几何量公差与检测实验指导书
程飞月
武汉理工大学教材中心
2006年 6月
1．了解立式光学计的测量原理；
2．熟悉用立式光学计测量外径的方法。
立式光学计是一种精度较高而结构简单的常用光学量仪，用量块作为长度测
量基准，按比较测量法来测量各种工件的外尺寸。
图 1－1 为立式光学计外形图，它由底座1、立柱 5、支臂 3、直角光管 6 和工作台 11 等几部分组成，光学计是利用光学
杠杆发大原理进行测量的仪器，其光学系统如图1－2（b）所示。照明光线经反射镜 1 照射到刻度尺 8 上，再经直角棱镜2、物镜 3，照射到反射镜 4 上。由于刻度尺 8 位于物镜 3 的焦平面上，故从刻度尺 3 上发出的光线经物镜 3 后成为平行光束。
若反射镜 4 与物镜 3 之间相互平行，则反射光线折回到焦平面，
刻度尺像 7 与刻度尺 8 对称。若被测尺寸变动使测杆 5 推动反射镜 4 绕支点转动某一角度 , （图 1－2a），则反射光线相对于
入射光线偏转2, 角度，从而使刻度尺像7 产生位移t （图1－2c），它代表被测尺寸的变动量。物镜至刻度尺8 间的距离为物镜焦距f ，设b 为测杆中心至反射镜支点间的距离， s 为测杆 5 移动的距离，则仪器的放大比 K 为：
tftg2,K,, Sbtg,
tg2,,2,,tg,,,当, 很小时，，因此：
2fK, b
光学计目镜放大倍数为12，f,200mm,b,5mm，故仪器的总放大倍数n 为：
2f2 ， 200n,12k,12,12 ，,960 b5
由此说明，当测杆移动0.001mm时，在目镜中可见到0.96mm的位移量。
1．测头的选择：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。所以，测量平面或圆柱面工件时，
选用球形测头。
测量球面工件时，选用平面形测头。测量小于10mm的圆柱形工件时，选用刀口形测头。
2．按被测零件的基本尺寸组合量块。
3．调整仪器零位
10参看图 1－ 1，选好量块组后，将下测量面置于工作台11 的中央，并使测头
对准上测量面中央。
粗调节：松开支臂紧固螺钉4，转动调节螺母2，使支臂缓慢下降，直到测头
与量块上
测量面轻微接触，并能在视线中看到刻度尺像时，将螺钉 4 锁紧。
细调节：松开紧固螺钉 8，转动调节凸轮 7，直至在目镜中观察到刻度尺像与指
示线接
近为止（图 1－3a）。然后拧紧螺钉8。
微调节：转动刻度尺微调螺钉 6（图 1－2b），使刻度尺的零线影像与指示线重
合（图 1－3b），然后压下测头提升杠杆 9 数次，使零位稳定。
将测头抬起，取下量块。
4．将工件洗净放在工作台上进行测量，将测量结果填入实验报告。
5．处理数据，判断是否合格。
1．比较量法的特点是什么？以什么作为比较标准？
2．用立式光学计能否进行绝对测量？
表面粗糙度的测量方法有光切法，光波干涉法及触针法（又称针描法）等，工
厂常用的
还有粗糙度样板直接和被测工件对照的比较法，以及利用塑性和可铸性材料将
被测工件加工
表面的加工痕迹复印下来，然后再测量复印的印模的印模法。
1.建立对表面粗糙度的感性认识；
2.了解用双管显微镜测量表面粗糙度的原理及方法。
用双管显微镜测量表面粗糙度的 Rz 值。
双管显微镜又撑光切显微镜，它是利用被测表面能反射光的特性，根据“光切
法原理”
制成的光学仪器，其测量范围取决于选用的物镜的放大倍数，一般用于测量
0.8-80 微米的表面粗糙度Rz 值。
仪器外型如图 3-1 所示，它由底座 6，支柱 5，横臂 2，测微目镜 13，可换物镜 8 及工作台 7 等部分组成。
仪器备有四种不同倍数（7X,14X,30X,60X ）物镜组，被测表面粗糙度大小（估测）来
选择相应倍数的物镜组（见表3-1 ）。
表 3-1 双管显微镜测量参数
物镜放大倍总放大倍数目镜视场直物镜与工件测量范围Rz 换算系数数 N 径（ mm）距离（ mm）（μ m）E( 微米 / 格 )
7X 60X 2.5 9.5 30~30 1.25 14X 120X 1.3 2.5 6.3~20 0.63 30X 260X 0.6
0.2 1.6~6.3 0.294 60X 510X 0.3 0.04 0.8~1.6 0.147
安
测量原理如图 3-2 所示，被测表面为P1-P2 阶梯表面，当一平行光束从45 度方向投射到阶梯表面时，即被折成S1 和 S2 两段，从垂直于光束的方向上就可以在显微镜内看到 S1 和 S2 两段光带的放大像S1'S2' ，同时距离 h 也被放大为 h1' 。通过测量和计算，可求得被测
表面的不平度高度h。
这种方法类似在零件表面斜切一刀，然后观察其剖面的轮廓形状，因此称为光
切法。
图3-3为双管显微镜的光学系统图，由光源 1 发出的光，经聚光镜2，狭缝
3，物镜 4 以45 度方向投射到北测表面上，调整仪器使反射光束经物镜 5 成像在目镜分划板 6 上，光束被测上表面的S1点反射，在下表面S2 点反射，它们各成像
于分划板 6 的 S1' 和 S2' ，距离 h1 被放大为 h1' ，通过目镜可观察到凹凸不平的光
带（图3-4 （b）） , 光带边缘即工件表面上被照亮了的h1 的放大轮廓像h1'，测量h1'即可求出被测表面的不平高度h2。
h=h1cos45=(h1/N)cos45
式中N——物镜的放大倍数
