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《互换性与技术测量实验》实验指导书（2016-2017-1）互换性与技术测量教研组编机械工程学院2016年08月班级：学号：姓名：目录实验一长度测量 (3)实验二表面粗糙度测量 (9)实验三齿轮齿圈径向跳动的测量 (13)实验一长度测量一、实验目的1.了解和掌握杠杆千分尺、和立式数显光学计的测量原理、主要结构及使用方法。
2.应用上述仪器检验光滑极限量规。
3.巩固尺寸公差的概念,学会由测得数据判断零件合格性的方法。
二、仪器结构及工作原理1.杠杆千分尺杠杆千分尺相当于外径千分尺与杠杆式卡规组合而成，其外形如图1-1（a）所示。
它的工作原理与杠杆式卡规及千分尺相同。
可以用作相对测量，也可以作绝对测量。
杠杆式卡规的工作原理如图1-1（b）所示。
（a）（b）图1-1杠杆式卡规的工作原理图当测量杆1移动时，使杠杆2转动，在杠杆的另一端装有扇形齿轮，可使小齿轮3和装牢在小齿轮轴的指针4转动，在刻度盘5上便可读出示值。
为了消除传动中的空程，装有游丝6。
测量力由弹簧8产生。
为了防止测量面磨损和测量方便，装有退让器9。
杠杆千分尺刻度值有0.001毫米和0.002毫米两种（现在使用的是前者），表盘的示值范围±0.02毫米，测量力是500-800克，测力变化不大于100克。
2.立式数显光学计立式光学计又称光学比较仪，集光电、机电于一体，是我国最先进的数显式光学仪器。
直接测量可以达到10毫米。
测量结果可以根据需要选择工、英制在显示屏上显示，也可以在任意位置置零。
当被测工件大于10毫米时，在测量前用量块（或标准件）对准零位，被测尺寸与量块尺寸的差值在屏幕上读得。
立式数显光学计对五等量块和一级精度的量块，球形和圆柱形工件得直径和不圆度，线型、板型、金属及非金属薄膜的厚度和平行度进行高精度测量。
仪器基本度量指标：数显最小显示值0.0001毫米直接测量显示值范围10毫米仪器比较测量范围0～200毫米示值误差：0－0.2mm比较测量时：±0.00025mm0－10mm直接测量时：±0.0005mm⑴仪器结构：见图1-5.图1-5 立式数显光学计结构简图1－数字显示器 2－测量计管锁紧螺钉 3－光学计管 4－测杆5－测帽锁紧螺钉 6－工作台 7－电源开关 8－打印键 9－公英制转换键 10－置零键 11－底座 12－调平手轮 13－测帽 14－提升器 15－信号电缆 16－升降螺母 17－横臂锁紧螺钉 18－横臂 19－立柱⑵仪器工作原理JDG-S2立式光学计使用的是每㎜100线的光栅，栅距为10μm.光电接收后，经过软件进行100细分后，显示当量为10μm/100=0.1μm 。
目录第一章 THJDME-1型光机电一体化实训查核装置 (2)一、外不雅 (2)二、概述 (2)三、特点 (2)四、技术参数 (3)五、系统组成 (3)六、实训工程 (4)七、本卷须知 (4)第二章 THJDME-1型光机电一体化实训查核装置机构说明 (5)一、整机工作流程 (5)二、工作道理 (5)三、送料机构 (6)四、机械手搬运机构 (7)五、物料传送和分拣机构 (8)六、气动道理 (9)七、气缸、气爪、电控阀使用 (9)第三章 THJDME-1型光机电一体化实训查核装置电气控制说明 (12)一、电气电路组成 (12)二、模块说明及示意图 (12)三、端子接线图 (13)四、变频器的底子使用 (14)五、系统控制实训 (21)六、三菱PLC控制道理图 (24)附录一：THJDME-1型光机电一体化实训查核装置元件接线图 (25)附录二：THJDME-1型光机电一体化实训查核装置装配图 (26)第一章 THJDME-1型光机电一体化实训查核装置一、外不雅二、概述本实训装置是针对机电一体化实训查核教学的要求而研发的，它集PLC控制、变频调速控制、机械手控制、位置检测与控制、物料输送及分拣控制于一体的实训查核装置。
