上海交大 测试技术 第三章

φ L= P 2π
L
L——测微螺杆的移动距离（mm） φ ——测微螺杆的旋转角度（rad） P ——测微螺杆的螺距（mm）
2．测微量具的读数机构和读数方法
读数机构由固定套筒和微分筒组成，如图所示。在固 定套筒上刻有纵刻线，纵刻线上下方各刻有25个分度， 每个分度的刻线间距为1mm，微分量具中测微螺杆的 螺距一船都是0.5mm，微分筒圆周斜面上刻有50个 分度，因此当微分筒旋转一周时，测微螺杆轴向位移 0.5mm，微分筒旋转一个分度时，测微螺杆移动 0.01mm，故常用千分尺的读数值为0.01mm。
图4－2所示为三用卡尺，其 测量范围一般为0－125和0一 150mm两种。
Vernier Caliper
其读数方法如下：
首先读出游标零刻线所指示的左边尺身上的毫米刻 线整数；然后观察游标刻线与尺身刻线对准时的格数， 将游标对准的格数乘以游标读数值，即为毫米小数；最 后将毫米整数与毫米小数相加，即得被测工件的尺寸读 数。 如图4—2所示，游标读数值为0.10mm，
工具显微镜
显微镜Biblioteka Baidu学系统 显微镜法是将被测件的尺寸、轮廓或用光干涉法 产生的干涉条纹等，经过显微放大，以便于观察 测量。
被测件AB位于物镜的物方焦点F1之外，但不超过距物镜 两倍焦距的距离，被测件被物镜放大成一倒立的实象 A’B ，此实象位于目镜的物方焦面右方的分划板上 分划板上，经 分划板上 明视距离J 目镜再次放大在明视距离J＝250mm 明视距离 250mm处成一可从目镜视 场中看到的虚象A'B '
图中6是机身，在它的床面上镶有刻线尺7和分划 板14。刻线尺7上从0到100mm内共有刻线1000 条．故每格为0.1mm；分划板14共有10块，每块相 距100mm，在每一块上面刻着两条刻线和0，1， 2，…，9之间的一个数字，分别代表每一块分划 板距刻线尺7零刻线的距离的分米数值。
光线自光源15，经聚光镜，滤光片、反射镜 后照亮了分划板14。由于分划板位于物镜组 11的焦平面上，故光线通过分划板14后，经 直角棱镜12和物镜组II后便形成平行光束，经 过同样焦距的物镜组9和棱镜8后，使分划板 14成象于刻线尺7上(因刻线尺7亦放置在物镜 组9的焦平面上)。通过读数显微镜3进行读数。 小于0.1mm的读数由光学计管2完成。
被测件最大长度: 180mm
光较仪管是自准直光管和正切杠 杆机构的组合。 在物镜焦平面上的焦点C发出的 一束光，经物镜后变成一束平行 光射到平面反射镜。 若平面反射 镜与光轴垂直，则经过平面反射 境反射的光仍按原路汇聚到发光 点C处，即发光点C与象点C’重合 若反射镜与光轴不垂直而偏转一 个a角，根据反射定律则反射光 束与入射光束间的夹角为2 a 。 此时反射光束汇聚于象点 C’’，C
目镜8的显微读数镜头中，可看 到三种刻线重合在一起： 一种是玻璃刻线尺5上的刻度 （图中的 7、8），其间距为 lmm； 一种是目镜视野中间隔为 0.lmm的刻度（图 中的 0至10） 一种是有10圈多一点的阿基米德 螺旋线刻度（图中上部的35、 40、45），螺旋线的螺距为 0.1 mm，螺旋线里面的圆周上刻有 图的读数为 7.141 mm。 100格圆周刻度，因此每格圆周 不确定度：±（1.5+ L/100） 刻度代表0.001mm。 um
量块是由两个相互平行的测量面中心之间的距离 来确定其工作长度的一种高精度量具。 量块是单值量具，可以组合使用。 量块的公称尺寸和实测尺寸。
量块的精度分级又分等 量块按制造精度分为0、1、2、3、4级，其 中0级精度最高， 按检定精度分为1、2、 3、4、5、6等，其 中1等精度最高。
量块“等”和“级”之间的关系是： 量块“ 之间的关系是：
卧式测长仪 卧式测长仪又称为万能测长仪。 万能测 长仪是把测量座作卧式布置，测量轴线成 水平方向的测长仪器。万能测长仪除了对 外尺寸进行直接和比较测量之外，还可配 合仪器的内测附件测量内尺寸。
卧式测长仪（万能测长仪） 卧式测长仪（万能测长仪）
卧式测长仪的毫米刻线尺和测量轴水平卧放在仪器 的底座上，并可在底座的导轨上作左右方向的移动； 它主要由底座7、测座1、万能工作台5和尾座6组 成。
物镜放大倍率为
目镜放大倍率为
显微镜的放大倍率为
非接触瞄准 照明光源射出的光经 滤色片2、可变光阑3、 反射镜4和聚光镜5后 变为平行光照明被测 工件。经物镜放大后 的工件轮廓成象在分 划板11上，再经目镜 放大后观察。根据所 要求的放大倍数，可 更换物镜。在分划板 前设置一正象棱镜， 使视野内所观察的象 为正象。目镜头可以 更换.
