实验指导书
大庆石油学院
机械设计制造及其自动化教研室
2006 年 9 月
实验一 用立式光学计测量轴径
一、实验目的与要求
1. 了解立式光学计的原理和使用场合。
2 •掌握立式光学计测量微差尺寸方法及量块的使用。
二、立式光学计的原理 立式光学计是应用光学杠杆和自准直原理， 以量块作基
准， 进行比较 测量的光学量仪。其核心部分为r型的测微光管（光学计管）,光学系统（见 图1）工作原理如下：
光线由光源经反射镜 6进入棱镜 7，使分划板的标尺 9 得到照明，光 线透过标尺继续前进，经棱镜 3 反射，折向物镜 2，由于分划板是放置在 物镜的焦点上，所以成为一束平行光入射到反射镜 1 上，由于反射镜正好 对着物镜，因此仍按原路反射回去，
且遵循自准直原理，则标尺的像亦显示在分划板另一半面上，这就是目镜 中看到的标尺。
当测杆移动时，顶动反射镜，使之倾斜一个角度，目镜中的标尺像也 随之移动一个距离， 这个距离与测杆移动距离约以 1000 倍放大， 可以通过 目镜 5 进行读数。
三、实验所需器件
立式光学计、千分尺、量块、被测工件(轴) 、无水乙醇、脱脂棉、 手套等。
四、实验内容
1. 测量轴径 2. 测量轴的直线度误差 3. 测量轴的圆度误差
五、实验方法与步骤(参见图 2、图 3 仪器外形图)
1. 接通变压器 25 输入端 220V 电源，投影灯 23 插在变压器输出端 6V、 30VA插座上，灯亮；
2. 调节进光反射镜 10，拨动提升器 19(拨叉)，观察目镜投影筒 24， 直至出现较清晰的标尺刻度和指示线
4. 组合量块 (1) (2) (3)
组合量块不得超过四块，否则为无效测量； 组合量块尺寸应在粗测工件尺寸土
50卩m之内；
卩;
3. 用千分尺粗测工件尺寸，作为组合量块依据；
使用量块应带手套操作，量块两光面用酒精棉擦干净，叠放在 工作台上。
5. 光学计调零
( 1)松开横臂固定螺旋 4，旋动横臂升降螺圈 3，使横臂下降当测帽 20 刚好接触组合量块时 , 将螺旋 4 固定；
( 2)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 内看到分划线后， 若不清晰再旋转目镜 13调焦， 调节使分划线零位与指示 虚线重合，再将光管固定螺旋 16 旋紧；
( 3)若零位稍有移动，不必再松螺旋 16，可旋动零位调节手轮 14， 归零， 此时拨动提升器 19 几次， 零位不变即可换上工件进行比较测量。 测 量过程上述紧固部分不能再动，并将量块放回盒内；
(4) 注意事项:1 )调零前用微动凸轮托圈固定螺旋 15和光管固定螺 旋 16，将光学计管安放在高低适中位置， 同时使微动手轮 6 上标记点朝上， 零位调节手轮 14 处于中间位，以便调零时有足够调节量； 2)测量时必须 使工作台平面与测量轴垂直； 3)测量时被测物与测帽间接触面， 必须使其 最小，即近于点或线，因此测柱形轴时宜采用刀刃形或平面测帽。
6. 测量：
( 1 )轴径测量工件上选两截面，每截面 0°、 90°各测一次。 （2）直线度测量，工件上同一母线均测四个点。
（ 3）圆度测量，工件上选同一截面，等分 测量完毕，断开 220V 电源。
45°测四个点。
六、实验数据与报告
上述实验过程的相关数据记录在实验数据表中 （见附表 1），经数据处 理形成实验结论，并画出直线度误差和圆度误差的视图和标注。
思考题： 1.此次测量时量块是按“等”使用，还是按“级”使用？它们有
何不同？
2 . 了解刻度值，标尺示值范围，仪器测量范围等概念。
附表1用立式光学计测量轴径实验数据表
年 月 日