通过传感器信号采集，PLC编程，对电磁阀、直流电机、交流电机等进行复杂的开关量控制、位置控制及时序逻辑控制，实现物料提升、故障报警、气动机械手搬运、皮带机输送、物料分拣等功能。
该实训查核装置适合于机械制造及自动化、机电一体化、自动化、电气工程等专业的机电设备安装与调试、可编程控制技术、电气控制技术、自动控制技术、机电传动与控制、机电一体化技术、计算机控制技术、检测与转换技术等课程的专业常识模块的单项实训工程的教学，同时可进行机电一体化设备、气动系统、自动控制系统的综合技能训练。
三、特点1.光机电一体化实训查核装置由型材实训台、物料提升机构、气动机械手、物料输送及分拣机构、PLC模块、变频器模块、按钮模块、电源模块、各种传感器和I/O接口板等组成。
附件1TVT-90DT电力拖动、PLC实训装置电力拖动、PLC实训装置囊括了维修电工技能实训课程和《可编程序控制器原理及应用》课程内容，是电机拖动、PLC编程、PLC工程应用综合实训装置，可作为中、高职学生维修电工培训及技能鉴定考核使用。
该装置主要由实训工作台、PLC主机单元、输入输出单元、电源单元、智能被控实验单元等组成。
1、电力拖动、PLC实训装置功能描述：（1）实训装置应涵盖了下述基本内容：①常用低压电器的使用②电器控制线路的设计③基本逻辑型顺序控制器的设计④条件步进型顺序控制器的设计⑤时间步进型顺序控制器的设计⑥可编程序控制器（PLC）基本指令操作⑦可编程序控制器（PLC）应用指令操作⑧可编程序控制器（PLC）继电控制线路的设计与开发⑨可编程序控制器（PLC）复杂控制系统的设计与开发⑩能完成由按钮、继电器、接触器等低压控制电器组成的简单电器控制线路设计⑾能完成由PLC、接触器等组成的复杂综合控制线路设计。
⑿能让学生从PLC的起源——继电控制开始着手，逐步掌握控制规律，通过典型实验单元板案例的学习和练习，最终达到熟练掌握控制系统设计与开发的目的。
（2）操作台上的电源单元具备下述功能：①电源单元可输出交流380V，要求接口为安全插接方式；②电源单元可输出交流220V，要求接口为安全插接方式；③电源单元可输出直流24V，要求电源输出具有短路保护和过载保护。
④电源单元应安装有急停按钮和保险插座。
⑤电源单元具有漏电保护、过载保护和短路保护功能等多种保护功能，应能保障学生操作设备的安全性和可靠性。
（3）输入输出单元要求具备下述功能：①输入输出单元要求采用彩色接线端子，电源引出线要求采用红色和黑色接线柱，数字量输入信号采用蓝色接线柱，数字量输出信号采用黄色接线柱。
②输入输出单元具有数字量输入操作功能；③输入输出单元具有数字量输出显示功能；④输入输出单元具有模拟量输入操作功能，应包括符合工业标准的模拟电压输入和模拟电流输入操作。
用立式光学计测量测量塞规及随机误差分布规律实验指导书一．实验目的1.了解立式光学计的测量原理；2.掌握用立式光学计测量外径的方法；3.验证随机误差分布规律。
二．实验内容A：1．用立式光学计测量塞规2．根据测量结果，判断塞规是否合格。
B：进行随机误差分布规律实验三．实验原理用立式光学计进行测量，一般是按比较测量的方法进行的，即先将量块组放在仪器的测头与工作台面之间，以量块尺寸L为基准使显示屏上的读数归零。
再将工件放在测头与工作台面之间，从显示屏上读出相对零位的偏移量，即工件尺寸对量块尺寸的差值△L，则被测工件的尺寸为x=L-△L。
四．立式光学计简介立式光学计也称立式光学比较仪，如图1所示。
