自准直法测量平面1
焦距测量实验报告
一、实验目的1. 理解透镜成像原理，掌握透镜焦距的定义。
2. 通过实验，学会使用不同方法测量透镜焦距。
3. 分析实验误差，提高实验数据处理能力。
二、实验原理透镜焦距是指透镜的光心到其焦点的距离。
根据透镜成像原理，当物体位于透镜的一倍焦距之外时，透镜在另一侧形成一个实像，此时实像的位置与物体到透镜的距离之间存在一定的关系。
本实验通过以下几种方法测量透镜焦距：1. 物距像距法：根据透镜成像公式，当物体位于透镜的一倍焦距之外时，有 1/f = 1/v - 1/u，其中 f 为透镜焦距，v 为像距，u 为物距。
2. 自准直法：利用透镜自准直特性，通过调整透镜与物体、像屏的距离，使物体在像屏上形成清晰的实像，此时物距与像距之和等于透镜焦距的两倍。
3. 平行光管法：利用平行光管产生平行光，通过测量平行光与透镜焦点的距离，得到透镜焦距。
三、实验仪器1. 凸透镜2. 凹透镜3. 平行光管4. 光具座5. 物距尺6. 像距尺7. 记录本四、实验步骤1. 物距像距法：将物体放置在凸透镜前，调整物距和像距，使物体在像屏上形成清晰的实像。
记录物距和像距，根据透镜成像公式计算焦距。
2. 自准直法：将物体放置在凸透镜前，调整透镜与物体、像屏的距离，使物体在像屏上形成清晰的实像。
记录物距和像距之和，得到透镜焦距。
3. 平行光管法：将平行光管对准透镜，调整平行光管与透镜的距离，使平行光束与透镜焦点相交。
记录平行光束与透镜焦点的距离，得到透镜焦距。
五、实验数据1. 物距像距法：物距 u = 30 cm，像距 v = 60 cm，焦距 f = 20 cm。
2. 自准直法：物距 u = 30 cm，像距 v = 90 cm，焦距 f = 60 cm。
3. 平行光管法：平行光束与透镜焦点的距离 d = 20 cm，焦距 f = 20 cm。
六、数据处理与分析1. 计算三种方法的实验误差：（1）物距像距法：误差Δf1 = |f1 - f理论| = |20 cm - 20 cm| = 0 cm。
光学测试技术-第2章-光学准直与自准直技术1
(-z-)--z处的光斑半径（光强下降到光斑中心光强的
1/ e处2 的光斑半径； ----激光波长； --n--传播空间的折
射率，在大气中传输时取为1。
第一节 激光束的准直与自准直技术
其中
2
(
z)
02
1
z 02n
2
（1）束腰处的波阵面为平面，此时 R(0) （取束腰位于
坐标原点），则有：
q0
与望远镜视放大率有关，此外还和高斯光束结构参数
（ 10,）z1 有关。增大 （z束1 腰远离望远镜 ）L，1 压缩比
也增大，光束准直性将更好些。
第一节 激光束的准直与自准直技术
总结：望远镜两透镜的距离为 D f1，f2其 中
f2 f1
如果有一高斯分布的激光光束，其发散角为 ，从左方
入射到倒置的望远系统，出射后的发散角 f1
第一节 激光束的准直与自准直技术
由于激光具有极好的方向性，一个经过准直的连续输出的 激光束，可以认为是一条粗细几乎不变的直线。因此可以用 激光束作为空间基准线，这样的激光准直仪能够测量直线度、 平面度、平行度、垂直度，也可以做三维空间的基准测量。
激光准直仪和平行光管、经纬仪等一般的准直仪相比， 具有工作距离长，测量精度高和便于自动控制、操作方便等 优点，可以广泛地用于隧道开凿、管道铺设、高层建筑建造、 造桥、修路、开矿以及大型设备的安装、定位等。
（例如中心斑直径 70m , 保持约1m范围内光强分布基本不变）
这一特点，在测量上可有许多用途。
图示为用于测量物 体表面轮廓的一个
扫描反射镜
CCD相机
例子。准直激光束
通过轴锥镜成为近
似的零阶贝塞尔光 束，经扫描反射镜。 光束在被测表面扫 一条细亮线。
精密自准直仪使用说明书
研润企业MC030-1401 双向精密自准直仪使用说明书上海研润光机科技有限公司目录1．概述 (3)1．1仪器的用途1．2仪器特点1．3工作条件2．技术特性 (3)2．1技术规格2．1仪器组成3．工作原理与结构特征 (4)3．1仪器的工作原理3．2仪器的结构特征3．3附件的组成3．4个单元结构之间的机电联系3．5辅助装置的功能结构及其工作原理4．使用、操作 (13)4．1使用前的准备和检查4．2找像与读数4．3水平面的直线度测量4．4垂直于水平面的测面的直线度测量4．5垂直面的直线度和垂直度测量4．6直线移动导轨运动误差的测量4．7平面度的测量4．8圆分度误差的测量4．9小角度误差测量5．故障分析与排除 (27)5．1光学零件发霉5．2光学零件生雾5．3附着物5．4分划线刻线脱色6．保养、维护 (28)6．1日常维护、保养6．2运行时的维护、保养6．3正常检修周期7．开箱及检查 (29)7．1开箱注意事项7．2开箱检查内容8．运输、贮存 (29)8．1吊装运输注意事项8．2贮存条件，贮存期限及注意事项9．验收项目、方法及数据 (29)1．概述1．1仪器的用途双向自准直仪是利用自准直法，对小角度范围内的微小角度变化进行测量的精密仪器。
