互换性与测量技术课程.docx
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互换性与测量技术课程
《互换性与测量技术》课程
实
验
指
导
书
2008年7月
实验一用万能工具显微镜测量轴径………………………2
实验二用立式光学计测量轴径……………………………9
实验一用万能工具显微镜测量轴径
一、实验目的及要求
1.了解万能工具显微镜的测量原理。
2.熟悉用万能工具显微镜测量外径的方法。
3.加深理解计量器具与测量方法的常用术语。
二、实验仪器
19JC数字式万能工具显微镜一台、被测轴。
三、实验原理和步骤
1、19JC数字式万能工具显微镜简介
（1）仪器用途
仪器具有较高的测量精度，特别适用于长度和角度的精密测量，並配备了全套附件，使其使用范围得到充分的扩大。
仪器可用影像法、轴切法或接触法按直角坐标或极坐标对机械工具和零部件的长度、角度和形状、位置关系等进行精密测量。
主要的测量对象有：
刀具、量具、模具、样板、螺纹和齿轮等工件。
可测量外螺纹（螺纹塞规、丝杆和蜗杆等）的中径、大径、小径、螺距、牙型角；齿轮滚刀的导程、齿形和牙型角；电路板、钻模或孔板上孔的位置度、键槽的对称度等形位误差等。
（2）仪器特点：
主显微镜配有多种目镜和物镜、视场宽、成像清晰。
采用光电数显技术，精密光栅尺作为测量元件，测量长度以数字显示，直观、方便。
主显微镜可左右偏摆，特别适于测螺旋零件。
以非接触测量为基本方法，透、反射照明，内、外轮廓可测。
附件多，使用面广。
（3）技术规格：
①测量范围与分度值
X-Y向坐标：
测量范围：
X–Y向：
200×100毫米
分度值（数显读数）：
0.0005毫米
瞄准显微镜：
升降行程：
120毫米
立臂倾斜范围：
左右各15度
分度值：
10分
照明光栏调节范围：
Φ3～Φ32毫米
分度值：
1毫米
测角目镜：
角度测量范围：
360度
分度值：
1分
轮廓目镜：
角度测量范围：
±7度
分度值：
1分
圆弧分划板：
曲率半径R：
0.1～100毫米
螺纹分划板：
普通螺纹螺距t：
0.25-6毫米
梯形螺纹螺距t：
2-20毫米
光学分度台：
测量范围：
360度
分度值：
10秒（投影读数）
玻璃台面直径：
Φ106毫米
光学分度头：
测量范围：
360度
分度值：
1分
光学定位器：
测头直径：
Φ3±0.1毫米
测头直径的检定极限误差不大于0.5微米
测量力：
0.098±0.0196牛顿
最大测量深度：
15毫米
玻璃工作台：
玻璃台面尺寸：
215×130毫米
顶针架：
最大夹持直径：
Φ100毫米
最大夹持长度：
被测件直径≤55毫米时：
750毫米
被测件直径＞55毫米时：
600毫米
高顶针架：
最大夹持直径：
Φ180毫米
最大夹持长度：
600毫米
V形架：
左V形架前后调节范围：
前后各5毫米
右V形架高低调节范围：
向上15毫米；向下3毫米
最大承载量：
40公斤
②瞄准显微镜光学参数
物镜放大
1x
3x
5x
总放大倍数
用测角或轮廓目镜
10x
30x
50x
用双像目镜
15x
42x
65x
物方视场（毫米）
用测角或轮廓目镜
φ20
φ6.6
φ4
用双像目镜
φ13
φ4.7
φ3
工作距离（毫米）
用测角或轮廓目镜
81
90
65
用双像目镜
47
85
63
③仪器精度
温度要求：
a.工作室的温度应为20±1℃
b.工作室的温度变化每小时不超过1℃
c.被测件和仪器的温度差不超过0.5℃
在满足所规定温度要求的条件下，仪器有如下保证：
a.X-Y坐标：
用玻璃毫米分划尺进行检定时，仪器的最大不确定度：
（1+L/100）μm式中：
L----测量长度，单位：
毫米
b.测角目镜：
测量角度的最大不准确度：
不大于1分
c.双像目镜：
合像的不稳定性：
不大于0.0005毫米
合像的不正确度：
不大于0.001毫米
d.光学分度头：
最大不准确度：
不大于1分
e.光学分度台：
最大不准确度：
不大于30秒（选购件）
f.光学定位器：
测量的不稳定性：
不大于0.001毫米
测量的不准确度：
不大于0.0015毫米
④仪器重量、外型尺寸
主机净重：
约250公斤
外型尺寸：
（x×y×z）980×1020×640毫米
（4）结构及原理
图1图2
图3图4
结构：