1 •被测试件尺寸 试件 号 公称直 径(mm 公差 等级 最大 最大 轴径的极限尺寸 粗测轴径 (mm (mrjn 最小 最小 1 2 2.组合量块 量块组合尺寸 组号 1 2 量块 第一块 第二块 第三块 第四块 (mm 标称尺寸 标称尺寸 3.测量数据及处理 序 测量内容 号 试件1 读数 (卩m 试件2 轴径实际尺寸=量块组合 尺寸+读数(mm 试件1 试件2 I-I 截面 轴 径 1 2 测 量 n-n 截面 1 2 1 直同 线一 度条 测母 量线 2 3 4 1 圆同 度一 测截 量面 2 3 4 轴径实际尺寸变动范围 （mr） 试件1 适用性结论（合格或不合格） 试件2 图 示 直 线 度 误 差 图 示 圆 度 误 差 N h cos 45实验二用光切法显微镜测量表面粗糙度
一、 实验目的和要求
1. 建立对表面粗糙度的感性认识； 2. 了解光切法显微镜的原理和结构；
3. 熟悉用光切法显微镜测量表面粗糙度的方法及操作。
二、 光切法显微镜测量原理
仪器是采用光切法测量被测表面的微观不平度，其工作原理如图（光 学系统图）所示：
仪器外形图
光学系统示意图
由光源发出的光线， 经狭缝形成一条平行光带，以
45°方向投射到被
测表面。由于工件表面粗糙不平，表面的波峰 S点产生反射，波谷在 S'
点产生反射，反射后在与工件成
45°的另一方向，通过显微镜的物镜，它
们各成像在分划板的 a和a'点。在目镜中观察到的即为具有与被测表面 一样的弯曲波形光带。通过目镜的分划板与测微器测出 a点至a'点之间
距离N,被测表面的微观不平度 h即为：
N 2V
V——物镜放大倍数
三、测量方法与步骤
参看仪器的外形
1.估计被测工件表面粗糙度大致级别，依此选择合适的物镜; 测量范围 （不平度平 均高度值） （卩m 0.8 — 1.6 1.6 — 6.3 6.3 — 20 20 — 80 60 X N.A.0.55 * * 30 X N.A.0.40 * * 14 X N.A.0.20 * * 7 X N.A.0.12 * * 510X 260 X 120X 60 X 所需物镜 总放大倍数 物镜组件 与工件的 距离（mm） 0.04 0.2 2.5 9.5 视场 (mm) 0.3 0.6 1.3 2.5 2•仪器接通电源，将被测工件安放在工作台上，其加工纹路应与显微 镜光轴平面平行，即与狭缝像垂直；
3•松开紧固螺钉，转动粗调螺母进行粗调焦，再转动微调手柄进行调 焦，直至光带影像一边缘最清晰为止，锁紧紧固螺钉；
4•松开目镜头座螺钉，将目镜头转动，使视场中的十字坐标线的一根 平行于光带、锁紧螺钉。转动测微套筒的鼓轮，将平行线移到与光带清晰 边缘的最高点（峰顶）对准相切（如图
微鼓上读数。两次读数之差为 a。
a所示），记下测微鼓上的读数。再
（如图b所示），记下测
转动鼓轮将平行线与光带清晰边缘最低点对准相切
(2)
a ( 2) 4 _ a V 2 2V
将式（2）中的N代入式（1）后得
式中：a ——分划板的二次读数差
(3)
为求出不平度平均高度值，要求在工件不同区域测量被测轮廓的五 个最高点（峰）和五个最低点（谷）之间的平均读数差
a。再按式（3）计
算出的h,即不平度平均高度 RZ。然后按标准化参数值查出相应的表面粗 糙度数值。
实验过程数据记录及计算参看附表
2。
四、物镜放大倍数V的确定
由于目镜百分尺转筒的度数与选用的物镜组的放大倍数有关，同时物 镜放大倍数也不够准确，所以要利用仪器备有的标准刻度进行测量。
标准尺的中央圆面上刻有 100个格，总长1毫米，每格为0.01毫米。 测量时首先将标准刻度尺放在仪器的工作台上，调整标准刻度尺刻线清晰 地成象在目镜视场中，并且使其刻线和狭缝象垂直，分划板十字线的运动 方向与狭缝平行。然后将分划板十字线交点对准标准刻度尺的一端，记下 目镜百分尺第一次读数 （如图中交叉实线位置），再把十字线交点移到标准 刻度尺的另一端（图中交叉虚线位置），记下目镜百分尺第二次读数。 V。
此时
测微目镜的二次读数差与标准刻度尺选择段刻度数之比，就是显微镜物镜 的放大倍数
例如：假定标准刻度尺选择线段为 80格，即0.8毫米。在测微目镜中 对此刻线段的读数值为 物镜的放大倍数：
6.4毫米，仪器上安装的物镜组为 14X N.A.0.20时,
6.4 0.8
五、思考题
1.
间有什么区另IJ?