本实验采用JDG-S2型数显立式光学计，数显立式光学计根据黑白光栅的莫尔条纹原理设计而成，其中重点使用了光栅式传感器。
立式光学计用标准器（如塞规、量块）以比较法测量工件的尺寸，可对五等量块、量棒、钢球、线形及平行平面状精密量具和零件的外型尺寸作精密测量。
立式光学计的结构组成如图2所示。
图1 立式光学计图2 立式光学计结构组成图1-数字显示器，2-测量计管锁紧螺钉，3-光学计管，4-测杆，5-测帽锁紧螺钉，6-工作台，7-电源开关，8-打印键，9-公英制转换键，10-置零键，11-底座，12-调平手轮，13-测帽，14-提升器，15-信号电缆，16-升降螺母，17-横臂锁紧螺母，18-横臂，19-立柱JDG-S2型数显立式光学计的技术参数1.被测件最大长度180 mm2.直接测量范围≥10 mm3.最小显示值0.0001 mm4.测量力(2±0.2) N5.读数方式数字显示6.最大不准确度比较测量时：±0.00025 mm，直接测量时：0.0005mm7.最大测量误差±(0.5+L/100) μm，L是被测长度，以mm计五．实验步骤1.选择合适的测头。
立式光学计的测头有球形、平面形和刀口形三种，根据被测零件表面的几何形状来选择，使测头与被测表面尽量满足点接触。
《公差配合与测量实验指导书》吴学农主编安徽机电职业技术学院实验一用内径百分表测量孔径一、实验目的1.了解内径百分表的结构及原理。
2.掌握用内径百分表测量孔径的方法。
二、量仪简介和测量原理内径百分表是测量孔径的通用量仪，用具有确定内尺寸的标准环规或用装在量块夹子中的量块组成的确定尺寸作为基准，采用相对测量法测量内径，特别适宜测量深孔。
内径百分表由钟表型指示表（如图1-1）和杠杆系统组成，内径百分表的结构如图1-2所示。
图1-1 钟表型百分表1—测杆；2—游丝；3—弹簧如图1-1，用钟表型百分表测量时，具有齿条的测杆1作直线运动，带动与该齿条啮合的小齿轮Z2转动，从而使与小齿轮Z2固定在同一根轴上的大齿轮Z3及短指针转动。
大齿轮Z3又带动小齿轮Z1及固定在同一根轴上的长指针转动。
这样，测杆的微量直线位移经齿轮传动放大为长指针的角位移，由分度盘指示出来。
当测量杆1直线移动0.01mm时，长指针在刻度盘上相应转动一格。
为了消除齿轮传动中齿侧间隙引起的空程误差，在百分表内装有游丝2。
由游丝产生的扭力矩作用在与小齿轮Z1啮合的齿轮Z4上，以保证齿轮无论正转和反转都在同向的齿面啮合。
在百分表内还装有弹簧3，它用来控制测量力。
图1-2 内径百分表结构1—可换（固定）测量头；2—等臂直角杠杆；3—活动测头；4—挺杆；5—隔热手柄；6—定心板；7、8—弹簧；9—指示表（百分表）用内径百分表测量时，活动测头3和固定测头1（也称可换测量头）分别与被测孔孔壁接触。
活动测头3向内移动时，其位移经等臂直角杠杆2，推动挺杆4向上移动，使弹簧8压缩，并推动指示表9的测杆，使它的指针回转。
该弹簧的反作用力使活动测头3对孔壁产生测量力。
在活动测头的两侧有定心板6，它在两只弹簧7的作用下始终对称地与孔壁接触。
定心板6与孔壁的两个接触点的连线与被测孔的直径线互相垂直，使两个测头位于该孔的直径方向上（如图1-6a）。
量仪附有一组长短不同的固定测头，可根据被测孔直径大小来选择使用。
立式光学计操作规程1 目的为保证立式光学计操作程序规范，测试结果准确可靠，特制定本规程。
2 适用范围本规程适用于立式光学计的操作与维护保养。
