在立式光學(xué)計(jì)上用比較法測(cè)量外徑

在立式光學(xué)計(jì)上用比較法測(cè)量外徑摘要：本文對(duì)立式光學(xué)計(jì)的測(cè)量原理進(jìn)行分析，并認(rèn)真研究了其主要部件光學(xué)測(cè)量系統(tǒng)的光學(xué)結(jié)構(gòu)，從而能準(zhǔn)確、快速測(cè)量被測(cè)零件。測(cè)量準(zhǔn)確可靠而廣泛應(yīng)用于計(jì)量部門和企事業(yè)單位。立式光學(xué)計(jì)的結(jié)構(gòu)有投影式和反光式兩種，立式光學(xué)計(jì)的標(biāo)稱范圍僅為(-0.1~+0.1)mm,立式光學(xué)計(jì)是一種性能穩(wěn)定，精度較高，結(jié)構(gòu)簡單的通用光學(xué)量儀。它可對(duì)五等量塊、量棒、鋼球、線形及平面精密量具和零件的外型尺寸作精密測(cè)量。還可以把光管取下裝在機(jī)床上，利用量塊作標(biāo)準(zhǔn)控制精密加工尺寸之用。立式光學(xué)計(jì)是高精度光學(xué)儀器，要求使用環(huán)境無灰塵、無振動(dòng)、無腐蝕性氣體等，室溫一般要求20±3)°C，濕度不大于75%RH，儀器要放置在平穩(wěn)的工作臺(tái)上。關(guān)鍵詞：測(cè)量原理儀器結(jié)構(gòu)測(cè)量步驟注意事項(xiàng)一、立式光學(xué)計(jì)相關(guān)知識(shí)1、 立式光學(xué)計(jì)主要技術(shù)指標(biāo)分度值：0.001mm 標(biāo)尺示值范圍：土0.1mm儀器測(cè)量范圍0—180mm二、立式光學(xué)計(jì)的測(cè)量原理及結(jié)構(gòu)1、儀器的結(jié)構(gòu)圖1為立時(shí)光學(xué)計(jì)的外形圖。它由底座1、立柱5、支臂3、直角光管6和工作臺(tái)11等幾部分組成。2、 測(cè)量原理——光學(xué)杠桿原理立式光學(xué)計(jì)是一種精度較高而結(jié)構(gòu)簡單的常用光學(xué)量儀。用量塊作為長度基準(zhǔn)，按比較測(cè)量法來測(cè)量各種工件的外尺寸。光學(xué)計(jì)是利用光學(xué)杠桿放大原理進(jìn)行測(cè)量的儀器，其光學(xué)系統(tǒng)如圖2b所示。照明光線經(jīng)反射鏡1照射到刻度尺8上,再經(jīng)直角棱鏡2、物鏡3，照射到反射鏡4上。由于刻度尺8位于物鏡3的焦平面上，故從刻度尺8上發(fā)出的光線經(jīng)物鏡3后成為一平行光束，若反射鏡4與物鏡3之間相互平行，則反射光線折回到焦平面，刻度尺象7與刻度

尺8對(duì)稱。若被測(cè)尺寸變動(dòng)f=200mm，圖一使測(cè)桿5推動(dòng)反射鏡4饒支點(diǎn)轉(zhuǎn)動(dòng)某一角度a（圖2a）,則反射光線相對(duì)于入射光線偏轉(zhuǎn)2a角度，從而使刻度尺象7產(chǎn)生位移t（圖2c）,它代表被測(cè)尺寸的變動(dòng)量。物鏡至刻度尺8間的距離為物鏡焦距f,設(shè)b為測(cè)桿中心至反射鏡支點(diǎn)間的距離，sf=200mm，圖一Ktfg2as btga當(dāng)光學(xué)計(jì)的目鏡放大倍數(shù)為12，b=5mm，故儀器的總放大倍數(shù)n為:=12x2x2005當(dāng)光學(xué)計(jì)的目鏡放大倍數(shù)為12，b=5mm，故儀器的總放大倍數(shù)n為:=12x2x2005=960由此說明，當(dāng)測(cè)桿移動(dòng)0.001mm時(shí)，則標(biāo)尺的像移動(dòng)0.96mm的位移量。