仪器主体和平面反射镜联合使用，可测量工件的直线度，平板的平面度；与光学直角器，带磁反射镜联合使用，可测量垂直导轨的平直度和垂直度；与多面体联合使用，可测量度盘的圆分度误差。
本仪器特别适合与生产现场。
1．2仪器特点双向自准直仪具有原理、结构简单，体积小，精度高，使用方便，配以一定的附件后，能扩大使用范围的特点。
1．3工作条件工作室应保持清洁，无尘，无振动，电源为220V 50Hz交流电，室温20°±3℃，其温度变化每小时不超过1℃。
2．技术特性2．1技术规格工作距离----------------------------------------------------0-10米物镜焦距----------------------------------------------------400毫米物镜口径----------------------------------------------------42毫米目镜放大倍率------------------------------------------------17.5倍测微鼓轮分度值（每格相当于）线度值-----------------------------------------------L/200微米角度值--------------------------------------------1.03秒≈1秒此处L为反射镜基座有效长度（毫米）目镜分划板分度值（每格相当于）线度值----------------------------------------------100×L/200微米角度值----------------------------------------------100×1.03秒示值范围----------------------------------------------------1600格示值精度当测微鼓轮不超一圈时±（0.5+0.01n）格当测微鼓轮超过一圈时±（15+0.0015n）格n 为测微鼓轮的测量格数。
薄透镜焦距的测定
薄透镜焦距的测定【试验目标】1．控制光路调剂的根本办法;2．进修几种测量薄透镜焦距的试验办法.【试验仪器】照明光源（钠光灯）.物屏.白屏.光具座.平面镜.待测透镜等.【试验道理】透镜的厚度相对透镜概况的曲率半径可以疏忽时,称为薄透镜.薄透镜的近轴光线成像公式为（1）l s为物距,s′为像距,f ′为像方焦距.其符号划定如下：什物与实像时取正,虚物与虚像时取负;f 为透镜焦距,凸透镜取正,凹面镜取负 .图1凸透镜自准法1．凸透镜焦距的测量道理(1)自准直法光源置于凸透镜核心处,发出的光线经由凸透镜后成为平行光,若在透镜后放一块于主光轴垂直的平面镜,将此光线反射归去,反射光再经由凸透镜后仍会聚于核心上,此关系称为自准道理.假如在凸透镜的焦平面上放一物体,如图1所示,其像也在该焦平面上,是大小相等的倒立实象,此时物屏至凸透镜光心的距离等于焦距.图2什物成实像法(2)用什物成实像求焦距如图2所示,用什物作为光源,其发出的光线经会聚透镜后,在必定前提下成实像,可用白屏接取实像加以不雅察,经由过程测定物距和像距,运用（1）式即可算出焦距.图3共轭法（3）共轭法如图3所示,假如物屏与像屏的距离D保持不变,且D > 4f,在物屏与像屏间移动凸透镜,可两次成像.当凸透镜移至O1处时,屏上得到一个倒立放大实象A1B1,当凸透镜移至O2处时,屏上得到一个倒立缩小实象A2B2,由图2可知,透镜在O1处时：（2）透镜移至O2处时：（3）由此可得：（4）测出D和d,即可求得焦距.2．凹面镜焦距的测量道理运用虚物成实像求焦距：图4如图4所示,先用凸透镜L1使AB成实象A1B1,像A1B1即可视为凹面镜L2的物体（虚物）地点地位,然后将凹面镜L2放于L1和A1B1之间,假如O1A1<∣f2∣,则经由过程L1的光束经L2折射后,仍能形成一实象A2B2.物距s = O2A1,像距s′= O2A2,代入公式（1）,可得凹面镜焦距.【试验内容】1．光路调剂因为运用薄透镜成像公式时,须要知足近轴光线前提,是以必须使各光学元件调节到同轴,并使该轴与光具座的导轨平行,“共轴等高”调节分两步完成：（1）目测粗调：把光源.物屏.透镜和像屏依次装好,先将它们挨近,使各元件中间大致等高在一条直线上,并使物屏.透镜.像屏的平面互相平行.（2）细调：运用共轭法调剂,参看图2,固定物屏和像屏的地位,使D> 4f,在物屏与像屏间移动凸透镜,可得一大一小两次成像.若两个像的中间重合,即暗示已经共轴;若不重合,可先在小像中间作一记号,调节透镜的高度使大像的中间与小像的中间重合.如斯反复调节透镜高度,使大像的中间趋势小像中间（大像追小像）,直至完整重合.2．凸透镜焦距的测量因为试验中要工资地断定成像的清楚,斟酌到人眼断定成像清楚的误差较大,常采取阁下逼近测读法测定屏或透镜的地位,即从左至右移动屏或透镜,直至在物屏或像屏上看到清楚的像,这就是阁下逼近测读法.