几何量公差与检测实验指导书程飞月武汉理工大学教材中心2006年 6月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。

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

图 1－1 为立式光学计外形图，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发大原理进行测量的仪器，其光学系统如图1－2（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 3 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，刻度尺像 7 与刻度尺 8 对称。

若被测尺寸变动使测杆 5 推动反射镜 4 绕支点转动某一角度 , （图 1－2a），则反射光线相对于入射光线偏转2, 角度，从而使刻度尺像7 产生位移t （图1－2c），它代表被测尺寸的变动量。

物镜至刻度尺8 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：tftg2,K,, Sbtg,tg2,,2,,tg,,,当, 很小时，，因此：2fK, b光学计目镜放大倍数为12，f,200mm,b,5mm，故仪器的总放大倍数n 为：2f2 ， 200n,12k,12,12 ，,960 b5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。

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，测量平面或圆柱面工件时，选用球形测头。

测量球面工件时，选用平面形测头。

测量小于10mm的圆柱形工件时，选用刀口形测头。

2．按被测零件的基本尺寸组合量块。

3．调整仪器零位10参看图 1－ 1，选好量块组后，将下测量面置于工作台11 的中央，并使测头对准上测量面中央。

粗调节：松开支臂紧固螺钉4，转动调节螺母2，使支臂缓慢下降，直到测头与量块上测量面轻微接触，并能在视线中看到刻度尺像时，将螺钉 4 锁紧。

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像与指示线接近为止（图 1－3a）。

然后拧紧螺钉8。

微调节：转动刻度尺微调螺钉 6（图 1－2b），使刻度尺的零线影像与指示线重合（图 1－3b），然后压下测头提升杠杆 9 数次，使零位稳定。

将测头抬起，取下量块。

4．将工件洗净放在工作台上进行测量，将测量结果填入实验报告。

5．处理数据，判断是否合格。

1．比较量法的特点是什么？以什么作为比较标准？2．用立式光学计能否进行绝对测量？表面粗糙度的测量方法有光切法，光波干涉法及触针法（又称针描法）等，工厂常用的还有粗糙度样板直接和被测工件对照的比较法，以及利用塑性和可铸性材料将被测工件加工表面的加工痕迹复印下来，然后再测量复印的印模的印模法。

1.建立对表面粗糙度的感性认识；2.了解用双管显微镜测量表面粗糙度的原理及方法。

用双管显微镜测量表面粗糙度的 Rz 值。

双管显微镜又撑光切显微镜，它是利用被测表面能反射光的特性，根据“光切法原理”制成的光学仪器，其测量范围取决于选用的物镜的放大倍数，一般用于测量0.8-80 微米的表面粗糙度Rz 值。

仪器外型如图 3-1 所示，它由底座 6，支柱 5，横臂 2，测微目镜 13，可换物镜 8 及工作台 7 等部分组成。

仪器备有四种不同倍数（7X,14X,30X,60X ）物镜组，被测表面粗糙度大小（估测）来选择相应倍数的物镜组（见表3-1 ）。

表 3-1 双管显微镜测量参数物镜放大倍总放大倍数目镜视场直物镜与工件测量范围Rz 换算系数数 N 径（ mm）距离（ mm）（μ m）E( 微米 / 格 )7X 60X 2.5 9.5 30~30 1.25 14X 120X 1.3 2.5 6.3~20 0.63 30X 260X 0.60.2 1.6~6.3 0.294 60X 510X 0.3 0.04 0.8~1.6 0.147安测量原理如图 3-2 所示，被测表面为P1-P2 阶梯表面，当一平行光束从45 度方向投射到阶梯表面时，即被折成S1 和 S2 两段，从垂直于光束的方向上就可以在显微镜内看到 S1 和 S2 两段光带的放大像S1'S2' ，同时距离 h 也被放大为 h1' 。

通过测量和计算，可求得被测表面的不平度高度h。

这种方法类似在零件表面斜切一刀，然后观察其剖面的轮廓形状，因此称为光切法。

图3-3为双管显微镜的光学系统图，由光源 1 发出的光，经聚光镜2，狭缝3，物镜 4 以45 度方向投射到北测表面上，调整仪器使反射光束经物镜 5 成像在目镜分划板 6 上，光束被测上表面的S1点反射，在下表面S2 点反射，它们各成像于分划板 6 的 S1' 和 S2' ，距离 h1 被放大为 h1' ，通过目镜可观察到凹凸不平的光带（图3-4 （b）） , 光带边缘即工件表面上被照亮了的h1 的放大轮廓像h1'，测量h1'即可求出被测表面的不平高度h2。

h=h1cos45=(h1/N)cos45式中N——物镜的放大倍数影象高度 h1' 是利用目镜测微器来测量的，测微目镜头结构见图3-4 （a）由于测微器中的十字刻线与测微器读数方向成45，所以当用十字线只能感的任一直线与影像蜂，谷相切来测量波高度时，波高h1=h1cos45”为刻度线移过的实际距离，即测微器量词读数差（见图3-14 （b）），所以被测表面 1h的不平高度为：h=h1cos45cos45/N=1/2N?h1式中， E 为刻度套筒的分度值，或称为换算系数，它与投射角，目镜测微器的结构和物镜放大倍数有关，可在表3-1 中查取。