由于人眼通過目鏡觀察到的標(biāo)尺像的刻度間距剛好為0.96mm。所以光學(xué)計(jì)的分度值i=0.001mm。三、立式光學(xué)計(jì)的精度分析儀器誤差的客觀存在性決定儀器的精度，無論儀器精度有多高，總存在誤差。找出產(chǎn)生誤差的根源和規(guī)律，分析誤差對(duì)儀器設(shè)備的精度的影響，以便合理的選擇方案、設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)，確定參數(shù)和設(shè)置必要的精度調(diào)整和補(bǔ)償環(huán)節(jié)，從而在保證經(jīng)濟(jì)性的基礎(chǔ)上達(dá)到理想的精度。可見精度分析是儀器設(shè)計(jì)中重要一環(huán)，通常貫穿于儀器設(shè)計(jì)制造和使用的全過程。1、精度分析精度分析：既指儀器各個(gè)零部件誤差的合成，也指儀器設(shè)計(jì)中公差的分配和主要條件的制定，甚至包括考慮為進(jìn)一步減小儀器誤差而需要采取的技術(shù)措施。如誤差的調(diào)整方法，補(bǔ)償件的設(shè)計(jì)。從設(shè)計(jì)角度看，儀器設(shè)計(jì)也包括精度的設(shè)計(jì)，即需要合理地確定儀器各個(gè)部件乃至零件的精度要求，因此精度分析的各項(xiàng)工作內(nèi)容是相互聯(lián)系的。儀器誤差：儀器本身所固有的誤差。在儀器制成后，在規(guī)定的使用條件下儀器誤差就基本固定了。儀器測(cè)量誤差：既包括儀器誤差，由包括儀器使用和運(yùn)行時(shí)，因?yàn)橐恍┦褂玫沫h(huán)境條件、測(cè)量方法以及測(cè)量人員主觀因素的等各項(xiàng)原因造成的綜合誤差，它以測(cè)量結(jié)果與被測(cè)量值的偏差值來表示。2、儀器誤差產(chǎn)生的原因在儀器的設(shè)計(jì)、制造和使用的各個(gè)階段可能產(chǎn)生誤差，分別稱為原理誤差制造誤差和運(yùn)行誤差。從數(shù)學(xué)特性來看。原理誤差多為系統(tǒng)誤差、而制造誤差和運(yùn)行誤差多為隨機(jī)誤差。2.1、原理誤差儀器設(shè)計(jì)中采用了近似的理論、近似的數(shù)學(xué)模型、近似的機(jī)構(gòu)和近似的測(cè)量控制電路所造成的。原理誤差只與儀器的設(shè)計(jì)有關(guān)，與制造和使用無關(guān)，下面詳細(xì)講述原理誤差產(chǎn)生的原因（主要3點(diǎn)）2.1.1、把儀器實(shí)際的非線性特性近似為線性，并采用線性的技術(shù)處理非線性特性，引起原理誤差。2.1.2、數(shù)據(jù)處理方式上的近似所帶來的誤差和數(shù)值舍位代來的誤差。2.1.3、儀器結(jié)構(gòu)存在原理誤差。如：正切、正弦機(jī)構(gòu)，傳動(dòng)方程為非線性而用線性方程處理時(shí)，產(chǎn)生誤差。采用簡單機(jī)構(gòu)代替復(fù)雜機(jī)構(gòu)，或用一個(gè)主動(dòng)件的簡單機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)多元函數(shù)的作用方程，產(chǎn)生機(jī)構(gòu)原理誤差。