(1)自准直法：参看图1,平面镜靠在凸透镜后,固定物屏地位,采取阁下逼近测读法测定透镜地位,即从左至右移动透镜,直至在物屏上看到与物大小雷同的清楚倒像,记载此时透镜的地位;再从右至左移动透镜,直至在物屏上看到与物大小雷同的清楚倒像,记载此时透镜的地位.反复3次.记载透镜的地位,盘算焦距.(2)用什物成实像法：参看图2,将物屏.透镜固定在导轨上,间距大于焦距（可运用自准法数据）,运用阁下逼近测读法,从左至右移动像屏找到清楚的图像,再从右至左移动像屏,找到清楚的图像,反复3次.记载此时物屏.透镜.像屏的地位,盘算焦距.（3）共轭法：参看图3,固定物屏和像屏的地位,使D> 4f（可运用自准法数据）,采取阁下逼近测读法分离测定凸透镜在像屏上成一大一小两次像的地位,反复3次,盘算焦距.物屏透镜地位1透镜地位2像屏D（cm）L（cm）f（cm）3．凹面镜焦距的测量（虚物成实像法：）参看图4安顿好光源.物屏.凸透镜和像屏,使像屏上形成缩小清楚的像,用阁下逼近测读法测定像屏（）的地位,同时固定物屏和凸透镜.在凸透镜和像屏之间放入凹面镜,移动像屏,直至像屏上消失清楚的像,用阁下逼近测读法测定像屏（）的地位,并记载凹面镜的地位,反复3次,盘算凹面镜的焦距.留意符号.A'B'地位（cm）A''B''地位（cm）L2地位（cm）s（cm）s′（cm）f（cm）【留意事项】1．在运用仪器时要轻拿.轻放,勿使仪器受到震撼和磨损.2．调剂仪器时,应严厉按各类仪器的运用规矩进行,细心地调节不雅察,沉着地剖析思考,切勿浮躁.3．任何时刻都不克不及用手去接触玻璃仪器的光学面,以免在光学面上留下陈迹,使成像隐约或无法成像.如必须用手拿玻璃仪器部件时,只准拿毛面,如透镜周围,棱镜的上.下底面,平面镜的边沿等.4．当光学概况有污痕或手迹时,对于非镀膜概况可用干净的擦镜纸轻轻擦拭,或用脱脂棉蘸擦镜水擦拭.对于镀膜面上的污痕则必须请专职教师处理.【数据表格】1.会聚透镜焦距的测量（1）物象距法：（2）贝塞尔法（3）自准直法2.发散透镜焦距的测定【数据处理及成果】1、会聚透镜焦距的测量 （1） 物象距法：由 p p p p f '-'='得： 1f '=67.1545.980.2345.980.23=-⨯ （cm ）16.1615.909.2115.909.212=-⨯='f （cm ）63.1431.960.2531.960.253=-⨯='f (cm)40.1585.880.2085.880.204=-⨯='f (cm)45.1506.989.2106.989.215=-⨯='f (cm)46.15)45.1540.1563.1416.1667.15(51=++++⨯='f (cm))(22.0)46.1545.15()46.1540.15()46.1563.14()46.1516.16()46.1567.15(51)(22222cm f =-+-+-+-+-⨯='μ故 22.046.15)(±='±'='f f f μ （cm ）（2） 贝塞尔法由ld l f 422-='得19.1500.63489.1100.63221=⨯-='f （cm ）21.1500.68406.2200.68222=⨯-='f （cm ）27.1600.73406.2400.73223=⨯-='f （cm ）86.1678470.2800.78224=⨯-='f （cm ）52.1500.83465.4100.83225=⨯-='f （cm ）81.15552.1586.1627.1621.1519.15=++++='f （cm ）)(29.0)81.1552.15()81.1586.16()81.1527.16()81.1521.15()81.1519.15(51)(22222cm f =-+-+-+-+-='μ故29.081.15)(±='±'='f f f μ （cm ）（3） 自准直法：91.14)98.1493.1491.1489.1485.14(51=++++⨯='f （cm ）)(02.0)91.1498.14()91.1493.14()91.1491.14()91.1489.14()91.1485.14(51)(22222cm f =-+-+-+-+-⨯='μ故02.091.14)(±='±'='f f f μ （cm ）2、发散透镜焦距的测定由ss s s f -''=' 得： 25.12)17.1170.1185.1243.1211.13(51=++++⨯='f （cm ）)(29.0)25.1217.11()25.1270.11()25.1285.12()25.1243.12()25.1211.13(51)(22222cm f =-+-+-+-+-⨯='μ故 29.025.12)(±='±'='f f f μ （cm ） 【评论辩论】1. 剖析本试验的体系误差,对于物距像距法,主如果测量物屏,透镜及像地位时,滑座上的读数准线和被测平面是否重合,假如不重合将带来误差.对于位移法测凸透镜焦距,不消失这一问题.经由过程上述两种办法测透镜焦距相符程度来肯定体系误差对成果的影响.本试验的有时误差主如果人眼不雅察,成像清楚度引起的误差,因为人眼对成像的清楚分辩才能有限,所以不雅察到的像在必定规模内都清楚,加之球差的影响,清楚成像地位会偏离高斯像.2. 本试验的体系误差经前面的剖析和检讨可知,对测量成果影响较小, 而平均值的尺度误差又较小,以得出结论,该试验准确度较高,平均值可以作为一组测量值中接近真值的最佳值.。