目前，在实际工作中常使用下 述两种实物基准：量块和线纹尺。 首先由稳定激光的基准波长传递到 基准线纹尺和一等量块，然后再由 它们逐次传递到工件，以确保量值 准确一致。
4.1.3 长度测量的标准量
标准量是体现测量单位的某种物质形式， 标准量是体现测量单位的某种物质形式， 具有较高的稳定性和精确度。 具有较高的稳定性和精确度。 光波波长：直接使用米定义咨询委员会推 荐使用的五种激光和两种同位素光谱灯的 任一种来复现。
与 C”’之间的距离应按下式计算：
测量时，应先用标准器具调整零位，即平面 反射镜的镜面与光较仪中的光轴相垂直。由 于采用比较测量法，因此当被测尺寸和标准 尺寸有差异时，测杆就将沿着导轨做直线移 动，从而推动平面反射镜P绕支点O摆动。测 杆移动的距离为s时，反射镜偏转了a角，其 关系为
s = btgα
图为万能工具显微镜接触瞄 准系统——光学灵敏杠杆的 工作原理示意图。由照明光 源1照亮的分划板2上的三对 双刻线，经透镜3后由与测 杆相连的反射镜4反射，再 经物镜5放大，最后成像在 测角目镜分划板6上。反射 镜4随测杆摆动时，三组双 刻线的象随之左右移动。仅 当测杆中心线与显微镜光轴 重合时，双刻线的象位于米 字分划板的中心位置。
则被测工件尺寸为2十0.30＝2.30mm。
近十年来发展了一种不用游标读数的新型卡尺， 即数显卡尺（又称为电子卡尺），数显卡尺的测 量范围为O～150 mm，分度值为 0.01 mm，测深为 0～115 mm。数显卡尺的电子部分装有存储器、置 零装置和公英制换算装置。
±0.03mm～±0.05mm
工作台1上放置被测件2，通过测 量轴体4上的可换测量头3与被测 件接触测量。测量轴体4是一个 高精度圆柱体，在精密滚动轴承 支持下，通过钢带8，滑轮9，平 衡锤12和阻尼油缸13完成平稳的 轴向升降运动。配重7用来调整 测量力。 测量轴体的轴线上固定有基准 标尺(玻璃刻尺)5，其上有l01条 刻线，刻度间隔为1mm。由光源 11发出的光，经透镜10，再透过 基准玻璃刻尺，将毫米刻线影象 投射入螺旋读数显微镜6，进行 读数。
第四章 长度测量
4.1基本概念
4.1.1 长度单位：米的定义
我国和国际的长度单位是米。在1983年第十七 届国际计量大会上正式通过米的新定义如下： “米是光在真空中 ／299792458秒的时 米是光在真空中1／ 秒的时 米是光在真空中 间内所经过的距离。 间内所经过的距离。”
米原器
4.1.2 长度量值传递
4.2 长度尺寸的测量
4.2.1长度计量中常用的量具与量仪
游标量具 应用游标读数原理（图3一1）制成的量具叫 游标量具。它在机械制造业中应用十分广泛， 可用于测量内外尺寸、高度、深度等。 1. 游标读数原理 游标量具读数部分主要是由尺身与游标组成， 其原理是利用尺身刻线间距与游标刻线间距差 来进行小数读数，如图所示。 来进行小数读数
测微量具
测微量具是机械制造中常用的精密量具，它是利用 精密螺旋副进行测量，而以微分筒和固定套筒上的 刻度进行读数的一种机械式量具。精密螺旋副的螺 距为0.5mm， 由于测微螺杆的精度受到制造工艺的 限制，其移动量通常为 25 mm。
Outside Micrometers 外径千分尺
测微量具是应用螺旋副传动原理，将角位移转变为 直线位移，直线位移的各行程与螺旋转角成正比， 其数学表达式为
读数： 14.10mm
表类量具
此类量具的主要原理是将测量杆微小直线位移通过适当的 放大机构放大后而转变为指针的角位移， 放大机构放大后而转变为指针的角位移，最后由指针在刻 度盘上指示出相应的示值。 度盘上指示出相应的示值。
钟表式百分表 分度值为0.01mm 分度值为
图 (a) 仪器的 外形
