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1、计量仪器与检测,计 量 仪 器 与 检 测,第 三 章 光 学 计,学习目标：,1、明确光学计的分类与用途；,2、熟悉光学计管的工作原理及其光学系统；,3、了解立式光学计的基本结构，并在此基础上,了解影屏式和数字式立式光学计的工作原理；,4、结合实训，掌握立式光学计的调整与使用。,计 量 仪 器 与 检 测,第 一 节 概 述,一、仪器分类,同：两者所用的光学计管完全相同，都能测量外尺寸异：卧式光学计除能测量外尺寸外，还能测量内尺寸,目前卧式光学计大多已为万能测长仪所取代，因此本章只介绍立式光学计,立式光学计卧式光学计,两者的异同：,计 量 仪 器 与 检 测,二、仪器用途,立式光学计主要用于
2、微差比较测量，是使工件与量块相比较测量它们之间的微差尺寸，故又称立式光学比较仪,测量工件外径和高度尺寸，使用附件还可测量外螺纹中径，其测量精度比较高，可作为长度量值传递仪器，用来检定5等和6等量块及量规等。,计 量 仪 器 与 检 测,第二节 光学计管的工作原理,光学计管是光学计核心部件,计 量 仪 器 与 检 测,由图可知:,一、应用自准直原理,自准直原理在第二章节中已有详细叙述，在光学计管中的应用如图所示,计 量 仪 器 与 检 测,测杆N的移动量S 与平面反射镜P的摆动 角的关系是正切关系,在图中:,二、正切杠杆机构,正切杠杆机构在光学计管中的应用,计 量 仪 器 与 检 测,t与S的比
3、值就是光学计管 除目镜外的放大倍数，称为光 学杠杆放大比，用K表示：,三、光学计管的工作原理,图3-1（b）,光学杠杆放大比:,一般光学计管的物镜焦距约为200mm，臂长为5mm，代入上式得 K2200/5=80 倍,计 量 仪 器 与 检 测,将目标O做成刻度尺形式，刻度尺的分度值是1m,分度间隔为:。,三、光学计管的工作原理,刻度尺共有100个分度，故光学计管的示值范围为 0.1mm。目镜的放大倍数为12倍，这样光学计管总放大倍数为12K=960倍，所以光学计的目视分度间隔为0.96mm1 mm,计 量 仪 器 与 检 测,第三节 光学计的光学系统,为了使刻度尺和刻度尺像不会重叠在一起，能
4、够看清刻尺上的刻度，因此必须做成如图32形式,一、自准直系统,在图3-2（a）中：,由于平面反射镜只能绕垂直于刻度尺的轴线摆动；因此距离 b 是不会改变的，而刻度尺的像则可相对于指标线在移动。见图3-2（a）,1-目镜；2转向棱镜；3分划板；4物镜；5平面反射镜,图3-2 光学计管中自准直原理,计 量 仪 器 与 检 测,二、仪器光学系统,1-进光反射镜；2-全反射棱镜；3-分划板；4-刻度尺；5-全反射棱镜；6-物镜；7-反射镜；8-目镜；9-刻度尺像；10-测杆；11-测帽,刻度尺像9.相对指标线的移动量t 可通过目镜8 读出,图33 光学计管的光学系统,计 量 仪 器 与 检 测,第 四
5、 节 立 式 光 学 结 构,一、仪器外形结构,1-底座；2-粗动螺母；3-横臂；4-螺钉；5-立柱；6-光学计管；7-偏心手轮；8-螺钉；9-测杆提升杠杆；10-测杆；11-工作台；12-微调螺钉,粗 调细 调微 调,图3-4 立式光学计外形,测量时的调整,计 量 仪 器 与 检 测,（一）直角棱镜部分结构,实现精确调零:调节范围约为10格。,光学计管的外径是，它是一个标准尺寸,可以安装在多种仪器的标准孔内使用。,1-机械臂；2-棱镜框；3-滚柱；4-拉力弹簧；5-弹簧圈；6-支柱；7-微调螺钉,图3-7,计 量 仪 器 与 检 测,二、光学计管结构,（二）光学计管下方结构,1-螺钉；2-调