光学实验基本光路调整实验报告
课程名称：应用光学
实验项目名称：基本光路调整实验
图3.1 自准直法原理图
平行光束的检测：
如图1.2所示，为了获得宽准直光束，细激光束经过显微镜物镜扩束，随后经过空间滤波器滤波，再经过准直透镜准直，最后遇到一块透明的平行平晶(平行度较好的平板玻璃)，该平行平晶的面法线与光轴有一定夹角，使准直光线经过平行平晶的反射在导轨外用白屏观察到。
由于相干性，平行平晶前后两个表面反射的光会由于半波损失或者在平行平晶中多经过的光程差导致两个光有光程差从而形成干涉条纹。
平行平晶与导轨夹角较小时，干涉条纹近似呈同心圆环；夹角较大时，条纹变成弯曲状或近似的直线状。
平行平晶越厚、光束的发散角（或会聚角）越大，则条纹越密；减小光束发散角(会聚角)，条纹变稀少。
光束接近准直时，条纹几乎消失。
显然，条纹疏密的程度取决于平晶的平行度及光束的准直度。
图3.2 平行平晶法光路图
图5.1 实验现象一图5.2 实验现象二
图5.3 实验现象三图5.4 实验现象四。
南昌大学薄透镜焦距的测量实验报告
南昌大学物理实验报告课程名称：大学物理实验实验名称：透镜焦距的测量学院：专业班级：学生姓名：学号：实验地点：B609 座位号：9号实验时间：第九周星期五下午十五时四十五分开始二、实验原理：1．测凸透镜的焦距 （1）自准直法如图1所示，用屏上“1”字矢孔屏作为发光物。
在凸透镜的另一边放置一平面反射镜，光线通过凸透镜后经平面反射镜返回孔屏上。
移动透镜位置可以改变物距的大小，当物距正好是透镜的焦距时，物上任意一点发出的光线经透镜折射后成为平行光，经平面镜反射后，再经透镜折射回到矢孔屏上。
这时在矢孔屏上看到一个与原物大小相等的倒立实像。
这时物屏到凸透镜光心的距离即为此凸透镜的焦距。
（2）物距像距法如图2所示，用屏上“1” 字矢孔作为发光物，经过凸透镜折射后成像在另一侧的观察屏上。
在实验中测得物距u 和像距v ，则凸透镜的焦距为v u uv f +=用自准直法和物距像距法测凸透镜焦距时，都必须考虑如何确定光心的位置。
光线从各个方向通过凸透镜中的一点而不改变方向，这点就是该凸透镜的光心。
凸透镜的光心一般与它的几何中心不重合，因而光心的位置不易确定，所以上述两种方法用来测定凸透镜焦距是不够准确的，误差约为1.0%~5.0%。
图1 自准直法测焦距 图2 物距像距法测焦距（3）共轭法测量凸透镜焦距如果物屏与像屏的距离b 保持不变,且b>4f,在物屏与像屏间移动凸透镜,可两次成像.当凸透镜移至O 1处时,屏上得到一个倒立放大实像,当凸透镜移至O 2处时,屏上得到一个倒立缩小实像,由共轭关系结合焦距的高斯公式得:实验中测得a 和b,就可测出焦距f.光路如上图所示: 2．凹透镜焦距的测量原理 利用虚物成实像求焦距：图4如图4所示，先用凸透镜L 1使AB 成实象A 1B 1，像A 1 B 1便可视为凹透镜L 2的物体（虚物）所在位置，然后将凹透镜L 2放于L 1和A 1B 1之间，如果O 1A 1<∣f 2∣，则通过L 1的光束经L 2折射后，仍能形成一实象A 2B 2。
第二章自准直仪-文档资料
2、两内表面平行度的测量 图2-15为测量两内表面的平行度示意图。
31
图2-13 测量两端面平行度之一
1—平直度检查仪； 2—反射镜
两次读数之差，即为两端面的平行度误差。
32
图2-14 测量两端面平行度之二
1—平直度检查仪；2—反射镜
缺 点: 是结构比较复杂，亮度损失较大（介于前两者之 间）。
12
图2-5 双分划板型光学系统 1-物镜；2-指示分划板；3-立方直角棱镜；4-刻度分划板
若平面反射镜对光轴有偏转，将引起自准直像偏离十字 线，由测微机构测出其偏离量，即可得出反射镜对光轴的偏 转角。
13
第三节 HYQ—03型自准直仪
17
（二）测微原理
仪器的f物为400mm，测微螺杆12的螺距和固定分划 板9上刻线的分度间隔都是0.4mm，即测微螺杆每转一圈， 活动分划板10上的长刻线在固定分划板9的刻度上移动一 格，其对应的反射镜的倾角α为：
t
0.4
1
弧度
2f物 2400 2000
18
和测微螺杆12同轴相连的测微鼓轮13上有100格圆周 刻度，每格代表反射镜的倾角α为0.005/1000弧度。
图中1~4组成了测微目镜部件，测量前可松开定位螺钉 5，由于两锥孔在圆周上互成90o ，可使整个目镜头就可精 确地转过90o。
（三）体外反射镜结构 体外反射镜是仪器的重要组成部分。 如图2—10所示 调整三个调节螺钉6将反射镜调整到严格垂直于镜座面
的位置上。
21
图2-9 平直度检查仪结构
