计量仪器与检测.pptx

计量仪器计量仪器与检测检测计计 量量 仪仪 器器 与与 检检 测测第第 三三 章章 光光光光 学学学学 计计计计学习目标：学习目标：学习目标：学习目标：1 1、明确光学计的分类与用途；明确光学计的分类与用途；2 2、熟悉光学计管的工作原理及其光学系统；熟悉光学计管的工作原理及其光学系统；3 3、了解立式光学计的基本结构，并在此基础上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；了解影屏式和数字式立式光学计的工作原理；4 4、结合实训，结合实训，掌握立式光学计的调整与使用。掌握立式光学计的调整与使用。计计 量量 仪仪 器器 与与 检检 测测第 一 节 概概 述述一、仪器分类一、仪器分类一、仪器分类一、仪器分类 同：同：两者所用的光学计管完全相同，都能测量外尺寸两者所用的光学计管完全相同，都能测量外尺寸异：异：卧式光学计除能测量外尺寸外，还能测量内尺寸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立式光学计立式光学计卧式光学计卧式光学计两者的异同：两者的异同：两者的异同：两者的异同：计计 量量 仪仪 器器 与与 检检 测测二、仪器用途二、仪器用途二、仪器用途二、仪器用途 立式光学计主要用于立式光学计主要用于微差比较测量微差比较测量，是使工件与量块相比较测量，是使工件与量块相比较测量它们之间的微差尺寸，故又称它们之间的微差尺寸，故又称立式光学比较仪立式光学比较仪 测量工件外径和高度尺寸，测量工件外径和高度尺寸，使用附件还可测量外螺纹中径，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，其测量精度比较高，可作为长度量值传递仪器，用来检定用来检定5等和等和6等量块及量规等等量块及量规等。计计 量量 仪仪 器器 与与 检检 测测第二节 光学计管的工作原理光学计管的工作原理光学计管光学计管光学计管光学计管是光学计核心部件是光学计核心部件光学计管光学计管光学计管光学计管是利用是利用是利用是利用光学自准直原理光学自准直原理光学自准直原理光学自准直原理机械正切杠杆原理机械正切杠杆原理机械正切杠杆原理机械正切杠杆原理组合而成组合而成计计 量量 仪仪 器器 与与 检检 测测由图可知由图可知由图可知由图可知:（图（图a）自准直原理在光学计管中的应用自准直原理在光学计管中的应用自准直原理在光学计管中的应用自准直原理在光学计管中的应用一、应用自准直原理一、应用自准直原理一、应用自准直原理一、应用自准直原理 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在第二章节中已有详细叙述，在光学计管中的应用如如图图所示所示 计计 量量 仪仪 器器 与与 检检 测测 测杆测杆N N的移动量的移动量S S 与平面反射镜与平面反射镜P P的的摆动摆动 角角的关系是的关系是正切关系正切关系在图中在图中在图中在图中:二、正切杠杆机构二、正切杠杆机构二、正切杠杆机构二、正切杠杆机构正切杠杆机构在光学计管中的应用正切杠杆机构在光学计管中的应用正切杠杆机构在光学计管中的应用正切杠杆机构在光学计管中的应用 计计 量量 仪仪 器器 与与 检检 测测 t t与与S S的的比值比值就是光学计管就是光学计管 除目镜外的除目镜外的放大倍数放大倍数，称为光，称为光 学杠杆学杠杆放大比放大比放大比放大比，用用K K表表示：示：三、光学计管的工作原理三、光学计管的工作原理三、光学计管的工作原理三、光学计管的工作原理图图3-1（b）光学杠杆放大比:当当很小时很小时 一般光学计管的物镜一般光学计管的物镜焦距焦距约为约为200mm200mm，臂长臂长为为5mm5mm，代入上式得，代入上式得 K K K K2200/5=802200/5=802200/5=802200/5=80 倍倍 计计 量量 仪仪 器器 与与 检检 测测 将目标将目标O做成刻度尺形式，刻度尺的做成刻度尺形式，刻度尺的分度值是分度值是1m,分度间隔分度间隔为为:。