互换性与测量技术实验指导书
主编：唐芬南
湖南工业大学机械工程学院
目 录
实验一：用立式光学比较仪测量轴的直径……………… 1 实验二：用内径指示表测内孔…………………………… 7 实验三：直线度误差测量………………… ………………10 实验四：用双管显微镜测量表面粗糙度……………… …18
1
实验一、用立式光学比较仪测量轴的直径
线性尺寸可以用相对测量法(比较测量法)进行测量。相对测量常用的量仪有机械、光学、电气和气动比较仪等几种，本实验用立式光学比较仪测量外尺寸，用比较仪测量时，先用量块(或标准器)调整量仪示值零位，测量工件所得的示值为被测尺寸相对于量块尺寸的偏差。
一、实验目的
1．了解光学比较仪的结构并熟悉它们的示值零位调整方法和使用方法; 2． 熟悉量块的使用与维护方法。
2
图1-2 光学比较仪系统的光学
二、用立式光学比较仪测量光滑极限塞规
1．量仪说明和测量原理
立式光学比较仪也称立式光学计，是一种精度较高且结构不复杂的光学仪器，用于测量 外尺寸。
图1-1为量仪外形图;量仪主要由底座12、立柱16、横臂14、直角形光管4和工作台10等几部分组成。
量仪的光学系统安装在光管内，光学系统如图1-2所示。光管工作时的测量原理是光学 杠杆放大原理。光线经反射镜6、棱镜7投射到分划板4上的刻度尺9(它在分划板左半面)。分划板位于物镜2的焦平面上。当刻度尺9被照亮后，从刻度尺发出的光束经直角转向棱镜3，物镜2形成平行光束，投射到平面反射镜1上。光束从反射镜1反射回来，在分划板4右半面形成刻度尺9的影象，从目镜5可以观察到该影象和一条固定指示线。刻度尺上有一条零刻线。它的两侧各有100条均布的刻线，这些刻线与零刻线构成200格刻度间距。零刻线位于固定指示线上。
测量时，若反射镜1垂直于物镜2的主光轴，则分划板右半面胸刻度尺影象与其左半面 的刻度尺的上下位置是对称的，即零刻线影象位于固定指示线上。如果反射镜1与物镜2 的主光轴不垂直，则分划板右半面的刻度尺影象就相对于其左半面的刻度尺上下移动。 参看图1-3所示的光学比较仪测量原理图(图中没有画出图1-2中的直角转向棱镜)，从
3
物镜焦平面上的焦点C发出的光线，经物镜后变成一束平行光投射到平面反射镜P上。若平面反射镜P垂直于物镜主光轴，则从反射镜P反射的光束由原光路回到焦点c，象点C'与焦点C重合(即刻度尺影象与刻度尺的上下位置保持对称)。如果被测尺寸变动，使测杆产生微小的直线位移S推动反射镜P绕支点0转动一个角度α,那么反射镜P与物镜主光轴不垂直，反射光束与入射光束间的夹角为2α，从反射镜P反射的光束汇聚于象点C\即刻度尺影象相对于刻度尺在上下方向产生位移)。C\点与C点的距离计算式如下:
l=ftg2α
式中 f一一物镜的焦距；
α——反射镜偏转角度。
而测杆位移S与反射镜偏转角度α的关系为， s=btgα
图1-3．光学比较仪测量原理图
式中 b----测杆到支点0的距离。
这样，刻度尺影象位移l对测杆位移S的比值即为光管放大倍数n计算式如下，
n=lftg2α= sbtgα 因a角很小;取tg2α≈2α,tgα≈α,则 n=2f b光管中物镜的焦距f=200mm,测杆到平面反射镜键支点的距离b=5mm。于是 n=2×200=80 5目镜的放大倍数为12。因此，量仪的放大倍数 K=12n=960
光管中分划板上刻度尺的刻度间距为0,08m，从目镜中看到的刻度尺影象的刻度间 距为d=l2x0,08=0.96mm。因此，量仪的分度值 i=a12×0.08==0.001mm=1um K12×80 从目镜中可以读出刻度尺零刻线影象相对于固定指示线移动的格数，将它乘以量仪的
分度值就是量仪示值。由于零刻线两铡各有100格刻度，因此量仪的示值范围为-100um到+1OOum。
2． 实验步骤
4