互換性與測量技術實驗指導書
測控技術教研室
機械與汽車工程學院
實驗一尺寸誤差測量
一、實驗目的
1. 了解立式光學計的測量原理。
2. 熟悉用立式光學計測量外徑的方法。
3. 加深理解計量器具與測量方法的常用術語。
二、實驗內容
1. 用立式光學計測量賽規。
2. 根據測量結果，按國家標準gbl957—81《光滑極限量規》查出被測塞規的尺寸公差和形狀公差，作出適用性結淪。
三、測量原理及計量器具說明
投影立式光學計用於長度測量，其測量方法屬於接觸測量，一般用相對測量法測量軸的尺寸。光學計比較儀是一種精密度較高、結構簡單的常用光學儀器，除主要用於軸類零件的精密測量外，還用來檢定5等（3、4級）量塊。本儀器採用光學投影讀數方法，它操作方便、工作效率較高。
同時本儀器的投影屏採用臘屏新技術，並在其臘屏前設定一塊讀數放大鏡，對提高刻線的成像質量及整個視場獲得較勻稱的主觀亮度有一定的效果。
（一）儀器結構：
儀器結構如圖1-1所示，投影光學計管是由上端殼體12及下端測量管17二部分組成的，上端殼體12內裝有隔熱片、分線板、反射稜鏡、投影物鏡、直角稜鏡、反射鏡、投影屏及放大鏡等光學零件，在殼體的右側上裝有調節零位的微動螺釘4，轉動微動螺釘4可使分劃板得到乙個微小的移動而使投影屏上的刻線迅速對準零位。
測量管17插入儀器主體橫臂7內，其外徑為φ28d，在測量管17內裝有準直物鏡，平面反射鏡及光學槓桿放大系統的測量桿，測帽9裝在測量桿上，測量桿上下移動時，測量桿上端的鋼珠頂起平面反射鏡，致使平面反射鏡座以槓桿板上的另二顆鋼珠為擺動軸，而傾斜乙個φ角，其平面反射鏡與測量桿是由二個抗拉彈簧牽制，對測定量塊或量規有一定的壓力。
測量桿下端露在測量管17外，以備套上各種帶有硬質合金頭的測帽。測量桿的上下公升降是借助於測帽提公升器9的槓桿作用，立式提公升器9上有乙個滾花螺釘，可以調節其上公升距離，達到方便地使被測工件推入測帽下端，並靠兩個抗拉彈簧的拉力使測頭與被測工件良好接觸。
（二）儀器規格
ⅰ 投影光學計管的主要規格：
1. 投影光學計的總放大率1650x
2. 投影物鏡的放大率18.75x
3. 讀數放大鏡率1.1 x
4. 光學槓桿的放大率80x
5. 分劃板分劃值0.001mm
6. 分劃板分劃範圍0.1mm
7. 測量力2n±0.2n
8. 零位調節範圍20格
9. 測量桿的自由公升降距離0.5mm
10.投影光學計管外徑配合尺寸28h 6
11.測量桿與測帽配合的外徑尺寸6g 6
ⅱ 測量範圍0～180mm
ⅲ 儀器的最大不準確度0.25 um
儀器的不穩定性0.1 um
圖1-1
（三）工作原理
投影立式光學計的工作原理如圖1-2所示，「由白熾燈泡1發出的光線經過聚光燈2和濾光片6，再通過隔熱片7照明分劃板8的刻線面，再通過反射鏡9後射向準直物鏡12。由於分線板8的刻線面置於準直物鏡12的焦平面上，所以成像光束通過準直物鏡12後成為一束平行光入射於平面反射鏡13上，根據自準直原理，分劃板刻線的像被平面反光鏡13反射後，再經準直物鏡12被反射稜鏡9反射成像在投影物鏡4的物平面上，然後通過投影物鏡4，直角稜鏡3和反射鏡5成像在投影屏10上，通過讀數放大鏡11觀察投影屏10上的刻線像。」
由於測帽15接觸工件後，其測量桿14使平面反光鏡傾斜了乙個角度φ，在投影屏上就可以看到刻線的像也隨著移動了一定的距離，其關係計算如下（如圖1-3）：
圖1-2圖1-3
設：測量桿移動的距離為s，其平面反射鏡則以o為軸線擺動φ角，因此[', 'altimg': '', 'w':
'66', 'h': '43'}]（其中a為測量桿軸線到平面反射鏡13的擺動軸線o之距離）所以
又設：入射在平面反射鏡13上的主光鏡為mn1，根據反射定律，當平面反射鏡轉動了φ角時，其反射光線與入射光線夾角應為2φ角，因此m點轉動m1點，令n1m1==f(即準直物鏡焦距)。因此，[', 'altimg':
'', 'w': '75', 'h': '43'}]所以 因此，光學槓桿的傳動比 [=\\frac', 'altimg':
'', 'w': '126', 'h': '43'}]
由於φ角很小，可視作
故得t': 'latex', 'orirawdata': 'k=\\frac', 'altimg': '', 'w': '53', 'h': '43'}]
假設投影物鏡放大率為v1，讀數放大鏡的放大率為v2。
則投影光學計的總放大率 [v_=\\fracv_v_', 'altimg': '', 'w': '188', 'h': '43'}]
令光學計的準直物鏡焦距f=200mm, a=5mm, v1=18.75x, v2=1.1x
故t': 'latex', 'orirawdata': 'n=\\frac×18.
