《精度设计与检测》金玉萍主编西南科技大学制造科学与工程学院2015年3月实训指导书精度设计与检测实验指导书16 目录实验一用立式光学计测量塞规••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••实验二用自准直仪测量直线度误差•••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••实验三用光切显微镜测量表面粗糙度•••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••实验四几何量综合测量••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••制造科学与工程学院15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，熟悉其使用方法。

2. 熟悉量规公差标准及精度评定，掌握量块的正确使用和维护方法。

3. 熟悉轴直径的测量方法。

4. 初步掌握光滑工件尺寸的验收极限的确定。

5．掌握数据处理方法和合格性判断原则。

二、实验仪器和设备1. 投影立式光学计 一台2. 被测件（光滑极限量规塞规） 一件3. 量块 一块 三、实验简介 1．仪器简介立式光学计（立式光学比较仪）是一种精度较高、结构简单的光学仪器，一般采用相对法以量块为长度基准测量微差。

除了用于测量精密的轴类零件外，还可以检定5等和6等量块。

常见的立式光学计有两种：刻线尺式立式光学计和JD3投影立式光学计，下面分别介绍: （l ）刻线尺式立式光学计仪器的基本技术性能指标如下： 分度值 0.001mm示值范围（自中央µ虚线算起） mm 1.0 测量范围 0－180mm示值误差： 小于±0.06mm ±0.2µm大于±0.06mm ±0.25µm仪器外形及主要部分功能见图1.1.说明。

（2）JD3投影立式光学计JD3投影立式光学计的基本技术性能指标与刻线尺式立式光学计相同。

JD3立式光学计的外形及主要部分见图1.2 2、测量原理——光学杠杆放大原理两种立式光学计都是利用光学杠杆放大原理进行测量的，其光学系统如图1.3所示。

图1.1刻线尺式立式光学计1-底座 2-支臂升降螺母 3-支臂 4-支臂紧固螺钉 5-立柱 6-直角光管 7-光管微动手轮 8-光管紧固螺钉 9-测头升降杠杆10-测头 11-工作台精度设计与检测实验指导书16图1.2投影立式光学计图1.3 光学放大原理图1.2：工作台1、测头2、测帽提升器3、微动固定螺钉4、读数显示窗5、投影灯6、微动螺钉7、横臂8、横臂固定螺钉9、升降螺母10、立柱11、底盘12、变压器13。

图1.3:光学放大原理：照明光线反射镜1及三角棱镜2照亮位于分划板3左半部的标尺4（共200格，分度值为1μm），再经直角棱镜5及物镜6后变成平行光束（分划板3位于物镜6的焦平面上），此光束被反射镜7反射回来，再经物镜6、棱镜5在分划板3的右半部形成标尺像。

分划板3右半部上有位置固定的指标尺8，当反射镜7与物镜6平行时，分划板左半部的标尺与右半部的标尺像上下位置是对称的，指标尺8正好指向标尺像的零刻线，如图1.4（a）所示。

当被测尺寸变化，使测杆10推动反射镜7绕其支承转过某一角度时，则分划板上的标尺像将向上或向下移动一相应的距离t，如图1.4（b）所示。

此移动量为被测尺寸的变动量，可按指示所指格数及符号读出。

图1.4 分划板成像制造科学与工程学院15光学杠杆放大原理如图1.5所示。

S 为被测尺寸变动量，t 为标尺像相应的移动距离，物镜及分划板刻线面间的距离F 为物镜焦距，该测杆至反射镜支承之间的距离为a ，则放大比K 为： ααtan *a 2tan *F s t K ==式中 F ——物镜焦距；a ——测杆与支点间的距离。

由于α角一般很小，可取tan2α=2α,tan α=α，所以 K ＝2F/a 。

刻线尺式立式光学计一般光学计物镜焦距F ＝200mm ，a ＝5mm ，则放大比K ＝80。

用12倍目镜观察时，标尺像又放大12倍，因此总放大比n 为：n ＝12K=12 X 80＝ 960当测杆移动0.001mm 时，在目镜中可见到0.96mm 的位移量。

由于仪器的刻度尺刻度间距为0.96mm ，即这个位移量相当于刻度尺移动一个刻度距离， 所以仪器的分 图1.5光学杠杆放大原理度值为1μm 。

JD3投影立式光学计物镜焦距F ＝200mm ，a ＝5mm ，则放大比K ＝80。

投影物镜放大率18.75，读数放大镜的放大率1.1，总放大比n 为：n ＝1.1 X 18.75K=1.1 X 18.75 X 80＝1650当测量杆移动微小距离0.001mm 时，经过1650 X 的放大后，就相当于在投影屏三所看到的1.65的距离。

3、量块的正确使用量块具有稳定、耐磨、准确和研合性。

利用其研合性，可以在一定范围内，将不同尺寸的量块进行组合而形成所需的工作尺寸。

量块的正确使用：⑴、选择量块，用竹夹子从量块盒里夹出所需用的量块； ⑵、清洗：先用干净棉花擦洗，在用沾上航空汽油的棉花擦洗，最后用绸布擦干量块； ⑶、根据工作尺寸组合量块。