图1、2、3、4为19JC数字式万能工具显微镜的外形图，主要包括底座（是仪器的基体，承受仪器的全部部件）、X向滑台（供放置被测工件及玻璃工作台用，它可作X方向200㎜的移动,）、Y向滑台（相对于固定在X向滑台上的被测件作Y方向的移动来实现的，移动行程为100㎜）、立臂（安置瞄准显微镜及照明光管）、瞄准显微镜（安置物镜和目镜）、数字显示器（X、Y向数字显示器安放在一个数显箱内）、照明机构等。
测量原理：
万能工作显微镜主要是应用直角或极坐标原理，通过主显微镜瞄准定位和读数系统读取坐标值而实现测量的一种光学仪器。
根据被测件的形状、大小及被测部位的不同，一般有以下几种方法：
①影像法：
中央显微镜将被测件的影像放大后，成像在“米”字分划板上，利用“米”字分划板对被测点进行瞄准，由读数系统读取其坐标值，相应点的坐标值之差即为所需尺寸的实际值。
②轴切法：
为克服影像法测量大直径外尺寸出现衍射现象而造成较大的测量误差，利用仪器所配附件测量刀上的刻线，来替代被测表面轮廓进行瞄准，从而完成测量。
③接触法：
用光学定位器直接接触被测表面来进行瞄准、定位并完成测量。
适用于影像成像质量较差或根本无法成像的零件的测量，如：
有一定厚度的平板件、深孔零件、台阶孔、台阶槽等。
19JC数字式万能工具显微镜的光学系统包括瞄准显微镜和光栅读数头两部分。
如图2所示：
瞄准显微镜系统：
仪器照明光源1，通过聚光镜2、6可变光栏3，滤色片4和反射镜5照明置于玻璃工作台
2上的被测件。
瞄准显微镜的物镜8经棱镜9的转折将被测件清晰地成像在米字线分划板10上，最后由目镜11进行瞄准。
光栅读数头系统：
X坐标的标尺光栅16与指标光栅15所产生的莫尔条纹讯号，被光电接收元件17接收，然后通过电子学的数据处理，将X坐标的移动量，转换成相应位置的数字量，即实现了X坐标的自动记数。
12为X向读数头的照明光源。
14为聚光镜。
Y坐标的光栅读数系统与X坐标基本相同。
其中：
（1.18）为Y向读数头的照明光源，（1.20）为聚光镜，（1.21）为指标光栅，（1.22）为标尺光栅，（1.23）为光电接收元件。
测量时，将被测量工件置于工作台上，通过瞄准显微镜米字线分划板上的刻线来对准工作台上的被测件，然后移动滑台可先后对各被测位置进行瞄准定位。
在测量过程中，每进行一次瞄准后，需作一次读数，同一坐标的两次读数之差值，则为先后瞄准对应的两个被测位置时该坐标滑台的移动量，也就是被测工件尺寸的测量值。
2、用万能工具显微镜测量轴径的测量步骤：
（采用影像法测量中空轴的外径）
（1）装上所需附件：
物镜、顶针架、测角目镜；
（2）接通电源，将照明灯插在相应的插座上，并预热20分钟；
（3）装上被测件；
（4）调焦；
（5）移动Y向滑台，用米字线分划板瞄准第一被测母线Ⅰ，并作Y读数；然后移动Y滑台，同样对第二被测母线Ⅱ进行瞄准和读数；
（6）两格Y读数值之差则为直径的测量值；
（7）按实验规定的部位（在三个横截面上两个相互垂直的径向位置上）进行测量，并将测量的结果填入实验报告中。
（8）根据被测零件的要求，判断被测零件的合格性。
四、实验报告
被
测
零
件
名称
图样上给定的极限尺寸（mm）
安全裕度A（μm）
最大
最小
验收极限尺寸（mm）
基本尺寸（mm）
最大
最小
测
量
示
意
图
测量数据
实际尺寸（mm）
测量位置
Ⅰ—Ⅰ
Ⅱ—Ⅱ
Ⅲ—Ⅲ
测
量
方
向
合格性结论
理由
实验二用立式光学计测量轴径
一、实验目的及要求
1.了解立式光学计的结构及测量原理。
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。
二、实验仪器
LG-1立式光学计、被测轴和相同尺寸量块各１组。
三、实验原理和步骤
1、LG-1立式光学计简介：
（1）用途：
光学计的主要用途是一种采用量块与零件相比较的方法，来测量物体外形的微差尺寸。
它可以检定五等精度量块或一级精度柱型量规，对于圆柱形、球形、线形等物体的直径或板形物体的厚度均能测量，并可从仪器上取下光学计管，适当地装在机床上，利用量块来控制精密零件的加工。
（2）技术规格：
最大测量长度：
180㎜
分划板分度范围：
±0.1mm
分划板分度值：
0.001㎜
总放大倍数：
1000x
示值稳定性：
0.0001㎜
仪器的最大不确定度：
±0.00025㎜
测量的最大不确定度：
±（0.5+L/100）μm（L是被测长度,以mm计）
（3）结构及原理：
图1图2
图3
图1、2为立式光学计的外形图。
它由底座1、横臂5、立柱7、直角光学计管17（测量读数的主要部件）、工作台21、投影灯23、投影筒24和变压器25等几部分组成。
光学计是利用光学杠杆放大原理进行测量的仪器，其光学系统如图3b所示。
