互换性与测量技术实验指导书

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

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

1．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;

2．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

1．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。

图1-3．光学比较仪测量原理图 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2α，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: α2ftg l = 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，

αbtg s =

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，

α

α2btg ftg s l n ==

因a 角很小;取α≈α,α2≈α2tg tg ,则 b

f n 2=

光管中物镜的焦距mm f 200=,测杆到平面反射镜键支点的距离b=5mm 。于是 805

200

2=×=

n 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 um mm K a i 1001.080

1208.012==××==

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-100um 到+1OO um 。 2． 实验步骤

(1) 根据被测表面的几何形状，选择测头并把它安装在测杆上。

(2) 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。

(3) 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)。 (4) 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。 a ．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;

b ．细调整：松开螺钉15，转动手轮5，使刻度尺零刻线的影象接近固定指示线，图如1-4（a ），然后拧紧螺钉6。 C ．微调整：轻轻按动测头提升器7,使测头起落数次，零刻线影象的位置稳定后，转 动另位调节手轮13(图1-2)，使零刻线影象与固定指示线重合，图如1-4（b ）。

(5) 按动测头提升器7，使测头抬起，取下量块组，换上被测轴。分别对相隔900的径向位置AA'、BB '进行测量。在工作台10上移动轴进行测量时，注意读取刻度尺影象示值中的最大值。(6) 取下被测轴，再放上量块组复查示值零位。其误差不得超过±0.5um ，否则重新测量。

图1-4

3．注意事项

①、测量前应先擦净零件表面及仪器工作台。

②、操作要小心，不得有任何碰憧，调整时观察指针位置，不应超出标尺示值范围。

③、使用量块时要正确推合，防止划伤量块测量面。

④、取拿量块时最好使用棉手套，避免用手直接接触量块．以减少手温对测量精度

的影晌。

⑤、注意保护量块工作面，禁止量块碰撞或掉落地上。

⑥、量块使用前，要用棉花擦干净。

⑦、测量结束前，不应拆开量块，以便随时校对零位。

四、思考题

1．列举你所使用过的长度测理器具，比较其精确度，测量范围及使用场院合。

2．试分析绝对测量和比较测量的优缺点。

3. 试分析产生测量误差的原因。

技术测量实验报告

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实验一用立式光学计测量轴的直径

一、仪器及被测零件

仪器名称分度值示值范围测量范围仪

器

零名称基本尺寸及极限偏差