3引用标准《中华人民共和国计量法》JJF1001-1998 《通用计量术语及定义》JJF1059-1999 《测量不确定度评定与表示》JJF1139-2005 《计量器具检定周期确定原则和方法》JJF1117-2004 《测量仪器比对规范》《立式光学计使用说明书》4 环境条件与注意事项4.1 室内温度20℃±3℃，湿度不超过60%RH；温度变化每小时不大于0.5℃。
4.2 实验室应远离有灰尘、振动、腐蚀性气体及潮气等现场。
4.3 光学零件应保持清洁，操作时应戴手套、穿工作服；不得直接用手拿光学镜头和对准学镜头讲话，防止手汗或唾液造成学镜头发霉。
4.4 确定仪器水平仪气泡是否位于中间位置，否则则调整螺钉校准水平。
5 操作程序5.1 观察检定室内温度、湿度表指示值，分别填入《测试报告》和《实验室环境监视记录》。
5.2 根据被测件的基本尺寸选择相应的量块；选择测帽和平台，使其接触面为最小。
5.3 接通电源，校正平台，使可调平面（台面）与平面测帽工作面保持平行。
5.4 调整仪器零位：5.4.1 粗调：将量块放在仪器工作台上，松开横臂紧固螺钉，转动调节螺母，直至测帽与量块工作面轻微接触，并能在视场中看到标尺像后，固紧横臂螺钉，再旋转目镜调焦（以看见清楚的刻线）。
5.4.2 细调：松开光学计管紧固螺钉，转动调节凸轮，使分划线之零位与指示虚线接近，再适当将紧固螺钉旋紧。
5.4.3 微调：转动零位微调手轮，使分刻线与指示虚线重合，拨动提升器数次，检查示值是否稳定。
5.5 将测帽抬起，取下量块，进行测量；测量结果记录在《测试报告》中。
6 检定（校准）结果处里根据《测试报告》原始记录数据，判定被测件是否合格。
7 标准器及配套装置维护保养7.1 测量完毕，切断电源。
7.2 清洗测帽及其他零件工作平面，涂油罩上仪器罩。
《公差配合与测量实验指导书》吴学农主编安徽机电职业技术学院实验一用内径百分表测量孔径一、实验目的1.了解内径百分表的结构及原理。
2.掌握用内径百分表测量孔径的方法。
二、量仪简介和测量原理内径百分表是测量孔径的通用量仪, 用具有确定内尺寸的标准环规或用装在量块夹子中的量块组成的确定尺寸作为基准, 采用相对测量法测量内径, 特别适宜测量深孔。
内径百分表由钟表型指示表( 如图1-1) 和杠杆系统组成, 内径百分表的结构如图1-2所示。
图1-1 钟表型百分表1—测杆; 2—游丝 ; 3—弹簧如图1-1, 用钟表型百分表测量时, 具有齿条的测杆1作直线运动, 带动与该齿条啮合的小齿轮Z2转动, 从而使与小齿轮Z2固定在同一根轴上的大齿轮Z3及短指针转动。
大齿轮Z3又带动小齿轮Z1及固定在同一根轴上的长指针转动。
这样, 测杆的微量直线位移经齿轮传动放大为长指针的角位移, 由分度盘指示出来。
当测量杆1直线移动0.01mm时, 长指针在刻度盘上相应转动一格。
为了消除齿轮传动中齿侧间隙引起的空程误差, 在百分表内装有游丝2。
由游丝产生的扭力矩作用在与小齿轮Z1啮合的齿轮Z4上, 以保证齿轮无论正转和反转都在同向的齿面啮合。
在百分表内还装有弹簧3, 它用来控制测量力。
图1-2 内径百分表结构1—可换( 固定) 测量头; 2—等臂直角杠杆; 3—活动测头; 4—挺杆; 5—隔热手柄;6—定心板; 7、 8—弹簧; 9—指示表( 百分表)用内径百分表测量时, 活动测头3和固定测头1( 也称可换测量头) 分别与被测孔孔壁接触。
活动测头3向内移动时, 其位移经等臂直角杠杆2, 推动挺杆4向上移动, 使弹簧8压缩, 并推动指示表9的测杆, 使它的指针回转。
该弹簧的反作用力使活动测头3对孔壁产生测量力。
在活动测头的两侧有定心板6, 它在两只弹簧7的作用下始终对称地与孔壁接触。
定心板6与孔壁的两个接触点的连线与被测孔的直径线互相垂直, 使两个测头位于该孔的直径方向上( 如图1-6a) 。
JDG-S1型数字显示式立式光学计
一. 仪器概述.
