用立式光学计测量轴的直径实验报告

实验用立式光学计测量轴的直径

一、实验目的

1．了解立式光学计的测量原理。

2．熟悉用立式光学计测量外径的方法。

3．加深理解计量器具与测量方法的常用术语。

4. 掌握零件的验收原则和验收方法。

二、实验设备

1．立式光学计

2．量块

三、实验原理及实验设备说明

1．立式光学计

立式光学计是一种精度较高而结构简单的常用光学机械式长度计量器具。用量块作为长度基准，按比较测量法来测量各种工件的外形尺寸。

型号为JD3的立式光学计基本技术参数如下：

测量范围：0-180mm；分度值：0.001mm；示值范围：±0.1mm；仪器最大不确定：0.00025 mm；测量最大不确定度：±（0.5+L/100）μm

图1-1为立式光学计外形结构图。

1.投影灯

2.投影灯固定螺钉

3.支柱

4.零位微动螺钉

5.立柱

6.支臂固定螺钉

7.支臂8微动偏心手轮

9立式测头提升器

10.工作台调整螺钉

11.工作台12.壳体

13.微动托圈

14.微动托圈固定螺钉

15.光管定位螺钉

16.测量管固定螺钉

17.直角光管

18.测帽

19.6V15W变压器

图1-1 立式光学计外形图

它主要是由带有特殊螺纹的立柱5、支臂7、直角光管17和工作台11等几部分组成。立式光学计是利用光学自准原理和机械的正切杠杆原理进行测量的仪器。其光学系统如图1-2a所示，由白炽灯泡1发出的光线经过聚光镜2和滤光片6，通过隔热片7照明分划板8的刻线面，再通过反射棱镜9后射向准直物镜12。由于分划板8的刻线面置于准直物镜12的焦平面上，所以成像光束通过准直物镜12后成为一束平行光入射于平面反射镜13上，根据自准直原理，分划板刻线的像被平面反光镜13反射后，再经准直物镜12被反射棱镜9反射成像在投影物镜4的物平面上，然后通过投影物镜4、直角棱镜3和反射镜5成像在投影屏

10上，通过读数放大镜11观察投影屏10上的刻线像。

由于测帽接触工件后，其测量杆14使平面反光镜倾斜了一个角度φ，在投影屏上就可以看到刻线的像也随着移动了一定的距离，其关系计算如图1-2b 所示。

图1-2a 光学计工作原理图 图1-2b 光学杠杆传动比示意图

1. 15W 白炽灯

2. 聚光镜

3. 直角棱镜

4. 投影物镜

5. 反射镜

6. 滤光片

7. 隔热片

8. 分划板

9. 反射棱镜 10. 投影屏 11. 读数放大镜 12. 准直物镜 13. 平面反射镜 14. 测量杆 15. 测帽

设测量杆移动的距离为s ，其测量杆14使平面反光镜倾斜了一个角度Φ角。又设入射在平面反射镜13上的主光镜为MN 1，根据反射定律，当平面反射镜转动了Φ角时，其反射光线与入射光线夹角应为2Φ角，因此M 点转动至M 1点，令N 1M 1=f （即准直物镜焦距），则光学杠杆的传动比为K=

s t =φ

φ

tg a tg f ⋅⋅2。当Φ角很小时，tg2Φ≈2Φ，tg Φ≈Φ，因此 K=

a f 2 设投影物镜放大率为V 1，读数放大镜的放大率为V 2，则光学计的总放大率

n = k V 1 V 2 =

a

f

2 V 1 V 2 令光学计的准直物镜焦距f = 200mm ，a = 5mm ，V 1 = 18.75×，V 2 = 1.1×，因此

n =

1.175.185

200

2⨯⨯⨯ = 1 650 × 由上式可知，当测量杆移动一个微小的距离0.001mm 时，经过1 650×的放大后，就相当于在投影屏上看到的1.65mm 的距离。 2．量块

量块是一种常用的端面长度计量器具，在长度计量中除常作为长度基准的传递媒介，广泛用于检定和校准计量器具外，有时还用于加工机床的调整和工件的检验等。

量块有两个测量面和四个非测量面，两互相平行的测量面之间的距离即为量块的工作长度，称为标称长度。量块按制造精度分为6级，按检定精度则分为6等。量块按级使用时，是以量块的标称长度作为工作尺寸，而按等使用时，是以量块经检定后所给出的实测中心长度作为工作尺寸，因此在精密测量中按“等”使用要比按“级”使用更精确。

量块一般是按成套生产的，根据GB/T6093-2001规定，量块共有17种套别。选用不同尺寸的量块组成所需尺寸时，为了减少量块组合的累积误差，应力求减少量块的数目，一般不超过4块。选用量块时，应从消去所需尺寸最末位数开始，逐一选取。

四、测量步骤

1．按被测光轴的基本尺寸组合量块。

2．调整仪器零位

（1）参看图1-1，选好量块组后，将下测量面置于工作台11的中央，并使测头18对准上测量面中央。

（2）粗调节：松开支臂紧固螺钉6，转动调节螺母，使支臂7缓慢下降，直到测头与量块上测量面轻微接触，并能在视场中看到刻度尺像时，将螺钉6锁紧。

（3）细调节：松开紧固螺钉16，转动偏心手轮8，直至在目镜中观察到刻度尺像与μ指示线接近为止（图1-3a），然后拧紧螺钉16。

指示线

图1-3a 图1-3b

（4）微调节：转动刻度尺零位微动螺钉4，使刻度尺的零线影像与μ指示线重合（图1-3b），然后压下测头提升器9数次，使零位稳定。

（5）将测头抬起，取下量块。

3．测量光轴：按实验规定的部位（在三个横截面上的两个互相垂直的径向位置，如图1-4所示）上进行测量，把测量结果填入实验报告。

图1-4 测量示意图

4．数据处理及合格性评定方法：根据轴的尺寸标注，由表“安全裕度（A）与计量器具的测量不确定度允许值”中查得工件公差T及安全裕度A，按照双边内缩方式，计算上下验收极限。所有测点直径的实际偏差均在上下验收极限内，则该轴直径合格。

示例，被测工件为Φ35h9的轴，试确定其验收极限。