由上述可知，零件表面不平度的高度h 等于测微器两词读数差，即套筒转过的楼数。

1.按被测表面轮廓特点，确定取样长度 t ，几种常用的机械加工方法的最小测量长度见表 3-2。

表 3-2表面轮廓的特点取样长度 l （ mm）评定长度 Ln(mm)2.5比较规则和均匀（如车、铣、（1～3）l刨）0.8 (2~6)l不很规则和均匀（如精车、磨）0.25 (6~17)l很不规则和均匀（如精磨、研）2.估计被测表面的粗糙度，按表 3-1 选择适当的物镜，装在仪器上。

3.将零件擦净后放在仪器工作台上，通过变压器接通电源。

4.粗调节：用手拖住横臂 2，松开锁紧钉 1。

旋升转动螺母 4，使镜头对准被测表面上方，上下移动横臂 2，直到在目镜中看到绿色光带和光面轮廓不平度的影象（图 3-4b ），然后旋紧螺钉1，调节中要避免物镜与被测表面发生碰撞。

5. 细调节：在目镜中观察，并转动微调手轮3，使视场中央出现最狭窄且一边最清晰的光带。

6.转动测微目镜头，使十字线的水平线和光带轮廓中线平行，并以此水平线做为测量的基准线，旋转测微目镜头的刻度套筒 12（图 3-4a ），使目镜中十字线的水平线（基准线）分别与轮廓的峰顶和谷底相切（图 3-4b ）中的实线和虚线位置，丛刻度筒 12 中读出峰和谷的数值 h1,h2,,hm ，在取样长度 l 内，测出 5 个峰和 5 个谷的数值，然后按下式算出 10 点的平均高度值 Rz。

Rz=E?(h1+h3+,,+hn) - （h2+h4+,,hm） /5式中 h1,h3,,hn为峰顶读数，h2,h4,,hm为谷底读数，h单位为格数。

7.纵向移动工作台，按上述步骤在平定长度内，测出几个取样长度的Rz 的值，取其平均值作为被测表面的微观不平度十点的高度Rz 值。

8.添好实验报告，判断零件的适用性。

1.什么是 Rz 参数和 Ra参数？用双管显微镜也能测量 Ra参数吗？2.为什么只测量光带一个边缘的诸峰谷点？用节距法测量车床导轨在垂直平面内的直线度误差。

1．加深对直线度公差与误差的定义及特征的理解。

2．学习直线度误差的测量及数据处理方法。

3．了解光学合像水平仪的结构，原理及使用方法。

车床导轨，光学合像水平仪1，仪器的结构与工作原理光学合像水平仪广泛应用于精密机械工业中。

可测量工件表面的直线度，平面度和设备安装的正确性，也可测量工件的微小倾角。

如图 3—1 所示，仪器的测量范围为0—5mm/m。

分度值为 0.01mm/m光学合像水平仪是一种精密测角仪器，用自然水平面作为测量基准。

其结构见图 3-1 ，它的水准器 5 是一个密封的玻璃管，管内注入精馏乙醚，并留有一定量的空气，以形成气泡。

管的内壁在长度方向具有一定的曲率半径。

气泡在管中停住时，气泡的位置必然垂直于重力方向。

就是说，当水平仪倾斜时，气泡本身并不倾斜，而始终保持水平位置。

利用这个原理，将水平仪放在桥板上使用，便能测出实际被测直线上相距一个桥板跨距的两点间的高度差。

3-21.观察窗2. 刻度盘3. 旋钮4. 刻度尺5. 水准器6. 气泡7. 棱镜测量时，光学合像水平仪水准器 5 中的气泡 6两端经棱镜 7 反射的两半象从观察窗观察。

当桥板两端相对于自然水平面无高度差时，水准器 5 处于水平位置，则气泡 6 在水准器 5 的中央，位于棱镜7两边的对称位置，因此从观察窗看到两半象合象（如图 3-4a 所示）。

如果桥板两端相对于自然水平面有高度差，则水平仪倾斜一个角度，因此气泡 6 不在水准器 5 的中央，从观察窗看到两半象是错开的（如图 3-4b 所示）为了测出被测两点的高度差数值，调节旋钮3，使得长的半边象逐渐缩短；短的半边象逐渐增长，直到两半边象合象（如图3-4a 所示）。

也就是使气泡返回到棱镜7 两边的对称位置。

此时，转动旋钮 3 带动刻度盘 2 转过的格数，就是合象水平仪在一米长度倾斜的高度差。

2，读数方法合像水平仪的气泡调到合象后，即可进行读数。

水平仪读数有两部分组成：一是刻度盘2；二是侧面的刻度尺4。

刻度盘 2 转动一圈 ( 转动 100 格 ) ，侧面的刻度尺 4 移动一格。

如果以刻度盘 2 上格数作为读数单位，那么水平仪读数的百位数取刻度尺4 标线所指刻度的整数部分；十位数和个位数直接从刻度盘 2 读出。

例如：刻度尺4 标线所指刻度位于 2 和 3 之间；刻度盘 2 所指刻度是 91 格，则水平仪的读数为291格。

3，测量步骤1）将长度为 1400mm的导轨和跨距为 140mm的桥板用汽油擦洗干净，等距离取十个测量点（导轨两端各去掉70mm,将导轨分成九段）2）将分度值为 0.01mm/m的光学合象水平仪放在桥板上，先后置于被测导轨的两端，调整下面的三个螺钉，使导轨大致处于水平状态。