精密检测技术实验指导书1

《精密测量技术》实验指导书田朝平编机械学院测控系1实验守则一、实验基本要求1．实验前，必须认真预习实验指导书及教材中的有关内容，熟悉仪器、设备及相关测量器具的工作原则和初步了解操作要求。没有预习实验指导书的学生不得进入实验室。2．实验中对各种数据应会处理，并考虑如何书写实验报告；实验中出现的误差或其它情况应进行分析说明。二、实验须知1．学生应在规定的时间进入实验室。进入实验室后，注意保持实验室清洁和安静。2．需要接电源的仪器，需经教师同意后，方可接上电源。要小心操作，用力适当。3．如发现仪器有故障时，不得擅自拆修，应立即报告指导老师。4．学生应积极动手操作，并独立完成实验和实验报告。5．实验完毕后，将计量器具和被测工件整理好，并认真填写实验数据查后，方可离开实验室。6．在规定的时间内未能完成实验者，须经实验室领导同意，或延长实验时间或另行安排补做时间。2目录一长度基准的测量实验一、用接触式干涉仪测量量块实验二、比长仪测量线纹尺二孔、轴测量实验三、工具显微镜上用灵敏杠杆测量孔实验四、光学比较仪测量轴三形状误差的测量实验五、用圆度仪测量零件的圆度误差实验六、用合像水平仪测量平板平面度误差四齿轮参数测量实验七、用单基圆盘齿形误差测量仪测量齿轮的齿形误差3一长度基准的测量实验一、用接触式干涉仪测量量块一、实验目的1、掌握相对法检定量块的方法；2、熟悉接触式干涉仪的工作原理和使用方法；3、掌握量块中心长度的测量的方法。二、实验设备接触式干涉仪、标准量块（二等量块）、被检量块（三等量块）及附件三、仪器概述（1）结构原理立式接触干涉仪是由干涉管、支架及可换的测量工作台组成如图1－1所示。干涉管是仪器的主要部分，它由测量柱1、干涉箱2和观察管3组成。在测量柱端部的测杆上可以装测帽4及测杆提升器5，通过目镜8右边的小手轮6的转动,可使分划板作横向移动，扳动扳手7可使目镜绕一轴线摆动，以便观察到全部刻度尺。借助专用扳手转动干涉箱上带。“十”字槽的螺钉时，可以改变干涉条纹的宽度和方向。图1－1松开螺钉17可将干涉仪的物镜沿其轴向移动，从而达到调焦的目的，当看看到清晰的干涉条纹时，再用锣钉紧固。隔热板9的作用是4减少人体温度对工作台上员块的影响。支架部分是由稳定的底座14支立柱13及悬臂10组成。干涉管安装在悬臂10的孔中，并能用手轮11紧固，借助手轮12的转动，可将悬臂连同干涉管上下移动。在底座前端可以安装各种工作台，转动手动15可使工作台微量升降，手轮16可使工作台紧固在所需位置上。（2）仪器的光学系统图1－2是仪器的光学系统。白炽灯1所发出的光线经透镜2会聚，通过滤光片3（测量时拨开，定度时加入）投射到分光镜4并分成两路：一路经分光镜射向参考镜7另一路经补偿镜5射向与测杆11相连的反射镜6，由镜6和镜7形成平板干涉。由于补偿镜5的作用，可使镜6与镜7反射回来的光产生对比度良好的零级(黑色)条纹，作为测量时使用的指标线。干涉现象由物镜8成象十分划板9，通过目镜10可同时图1－2看到干涉条纹和分划板9上的刻线。由于被测尺寸的变化，使测杆移动，从而引起干涉条纹的移动。用干涉条纹相对分划板刻度尺的移动量来指示测杆的位移量。刻度尺上每一间隔所代表的测杆位移量是在使用前根据测量的需要来确定的。支架部分是由稳固的底座14，立柱13及悬臂10组成。干涉管安装在悬臂的孔中，并能用手11紧固，借助于手轮12的转动，可使悬臂连同干涉管上下移动。在底座前端可以安装各种工作台，装动手轮15可使工作台微量升降，手轮16可使工作台紧固在所需要的位置上。四、测量方法与步骤（1）干涉带的调整一般情况，当测杆处于自由自由状态时，白光的黑色干涉条纹在视场中可见，且位于－50格附近，如果位置不对可通过调整螺钉将到正确5位置上。（2）检查测杆移动方向观察测杆移动方向是否与干涉带相对与刻尺移动方向一致，当测杆上移时，干涉带应从负方向移向正方向。（3）仪器的定度调整并确定分划板上刻度尺的刻度值，叫作仪器的定度。