使用立式光学计测量轴径的方法

【实验目的】

（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）掌握由测量结果判断工件合格性的方法。

【实验仪器与设备】

1.测量仪器介绍

立式光学计是一种精度较高而结构简单的常用光学量仪，其原理是用量块组合成被测量的基本尺寸作为长度基准，按比较测量法来测量各种工件相对基本尺寸的偏差值，从而计算出实际尺寸。

立式光学计的基本度量指标如下。

分度值：0.001 mm；示值范围：±0.1 mm；测量范围：0～180 mm；仪器不确定度：0.001mm。

立式光学计的外观结构如图4.2.1所示。

图4.2.1　立式光学计的外观结构

1—底座；2—工作台；3—粗调螺母；4—支臂；5—支臂紧固螺钉；6—立柱；7—直角光管；8—光源；9—目镜；
10—微调旋钮；11—细调旋钮；12—光管紧固螺钉；13—测头提升杠杆；14—测头；15—工作台调整旋钮。

2.测量原理

立式光学计的主要部件是直角光管，整个光学系统和测量部件置于直角光管内部；其测量原理是光学自准直原理和机械的正切放大原理；其光路系统图及分划板的放大图如图4.2.2所示，正切放大原理图如图4.2.3所示。

图4.2.2　光路系统图及分划板的放大图

图4.2.3　正切放大原理图

分划板在物镜的焦平面上，这一特殊位置使刻度尺受光照后反射的光线经直角棱镜折转90°到物镜后形成平行光束。当平面镜垂直于物镜主光轴时（通过调节仪器使测头距工作台为基本尺寸时正好使平面镜垂直主光轴），这束平行光束经平面镜反射，反射光线按原路返回。在分划板上成的刻度尺像与刻度尺左右对称，在目镜中读数为0。当平面镜与主光轴的垂直方向成一个角度α时（测件与基本尺寸的偏差S使平面镜绕支点转动），这束平行光束经平面镜反射，反射光束与入射光束成2α角，经物镜和平面镜在分划板上成的刻度尺像相对刻度尺上下移动t。在正切放大原理图中可以看出

因为α很小，故

因此，放大倍数

又f=200mm，b=5mm，故

又因为目镜的放大倍数为12，故光学计管总放大倍数

由此可见，当偏差S为1μm时在目镜中可看到0.96mm的位移量，大约1mm。

【实验步骤】

1.测头的选择

测头有球形、平面形和刀口形3种形状，根据被测零件表面的几何形状来选择，使测头与被测表面尽量满足点接触。所以，测量平面或圆柱面工件时选用球形测头；测量球面工件时，选用平面形测头；测量小于10mm的圆柱面工件时，选用刀口形测头且刀口与轴线相垂直。(www.xing528.com)

2.按被测工件的基本尺寸组合量块

量块的工作面明亮如镜，很容易和非工作面相区分。工作面又有上下之分：当量块尺寸小于5.5mm的时候，有数字的一面即为上工作面。当量块尺寸≥6mm时，数字表面的右侧面为上工作面。将量块的上下工作面叠置一部分，并以手指加少许压力后逐渐推入，使两工作面完全重叠相研合。

3.接通电源调整工作台使其与测杆方向垂直

一般已调好工作台位置，禁止拧动4个工作台的调整旋钮。

4.检查细调旋钮、微调旋钮是否在调节范围之内

调节微调旋钮10，使其上的红点与光管上的红点对齐。松开光管紧固螺钉12，调节光管凸轮旋钮（细调旋钮）11使其上的红点向下，然后再紧固光管紧固螺钉。如仪器上无红点，则先调微调旋钮10或细调旋钮11确定其调整范围，然后把二者调到调整范围之内，并紧固光管紧固螺钉12。

5.用基本尺寸仪器调零

（1）粗调：松开支臂紧固螺钉5，转动粗调螺母3升起支臂，将研合好的量块放在工作台中央并使测头对准上测量面的中心点（对角线交点）。转动粗调螺母3，使支臂缓慢下降，直到测量面轻微接触，并能看到刻度尺像时，将支臂紧固螺钉5锁紧。

（2）细调：松开光管紧固螺钉12，转动细调旋钮11（直至在目镜中观察到刻度尺像与μ指标线接近为止），然后将光管坚固螺钉12锁紧。

（3）微调：转动微调旋钮10，使刻度尺的零线影像与μ指示线重合，然后按测头提升杠杆13数次，看零位是否稳定，如稳定则可以测量；否则，检查应该锁紧的位置是否未锁紧，找到原因重新调零。

6.测量被测件

按测头提升杠杆将测头抬起，取下量块，放上被测件轴，在轴的左、中、右选3个截面Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ，在每个截面上测相互垂直的两直径的4个端点A、B、A′、B′，如图4.2.4所示，共测12个点，测每一点时在轴线的垂直方向上前后移动，读拐点的最大值。

图4.2.4　测点分布图

7.复检零位

测完后将量块重新放回原位，复检零位偏移量不得超过±0.5μm，否则找出原因重测。

8.断电整理仪器

完成实验后切断电源，并整理好所用仪器、设备。

【数据处理及合格性评定方法】

1.评定轴径的合格性

根据轴的尺寸标注查表得到基本偏差es和公差Td及安全裕度A，按图4.2.5（a）所示方法计算上下验收极限偏差，所测12点的直径的实际偏差均在上下验收极限偏差内，则该轴直径合格，即

2.评定形状、位置误差的合格性

如在被测轴上标注了素线直线度公差f′和素线平行度公差f″，就应根据测量的12个数据求出4条素线的直线度误差值f′和素线平行度误差值f″，如图4.2.5（b）所示。找出其中最大的与相应的公差相比，当时即为合格。轴所标注的各项指标全合格，则此轴合格。

图4.2.5　上下验收极限偏差计算

3.数据处理

将实验数据记录在表4.2.1中。

表4.2.1　用立式光学计测量孔径实验数据记录表

【分析与思考】

用立式光学计测量轴，属于什么测量方法？绝对测量与相对测量各有何特点？什么是分度值？什么是刻度间距？