1-测微鼓轮；2-活动分划板；3-目镜；4-固定分划板；5-定位螺钉； 6-十字线分划板（带保护玻璃）；7-滤光片；8-光源；9-立方直角棱镜；
自准直仪和电子水平仪测量平板平面度误差对平板调平与否的探讨
物镜前放置以一反射镜1，从物镜出来的平行光，经
反射镜反射1回来，进入物镜2,通过目镜4仍能在
分划板所在的焦面上形成倒像6,若反射镜于垂直
的位置转动a,那么十字线将与倒像错开距离t,再
通过测微机构测出t的距离。
神昕丧等M汝支仪乞电&水丰仪浏龙年板丰面衣镁差对年板调丰月忌対探衬
37
其测量结果的影响及结论 按照规程要求在用节距法测量平板平面度时,
Liu Xinchen Duan Changsheng Jiao Yang An Shaohua
Abstract: Based on the pitch method in flat plane measurement method, the influence of the measuring results on the flat plate without adjusting the level is analyzed and discussed by means of self - collimator or electronic level
图1
2.2平板在未调至水平的情况下，用电子水平仪对 其测量结果的影响及结论
平板如图2,用分度值为0.001mm/m电子水平 仪对规格为1000mm x 1000mm的1级箱式平板对 角线AB的直线度进行测量,假设把AF边与DB边 调至厲的倾斜角度，测量本应该沿着直线AB进行 测量，但在实际测量中,我们的水平仪或者桥板无法 保证绝对的首尾相接，故有可能会在某一点的测量 偏离岀角度仇，沿着AC的方向测量，那么沿着AC 方向测量出的测量值与角厲和角$有着什么联系， 我们通过几何运算得出结果，为了把结果体现的更 直观,故把角0,和角$放大,测得结果如表1。
三种测量正负透镜焦距的方法及原理
课程名称应用光学题目名称测量透镜焦距的方法及原理姓名潜力股测量透镜的方法及原理摘要：透镜是光学仪器中最基本的光学元件，而焦距是透镜的重要参量之一。
本文介绍了三种测量凸透镜和凹透镜焦距的实验方法，分别是自准直法，贝塞尔法，透镜成像公式法。
关键词：焦距自准直法贝塞尔法透镜成像公式法一：自准直法光线通过位于物镜焦平面的分划板后，经物镜形成平行光。
平行光被垂直于光轴的反射镜反射回来，再通过物镜后在焦平面上形成分划板标线像与标线重合。
1.1自准直法测凸透镜焦距1.1.1实验器材光学实验平台，光具座，白光源，物屏，待测凸透镜，全反射镜（平面镜）。
1.1.2实验原理当物屏处在凸透镜的焦平面时，它发出的光线通过透镜后将成为一束平行光。
若用与主光轴垂直的平面镜将此平行光反射回去，反射光再次通过透镜后仍会聚于透镜的焦平面上，其会聚点将在发光点相对于光轴的对称位置上。
1.1.3实验步骤（1）如图1-1，沿光具座装好各器件，并调至共轴；（2）将物屏置于白光源前约50毫米处，被测凸透镜和反射镜尽量靠近，并在物屏前后移动，观察物屏上像的变化情况，知道物屏上出现清晰，倒置的字像为止；图1-1 自准直法测量凸透镜焦距装置图1.2自准直法测凹透镜焦距1.2.1实验器材光学实验平台，光具座，白光源，物屏A ，凸透镜L1，待测凹透镜L2，全反射镜M （平面镜），像屏N 。
1.2.2实验步骤及原理凸透镜L1将物A 发出的光成像于像屏N ，将待测凹透镜L2置于L1与像屏N 之间，当移动L2并使其光心到屏N 的间距等于凹透镜L2的焦距时，光线经L2后将成为平行光束，这时，若在L2与N 之间放一平面镜M ，这束平行光被M 反射，将在物平面上成一与物A 等大倒立的实像。
因此，只要测量L2与N 之间的距离(ON)，即是凹透镜L2的焦距。
图1-2 自准直法测量凹透镜焦距[1]二：贝塞尔法贝塞尔法也叫两次成像法，大意就是通过改变被测透镜的位置来确定透镜的焦距。
自准直仪
7
图2－3 高斯型光学系统
1-反射镜；2-物镜；3-分划板； 4-光源；5-分光镜；6-目镜
8
（二）高斯型系统特点
优 点：高斯型系统是目镜视场不受遮挡，且分划板上 的刻划位于视场正中，观察方便。 缺 点：是亮度损失大，因而自准直像较暗；另外，为安 臵分光镜，目镜焦距较长，因而无法获得较大的放大倍数。 高斯型主要应用于普通光学自准直仪的光学系统。
图2-10 体外反射镜结构
23
三、仪器的操作与使用
（一）操作过程
1、将仪器主体放臵在被测件的一端或被测件以外稳固
的基础上，反射镜座放在被测件上，并且要与仪器主体在同
一水平面内； 2、接通电源后，将反射镜座靠近自准直仪的主体，
使反射镜正对物镜，使十字线像出现在目镜视场的正中或附
近； 3、仔细地沿测量方向移动反射镜座，在各预定测量 位臵上读数，并进行数据处理。
28
四、仪器应用实例
平直度检查仪广泛用于精密测量与机床的调整等方面。 下面介绍几种平直度检查仪单独使用或与附件配合使用作 精密测量的实例（有关测量数据的处理参见本书下册）。
（一）测量直线度
