电子课件-《机修钳工实训(高级模块)》-A02-2052-3-1-1光学测量仪器的使用

1、一、光学平直仪子课题1 光学测量仪器的使用 光学平直仪也叫自准直仪，如图311所示。 1用途 光学平直仪在机床制造和修理中，用来检查床身导轨在水平面内和垂直面内的直线度误差，并可检查检验用平板的平面度误差。 2组成 光学平直仪由平行光管、测微机构和读数放大镜组成的本体及体外平面反射镜组合而成。 图311 HYQ03光学平直仪 a) 外形 b) 系统结构原理1体外反射镜 2物镜 3、13体内反射镜 4立方棱镜 5固定分划板 6目镜组 7活动分划板 8测微螺杆 9测微鼓轮 10透明十字线分划板 11绿色滤光片 12光源 3工作原理 （1）光源12发出的光的传播路径活动分划板7的正中央有一条长刻线，

2、如图312所示。图312 光学平直仪目镜视场 （2）观测 当体外反射镜1严格垂直于物镜2的光轴时，目镜视场如图312a所示；假如体外反射镜1对物镜2的光轴垂面有微小倾角，如图312b所示。偏离量t依据自准直原理可求得，即： t=f tan2 当很小时，t2f 仪器的物镜焦距f=400mm，测微螺杆8的螺距和固定分划板5上的刻线分度间隔均为0.4mm。这就是说，测微螺杆8转一圈，活动分划板7上的长刻线就在固定分划板5的刻度上移动1格，其对应反射镜的倾角为： 测微鼓轮9上有100格圆周刻度，故其每格代表反射镜的倾角，即： 当从目镜视场中观测出十字线像偏离刻度“10”时，可转动测微鼓轮9，使活动分划

3、板上的长刻线夹在十字像的正中央，如图312c所示。十字像的偏离量就可以从目镜视场中的刻度（每格0.5/1000rad）和测微鼓轮9的圆周刻度（每格0.005/1000rad）读出。二、光学计 光学计是光学量仪中最常用的一种，也称为光学比较仪。 1用途 光学计主要用于比较测量，具体应用如下： （1）测量零件的外径和长度尺寸。 （2）测量外螺纹的中径（必须使用三针附件）。 （3）将光学计管装在其他设备上，用于精密调整，检验和控制尺寸。 （4）作为长度量值传递仪器，用来检定5等、6等量块及量规等。 2组成 以立式光学计为例进行介绍，如图313所示。 （1）底座1 （2）立柱5 （3）横臂3 （4）光

4、学计管9 （5）工作台12图313 立式光学计1底座 2粗调螺母 3横臂 4、8锁紧螺钉 5立柱 6微调螺钉 7偏心手轮 9光学计管 10测杆提升器 11测杆 12工作台 13工作台调节螺钉（4个） 3光学计管的光学系统和正切杠杆机构 光学计管的光学系统的正切杠杆机构如图314所示。 4工作原理 光学计管主要采用两个原理进行工作，即自准直原理和机械正切杠杆原则，如图315所示。 （1）自准直原理 依前述的自准直原理得出： t=f tan2 式中：t像的偏离距离； 反射镜的反射平面与光轴间的倾角。图314 光学计管的光学系统和正切杠杆机构1进光反射镜 2、12全反射棱镜 3目镜 4分划板 5刻度

5、尺成像面 6刻度尺 7微调旋钮8测帽 9测杆 10平面反光镜 11物镜图315 光学计管的工作原理1目镜 2反射棱镜 3分划板 4物镜 5平面反射镜 6测杆 （2）机械正切杠杆原理 如图315a所示，杠杆正切原理，其关系式如下： =atan 像的移动量t与测杆的水平移动量S的比值称为光学杠杆放大比，用K表示，即： 若光学计管物镜4的焦距f=203.5mm，臂长a=5.089mm，则光学杠杆放大比为： 就是说测杆移动1m时，像就移动80m。 （3）观测出像的移动量t 光学计管采用了阿贝型自准直光路，如图315b所示。 1）分划板3的构造。 2）阿贝型自准直光路。如图315b所示。三、卧式测长仪