三、光学计管的工作原理三、光学计管的工作原理三、光学计管的工作原理三、光学计管的工作原理 刻度尺共有刻度尺共有100100个分度，故光学计管的示值范围为个分度，故光学计管的示值范围为 0.1mm 0.1mm。目镜的放大倍数为目镜的放大倍数为1212倍倍，这样光学计管总放大倍数为，这样光学计管总放大倍数为12K=96012K=96012K=96012K=960倍，倍，倍，倍，所以光学计的目视分度间隔为所以光学计的目视分度间隔为0.96mm1 mm0.96mm1 mm计计 量量 仪仪 器器 与与 检检 测测第三节第三节 光学计的光学系统光学计的光学系统 为了使刻度尺和刻度尺像不会重叠在一起，能够看清刻尺上的刻度，因为了使刻度尺和刻度尺像不会重叠在一起，能够看清刻尺上的刻度，因此必须做成如此必须做成如图图3 32 2形式形式一、自准直系统一、自准直系统一、自准直系统一、自准直系统在图在图3-23-2（a a）中：）中：由于平面反射镜只能由于平面反射镜只能绕绕垂直于垂直于刻度尺的刻度尺的轴线轴线摆动；摆动；因此距离因此距离 b b 是不会改是不会改变的，而刻度尺的变的，而刻度尺的像像则可则可相对于相对于指标线指标线在在移动。移动。见图见图3-23-2（a a）1-1-目镜；目镜；22转向棱镜；转向棱镜；33分划板；分划板；44物镜；物镜；55平面反射镜平面反射镜图图3-23-2 光学计管中自准直原理光学计管中自准直原理计计 量量 仪仪 器器 与与 检检 测测二、仪器光学系统二、仪器光学系统二、仪器光学系统二、仪器光学系统1-1-进光反射镜；进光反射镜；2-2-全反射棱镜；全反射棱镜；3-3-分划板；分划板；4-4-刻度尺；刻度尺；5-5-全反射棱镜；全反射棱镜；6-6-物镜；物镜；7-7-反射镜；反射镜；8-8-目镜；目镜；9-9-刻度尺像；刻度尺像；10-10-测杆；测杆；11-11-测帽测帽 刻度尺像刻度尺像9 9.相对指标线的移相对指标线的移动量动量t t 可通过目镜可通过目镜8 8 读出读出图图3333 光学计管的光学系统光学计管的光学系统计计 量量 仪仪 器器 与与 检检 测测第 四 节 立立 式式 光光 学学 结结 构构一一一一 、仪器外形结构、仪器外形结构、仪器外形结构、仪器外形结构 1-1-底座；底座；2-2-粗动螺母；粗动螺母；3-3-横臂；横臂；4-4-螺钉；螺钉；5-5-立柱；立柱；6-6-光学计管；光学计管；7-7-偏心手轮；偏心手轮；8-8-螺钉；螺钉；9-9-测杆提升杠杆；测杆提升杠杆；10-10-测杆；测杆；11-11-工作台；工作台；12-12-微调螺钉微调螺钉粗粗 调调细细 调调微微 调调图图3-43-4 立式光学计外形立式光学计外形测量时的调整测量时的调整测量时的调整测量时的调整计计 量量 仪仪 器器 与与 检检 测测（一）直角棱镜部分结构（一）直角棱镜部分结构（一）直角棱镜部分结构（一）直角棱镜部分结构 实现精确调零实现精确调零:调节范围约调节范围约为为1010格格。光学计管的外径是光学计管的外径是 ，它是一个标准尺寸它是一个标准尺寸,可以安装在多可以安装在多种仪器的标准孔内使用。种仪器的标准孔内使用。1-1-机械臂；机械臂；2-2-棱镜框；棱镜框；3-3-滚柱；滚柱；4-4-拉力弹簧；拉力弹簧；5-5-弹簧圈；弹簧圈；6-6-支柱；支柱；7-7-微调螺钉微调螺钉图图3-73-7计计 量量 仪仪 器器 与与 检检 测测二、光学计管结构（二）光学计管下方结构（二）光学计管下方结构（二）光学计管下方结构（二）光学计管下方结构 1-1-螺钉；螺钉；2-2-调整螺钉调整螺钉3-3-压圈；压圈；4 4、5-5-螺圈螺圈6-6-测杆；测杆；7-7-导套；导套；8-8-反射镜反射镜 测杆测杆6 6可在可在导套导套7 7孔中上下孔中上下移动，向上移动时由螺圈移动，向上移动时由螺圈5 5接接触触导套导套7 7限位限位，向下移动时由，向下移动时由螺圈螺圈5 5接触接触螺圈螺圈4 