，经物镜５成象在目镜分划板上，通过目镜可观察到凹凸不平的光带（图５a）。光带边缘即工件表面上被照亮了的,测量亮带边缘的宽度，可求出被测表面的不平度高度h，

h=cos=