6、1用途 卧式测长仪主要用于测量平行平面的长度、球和圆柱体的直径等。若配以附件，还可测量孔的直径、螺纹的中径和螺距等。 2组成 卧式测长仪主要由测座、尾座、万能工作台和底座等组成，其外形如图316所示。其具体结构如下：图316 卧式测长仪1测微目镜 2测座 3测量主轴 4万能工作台 5摆动手柄 6尾管 7尾座 8底座 9扳动手柄 10微分筒 11手轮 （1）测座2和尾座7安装在底座8的导轨上且可左右滑动，以适应被测零件的长度。 （2）万能工作台4也安装在底座8上。为了适应被测件的安装和调整，它具有以下五种运动： 1）转动手轮11，可使它上下移动。 2）转动微分筒10，可使它横向移动。 3）操作摆

7、动手柄5，可使它左右摆动3。 4）操作扳动手柄9，可使它水平转动4。 5）它还可以沿测量轴轴线方向左右移动5mm。 （3）测座2由测量主轴3、微动装置和读数显微镜等组成，其中测量主轴3的轴线位置上装有精密玻璃刻度尺，能和测量主轴3同步移动。 （4）尾管6装在尾座7上，其尾部的螺旋机构能使测头作轴向移动，以便对零或定位。侧面的螺钉可调整测头与测量主轴3同轴。 3工作原理 （1）光源10发出的光的传播路径 如图317a所示。 （2）读数方法 如图317b、c所示。图317 JD5型测长仪的光路系统a）光路系统 b）对准零位 c）所测长度的示值1目镜 2螺旋线分划板 3固定分划尺 4光阑 5物镜 6

8、精密玻璃刻度尺 7反射镜 8聚光镜 9滤色片 10光源四、经纬仪 1用途 经纬仪是用于测量角度和分度的高精度光学仪器。 2组成 经纬仪的外形如图318所示，其结构主要由照准、水平度盘、基座三部分组成。 （1）照准部分 本部分主要由七部分组成： 1）望远镜。 2）横轴。 3）竖直度盘。 4）读数显微镜。 5）支架。图318 DJ2 型经纬仪1望远镜物镜 2望远镜调焦手轮 3读数显微镜目镜 4望远镜目镜 5水准器 6照准部制动手轮 7望远镜制动手轮 8光学瞄准器 9竖直度盘 10测微手轮 11读数显微镜镜管 12支架 13换像手轮 14望远镜微动手轮 15水平度盘部分16照准部微动手轮17换盘手轮

9、护盖 18换盘手轮 19脚螺旋 20三角基座底板 21竖直度盘照明反光镜 22水平度盘照明反光镜 23基座 24三角基座制动手轮 25固紧螺母 6）水准器。 7）照准部转轴。 （2）水平度盘部分 本部分主要由五部分组成： 1）水平度盘。 2）轴套。 3）度盘旋转轴。 4）复侧盘。 5）换盘手轮。 （3）基座部分 本部分主要由四部分组成。 1）基座。它用于支承仪器。 2）基座底板。 3）脚螺旋。它用于整平仪器。 4）制动手轮。 3工作原理 （1）经纬仪的光学系统（图319） 1）望远镜光路传递。 望远镜的构成： 物镜6。 调焦镜9。 分划板10。 目镜组12。 2）水平度盘光路传递。 3）竖直度

10、盘光路传递。 4）对点器光路传递。图319 DJ6 型经纬仪光学系统1保护玻璃 2光学对点器物镜 3光学对点器转像棱镜 4光学对点器目镜组 5光学对点器分划板 6望远镜物镜 7读数系统转像棱镜 8转像透镜 9望远镜调焦镜 10望远镜分划板 11读数显微目镜组 12望远镜目镜组（DJ6E在9和12间增加一组正像棱镜） 13竖直度盘 14读数窗 15、18竖直度盘转像棱镜 16水平度盘转像棱镜 17竖直度盘显微物镜组 19度盘照明窗 20度盘照明反光镜 21竖直度盘照明棱镜 22水平度盘照明棱镜23水平度盘显微物镜组 24水平聚光镜 25水平度盘 26水平度盘反光棱镜（2）经纬仪的读数方法 1）读

