立式光学计检测轴径

一、实验目的

①了解立式光学计的结构及工作原理。

②掌握立式光学计测量轴径的方法。

③掌握由测量结果判断工件合格性的方法。

④加深理解计量器具与测量方法的常用术语。

二、实验设备

JD3型投影立式光学计是一种精度较高、结构简单的精密光学机械长度计量仪器，它是利用标准量块与被测件相比较的方法来测量零件外形的微差尺寸，可以检定五等精度量块和一级精度柱形量规，也可用于对圆柱形、球形等工件的直径或样板工件的厚度以及外螺纹的中径作比较测量。

JD3型投影立式光学计的结构如图11．1所示，主要是由立式光学计管、工作台、立柱、投影灯等部分组成。 投影光学计管是由上端壳体12及下端测量管17两部分组成的，上端壳体12内装有隔热玻璃分划板、反射棱镜、投影物镜、直角棱镜、反光镜、投影屏及放大镜等光学零件，在壳体的右侧上装有调节零位微动螺钉4，转动微动螺钉4可使分划得到一个微小的移动而使投影屏上的刻线像迅速对准零位。 测量管17插入仪器主体横臂7内，测量管内装有准直物镜、平面反光镜及光学杠杆放大系统的测量杆，测帽18装在测量杆上，测量杆上、下移动时，使其上端的钢珠顶起平面反光镜倾斜一个φ角，其平面反光镜与测量杆由两个抗拉弹簧牵制，对被测件有一定的压力。 测量杆的上下升降是借助于测帽提升器9的杠杆作用而实现的。 测帽提升器9上有一个滚花螺钉，可调节其上升的距离，以便将工件方便地推入测帽下端，并靠两个抗拉弹簧的压力使测帽与被测件良好地接触。

投影灯1安装在光学计管顶端的支柱上，并用固定螺钉固紧，其电源线接在“6V15W”的低压变压器上，照明灯的功率是“6V15W”，投影下端装有滤色片组，也可根据需要将滤色片组拧下来获得白光照明。

JD3型投影立式光学计的主要技术参数如下：

仪器的测量范围： 0～180mm 18—测帽；19—6V15W变压器

图11．1 JD3型投影立式光学计结构图

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—横臂固定螺钉；7—横臂；8—微动偏心手轮；9—测帽提升器；10—工作台调整螺钉；11—工作台底盘；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—测量管；

仪器的分度值： 0．001mm

仪器的示值范围： ±0．1mm

仪器的不确定度： ±0．25μm（按仪器的最大示值误差给出）

测量的不确定度： ±（0．5＋L／100）μm（按仪器的总测量误差给出）

三、实验原理

JD3型投影立式光学计的检测原理如图11．2所示。 利用光学杠杆的放大原理，将微小的位移量转换为光学影像的移动。 由白炽灯泡1发出的光线经过聚光镜2和滤色片6，再经过隔热玻璃7照明分划板8的刻线面，再经过反射棱镜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光镜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。 当被测尺寸变动使测杆14推动反射镜13绕其支承点转过某一角度时，则分划板上的标尺像将向后（或向左）移动一相应的距离。 此移动量可在投影屏上读出。

立式光学计检测轴径属于比较法测量，即先根据被测轴的公称尺寸L0，组合量块组作为测量标准量，调整仪器的零位，再在仪器上测量出被测件与基本尺寸的偏差值ΔL，即可求出被测量：

L＝L0＋ΔL式中 L——被测尺寸的测量值；

L0——量块的实际尺寸；

ΔL——量块尺寸和被测尺寸之差。

图11．2 JD3型投影立式光学计的检测原理图

1，15—瓦灯泡；2—聚光镜；3—直角棱镜；4—投影物镜；5—反光镜；6—滤色片；7—隔热玻璃；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—平面反光镜；14—测量杆；15—测帽

四、实验步骤

①根据被测工件形状，正确选择测帽装入测杆中。 测量时被测物体与测帽间的接触面必须最小，即近于点或线接触。 因此在测量平面时，须使用球面测帽，测量柱面时宜采用刀刃形或平面测帽，对球形物体则应采用平面测帽，如图11．3所示。

图11．3 测帽

②选择合适工作台。 立式光学计备有带筋工作台和平面工作台。 选择工作台时应使被测工件与工作台接触面积最小，接近于点或线接触。 测量球径或轴径等具有圆弧表面的零件时选用平面工作台，测量量块或粗糙度数值小的平行平面零件尺寸选用带筋工作台。

③工作台的检查。 测量前工作台的表面质量，台面应清洁、防尘、去毛刺、不应有凸起的碰伤、划痕和锈蚀，台面中心不允许呈凹形。

④按被测尺寸组合量块。 将选好的量块用汽油棉花擦去表面防锈油，并用绒布擦净，用少许压力将两量块工作面相互研合。

⑤将量块组放在工作台上，按量块组尺寸调零。

先粗调：松开支臂紧固螺钉6，旋转粗调节螺母4，直到投影屏10中看到标尺像。 锁紧支臂紧固螺钉6。 再细调：松开光管紧固螺钉17，旋转微动偏心手轮6，从投影屏10中看到零位置指示线，对准零位，锁紧光管紧固螺钉。 拨动几次提升器9，若此时零位指示线仍偏离零位线，则旋转零位微动螺钉4，使零位指示线准确对准零位。

⑥抬起提升杠杆，取出量块，轻轻地将被测件放在工作台上，并在测帽下来回移动，其最高转折点（直径位置）即为测得值。

⑦在靠近轴的两端和轴的中间部位共取3个截面，并在每个截面互相垂直的两个方向上，共测量6次，如图11．4所示。

图11．4 轴径测量位置图

⑧将测量结果填入实验报告用表中，并按是否超出工件设计公差带所限定的最大与最小极限尺寸，判断其合格性。

五、注意事项

①测量前应先擦净零件表面及仪器工作台。

②取拿量块时最好用竹镊子夹持，避免用手直接接触量块，以减少手温对测量精度的影响，避免汗液对量块表面的腐蚀。 注意保护量块工作面，禁止量块碰撞或掉落地上，按要求使用和保养量块。

③仪器调整过程中，操作一定要缓慢，防止测量头与量块的冲撞，损坏仪器光学系统精度和量块精度。

④由于被测件为圆柱体，因此在读数前一定要找到轴径的最大值处进行测量。 在移动被测零件时，严禁前后推动，防止磨损工作台面。

六、思考题

①简述JD3型投影立式光学计的工作原理。

②简述JD3型投影立式光学计测量轴径的步骤。

③使用立式光学计时，选择工作台和测帽的原则是什么？