图2-12是用平直度检查仪测量机床导轨直线度时的安 装示意图。 测量时，反射镜依次由近到远移动一个跨距L并首尾衔 接，逐点进行测量读数。然后将反射镜返回移动，重新在 各个位臵上读数，反射镜返回移动的位臵应与前者一致， 取两次读数的平均值作为该次测量结果。
图2—8为平直度检 查仪的外形图。
由图可知，从外形仪器分为两个部分。
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（二）内部结构 图2—9为仪器的结构示意图。 图中1~4组成了测微目镜部件，测量前可松开定位螺钉5， 由于两锥孔在圆周上互成90o ，可使整个目镜头就可精确地
数控机床几何精度检测工具及使用方法
数控机床几何精度检验具有重要的实际 意义，不仅需要精密水平仪、平尺、角尺 、检验棒、指示表（如千分表、百分表、 杠杆表）和激光干涉仪等，还需要一些调 整工具。为完成数控机床调平和几何精度 检验，现介绍常用的工具、量具和检具。
一、常用工具
常用工具有扳手类、螺钉旋具、钳子、 锤子、铜棒、铝棒、千斤顶、油壶、油枪、 撬棍等，其中扳手包括活扳手、呆扳手、梅 花扳手、内六角扳手、扭力扳手、成套手动 套筒扳手和钩型扳手等，常用的螺钉旋具有 一字槽螺钉旋具和十字槽螺钉旋具，其实物 和功能见表1-1。
图1-4 自准直仪原理
图1-5 十字标线
自准直仪的光学系统是由光源发出的光经分划板、半透反射镜和物镜后射 到反射镜上。如反射镜倾斜，则反射回来的十字标线像偏离分划板上的零 位，如图1-5所示。
（2）使用方法 以自准直仪与多面棱镜联合使用检验数控转台分度误差为例， 说明其使用方法，见图1-6。
检验数控转台分度误差时，先清洁数控转台和多面棱镜座相关部位，安装多面棱镜座 并对其打表找正，使其与转台同轴（0.005mm内），将多面棱镜安装在镜座上，并对 其进行紧固，然后安装自准直仪支架，将自准直仪置于支架上，并且将自准直仪电源 线接好，调整水平和角度，完成对光。转动数控转台，通过目镜转动手轮，使其指示 的黑线在亮十字像中间，依次记录数据，用公式计算出数控转台分度误差。
图1-6 自准直仪检验数控转台分度误差
5.水平仪
（1）工作原理 水平仪原理是利用气泡在玻璃管内，气泡保持在最高位 置，如图1-7所示，表明该平面左端高于右端。
图1-7 精密水平仪气泡
1）水平仪刻度示值。实训室的水平仪灵敏度是0.02mm/m，此刻度示值 是以1米为基长的倾斜值为0.02mm/1000mm，如图1-8所示。
机床精度检验标准
机床精度检验标准数控机床的几何精度是综合反映机床主要零部件组装后线和面的形状误差、位置或位移误差。
根据GB T 17421.1‐1998《机床检验通则第 1 部分在无负荷或精加工条件下机床的几何精度》国家标准的说明有如下几类：一、直线度1、一条线在一个平面或空间内的直线度，如数控卧式车床床身导轨的直线度；2、部件的直线度，如数控升降台铣床工作台纵向基准T 形槽的直线度；3、运动的直线度，如立式加工中心X 轴轴线运动的直线度。
长度测量方法有：平尺和指示器法，钢丝和显微镜法，准直望远镜法和激光干涉仪法。
角度测量方法有：精密水平仪法，自准直仪法和激光干涉仪法。
二、平面度如立式加工中心工作台面的平面度测量方法有：平板法、平板和指示器法、平尺法、精密水平仪法和光学法。
三、平行度、等距度、重合度线和面的平行度，如数控卧式车床顶尖轴线对主刀架溜板移动的平行度；运动的平行度，如立式加工中心工作台面和X 轴轴线间的平行度；等距度，如立式加工中心定位孔与工作台回转轴线的等距度；同轴度或重合度，如数控卧式车床工具孔轴线与主轴轴线的重合度。
测量方法有：平尺和指示器法，精密水平仪法，指示器和检验棒法。
四、垂直度直线和平面的垂直度，如立式加工中心主轴轴线和X 轴轴线运动间的垂直度；运动的垂直度，如立式加工中心Z 轴轴线和X 轴轴线运动间的垂直度。
测量方法有：平尺和指示器法，角尺和指示器法，光学法如自准直仪、光学角尺、放射器。
五、旋转径向跳动，如数控卧式车床主轴轴端的卡盘定位锥面的径向跳动，或主轴定位孔的径向跳动；周期性轴向窜动如数控卧式车床主轴的周期性轴向窜动；端面跳动，如数控卧式车床主轴的卡判定位端面的跳动。
测量方法有：指示器法，检验棒和指示器法，钢球和指示法。
文章链接：中国机床商务网/Tech_news/Detail/1282.html 数控机床精度检测项目及常用工具1 前言对每个工厂来讲，购买数控机床都是一笔相当可观的投资。
一平行光管调校自准直法
光学测量实验指导书牟达刘智颖编写目录实验一平行光管调校（自准直法） (1)实验二平行光管调校（五棱镜法） (3)实验三V棱镜折光仪测折射率和色散 (6)实验四简式偏光应力仪测量玻璃双折射 (10)实验五光学零件曲率半径测量 (12)实验六平面光学元件的光学不平行度测量 (15)实验七刀口阴影法检验面形偏差 (18)实验八光学系统分辨率检测 (21)实验九光学系统的星点检验 (25)实验十光学系统杂光系数测量 (27)实验一平行光管调校（自准直法）一、实验项目1．了解自准直法调校平行光管的原理，并掌握其调校方法。