11、数显微镜视场构造（图3110）。图3110 DJ2型经纬仪的度盘视场 2）读数方法。转动测微手轮，使对径分划线精确重合后读数，如图3110b所示。图中读数为： 74+105+7+101+4.4=7457 14.4 注意： 对径分划线不重合时不能读数，如图3110a所示。 DJ2型光学经纬仪的读数显微镜视窗中只有一个度盘的影像，故若要读取另一个度盘的角度数值，需要用换盘手轮转换，使读数显微镜视窗中显示出该度盘的影像后，方可读数。五、投影仪 投影仪是利用光学元件将被测零件的外形放大并投影屏上显示出影像，然后进行测量或检验的光学仪器。 1用途 投影仪用来测量复杂形状和细小零件的轮廓形状及有关尺寸，如

12、成形刀具、凸轮、样板、量规等。 2组成 投影仪外形如图3111所示。投影仪主要由以下几部分组成：图3111 图3111 500投影仪1投影屏 2中壳体 3工作台 4升降架 5底座 6透射聚光镜 7横向测微手轮 8横向微动手轮 9横向锁紧手轮 10纵向锁紧手轮 11纵向微动手轮 12纵向测微手轮 （1）投影屏1 （2）中壳体2 （3）工作台3 如图3112所示，其读数为56.72。 （4）底座5 （5）光学系统 图3112 投影仪工作台读数装置视场 3工作原理（光学系统） 投影仪的光学系统如图3113所示。其照明系统有如下两套，两者既可同时使用，又可单独使用。图3113 投影仪的光学系统1投影屏

13、 2、3反射镜 4物镜 5半透膜反射镜 6载物玻璃板7透射聚光镜 8透射光源 9反射聚光镜10反射光源 （1）透射照明系统 1）用途。用于测量零件的轮廓形状或尺寸。 2）透射光源8发出的光的传播路径。 （2）反射照明系统 1）用途。用于测量零件表面的形状或尺寸。 2）反射光源发出的光的传播路径。 注意：当仅用透射照明时，应将半透膜反射镜5拆下。 只有在用作反射照明或反射照明、透射照明同时用时才装上半透膜反射镜5。六、光切显微镜 1用途 光切显微镜是采用非接触法测量表面粗糙度的光学仪器。其被测量材料可以是金属、木材、纸张、塑料等。 2组成 9J型光切显微镜的外形如图3114所示，其主要组成如下：

14、 （1）基座11 （2）立柱10 （3）壳体3 （4）横臂6图3114 9J型光切显微镜1可换物镜组 2手柄 3壳体 4测微目镜 5照明灯 6横臂 7、18旋手 8微调手轮 9、14手轮 10立柱 11基座 12防尘盖 13测微鼓轮 15V形块 16坐标工作台 17测微手轮 （5）坐标工作台16 （6）测微鼓轮13 39J型光切显微镜的光学系统 9J型光切显微镜的光学系统如图3115所示。图3115 9J型光切显微镜光学系统1物镜 2反射镜 3辅助物镜 4可动反射镜5测微目镜6分划板 7摄影物镜 8转向棱镜 9光源 10滤光片11聚光镜12狭缝光阑13平行平板 15、16辅助物镜 17物镜 从

15、测微目镜5中可以看到放大了的光带像，其视场如图3116所示。图3116 测微目镜视场和结构 4工作原理 光切显微镜是以光带切割零件表面来观察和测量表面微小峰谷轮廓的，具体工作原理如图3117所示。图3117 光切显微镜的工作原理1光源 2聚光镜 3狭缝 4、5物镜 6分划板 7目镜 当物面最清晰时，即照明光轴和观察光轴均与被测表面的法线成45夹角时，就可计算被测表面轮廓的峰顶与谷底的高度h，即： 式中：七、干涉显微镜 1用途 干涉显微镜是利用光波干涉原理，把具有微观不平的被测表面与标准光学镜面相比较，以光的波长为基准来测量零件的表面粗糙度。其测量范围：Ra=0.050.8m的微观不平度十点高度