JDG-S1型数字显示式立式光学计是一种精密测微仪。
利用光栅传感器将被测工件尺寸变化转换成电信号，经处理后数字显示出测量结果。
其技术参数为：
测量范围：≤180mm
示值范围：≤±0.1mm
显示分辨率：0.1um
测量力：（2±0.2）N
示值变动性：±0.1um
图1.JDG-S1型数字显示式立式光学计
二．仪器结构与原理
由光源1发出的光经聚光镜2照亮位于准直物镜焦面上的标尺光栅3，经立方棱镜6反射，并经过准直物镜7以平行光出射，投射至平面反射镜8上。
由平面反射镜8反射的光束又重新进入准直物镜7、立方棱镜6，经立方棱镜6分光面透射，将光栅刻线成像在指示光栅5上，并在指示光栅5上形成光闸莫尔条纹。
当测杆有微小位移时，光栅刻线的像将沿另一光栅表面移动，莫尔条纹光强产生周期性变化，光电元件4接受该光强变化，经过光电转换、前置放大、细分、辨相、可逆计数和数字显示等单元，最后在显示窗口上显示测量值。
1—光源 2—聚光镜 3—标尺光栅 4—光电传感器
5－指示光栅 6－立方棱镜 7－准直物镜 8－平面反射镜
9—测杆
光线流程图如2所示：
图2.仪器结构及光线流程图
三．主要模块及其原理介绍
（1）.光栅
在该仪器中有一对光栅3-标尺光栅，5-指示光栅。
他们和细分电路共同决定了仪器的分辨力。
栅柵距d=0.025mm，当光电信号实现一个周期变化，柵距移动一个单位，而此时杆位移对应为S=d/k=0.025/31.25mm=0.8um。
如果电路实现8倍细分对应的分辨力为0.8um/8=0.1um。
(2).光学杠杆
当测杆有微小位移时，光栅刻线的像将沿另一光栅表面移动，莫尔条纹光强产生周期性变化，光电元件4接受该光强变化。
在这个过程中，光学杠杆实际上起着一个转换放大作用。
原理图如图3：
图3.光学杠杆
四．基本问题分析
1.为何该仪器的测量范围不等于示值范围？
本仪器是一般是用标准器（如量块）以比较法测量工件的尺寸。
由于引入了标注器量块等，故测量范围不再是示值范围。
这样无疑大大提高了仪器的测量精度。
2.标尺光栅3的像在何处？
标尺光栅3上不透明形成的像最终成像在指示光栅5上面。
3.仪器利用了平面反射镜的什么特性？光学杠杆的放大倍数是多少？
该仪器利用了平面反射镜成完善像的特点。
K=2f/θ=2f/a=2*100mm/6.4mm=31.25
4.已知光栅传感器细分电路实现了8倍细分，请计算仪器的分辨力是多少？
由于光栅柵距d=0.025mm，当光电信号实现一个周期变化，柵距移动一个单位，而此时杆位移对应为S=d/k=0.025/31.25mm=0.8um。
如果电路实现8倍细分对应的分辨力为
0.8um/8=0.1um。
4.该仪器是如何实现了大测量范围（180mm）同时具有高分辨力（0.1微米）的？
仪器的测量范围虽然是180mm，但是仪器引进了如量块，标准杆的标准器。
使得仪器最终的示值范围保持在-0.1mm-0.1mm之间。
同时引入标尺光栅和指示光栅(使仪器的分辨率达到0.1um)，光学杠杆（將测杆9的微小位移s转换成标尺光栅刻线在物镜焦平面上的位移，标尺光栅刻线像的位移量是测杆位移量的31.25倍）.
6.简述仪器工作原理（叙述清楚成像过程）
由光源1发出的光经聚光镜2照亮位于准直物镜焦面上的标尺光栅3，经立方棱镜6反射，并经过准直物镜7以平行光出射，投射至平面反射镜8上。
由平面反射镜8反射的光束又重新进入准直物镜7、立方棱镜6，经立方棱镜6分光面透射，将光栅刻线成像在指示光栅5上，并在指示光栅5上形成光闸莫尔条纹。
当测杆有微小位移时，光栅刻线的像将沿另一光栅表面移动，莫尔条纹光强产生周期性变化，光电元件4接受该光强变化，经过光电转换、前置放大、细分、辨相、可逆计数和数字显示等单元，最后在显示窗口上显示测量值。