6、整螺钉3-压圈；4、5-螺圈6-测杆；7-导套；8-反射镜,测杆6可在导套7孔中上下移动，向上移动时由螺圈5接触导套7限位，向下移动时由螺圈5接触螺圈4来限位,计 量 仪 器 与 检 测,反射镜8背面用三个钢球支承见图36（a）,其中左侧的两个钢球固定不动,且两球心连线形成反射镜8的转轴,中间一个随测杆一起上下移动，并推动反射镜摆动,由图36（a）可见在反射镜摆动过程中臂长始终保持不变,（二）光学计管下方结构,计 量 仪 器 与 检 测,（三）、可调节工作台结构,为使测量时工作台平面与测量轴线垂直，工作台应能在工作台座上作微小的摆动调整。如图38所示:,1、2-调整螺钉；3-工作台；4-工作台
7、座,计 量 仪 器 与 检 测,第五节 仪 器 的 使 用,一、工作台和测帽的选择,根据工件的形状，应选择与工件接触面尽量小的工作台和测帽,计 量 仪 器 与 检 测,二、工作台平面与测量轴垂直的调整,图 39 测杆与工作台面不垂直,图 3-10 调整的顺序,要 求:示值在各位置上的变化不超过0.3m时为止,计 量 仪 器 与 检 测,三、测量圆柱塞规示例,1、选择好测帽和工作台 2、按被测塞规的尺寸选用和组合量块 3、检查工作台与测杆是否垂直，如不垂直，则要进行调整。4、将量块置于工作上，并使测头 大致对准量块中心。5、精确调整仪器零位.6、按压测帽提升杠杆，取下量块，换上被测件进行测量,计
8、 量 仪 器 与 检 测,四、仪器的主要技术参数,最大测量长度 180mm分度值 0.001mm示值范围 0.1mm测量力 2N示值稳定性 0.1m光学计管示值的最大不准确度 0.25m测量极限误差（式中L-为被测长度，单位为mm）,计 量 仪 器 与 检 测,第六节 影屏式和数显式立式光学计简介,为提高观察效果，提高仪器精度，在原有目镜式立式光学计的基础上，又研制出影屏式和数显式立式光学计 在此对其原理作一简要介绍,计 量 仪 器 与 检 测,一、影屏式立式光学计,原理和参数完全相同区别仅在于读数方式,二、数显式立式光学计,基本原理都相同区别也在于读数方式,光学系统图如图3-12所示：,影屏
9、式和目镜式：,工作原理如图3-13所示：,数显式和目镜式：,计 量 仪 器 与 检 测,1-光源；2-聚光镜；3-滤光片；4-投影箱；5-隔热玻璃；6-刻度尺；7-棱镜；8-物镜；9-反射镜；10-投影物镜；11-棱镜；12-反射镜；13-荧屏；14-放大镜,由光源1 聚光镜2 滤光片3 隔热玻璃5 仪器投影箱4 刻度尺6（6的刻线面在准直物镜8的焦面上、刻划轴线与整个照明系统的光轴偏离2.5mm）被照亮的刻度尺 经棱镜7和准直物镜8后 成平行光射向反射镜9，由9反射后 再经物镜成像在刻划面上光轴的另一侧（为了利用影屏观察，在棱镜7 的右边，设计成一个 的反射面，它使刻度尺的自准直像转向，在投
10、影物镜10的物平面上成像）再经投影物镜放大及棱镜11、反射镜12的反射，把刻度尺像成在影屏13上，影屏上刻着固定的指标线，观察放大镜14把整个影屏再放大，从而提高了观察效果。,图3-12 影屏式光学系统,计 量 仪 器 与 检 测,1-光源；2-聚光镜；3-物镜；4-刻度尺光栅；5-立方直角棱镜；6-平面反射镜；7-指示光栅；8-测杆；9-光电三极管,和目镜式立式光学计相似,放大倍数 K 为：,设:f=100mm,a=6.4mm,K=31.25。采用每毫米40条线的黑白光栅，其节距为0.025mm，与之对应的测杆位移为0.025/31.25=0.0008mm。采用低倍电子8细分 最小示值为 0.1m,图3-13 数显式工作原理,计 量 仪 器 与 检 测,思 考 题 与 习 题,31 试述光学计管的工作原理。,32 简述光学计的光学系统和立式光学计的基本结构。,33 光学计的测杆移动范围是怎样限定的？,34 光学计中的微调是如何实现的？,35 试述立式光学计工作台平面与测量轴垂直的调整方法和步骤。,36 指出影屏式立式光学计与目镜式立式光学计的相同与不同之处。,37 简述数显式立式光学计的工作原理。,38 为什么立式光学计要调整工作台？如何调整？,