定度时需使用单色光，因单色光有确定的波长值，每台接触式干涉仪所附的滤光片，都有其波长检定。把滤光片插入光路内，在目镜视场中就可看到明暗相间的干涉条纹和标尺的刻线。测杆沿轴向每移动λ/2的距离时，干涉条纹相对标6尺刻线就移动一个条纹宽度，干涉条纹越宽，移动一个条纹宽度所扫过的刻度间隔越多，每一刻读间隔所代表的测杆位移量越小。因此改变干涉条纹的宽度，就可以改变每一刻线间隔所代表的测杆位移量。干涉条纹宽度的大小，可用专用搬手调整干涉箱上调整条纹宽度的螺钉，以改变参考镜7相反射镜6的象之间的夹角来实现。调整条纹顶度，使m个条纹间隔刚好和标尺上n个刻线间隔重合，便可得出下列等式：式中：λ——单色波波长；i——仪器分度值。推荐按表1-1选用例如，已知仪器所附干涉滤光片波长检定值0.550μm，现以3等量块为标准，检定4等量块。根据表2—1选刻度值i＝0.1μm，m＝l6，由上式得：22imnmni或441.0255.0162imn6（4）仪器调零①将标准量块装于夹子中放在工作台上，并将量块的中心对准测头，注意操作不能用手去拿，必须用竹夹子来夹量块。②调整悬臂将测头慢慢放下，注意不要与量块接触，要给细调留有空间。③通过调整工作台的调整螺钉，使工作台由下向上慢慢移动，当与量块接触时，观察视场中的黑色条纹移到刻度尺的零位，并与之重合，紧固锁紧螺钉16，调整提升杠杆3－5次，示值变化应小于0.1个刻度值。（5）测量步骤①放上干涉滤色片完成定度。调整干涉箱上带“十”字槽的螺钉改变干涉条纹的宽度,以适应所选的分度值。②取下干涉滤色片，让白光进入干涉窗口，调整0级干涉带位于负标尺20格处。③放上标准量块，调整零位。④将被测量块放入工作台上，开始测量记录数据。⑤数据进行处理：检定量块长度和长度变动量，测量按图所示的位置,并按q1、o1、a1、b1、c1、d1和d2、c2、b2、a2、o2、q2正反顺序进行,每次读数要估读到0.1分度,在同一位置正反方向上两次读数之差要小于0.2分度,取两次读数的平均值作为测量值。测量数据处理,被测量块的中心长度：)(21)(212121OOQQLLs被检量块其它位置的长度对其标称长度的变动量)(21)(212121OOaaLLsa)(21)(212121OObbLLsb)(21)(212121OOccLLsc7)(21)(212121OOddLLsd式中:Ls—标准量块的中心长度Q1、Q2—分别为标准量块中心点正反读数(格)O1、O2—分别为被检量块中心点正反读数(格)⑥做好结束工作，将所用物洗净、擦干、上油放回远处。8实验二、比长仪测量线纹尺一、实验目的1、了解阿贝比长仪的工作原理和使用方法；2、熟悉测量线纹尺的方法。二、实验设备阿贝比长仪、线纹尺、其它。三、仪器概述阿贝比长仪是一种精度较高的测量距离的仪器，本实验用它测量线纹尺的间距离。它是用两个显微镜相互配合来测量距离的，左边一个是瞄准显微镜，右边一个是读数显微镜。显微镜下的置片台，可以通过转动位移转轮而左右移动，也可以松开制动螺丝而直接推动。在读数显微镜的视场中可看到主标尺（每分格为1mm）、副标尺（0.1mm分划板）和圆形标尺（螺旋微米计）三个标尺。主标尺固定在置片台上，当置片台载着线纹尺左右移动时，主标尺也随着一起移动。因此线纹尺的移动直接反映在主标尺的移动上。主标尺移动的距离要通过读数显微镜进行测量。当主标尺的零线和副标尺零线对齐时，表示零位置。因此主标尺从零位置移过的距离，就由主副二标尺零线间的距离来确定。以毫米为单位，该距离的整数部分从主标尺上读出，毫米的下一位数从副标尺上读出，再往下的各位数就要由螺旋微米计读出。9在读数显微镜的视场中(如图1－4所示)，可看到螺旋双线和一圆形刻度尺，它们组成螺旋微米计的读数部分。转动微米计转轮，可使圆形标尺旋转，随之运动的螺旋双线则好像在副标尺上左右移动。副标尺右端有一箭头，是微米计读数的准线。