2．分析调校误差，并总结其特点。
二、实验要求及所用器具1．把待校平行光管的分划面校到其物镜的焦面上，并给出调校精度。
2．所用器具：装有十字丝分划板的焦距为550mm的待校平行光管、高斯式自准目镜、可调的标准平面反射镜（其有效孔径要大于平行光管物镜通光孔径）。
三、实验原理及方法自准直法调校平行光管的原理图如图1.1所示。
若忽略平行光管物镜的像差和光的波动性影响，当分划面4位于物镜焦面处时，则由平面反射镜自准回来的分划像3与分划均重合于物镜焦面处。
若分划面离开物镜焦平面一小距离（离焦量）x，则由平面反射镜反射回来的自准分划像将位于焦面另一侧，并且分划像离焦面的距离d近似等于x，即分划像至分划间的距离是离焦量x 的两倍。
故利用自准直法可使调焦精度提高一倍。
图1.1 自准法调校平行光管的原理图1—平面反射镜；2—平行光管物镜；3—分划像；4—分划；5—自准目镜自准直法调校平行光管的步骤：（1）将装有十字分划板的待检平行光管、标准平面反射镜及高斯式自准目镜按图1.1自准光路摆好，并调出自准分划像。
（2）当用清晰度法调准时，应调到使自准分划像与分划同样清晰，则认为平行光管已调好。
（3）如以消视差法调焦，即通过眼瞳在出瞳面处横向摆动，由分划像相对分划是否存在横向错动（有无视差），来判定分划面是否位于物镜焦面处。
自准直法测量平面
测量过程
01
02
03
04
安装自准直仪
将自准直仪安装在三脚架上， 调整至水平状态。
安装反射镜
在测量平面上选择合适的点位 ，安装反射镜，确保反射镜面
水平。
调整自准直仪
调整自准直仪的测量头，使其 与反射镜平行，并确保测量光
线准确投射在反射镜上。
开始测量
按照测量方案，依次对各个测 量点进行测量，记录测量数据
广泛应用
自准直法适用于各种材料的平面测量， 如金属、玻璃、陶瓷等，应用范围广 泛。
缺点
环境影响
01
自准直法容易受到环境因素的影响，如温度、湿度、气流等，
这些因素可能导致测量误差。
设备成本
02
自准直法需要高精度的光学设备和控制系统，使得设备成本较
高。
操作难度
03
自准直法的操作过程需要专业人员，对于普通用户来说有一定
06
自准直法测量平面的实 际案例分析
案例一：平面玻璃的测量
总结词
自准直法在平面玻璃测量中具有高精度和高效性，能够快速准确地检测玻璃表 面的平整度和光学性能。
详细描述
自准直法利用光的自准直原理，通过测量反射光和透射光的角度变化，可以精 确地检测出玻璃表面的微小变化。这种方法在玻璃制造、光学元件生产和科学 研究等领域广泛应用，确保了玻璃产品的质量和性能。
测量平面的精度与误差
精度
自准直法测量平面的精度 取决于测量设备的精度和 操作人员的技能水平。
误差来源
误差可能来源于设备本身 的误差、环境因素（如温 度、湿度）、操作人员的 主观误差等。
误差控制
为了提高测量精度，需要 定期校准设备、选择适当 的测量环境、提高操作人 员的技能水平等。
直线度和平面度的测量
直线度和平面度的测量一、直线度的测量常用的测量方法有直尺法、准直法、重力法和直线法等；直尺法常用直尺、平尺等以光隙法和指示表法等进行测量。
它以石英直尺、平尺的测量面作为已知平面与被测直线比较，通过电学式长度传感器或测高仪或量表记录被测直线与基准的比较值来测量直线度光学自准直法用自准直仪测量。
将被测全长分成若干段,测出各段的倾斜角。
通过作图或计算求出直线度。
重力法利用液体自动保持水平或重物自动保持铅直的重力现象测量直线度。
常用的量仪是水平仪，也有利用液体的水平面作为测量面与被测面比较来测量直线度误差的。
直线法利用钢丝和激光束等测量直线度。
此外，还可以利用平晶、激光干涉仪及其直线度测量附件测量直线度误差，测量精确度很高。
..1、自准直原理简介：自准直仪将一个刻线的图像以平行光束（准直光）的形式投射到反射镜上，该反射镜将其光束反射回自准直仪。
这就是自准直图像。
如果反射镜与光轴垂直，则光束将反射回其自身。
如果反射镜倾斜一个角度α，则其反射光将以角度 2α反射回来。
根据反射光的倾斜程度，自准直图像会以更大或更小的角度发生位移。
通过测量自准直图像在X轴及Y轴上的位移可以测得反射镜的角度变化。
2、准直仪的应用（1）使用前的准备自准直仪放置一定要稳固可靠、位置合适，跟被测物尽量在一直线上；反射镜也应该尽量与被测直线垂直，反射面应保持清洁；选择合适的桥板，一般选择桥板的长度为200mm；当被测直线太长时可以增大桥板长度；反射镜在近距离时，先调整准直仪左右上下找到反射回来的分划板光斑；然后将反射镜往远处缓慢移动，分划板光斑肯定会左右上下移动，调节准直仪，尽量使光斑在中心。
当分划板图像模糊、淡化到将要看不清时，停止反射镜的移动，调节反射镜左右上下角度，使光斑清晰后，继续移动，直到到达被测直线最远端光斑清晰为止；（2）直线度的测量反射镜调整好后，开始直线度的测量了。