2.2、制造誤差制造誤差是指儀器的零件、元件、部件和其他各個(gè)環(huán)節(jié)在尺寸、形狀、相互位置以及其他參量等方面的制造及裝調(diào)的不完善所引起的誤差。舉例：由于內(nèi)外尺寸的配合間隙，對(duì)直線運(yùn)動(dòng)造成歪斜誤差．對(duì)回轉(zhuǎn)起動(dòng)造成徑向跳動(dòng)誤差?！?在設(shè)計(jì)過程中對(duì)制造誤差進(jìn)行控制的方法：（1）合理地分配誤差和確定制造公差（2）正確應(yīng)用儀器設(shè)計(jì)原理和設(shè)計(jì)原則（3）合理地確定儀器的結(jié)構(gòu)參數(shù)（4）合理的結(jié)構(gòu)工藝性（5）設(shè)置適當(dāng)?shù)恼{(diào)整和補(bǔ)償環(huán)節(jié)2.3、減小或消除原理誤差影響的方法：（1）采用更為精確的、符合實(shí)際的理論和公式進(jìn)行設(shè)計(jì)和參數(shù)計(jì)算。（2）研究原理誤差的規(guī)律，采取技術(shù)措施避免原理誤差。（3）采用誤差補(bǔ)償措施。原理誤差產(chǎn)生于儀器設(shè)計(jì)的過程－－固有誤差，系統(tǒng)誤差原理誤差使儀器精度下降，設(shè)計(jì)儀器時(shí)首先考慮原理誤差，采用不同方法減小或消除其對(duì)儀器精度的影響。分析原理誤差的途徑：將儀器各個(gè)組成環(huán)節(jié)之間的實(shí)際關(guān)系與設(shè)計(jì)、計(jì)算時(shí)采用的理論關(guān)系進(jìn)行比較，如有差異則存在原理誤差。3、微差比較測(cè)量法測(cè)量誤差分析任何測(cè)量都存在測(cè)量誤差，量塊中心長度測(cè)量由于各方面的條件不夠理想，往往會(huì)有很多誤差影響測(cè)量的最后結(jié)果，現(xiàn)以量塊測(cè)量中的微差比較測(cè)量法為例，說明量塊中心長度測(cè)量時(shí)的誤差來源以及測(cè)量方法。3.1主要誤差來源微差比較測(cè)量法測(cè)量量塊中心的長度，是將被檢量塊與標(biāo)準(zhǔn)量塊進(jìn)行比較，通過比較用儀器讀出兩者之差，經(jīng)過計(jì)算求出被檢量塊的中心長度尺寸。由此可以看出，用微差比較法檢定量塊中心長度時(shí)，主要誤差來源于標(biāo)準(zhǔn)量塊中心長度的檢定誤差、比較儀器的誤差、被檢量塊長度變動(dòng)量引起的對(duì)中誤差，測(cè)量溫度影響帶來的誤差以及量塊受力變形、量塊安放位置等帶來的測(cè)量誤差。下面分析幾項(xiàng)主要的誤差來源。標(biāo)準(zhǔn)量塊中心長度測(cè)量誤差61微差比較法測(cè)量量塊中心長度，標(biāo)準(zhǔn)量塊的中心長度測(cè)量誤差直接影響到被測(cè)量塊的測(cè)量誤差。一般標(biāo)準(zhǔn)量塊測(cè)量誤差以其測(cè)量不確定度來表示。儀器誤差62微差比較測(cè)量時(shí)，比較用儀器的誤差直接影響到被測(cè)量塊與標(biāo)準(zhǔn)量塊中心長度差值的測(cè)得，是量塊中心長度測(cè)量時(shí)一項(xiàng)主要誤差來源。儀器誤差可以從有關(guān)說明書中查到。溫度誤差63大多數(shù)相比較的量塊熱膨脹系數(shù)是相近的，即a=as。為化簡測(cè)量和計(jì)算，量塊的溫度ts和t也不做精確測(cè)量，而是通過恒溫等措施使ts二t,并使Ats=At控制在一定范圍以內(nèi)才開始測(cè)量。被檢量塊中心長度用公式：L二Ls+AL表示。由于被檢量塊長度變動(dòng)量允許偏差而引起的測(cè)量誤差64