评定表面粗糙度的参数有哪些？ Ra、Rz
附表2:用光切法（双管）显微镜测量表面粗糙度实验数据表
年 月曰 1•估计被测工件表面粗糙度为 Rz = 2.选定所需物镜组为： 3.确定物镜的放大倍数 V= 4.光切法显微镜的测量范围 Rz为 u m到 u m 5.测量记录数据与计算 峰谷高度 峰顶 读数 A（格） 谷底 读数 U = B — A 平均高度 取 样 序 号 n a 1 R = l3i a = ------ n _ z 3 ■ 2V 100 汇10 B（格） （格） (u m （格） 1 2 3 4 5 请按标准化参数值标注出被测工件表面粗糙度测量结果： 实验三 用于涉显微镜测量表面粗糙度
、实验目的与要求
1. 了解干涉法的测量原理
2. 熟悉仪器的使用方法与测量范围
、工作原理
6J 型干涉显微镜光路系统图、外形图如下：
干涉显微镜是干涉仪和显微镜的组合，将被测件和标准光学镜面 相比
较，用光波波长作为尺子来衡量工件表面的微观不平深度，用显 微镜进行高倍放大后再进行观察和测量。 m
仪器的光路原理是： 光源 1 发出的光线经聚光镜 2，滤色片 3，光 栏 4 落在组合棱镜 5 上，棱镜组合处斜面将光线分成两束（又称分光 镜）：一束按原方向射到物镜 9到反射镜S （标准镜面），被Si反射又 回到棱镜上， 再由 5折射经物镜 10到反射镜 11，由 11反射进入目镜。 另一束光线由棱镜 5折射转向物镜6,再射到被测量零件表面 Sa上， 由零件表面反射回来，经棱镜
ii 也进入目镜。
由于两束光到达目镜的路程不同,必定有一个光程差,人为地控
5,物镜10,射到反射镜11，由反射镜
其测量范围Rz为0.02〜0.8
1
制使其光程差为丄■则产生干涉条纹。因工件表面的微观不平度，使
2
干涉条纹呈弯曲状，用目镜百分尺测出干涉带的相对弯曲度，即可确 定表面的微观不平度即表面粗糙度。
三、测量方法
1. 将被测表面放在工作台上，打开灯源预热
相时用橙色光；
3. 转动手柄3，使遮光器移入光路，遮断通向
至见到清晰的加工刀痕为止；
5 •转动手柄3打开通向 Si的光路，可见到干涉条纹。如果干涉条纹 模糊不清。则再细调滚花手轮2,若看不到干涉条纹，需细调参考镜
毫米左右，便可进行测量。
如果被测工件表面加工得很精密， 那么可以得到没有弯曲的直接干涉条纹。 用目测估读法测得不平度平均高度值
Si；
6.转动工作台使干涉条纹与加工纹路垂直，转动手轮4使干涉条纹 宽度为3〜5
Si平面反射镜的光路；
直
4. 转动滚花手轮2,使工作台上下移动， 将物镜与被测表面对焦，
15分钟，使温度均衡；
2. 选定滤色片，选择原则是目测时用白光，要求测量精度高时用绿 色光，照
Rz。具体方法如下图：转动目镜千分
尺，使视场中的十字交叉线的一根与干涉条纹平行，并选择其中一条较清 晰的干涉带五个最高峰的平均线
N，记下第一读数；下移平行线至同一干
涉带五个最低点的平均线 2,记下第二次读数。再将平行线移至与之相邻 的干涉带五个最高峰的平均线Nb，记下第三次读数。此时带 宽：a = N? - N
相邻两干涉带的间距：b=|N3 — N! 贝V： Rz = 1
-
2 b
Clm)
入=0.54卩m
入——单色光的波长。用白光时
实验数据记录及计算结果和标注可参看附表3。
四、思考题
1 .与光切法测量表面粗糙度相比，各有什么特点?
附表3 用干涉显微镜测量表面粗糙度实验数据表
年 月 日
干涉显微镜型号规格 选用单色光的波长 干涉显微镜的测量范围 测量记录数据与计算值 Am Rz为 ， 选用白光时九=0.54Pm 卩m 卩m到 测 量 顺 序 被测干涉条 纹 读数 （格） 计算干涉带宽a和间隔距离b （格） 选疋一条干 涉N1 带五个最 高点平均线 N2 - N | = a = 同一条干涉 带N2 五个最低 点平均线 相邻干涉带 五N3 个最高点 的平均线 表面粗糙度计算值： Rz =—人一— 2 b 按标准化参数值标注被测工件表面粗糙度测量结果：
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