照明光线经反射镜1照射到刻度尺8上，再经直角棱镜2、物镜3，照射到反射镜4上。
由于刻度尺8位于物镜3的焦平面上，故从刻度尺8上发出的光线经物镜3后成为一平
行光束，若反射镜4与物镜3之间相互平行，则反射光线折回到焦平面，刻度尺象7与刻度尺8对称。
若被测尺寸变动使测杆5推动反射镜4绕支点转动某一角度α（图3a），则反射光线相对于入射光线偏转2α角度，从而使刻度尺象7产生位移t（图3c），它代表被测尺寸的变动量。
物镜至刻度尺8间的距离为物镜焦距f，设b为测杆中心至反射镜支点间的距离，s为测杆移动的距离，则仪器的放大比K为：
当
很小时，
，
，因此：
光学计的目镜放大倍数为12，
，
，故仪器的总放大倍数n为：
由此说明，当测杆移动一个微小的距离0.001mm时，经过了1000倍的放大后，就相当于在明视距离下看到移动了一毫米一样。
2、用立式光学计测量轴径测量步骤
（1）选择测帽（测量头）
根据被测零件表面的几何形状来选择测量头，使测量头与被测表面的接触面最小，即尽量满足点或线接触。
测量头有：
球形、平面和刀口形三种。
测量平面或圆柱面零件时选用球形测头。
测量球面零件时选用平面形测头。
测量小圆柱面（小于10mm的圆柱面）工件时选用刀刃形测头。
（2）粗调
仪器放在平稳的工作台上，将光学计管安在横臂的适当位置。
即：
光学计必须放在平稳的工作台上，用微动凸轮托圈固定螺旋15（见图1，以下同）和光管固定螺旋16将光学计管安在高低适中的位置。
（3）按被测零件的基本尺寸组合量块。
（4）工作台的选择与校正：
工作台分平面工作台和槽面工作台，其选择原则与测帽的要求相同。
工作台校正的目的是使工作面与测帽平面保持平行。
一般是将与被测件尺寸相同的量块放在测帽的边缘的不同位置，若读数相同，则说明其平行。
否则可调整工作台旁边的四个调节旋扭。
（即：
对于可调整工作台，先选择一与被测工件尺寸相同的量块大致放在工作台的中央，光学计管换上最大直径的平面测帽，使测帽平面的1/4与量块接触。
调整仪器至目镜中看到分划板刻度为止。
然后旋动工作台调节螺丝，使其前后移动，并从目镜中观看分划板示值的变化，若在测帽平面的四个位置的读数变化小于1／5格分度值，则表示工作台的校正已完成。
）
（5）安装测帽，并调整反射镜：
图4
将选好的测帽20通过提升器19和提升器调节螺丝18安装在测量杆的下端（露在光学计管17外）并缓慢地拨动测帽提升杠杆，从目镜中能看到标尺影象，若此影象不清楚可调整目镜视度环。
（6）归零：
将组合好的量块组（下测量面）置于工作台21的中央（注意勿使量块移动，防止损伤量块的测量面），把横臂固定螺旋4放松，旋动横臂
升降螺旋3，使横臂下降，当测头刚好接触量块（与量块上测量面轻微接触）时，将横臂固定螺旋4固定。
再松开光管固定螺旋16，转动微动手轮6作适当升降。
从目镜13内看到分划化线后，再旋转目镜13调焦，以便更清楚地看见分划线，调节使分划线的零位与指示虚线重合（图4b），再适当将光管固定螺旋16旋紧----细调节；若旋紧光管固定螺旋16后，零位稍有移动（图4a）,不必再松开光管固定螺旋16，可旋动零位调节手轮14作零位的微动调节----微调节，此时最好拨动提升器19几次（不少于3次）然后检查横臂固定螺旋4、光管固定螺旋16、微动凸轮托圈固定螺旋15是否紧固并检查提升器19、测帽20是否装牢，直至扳动提升器19后零位不变动即可进行工作（即用手指压下测头提升器9不少于三次，使零位稳定），但以上紧固部分不宜再动。
（7）将测头20抬起取下量块，放入被测量件。
（8）测量轴径：
按实验规定的部位（在三个横截面上两个相互垂直的径向位置上）进行测量，并将测量的结果填入实验报告中。
（9）根据被测零件的要求，判断被测零件的合格性。
测量注意事项：
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取拿量块时最好用竹摄子夹持，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量块用后，要用航空汽油洗净，用绸布擦干并涂上防锈油。
⑦测量结束前，不应拆开块规，以便随时校对零位。
五、实验思考题
1、用立式光学计测量轴径属于绝对测量还是与相对测量?
2、什么是分度值、刻度间距?
它们与放大比的关系如何?
3、仪器的测量范围和刻度尺的示值范围有何不同?
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