中不準(zhǔn)而引起中心長度測(cè)量誤差實(shí)際測(cè)量時(shí)，測(cè)帽頂點(diǎn)對(duì)量塊中心有一定偏差接觸變形誤差％在量塊測(cè)量中，球形測(cè)帽頂點(diǎn)對(duì)準(zhǔn)量塊平面，由于測(cè)量力的作用，會(huì)產(chǎn)生接觸變形。四、測(cè)量步驟1、 接通電源2、 測(cè)頭的選擇：測(cè)頭有球形、平面形和刀口形三種，根據(jù)被測(cè)零件表面的幾何形狀來選擇，使測(cè)頭與被測(cè)表面盡量滿足點(diǎn)接觸。所以，測(cè)量平面或圓柱面工件時(shí)，選用球形測(cè)頭。測(cè)量球面工件時(shí)，選用平面形測(cè)頭。測(cè)量小于10mm的圓柱面工件時(shí)，選用刀口形測(cè)頭。(b)圖2圖33、選取工作臺(tái)——帶勁工作臺(tái)（立式立式光學(xué)計(jì)配有兩個(gè)工作臺(tái)，即：帶勁工作臺(tái)用于檢定量塊，而平面工作臺(tái)適用于測(cè)量球類和軸類零件），并調(diào)整工作臺(tái)的正確位置。4、將清洗干凈并通過規(guī)定時(shí)間等溫的標(biāo)準(zhǔn)量塊和被測(cè)工件置于儀器工作臺(tái)上。5、 調(diào)整儀器零位（1）參看圖1，選好量塊組后，將測(cè)量面置于工作臺(tái)11的中央，并使測(cè)頭10對(duì)準(zhǔn)上測(cè)量面中央。（2）粗調(diào)節(jié)：松開支臂緊固螺釘4，轉(zhuǎn)動(dòng)調(diào)節(jié)螺母2，使支臂3緩慢下降，直到測(cè)頭與量塊上測(cè)量面輕微接觸，并能在視場(chǎng)中看到刻度尺象時(shí)，將螺釘4鎖緊。（3）細(xì)調(diào)節(jié)：松開緊固螺釘8，轉(zhuǎn)動(dòng)調(diào)節(jié)凸輪7，直至在目鏡中觀察到刻度尺象與P指示線接近為止（圖3a）。然后擰緊螺釘8。（4）微調(diào)節(jié)：轉(zhuǎn)動(dòng)刻度尺寸微調(diào)螺釘6（圖2b）,使刻度尺的零線影象與P指示線重合（圖3b）。然后壓下測(cè)頭提升杠桿9數(shù)次，使零位穩(wěn)定。⑤檢查示值按動(dòng)撥叉三次，若零線影象變動(dòng)不超過1/10格，則表示光學(xué)比較儀的示值穩(wěn)定可用（5）將測(cè)頭抬起，取下量塊。6、按圖1-4分別測(cè)量塞規(guī)上六個(gè)部位處的直徑。測(cè)量時(shí)，將被測(cè)塞規(guī)按在工作臺(tái)上，在測(cè)頭下慢慢滾過，讀出刻線象偏離指示線的最大值（估讀1/10格），即為被測(cè)塞規(guī)的實(shí)際偏差。五、測(cè)量注意事項(xiàng)：①測(cè)量前應(yīng)先擦凈零件表面及儀器工作臺(tái)。操作要小心，不得有任何碰憧，調(diào)整時(shí)觀察指針位置，不應(yīng)超出標(biāo)尺示值范圍。不要隨意轉(zhuǎn)動(dòng)固定量儀測(cè)量部件（如懸臂）的鎖緊螺釘、手柄,以防測(cè)量部件落下砸壞儀器。使用量塊時(shí)要正確推合，防止劃傷量塊測(cè)量面。取拿量塊時(shí)最好用竹攝子夾持，避免用手直接接觸量塊，以減少手溫對(duì)測(cè)量精度的影晌。注意保護(hù)量塊工作面，禁止量塊碰撞或掉落地上。量塊用后，