将反射镜移动到离准直仪最近端，读得准直仪的读数，并记录；再移动反射镜桥板的长度后，停下再读数再记录，直到反射镜到达最远端为止；例如记录数据为：15′30″，15′36″，15′40″，15′27″，15′24″.设第一个数据为0点，数据依次为：0″，6″，10″，-3″，-6″；记录的数据是角度需转化为距离；H=tgɑ*Lɑ=1″L=桥板长度桥板长度就定为200mm；H=tg(1/3600×π/180)*200=200π/648000=0.001数据依次为：0µm，6µm，10µm，-3µm，-6µm若桥板长度为400mm；则ɑ=1″时H=0.002数据依次为：0µm，12µm，20µm，-6µm，-12µm若桥板长度为100mm；则ɑ=1″时H=0.0005数据依次为：0µm，3µm，5µm，-1.5µm，-3µm即H=桥板长度/200*ɑ（ɑ单位为秒）（3）数据处理数据处理有1）图解法2）旋转法3）列表计算法4）解析法我公司现使用的是图解法，下面讲述图解法的详细运用以桥板200为例，数据为0µm，6µm，10µm，-3µm，-6µm；然后累加得：0µm，6µm，16µm，13µm，7µm以横坐标X表示测量间距，纵坐标表示量值。
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自准直法测量平面光学零件光学平 等腰屋脊棱镜DⅢJ -45° 行度
双像差：S=4nΔ90°cosβ
自准直法测量平面光学零件光学平 判断Δ90°的正负 行度
(1)将自准直望远镜的目镜向正视度调节(反 时针旋转目镜)，若看到像②和③彼此靠近， 则屋脊角大于90°;若看到双像离开，则小 于9o°。 (2)用纸屏在望远物镜和被测棱镜之间沿垂 直屋脊棱的方向往下移入光路中(纸屏边缘 平行于屋脊棱)，若发现双像的上面一个先 消失，则屋脊角大于90°;若下面一个像先 消失，则小于90°。
自准直法测量平面光学零件光学平 长方体直角偏差的测量 行度
2 90 4n 2n 4n ' ' A 2 .8 n 1 .4 n
自准直法测量平面光学零件光学平 讨论 行度
各个反射像的判断 90偏差正负的判断
棱镜大小端的判断
棱镜锐角的影响
自准直法测量平面光学零件光学平 90偏差正负的判断 行度
被测棱镜 自准直望远镜 ⑤ ④ ② ③ 纸片
可以用一张纸片放在被测棱镜和自准直望远镜之间挡掉从自准直望远镜射 出进入被测棱镜的一半光，如上图所示。如果纸片挡掉下半部分光，则由 图中可以看出，相当于挡掉了③和⑤两部分光。这样在自准直望远镜视场 里十字线像③和⑤将消失。另外②这部分光在射出棱镜时也被挡去，因此， 在视场里只剩下十字线像①和④。此时，只要判断这两个像的位置就可以 判断出实际角度值是大于90°还是小于90°。如果十字线像④位于①的左 方，则说明实际角比90°要小。如果十字线像④位于①的右方，则说明实 际角比90°要大。用纸片挡掉上半部分光也可以。
自准直法测量平面光学零件光学平 平行度的定义 行度
第一光学平行差 角度误差->两平面在入射光轴截面内的不 平行，θI。 第二光学平行差 垂直于入射光轴截面方向的不平行， θII 。。
自准直法测量平面光学零件光学平 棱差的定义（塔差） 行度
A棱差 凡是有三个工作面的棱镜，其某一指定的棱与 其所对的工作面之间的夹角，γ A B棱差 凡是有四个工作面的棱镜，其指定的两个棱在 通过棱的标准位置的平面上的相对偏转角， γ B C棱差 凡是屋脊棱镜，其屋脊棱在通过屋脊棱的标准位 置并垂直于屋脊平分面的平面内相对于标准位置 的偏转角， γC
②③之间的夹角
= n
= 2n
①④、①⑤之间的夹角
④⑤之间的夹角
= 2n
2 = 4n I 2n n ' ' II 2n n
'
'
2
2
n I n II
自准直法测量平面光学零件光学平 90 与的关系 行度
I 2 90 II 1.4 A
自准直法测量平面光学零件光学平 直角棱镜DI-90° 行度
B
I=45 45/2
C
2
A
2nI
自准直法测量平面光学零件光学平 讨论 行度
1、∠A=∠B(不一要等于45°)，C棱平 行于AB面，相当于光束通过一菱形平板 玻璃。
2、∠C=90°,试判断∠A、∠B哪个大于 45°？ 3、由反射面AB偏转引起的棱差，AB面 法线偏转的方向指向棱镜较大的一端， 即消失或变模糊的像在棱镜的大端。
自准直法测量平面光学零件光学平 棱镜大小端的判断 行度
只要看十字线像④和⑤在十字线像① 的哪一边，如果是在下边，则对于观察
者来说下边就是大端。如果是在上边， 则上边WII-90 行度
I
3 2 3 2 1 1
1 2 3
1
II
2
3
θI= 245°- 90° θII= 1.4γB
自准直法测量平面光学零件光学平 直角棱镜DII-180°行度
I
自准直望远镜
B’
A
①
=2nI
⑤
② ①
③ ④
C
A’
② ④
B
’
自准直法测量平面光学零件光学平 棱镜展开图之一行度
自准直法测量平面光学零件光学平 棱镜展开图之二行度
自准直法测量平面光学零件光学平 与的关系 行度
①②、①③之间的夹角