四、实验步骤及内容（参阅图1.1）以刻线尺式立式光学计为例说明其实验步骤。

1. 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。

2. 按被测的基本尺寸组合量块组（用4等量块） 组合好的量块放在工作台上。

精度设计与检测实验指导书16 3. 调节零位⑴粗调：松开锁紧螺钉4，转动粗调2，使测头10与量块上的测量面慢慢靠近，待两者极为靠近时（约留出0.1mm ，切勿接触），将螺钉锁紧。

⑵精调：松开螺钉8，转动光管微调轮7，观察目镜视场，直至移动着的标尺像处于零位附近时，再将螺钉8锁紧。

若标尺像不清晰，可调节目镜视度环。

⑶微调：转动微调轮7使标尺像准确对准零位（图1.6），然后用手轻轻按压测头升降杠杆9二至三次，检查零位是否稳定。

若零位略有变化，可转动微调轮7再次对零。

4. 测量按压测头升降杠杆9，抬起测头，取出量块，将被测量规置于工作台上，按图1.7所要求的部位进行测量。

可先将被测轴上 点慢慢靠近测头，并使其从测头下慢慢滚过，由目镜中读取最大值（即读数转折点），此读数就是被测尺寸相对量块尺寸的偏差。

读数时注意正、负号。

然后依次测量同一素线上的Ⅱ、Ⅲ点。

用同样的方法测量间隔090的各条素线上的Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ点，将测量结果依次记入实验报告中。

测量完毕，复校零位，若差值超过半格必须重测。

等精度测量：在通规的同一部位重复测量10次，并记入报告中。

图1.6 标尺 图1.7 测量示意图五、实验报告1. 根据测量数据判断塞规通、止端是否合格（通规按使用过程来评定，各测量点数值均在极限尺寸范围内，该通规或止规合格。

2. 等精度数据处理。

根据测量的10次数据计算出测量值的平均值及测量算术平均值的标准偏差，确定测量结果。

六、思考题1. 立式光学计测量塞规属于何种测量方法2. 利用立式光学计说明什么是分度值，什么是刻度间距？制造科学与工程学院15实验二 用自准直仪测量直线度误差一、实验目的1.了解自准直仪的工作原理和使用方法。

2. 掌握自准直仪测量直线度误差的方法及数据处理。

二、实验仪器和设备1. 自准直仪或精密双向自准直仪 一台2. 模拟的机床导轨（长约1100mm ） 一个三、实验简介自准直仪是一种测量微小角度变化的仪器。

仪器的基本技术性能指标如下：分度值 1”（1S ）或m mm005.0 示值范围 0-10’ 或 ±600S测量范围 0-8 m 或0-5m本实验采用测量全长垂直方向上的直线度误差。

自准直仪有本体和反射镜两部分组成，如图2.1。

本体包括：平行光管、读数显微镜和光学系统。

图2.1自准直仪的组成1—读数鼓轮 2—目镜 3、4—分划板 5—转动手轮 6-十字刻线分划板 7—滤光片 8—光源 9—立方棱镜 10—物镜 11—反射镜 １２－模拟导轨精密双向自准直仪的结构与自准直仪基本一样，只是仪器可以改变测量方向。

由自准直仪光学系统（图2.1）可知，光源8发出的光线照亮了带十字刻线的分划板6，并通过立方棱镜9及物镜10形成平行光束投射到反射镜11上。

而经反射镜11返回之光线穿过物镜10，投射到立方棱镜9的半反光半透膜上，向上反射而汇聚在分划板3和4上（两个分划板皆位于物镜10的焦平面上）。

其中件4是固定分划板，上面刻有刻度线，而件3是可动分划板，其上刻有一条指标线。

由于分划板3、4都位于目镜2的焦平面精度设计与检测实验指导书16 上，所以在目镜视场中可以同时看到指标线（黑色）、刻度线（不动的绿线）及十字刻线（可动的绿线）的影像。

如果反射镜11的镜面与主光轴垂直，则光线由原路返回，在分划板4上形成十字影像，此时若用指标线对准十字影像，则指标线应指在分划板4的刻线“10”上，且读数鼓轮1的读数正好为“0”（图2.2（a ））。

当反射镜倾斜并与主光轴成a 角时，也就是反射镜镜面与主光轴不垂直，此时，反射光线与主光轴成2a 角。

因此穿过物镜后，在分划板4上所成十字像偏离了中间位置。

若移动指标线对准该十字像时，则指标线不是指在“10”，而是偏离了一个2∆值（图2.l 及图2.2（b ））。

此偏离量与倾斜角a 有一定关系，a 的大小可以由分划板4及鼓轮l 的读数确定。

（a ）读数为1000格 (b)读数为820格图2.2 分划板及鼓轮的读数鼓轮1上共有100个小格。

而鼓轮每回转～周，分划板3上的指标线在视场内移动l 格，所以视场内的l 格等于鼓轮上的100个小格。

读数时，应将视场内读数与鼓轮上的读数合起来。

如图2．2（a ）。

视场内读数为1000格，鼓轮读数为0，合起来读数应为1000格。

再如图2.2（b ），视场内读数为800格，鼓轮读数为20格，故合起来读数应为820格。

仪器的角分度值为l ’’，即每小格代表l ’’，故可容易地读出倾斜角a 的角度值。

为了能直接读出桥板与平台两接触点相对于主光轴的高度差1∆的数值（图2.１），可将格值转化为线值来表示。

此时，线分度值与反射镜座（桥板）的跨距有关，当桥板跨距为100mm 时，则分度值就好为0．0005mm 。