16、，还可测量轮廓最大高度Rz值。 2组成 干涉显微镜的外形如图3118所示。干涉显微镜主体为一方形箱体，其主要组成如下： （1）主体顶部 在主体顶部装有工作台1，用来放置被测件。 1）工作台1的旋转和纵向、横向移动通过转动位移滚轮12实现。 图3118 干涉显微镜1工作台 2目镜 3照相与测量选择手轮 4照相机5照相机锁紧螺钉6孔径光阑手轮 7滤光片移动手轮 8光源 9干涉条纹宽度调节手轮10调焦手轮 11光程调节手轮 12工作台位移滚轮 13工作台升降滚轮 14物镜套筒 15遮光板手轮 16方向调节手轮 2）工作台1的上、下移动通过转动升降滚轮13实现，用于调焦。 （2）主体内部（图3119）

17、 1）上部。装有被测件物镜11、补偿板10。 2）中部。装有分光镜9，在其两边分别装有遮光板15、可调反射镜16。 3）下部。装有聚光镜8、视场光阑7、孔径光阑6和折射镜5等。图3119 干涉显微镜的光学系统1光源 2、4、8聚光镜 3滤光片 5折射镜6孔径光阑 7视场光阑 9分光镜 10补偿板 11物镜 12被测表面13标准参考镜14物镜组 15遮光板 16可调反光镜 17折射镜18照相物镜19照相底片 20棱镜 21目镜 （3）主体外部 装有目镜2、干涉头、照相机4、照明系统及各种调节手轮。 1）干涉头。其内装有标准参考镜13和物镜组14（图3119），调焦用调焦手轮10，调节光程用光程调

18、节手轮11（图3118）。 2）目镜。其内装有棱镜20和目镜21（图3119），外部有测微鼓轮。 3）照明系统。其内装有光源1和聚光镜2等（图3119），光源可作径向和轴向移动，目的是为了看到清晰的灯丝像。 3工作原理 干涉显微镜的光学系统如图3119所示。 （1）光源1发出的光的传播路径说明如下： 1）滤光片3可移入和移出光路。移入后，光线经其过滤便形成单色光，有利于寻找干涉条纹，从而提高测量精度。 2）可调反光镜16可移动，图3119所示位置可用于拍照；若移到虚线位置，可用于观察和测量。 （2）比较、计算 1）若干涉条纹为等距离平行直纹（图3120a），则被测件表面为理想平面。 图3120

19、 目镜视场中的干涉条纹 若干涉条纹呈弯曲条纹（图3120b），则被测件表面存在微观平面度。此时，峰顶至谷低的高度Yi可按如下公式求得： Yi = hi/bi /2 式中： hi干涉条纹的弯曲度，可测出； bi 干涉条纹的间隔宽度，可测出； 光波波长（自然光，m），其中，自然光（白光）=0.66m；绿色单光=0.509m；红色单光=0.644m。八、工具显微镜 1用途 工具显微镜用影像法和轴切法两种方法进行测量。其测量范围横向为200mm，纵向为100mm。测量精度可达到0.5m或0.2m。 2组成 以19JA型万能工具显微镜为例进行介绍，其外形如图3121所示。 （1）底座15 （2）纵向滑台18 （3）横向滑台11图3121 19JA型万能工具显微镜1横向投影读数器 2纵向投影读数器 3调零手轮 4物镜 5测角目镜 6立柱 7臂架 8反射照明器 9、10、16手轮 11横向滑台 12仪器调平螺钉13手柄14横向微动装置鼓轮 15底座 17纵向微动 装置鼓轮 18纵向滑台 19紧固螺钉 20玻璃刻度尺 21读数器鼓轮 （4）主显微镜（4、5等） （5）纵、横向投影读数器（1和2） 如图3122所示，在其投影屏上有11个光缝，其相邻间隔为0.1mm，故示值范围为1mm。图3122所示的读数值为53.764mm。 欲将读数器的读数