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互换性与测量技术实验指导书 主编：唐芬南 湖南工业大学机械工程学院 PAGE PAGE 13 目 录 实验一：用立式光学比较仪测量轴的直径……………… 1 实验二：用内径指示表测内孔 7 实验三：直线度误差测量 10 实验四：用双管显微镜测量表面粗糙度 18 实验一、用立式光学比较仪测量轴的直径 线性尺寸可以用相对测量法(比较测量法)进行测量。相对测量常用的量仪有机械、光学、电气和气动比较仪等几种，本实验用立式光学比较仪测量外尺寸，用比较仪测量时，先用量 块(或标准器)调整量仪示值零位，测量工件所得的示值为被测尺寸相对于量块尺寸的偏差。 一、实验目的 了解光学比较仪的结构并熟悉它们的示值零位调整方法和使用方法; 熟悉量块的使用与维护方法。 图 1-2 光学比较仪系统的光学 二、用立式光学比较仪测量光滑极限塞规 量仪说明和测量原理 立式光学比较仪也称立式光学计，是一种精度较高且结构不复杂的光学仪器，用于测量外尺寸。 图 1-1 为量仪外形图;量仪主要由底座 12、立柱 16、横臂 14、直角形光管 4 和工作台 10 等几部分组成。 量仪的光学系统安装在光管内，光学系统如图1-2 所示。光管工作时的测量原理是光学杠杆放大原理。光线经反射镜 6、棱镜 7 投射到分划板 4 上的刻度尺 9(它在分划板左半面)。分划板位于物镜 2 的焦平面上。当刻度尺 9 被照亮后，从刻度尺发出的光束经直角转向棱镜3， 物镜 2 形成平行光束，投射到平面反射镜 1 上。光束从反射镜 1 反射回来，在分划板 4 右半 面形成刻度尺 9 的影象，从目镜 5 可以观察到该影象和一条固定指示线。刻度尺上有一条零 刻线。它的两侧各有 100 条均布的刻线，这些刻线与零刻线构成 200 格刻度间距。零刻线位于固定指示线上。 测量时，若反射镜 1 垂直于物镜 2 的主光轴，则分划板右半面胸刻度尺影象与其左半面的刻度尺的上下位置是对称的，即零刻线影象位于固定指示线上。如果反射镜1 与物镜 2 的主光轴不垂直，则分划板右半面的刻度尺影象就相对于其左半面的刻度尺上下移动。 参看图 1-3 所示的光学比较仪测量原理图(图中没有画出图 1-2 中的直角转向棱镜)，从 物镜焦平面上的焦点 C 发出的光线，经物镜后变成一束平行光投射到平面反射镜P 上。若平面反射镜 P 垂直于物镜主光轴，则从反射镜 P 反射的光束由原 光路回到焦点c，象点 C 与焦点C 重合(即刻度尺影 象与刻度尺的上下位置保持对称)。如果被测尺寸变动，使测杆产生微小的直线位移 S 推动反射镜 P 绕支点 0 转动一个角度α ,那么反射镜 P 与物镜主光轴不垂直，反射光束与入射光束间的夹角为2 α ，从反射镜P 反射的光束汇聚于象点C(即刻度尺影象相对于刻度尺在上下方向产生位移)。C点与 C 点的距离计算式如下: l = ftg 2α 图 1-3．光学比较仪测量原理图 式中 f 一一物镜的焦距； α ——反射镜偏转角度。 而测杆位移S 与反射镜偏转角度α 的关系为， s =b t gα 式中 b 测杆到支点 0 的距离。 这样，刻度尺影象位移l 对测杆位移S 的比值即为光管放大倍数n 计算式如下， n = l = ftg 2α s btgα 因 a 角很小;取tg 2α ≈2α,tgα ≈α ,则 n = 2 f b 光管中物镜的焦距 f = 200mm ,测杆到平面反射镜键支点的距离b=5mm。于是 n = 2 ×200 =80 5 目镜的放大倍数为 12。因此，量仪的放大倍数 K=12n=960 光管中分划板上刻度尺的刻度间距为0,08m，从目镜中看到的刻度尺影象的刻度间距为 d=l2x0,08=0.96mm。因此，量仪的分度值 i = a =12 ×0.08 =0.001mm =1um K 12 ×80 从目镜中可以读出刻度尺零刻线影象相对于固定指示线移动的格数，将它乘以量仪的 分度值就是量仪示值。由于零刻线两铡各有 100 格刻度，因此量仪的示值范围为-100 um 到 +1OO um 。 实验步骤 根据被测表面的几何形状，选择测头并把它安装在测杆上。 根据被测塞规工作部分的基本尺寸或极限尺寸选取几块量块，并把它们研合成量块组。 参看图 1-1，接通电源，拧动四个螺钉 11，调整工作台 10 的位置，使它与测杆 8 运动方向垂直(调整好后，切勿再拧动螺钉 11)。 调整量仪示值零位。将量块组放在工作台 10 上，并使测头对准量块测量面的中央， 按下列三个步骤进行调整。 粗调整：松开螺钉 15，转动螺母 13;使横臂 14 缓缓下降，直至测头与量块测量面接触，且从目镜 3 的视场中看到刻度尺影象为止;再拧紧螺钉 15; 细调整：松开螺钉 15，转动手轮 5，使刻度尺