如果使螺旋线与副标尺上各刻度线对正（即各刻度线都在双线的正中），这时箭头恰好指圆刻度尺上的零，即微米计的零位置。当双线相对于副标尺移动一格时，圆形刻度尺恰好转一圈，即100分格。可知圆形尺上每一分格代表1μm，可以估读到0.1μm。据以上所述可得读数要点如下：当线纹尺的刻线对准一待测刻线时，主标尺上总有一条刻线落在副标尺的刻度范围内。从这条刻度线读出以毫米为单位的整数值，再从此刻线右边的副标尺刻度读出毫米一下的读数，100等分的圆周与1圈阿基米德螺旋线德螺距正好等于0.1毫米，因而每格为1μm。四、测量方法与步骤将标准线纹尺A和被检线纹尺B首尾相接地安装在同一条测量轴线上，两个固定的显微镜MA和MB分别对准两支线纹尺的同名刻线。测量时，微调工作台使显微镜MA瞄准标准尺的零刻线并对零，再用显微镜MB在被测线纹尺的零刻线上读得数值ma,然后移动工作台C，按照预先确定的测量间隔(如每10mm为一间隔)，使显微镜MA瞄准标准线纹尺的相应刻线，再用显微镜MB在被测线纹尺上瞄准，并读得数值m1。移动工作台至下一个被测的间隔，按顺序瞄准、读得数值mk(k＝1、2，3，…)，测得最后一条刻线为止。根据读得的各个数值，计算出被测线纹尺各个间隔对标准线纹尺相应间隔的偏图5读数显微镜视场示意图10差值ΔL、ΔL、ΔLk…。当两支线纹尺的序号方向与两显微镜视场分划板表示示值方向一致时，由该式计算ΔLk=mk-m0当两线纹尺的序号方向相反，或两显微镜视场分划板表示示值方向相反时，由此时式计算ΔLk=m0-mk4)实验步骤①将被测线纹尺安放在仪器工作台左侧，调整工作台下面得反光镜，使反射镜光照亮被测件和标准件。②移动工作台，使读数显微镜对零，调整被测线纹尺方位，使瞄准显微镜对准“0”刻线并使被测线纹尺得刻线方向与工作台方向平行。③按前述方法测得各值并数，进行数据处理。二孔、轴测量实验三、工具显微镜上用灵敏杠杆测量孔一实验目的1、熟悉万能工具显微镜调整和使用方法；2、掌握光学灵敏杠杆测量孔径得方法。二、实验设备万能工具显微镜、光学灵敏杠杆及附件三、仪器简介(一)仪器原理与结构11万能工具显微镜(简称为万工显)是一种通用光学计量仪器。仪器的外形见图2－1。该仪器测量范阀较大、精度高，且备有多种附件，可以对各种工件进行复杂的测量工作，如长度、角度、曲线样板、凸轮、齿轮、螺纹似各种切削刀具等，是一般计量室常用的仪器之一。万工显主要有底座、纵向导轨、横向导轨、纵向读数显微镜、横向读数显微镜、主显微镜、倾斜立柱、工作台等组成。底座1承受仪器的全部重量，纵向滑板11，横向滑板4通过精密滚动导轨能在底座上作轻巧平稳直线运动，底座的后部两侧分别固定有Y坐标续数系统的照明机构和投影物镜。纵向滑板ll供放置被测件之用，它可向X方向进行200nm范围的移动。松升纵向锁紧手轮13并捏住此手轮推拉纵向滑板，则可作快速的左右移功；紧固手轮13后，通过旋转纵向微调手轮16可对纵向滑板的位置作细微的调节。纵向滑扳中部的支承面上直接安放被测工件以及玻璃丁作台3、光学分度台、测量刀等附件。若附件为顶针架，V形架则可安巴在纵向滑板中间的方形长槽内，并可根据被测件的长度将它们12移至长槽内的任一位置上。通过纵向读数显微镜10可读出纵向滑板的移动量。Y坐标的测量是依据横向滑扳1带动主显微镜6相对固定在纵向滑板上的被测件进行Y方向的移动而实现的。移动行程为100mm，向左松开并捏住横向锁紧手轮15，可推动横向滑扳作前后的快速运功；锁紧手抡后，转动横向微调手轮17可微量移动横向滑板。由横向读数显微镜9读出横向滑板的移动量。立柱7安装有主显微镜6及照明光管。主微镜通过转动立柱升降手轮18沿着立柱上下移动，以实现精确的调焦。从而获得被测件的清晰影像。转动立柱倾斜手轮5可使立柱连同显微镜、照明光管一起作左右±150的倾斜，倾斜角度值可从手轮上一起转动的读数鼓轮上读得。可变光阑可方便的通过光圈调节手轮8在3－32mm范围内调节，其光圈的大小可在手轮8相应的读数盘上读出。(一)19J