4来来限位限位计计 量量 仪仪 器器 与与 检检 测测 反射镜反射镜8 8背面用三个钢球支承背面用三个钢球支承见图见图3 36 6（a a）其中其中左侧左侧的两个钢球的两个钢球固定不动固定不动,且两球心连线形成反射镜且两球心连线形成反射镜8 8的转轴的转轴,中间一个随测杆一起上下移动，并中间一个随测杆一起上下移动，并推动反射镜摆动推动反射镜摆动 由由图图3 36 6（a a）可见在反射镜可见在反射镜摆动过程中臂长摆动过程中臂长始终保持不变始终保持不变（二）光学计管下方结构（二）光学计管下方结构（二）光学计管下方结构（二）光学计管下方结构 计计 量量 仪仪 器器 与与 检检 测测（三）、可调节工作台结构（三）、可调节工作台结构（三）、可调节工作台结构（三）、可调节工作台结构 为使测量时工作台平面为使测量时工作台平面与测量轴线垂直，工作台应与测量轴线垂直，工作台应能在工作台座上作微小的摆能在工作台座上作微小的摆动调整。动调整。如图如图3 38 8所示所示:1 1、2-2-调整螺钉；调整螺钉；3-3-工作台；工作台；4-4-工作台座工作台座计计 量量 仪仪 器器 与与 检检 测测第五节 仪仪仪仪 器器器器 的的的的 使使使使 用用用用一、工作台和测帽的选择一、工作台和测帽的选择一、工作台和测帽的选择一、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被被 测测 对对 象象选选 择择测测 帽帽工工 作作 台台量量 块块球球 面面平平 面面轴轴刀刃形刀刃形筋筋 形形钢钢 球球平平 面面平平 面面计计 量量 仪仪 器器 与与 检检 测测二、工作台平面与测量轴垂直的调整二、工作台平面与测量轴垂直的调整二、工作台平面与测量轴垂直的调整二、工作台平面与测量轴垂直的调整图图 39 测杆与工作台面不垂直测杆与工作台面不垂直图图 3-10 调整的顺序调整的顺序 要要要要 求求求求:示值在各位置上的变化不超过示值在各位置上的变化不超过0.3m时为止时为止计计 量量 仪仪 器器 与与 检检 测测三、测量圆柱塞规示例三、测量圆柱塞规示例三、测量圆柱塞规示例三、测量圆柱塞规示例 1 1、选择好测帽和工作台选择好测帽和工作台 2 2、按被测塞规的尺寸选用和组合量块按被测塞规的尺寸选用和组合量块 3 3、检查工作台与测杆是否垂直，检查工作台与测杆是否垂直，如不垂直，则要进行调整。如不垂直，则要进行调整。4 4、将量块置于工作上，并使测头将量块置于工作上，并使测头 大致对准量块中心。大致对准量块中心。5 5、精确调整仪器零位精确调整仪器零位.6 6、按压测帽提升杠杆，取下量块，按压测帽提升杠杆，取下量块，换上被测件进行测量换上被测件进行测量 计计 量量 仪仪 器器 与与 检检 测测四、仪器的主要技术参数四、仪器的主要技术参数四、仪器的主要技术参数四、仪器的主要技术参数最大测量长度最大测量长度 180mm分度值分度值 0.001mm示值范围示值范围 0.1mm测量力测量力 2N示值稳定性示值稳定性 0.1m光学计管示值的最大不准确度光学计管示值的最大不准确度 0.25m测量极限误差测量极限误差 （式中（式中L-L-为被测长度，单位为为被测长度，单位为mmmm）计计 量量 仪仪 器器 与与 检检 测测第六节 影屏式和数显式立式光学计简介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，又研制出式立式光学计的基础上，又研制出影屏式影屏式和和数显式数显式立式光学计立式光学计 在此对其原理作一简要介绍在此对其原理作一简要介绍 计计 量量 仪仪 器器 与与 检检 测测一、影屏式立式光学计一、影屏式立式光学计一、影屏式立式光学计一、影屏式立式光学计原理和参数完全相同原理和参数完全相同区别仅在于读数方式区别仅在于读数方式二、数显式立式光学计二、数显式立式光学计二、数显式立式光学计二、数显式立式光学计基本原理都相同基本原理都相同区别也在于读数方式区别也在于读数方式光学系统图如光学系统图如图图3-123-12所示：所示：影屏式和目镜式：影屏式和目镜式：工作原理如工作原理如图图3-133-13所示：所示：数显式和目镜式：数显式和目镜式：计计 