75×1.1=1650x', 'altimg': '', 'w':
'284', 'h': '43'}]
由上式可知，當測量桿移動乙個微小的距離——0.001mm,經過1650x的放大後，就相當於在投影屏上看到的1.65mm的距離。
四、測量步驟
1. 核對儀器精度與被測零件精度是否適應。
2. 調整投影燈，並緩慢地撥動立式測頭提公升器，從目鏡中能看到標尺影像，使投影屏能獲得均勻照明。
3. 選擇測帽：測平面或圓柱面用球形測帽；測小於10mm的圓柱面用刀口形測帽；測球面用平測帽。
測帽選擇的原則是：被測工件與測帽的接觸面必須使其最小，接近於點或線接觸以減少其測量誤差。當選好測帽後，將其套在光學計管下端的測量桿上，並用其螺釘固緊。
4. 選擇工作台，其選擇原則與測帽的要求相同。
5. 組合量塊：按被測工件（塞規）的基本尺寸組合量塊。
6. 用無水酒精將工作台、測量頭、量塊及被測塞規表面清洗、拭乾。
7. 調整儀器零位
（1）置量塊組合好量塊後，將量塊組置於工作台的**，並使測量頭對準量塊組上工作面**。
（2）粗調整鬆開橫臂固定螺釘，轉動公升降螺母，使橫臂緩慢下降，直到測頭與量塊輕微接觸，並能在目鏡視場中看到刻度尺成像為止，然後擰緊橫臂固定螺釘。
（3）細調整鬆開測量管固定螺釘16，轉動微動偏心手輪8使刻線零位與指針線相重合，然後固定測量管固定螺釘16。
（4）微調整調節零位微動螺釘4，準確重合對零，並多次撥動立式測頭提公升器（9），刻線零位應與指示線多次嚴格重合。
8. 測量塞規：按實驗規定的部位進行測量，把測量結果填入實驗報告。
9. 查出被測塞規的尺寸公差，與測量結果比較，判斷被測塞規的合格性。
10. 整理儀器。
五、思考題
1.用立式光學計測量塞規屬於什麼測量方法？
專業的分類是「接觸式測量」，立式光學計的原理是光學槓桿的放大作用，所以也是一種光學檢測測量。精度一般可以達到0.01公釐以上（理論值）。
2.測量範圍和刻度尺的示值範圍有什麼不同？
如果儀器的測量範圍只有一檔，那麼二者是一樣的。如果測量範圍多於一檔，那麼刻度尺與相應的量程之間有乙個換算關係。一般在刻度尺上有好幾行數字，對應不同的量程。
通常立式光學計是用比較法測量，儀器的測量範圍是指儀器保證精度的有效測量範圍。 刻度值示值範圍就是測量精度的細分，主要精度就是在刻度尺上的分劃刻線
實驗二形位誤差測量
實驗2-1 用指示表測量平面度誤差
一、實驗目的
(1)了解平板測量方法。
(2)掌握平板測量的評定方法及資料處理方法。
二、測量方法
測量平板的平面度誤差主要方法有：用標準平板模擬基準平面，用指示表進行測量。如圖所示。
標準平板精度較高．一般為0級或i級。對中、大型平板常用水平儀或自準直儀進行測量，可按—定的佈線方式，測量若干直線上的各點，再經適當的資料處理，統一為對某一測量基準平面的座標值。
不管用何種方法，測量前都先在被測平面上畫方格線，並按所畫線進行測量。
測量所得資料是對測量基準而言的，為了評定平面度誤差，還需進行座標變換，以便將測得值轉換為與評定方法相應的評定基準的座標值。
三、實驗步驟
本實驗是用標準平板作為測量基準，用指示表測量小型平板。
(1) 如圖1所示，將被測平板沿縱橫方向畫好網格、本例中為測量9個點，四周邊緣留10mm，然後將被測平板放在基準平台上，按畫線交點位置，移動幹分表架，記下各點讀數並填入表中。
(2) 對測得的各點示值處理資料，求解平面度誤差值。
四、平面度誤差的評定方法
1．按最小條件評定
參看圖2，當兩平行平面包容實際被測表面時，實際被測表面上應至少有三至四點分別與這兩個平行平面接觸，且滿足下列條件之一。此時這兩個包容平面之間的區域稱為最小包容區域。最小包容區域的寬度即為符合最小條件的平面度誤差值。
(1)三角形準則：有二點與乙個包容平面接觸，有一點與另乙個包容平面接觸，使該點的投影能落在上述三點連成的三角形內(圖2 (a))。
(2)交叉準則：至少各有兩點分別與兩平行平面接觸，且分別由相應兩點連成的兩條直線在空間呈交叉狀態(圖2 (b))。
(3)直線準則：有兩點與乙個包容平面接觸，有一點與另乙個包容平面接觸，且該點的投影能落在上述兩點的連線上(圖2 (c))。
2．按對角線平面法評定
用通過實際被測表面的一條對角線且用平行於另一條對角線的平面作為評定基準，
以各測點對此評定基準的偏離值中的最大偏離值與最小偏離值之差作為平面度誤差值。測點在對角線平面上方時，偏離值為正值。測點在對角線平面下方時，偏離值為負值。
3．按三遠點平面法評定
用實際被測表面上相距最遠的三個點建立的平面作為評定基準，以各測點對此評定基準偏離值中的最大偏離值與最小偏離值之差作為平面度誤差值。測點在三遠點平面上方時，偏離值為正值，測點在三遠點平面下方時，偏離值為負值。
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