立式光学计的轴径测量方法

（1）实验学时

2学时。

（2）实验类型

验证。

（3）实验要求

必修。

（4）实验目的

①了解投影立式光学计的工作原理和结构。

②熟悉测量技术中常用的度量指标和量块的实际运用。

③掌握光学比较仪的调整步骤和测量方法。

④对测量数据能进行处理，作出正确的判断结论。

（5）实验内容

在投影立式光学计上，以量块为基准，用比较测量法，测量轴径的实际偏差及合格性判断。

（6）实验原理、方法和手段

利用光学杠放大原理将读数精确到微米进行比较测量轴的直径，并按轴的极限尺寸判断其合格性。

（7）实验组织运行要求

以学生自主训练为主的开放模式组织教学。

（8）实验条件

JD3型投影立式光学计、被测轴（ϕ19j6、ϕ24j6）、量块（4等）。

投影立式光学计是一种精度较高而结构简单的常用光学量仪。它是利用量块与被测零件相比较的方法来测量零件外形的微差尺寸，主要用于测量圆柱形、球形等工件的直径或样板工件的厚度以及外螺纹的中径。图5.14为立式光学计结构示意图。

JD3型投影立式光学计的主要技术指标：

分度值：0.001 mm

示值范围：±0.1 mm

测量范围：0～180 mm

仪器准确度：0.25μm

示值不稳定性：0.1μm

测量压力：200 g±20 g

零位调节范围：20格

图5.14　投影立式光学计结构示意图

1—零位微动旋钮；2—细调凸轮手轮；3—横臂升降螺母；4—支柱；5—变压器；6—工作台；7—测帽；8—测帽提升器；9—光管；10—光管锁紧螺钉；11—读数视窗

图5.15　投影立式光学计的测量原理图

测量原理：光学计是利用光线反射现象产生放大作用（即光学杠杆放大原理）进行测量的仪器。光学杠杆变换是利用光路方向变化，将测杆的位移转换为标尺影像的位移。投影立式光学计的测量原理如图5.15所示。由白炽灯泡1发出的光线经聚光镜2和滤色片6，再通过隔热玻璃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的聚焦平面上，所以成像光束通过准直物镜12后成为一束平行光入射到平面反光镜13上，根据自准直原理，分划板刻线的像被平面反光13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和反光镜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。

（9）实验步骤(www.xing528.com)

1）选择并安装测帽（测量头）

在光学计的测杆上套上合适的测帽。测帽的工作面有球形、刀刃形和平面形3种，根据被测工件的形状进行选择，须使被测件与测帽的接触面最小，即近于点接触或线接触以减小其测量误差。测量平面或圆柱面零件时选用球形测头；测量小于10 mm的圆柱面用刃形测头；测量球面用平面测头，本实验被测件为圆柱面，应选球形测头（实验前测量头已由指导老师选择并安装调试好）。

2）组合量块

按被测轴径的基本尺寸组合量块，量块的研合方法为：将两块测量表面的一端叠合，然后用手指向下加以压力，并使它们沿其长边方向移动而重合。

3）仪器调零位

松开光管锁紧螺钉，转动细调手轮，使光管处于高低适中的位置后固紧螺钉。使量块组下测量面（工作面）置于工作台中心，并使其上测量面中点对准测头后，按粗调、细调、微调方法调整。

粗调整方法：旋松横臂紧固螺钉（要握住横臂，以防光管突然下坠），转动调节螺母使横臂缓慢下降，直到测头与量块上测量面轻微接触（注意，勿使量块在测头下挪动，以免划伤量块测量面），在读数放大镜内看到标尺像后，拧紧螺钉。

细调整方法：松开光管锁紧螺钉，徐徐转动细调凸轮手轮，使读数视窗内的零刻线与固定指标线接近重合，拧紧螺钉。

微调整方法：轻轻按动杠杆提升器，待测头起落几次，零刻线位置稳定后，转动零位调整装置，使直角棱镜摆动一微小角度，让零刻线与固定指标线重合，零位调整完毕。

4）检查示值稳定性

按动测头杠杆提升器2～3次，检查示值稳定性。要求零位不超过1／10格，如超出过多，应寻找原因，并重新调整零位（各紧固螺钉应拧紧，但不宜过紧，以免仪器部位变形）。

5）取下量尺

按下杠杆提升器，使测头抬起，将量块取下，放置在白软绸布上。

6）开始测量

双手握住被测工件，放在工作台上进行操作，并在测头下缓慢地来回移动（注意：要使工件圆柱面的素线始终与工作台平面接触，不许有任何倾斜），记下通过轴径的标尺读数最大值（即读数转折点，注意正负号），即为被测件相对量块尺寸的偏差值。

按测量部位图5.16，在3个横截面处，相隔90°的径向位置共测量12个点（每一横截面测量4点），把测得的数据填入实验记录中。

测量结束后，取下被测工件，放上量块组复查零位，其误差不得超过±0.5μm，否则重新测量。

图5.16　轴径测量部位图

（10）数据处理

1）实测直径计算

根据轴的实际偏差对应计算出轴的实测轴径，并填入实验报告中。

2）用作图法求出被测工件的素线直线度与素线平行度（4个测量方向各做一个图）

①建立直角坐标系，横坐标为轴线方向的3个点（Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ），纵坐标为实测直径。

②用描点法描出同一测量方向的3个实测直径值，3点首尾连接成一个三角形。

③从中间点（第Ⅱ点）作x轴的垂线，与第三边相交，中间点与交点的纵坐标之差为素线直线度误差。

④最高点与最低点之差为素线平行度误差。

⑤同理，用作图法求出其余3个测量方向的素线直线度与素线平行度误差。

⑥分别取4个测量方向的素线直线度与素线平行度误差的最大值作为零件的素线直线度与素线平行度误差。

（11）合格性判断

按轴的极限尺寸、素线直线度与素线平行度公差作出合格性结论（即判断是否合格）。

（12）思考题

①用立式光学计测量轴径属于什么测量方法？绝对测量与相对测量各有何特点？

②仪器的测量范围和刻度尺的示值范围有何不同？