量量 仪仪 器器 与与 检检 测测1-1-光源；光源；2-2-聚光镜；聚光镜；3-3-滤光片；滤光片；4-4-投影箱；投影箱；5-5-隔热玻璃；隔热玻璃；6-6-刻度尺；刻度尺；7-7-棱镜；棱镜；8-8-物镜；物镜；9-9-反射镜；反射镜；10-10-投影物镜；投影物镜；11-11-棱镜；棱镜；12-12-反射镜；反射镜；13-13-荧屏；荧屏；14-14-放大镜放大镜 由由光源光源1 1 聚光镜聚光镜2 2 滤光片滤光片3 3 隔热玻璃隔热玻璃5 5 仪器投影箱仪器投影箱4 4 刻度尺刻度尺6 6（6 6的刻线面在准直物镜的刻线面在准直物镜8 8的焦面上、刻划轴线的焦面上、刻划轴线与整个照明系统的与整个照明系统的光轴光轴偏离偏离2.5mm2.5mm）被照亮的刻度尺被照亮的刻度尺 经棱镜经棱镜7 7和和准直物镜准直物镜8 8后后 成平行光射向成平行光射向反射镜反射镜9 9，由由9 9反射后反射后 再经物镜成像在刻划面上光再经物镜成像在刻划面上光轴的另一侧轴的另一侧（为了利用影屏观察，在棱镜（为了利用影屏观察，在棱镜7 7 的右边，设计成一个的右边，设计成一个 的反射面，它使的反射面，它使刻度尺的自准直像转向，在投影物镜刻度尺的自准直像转向，在投影物镜1010的的物平面上成像）物平面上成像）再经投影物镜放大及再经投影物镜放大及棱镜棱镜1111、反射镜反射镜1212的反射，把刻度尺像成在的反射，把刻度尺像成在影屏影屏1313上，上，影屏上刻着固定的指标线，观察影屏上刻着固定的指标线，观察放大镜放大镜1414把把整个影屏再放大，从而提高了观察效果。整个影屏再放大，从而提高了观察效果。图3-12 影屏式光学系统计计 量量 仪仪 器器 与与 检检 测测1-1-光源；光源；2-2-聚光镜；聚光镜；3-3-物镜；物镜；4-4-刻度尺光栅；刻度尺光栅；5-5-立方直角棱镜；立方直角棱镜；6-6-平面反射镜；平面反射镜；7-7-指示光栅；指示光栅；8-8-测杆；测杆；9-9-光电三极管光电三极管和目镜式立式光学计相似和目镜式立式光学计相似,放大倍数放大倍数 K K 为：为：设设:f=100mm,a=6.4mm,:f=100mm,a=6.4mm,K=31.25 K=31.25。采用每毫米采用每毫米4040条线的黑白光栅，其条线的黑白光栅，其节距为节距为0.025mm0.025mm，与之对应的测杆位移，与之对应的测杆位移为为0.025/31.25=0.0008mm0.025/31.25=0.0008mm。采用低倍电。采用低倍电子子8 8细分细分 最小示值为最小示值为 0.1m图图3-133-13 数显式工作原理数显式工作原理计计 量量 仪仪 器器 与与 检检 测测思思思思 考考考考 题题题题 与与与与 习习习习 题题题题 3131 试述光学计管的工作原理。试述光学计管的工作原理。3232 简述光学计的光学系统和立式光学计的基本结构。简述光学计的光学系统和立式光学计的基本结构。33 33 光学计的测杆移动范围是怎样限定的？光学计的测杆移动范围是怎样限定的？34 34 光学计中的微调是如何实现的？光学计中的微调是如何实现的？3535 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。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 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。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 37 简述数显式立式光学计的工作原理。简述数显式立式光学计的工作原理。38 38 为什么立式光学计要调整工作台？如何调整？为什么立式光学计要调整工作台？如何调整？