图 (b) 仪器结 构原理 图
式中，b为测杆到支点O的距离。
这样，测杆的微小移动S就可以通过正切杠杆机 构和光学装置放大，变成光点和象点间的距离 CC”，其放大比为
光学计的目镜放大倍数为K2，因此光学计的总 放大倍数为KK2倍。 KK2倍 KK2 0.2～0.25） ±（0.2～0.25）um
测长仪和测长机
测长仪和测长机结构中带有长度标尺，通常是线纹尺， 也可以是光栅尺。测量时，用此尺作为标准尺与被测长 度做比较，通过显微镜读数以得到测量结果。 量程较短的称为测长仪。根据测量座在仪器中的布置 量程较短的称为测长仪 分立式测长仪和卧式万能测长仪（简称万能测长仪）两 种。立式测长仪用于测量外尺寸；卧式测长仪除能测量 外尺寸外，主要用于测量内尺寸。 量程在500mm以上的仪器体形较大，称为测长机 量程在500mm以上的仪器体形较大，称为测长机。 500mm以上的仪器体形较大 测长机常用于绝对测量。
测长机 测长机是机械制造中测量大尺寸的精密仪器， 仪器的种类很多，按其测量范围来分，有1， 2，3，4，6m，甚至还有12m的。该仪器主 要进行绝对测量，但也可用于比较测量。绝 对测量是将被测工件与仪器本身上的刻度尺 进行比较；而相对测量则是将被测工件和一 个预先用来对准仪器零点的标准件(如块规等) 相比较，从仪器上读取两者之差值。 1． 仪器工作原理
在工具显微镜 上用光学灵敏 杠杆测量端面 定位孔的直径 时，可用两种 方法确定采样 点的位置。
1. 找拐点法 2. 测弦找中点法
D = x2 − x1 + d
立式接触式干涉仪
立式接触 式干涉仪 是一种高 精度测微 仪。
接触式干涉仪测量方法
用接触式干涉仪测量时使用白光，即移出滤 色片，使视场中出现零级黑条纹。根据测头 先后与标准件及被测件接触时零级条纹位置 间的距离，即可测得被测量相对于标准量的 偏差值。 例如检定量块：测头与标准量块接触时，零 级条纹位于a＝－l（格），测头与被检量块接 触时，零级条纹位于a=+4格，若仪器分辨力 i=0.1um，则被测量块相对于标准量的中心长 度偏差为i ×(a2-a1)=+0.5um
黑白透射光栅
感应同步器的绕组
4.1.4 长度测量的基本原则 阿贝原则：在长度测量时，为了保证测
应使被测零件的尺寸线( 量的准确，应使被测零件的尺寸线(简称 应使被测零件的尺寸线 被测线)和量仪中作为标准的刻度尺( 被测线)和量仪中作为标准的刻度尺(简称 标准线)重合或顺次排成一条直线。 标准线)重合或顺次排成一条直线。符合 阿贝原则的测量，可尽量减小导轨直线度 误差对测量结果的影响。
（1）对研合性及平面平行性偏差规定为：l、
2等与0级，3、4等与1、2级，5、6等与3、 4级分别相同。 （2）“等”和‘级”可以代替使用。 例如，0、1、2级量块的中心长度制造极限 偏差分别与3、4、5等量块的中心长度测量 极限误差相同，因此，0、l、2级量块可分 别代替3、4、5等量块来使用。
3.光栅、容栅的栅距和感应同步器的线距。 ①测量效率高； ②容易实现数字显示和自动记录， ③可以实现测量自动化和自动控制。
杠杆齿轮式测微仪
测杆微小的直线位移经杠杆齿轮机构放大后 变为指针的大位移。此种仪器一般用于比较 测量，因此刻度尺的示值范围多取为±0. 1mm其放大比K为:
光学比较仪（光学计） 光学比较仪（光学计）
光学比较仪又称光学计，它是一种精度较高的 光学机械式计量仪器。光学比较仪主要用作相 对法测量，在测量前先用量块或标准件对准零 位，被测尺寸和量块（或标准件）尺寸的差值 可在仪器的刻度尺上读得。 光学比较仪由光较仪管和支架座组成。光较仪 管可以从仪器上取下，装在其它支架座上，做 其它精密测量之用。