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第一篇 测量基础知识概要

测量技术是一门具有自身专业体系、涵盖多种学科、理论性和实践性都非常强的前沿科学。而熟知测量技术方面的基本知识，则是掌握测量技能，独立完成对机械产品几何参数测量的基础。
1.1 测量的定义
一件制造完成后的产品是否满足设计的几何精度要求，通常有以下几种判断方式。
测量：是以确定被测对象的量值为目的的全部操作。在这一操作过程中，将被测对象与复现测量单位的标准量进行比较，并以被测量与单位量的比值及其准确度表达测量结果。例如用游标卡尺对一轴径的测量，就是将被对象（轴的直径）用特定测量方法（用游标卡尺测量）与长度单位（毫米）相比较。若其比值为30.52，准确度为±0.03mm，则测量结果可表达为（30.52±0.03）mm。
任何测量过程都包含：测量对象、计量单位、测量方法和测量误差等四个要素。
测试：是指具有试验性质的测量。也可理解为试验和测量的全过程。
检验：是判断被测物理量是否合格（在规定范围内）的过程，一般来说就是确定产品是否满足设计要求的过程，即判断产品合格性的过程，通常不一定要求测出具体值。因此检验也可理解为不要求知道具体值的测量。
计量：为实现测量单位的统一和量值准确可靠的测量。

1.2 测量基准
测量基准是复现和保存计量单位并具有规定计量单位特性的计量器具。
在几何量计量领域内，测量基准可分为长度基准和角度基准两类。
长度基准：1983年第十七届国际计量大会根据国际计量委员会的报告，批准了米的新定义：即“一米是光在真空中在1／299 792 458秒时间间隔内的行程 图1－1 长度计量检定系统表（简化）
长度”。根据米的定义建立的国家基准、副基准和工作基准，一般都不能在生产中直接用于对零件进行测量。为了确保量值的合理和统一，必须按《国家计量检定系统》的规定，将具有最高计量特性的国家基准逐级进行传递，直至用于对产品进行测量的各种测量器具。图1－1为长度（端度）计量检定系统表（简化）。
角度基准：角度量与长度量不同。由于常用角度单位（度）是由圆周角定义的，即圆周角等于360°，而弧度与度、分、秒又有确定的换算关系，因此无需建立角度的自然基准。

1.3 量块
量块是一种平行平面端度量具，又称块规。它是
保证长度量值统一的重要常用实物量具。除了作
为工作基准之外，量块还可以用来调整仪器、机
床或直接测量零件。
一般特性：量块是以其两端面之间的距离作为长
度的实物基准（标准），是一种单值量具，其材料
与热处理工艺应满足量块的尺寸稳定、硬度高、耐磨性好的要求。通常都用铬锰钢、铬钢和轴承钢制成。其线胀系数与普通钢材相同，即为（11.5±1）×10/℃，尺稳定性约为年变化量不超出±0.5～1μm／m。
结构：绝大多数量块制成直角平行六面体，如图1－2所示；也有制成φ20的圆柱体。每块量块都有两个表面非常光洁、平面度精度很高的平行平面，称为量块的测量面（或称工作面）。量块长度（尺寸）是指量块的一个测量面上的一点至与量块相研合的辅助体（材质与量块相同）表面（亦称辅助表面）之间的距离。为了消除量块测量面的平面度误差和两测量面间的平行度误差对量块长度的影响，将量块的工作尺寸定义为量块的中心长度，即两个测量面的中心点的长度。
精度：量块按其制造精度分为五个“级”：00、 0、 1、 2和3级。 00级精度最高，3级最低。分级的依据是量块长度的极限偏差和长度变动量允许值。量块生产企业大都按“级”向市场销售量块，此时用户只能按量块的标称尺寸使用量块，这样必然受到量块中心长度实际偏差的影响，将反制造误差带入测量结果。
在量值传递工作中，为了消除量块制造误差对测量的影响，常常按量块检定后得到的实际尺寸使用。各种不同精度的检定方法可以得到具有不同测量不确定度的量块，并依此划分量块的等别，如图1－1所示。检定后的量块可得到每量块的中心长度的实际偏差，显然同一套量块若按“等”使用可以得到更高的测量精度（较小的测量不确定度）。但由于按“等”使用比较麻烦，且检定成本高，固在生产现场仍按“级”使用。
使用：单个量块使用很不方便，故一般都按序列将许多不同标称尺寸的量块成套配置，使用时根据需要选择多个适当的量块研合起来使用。通常，组成所需尺寸的量块总数不应超过四块。例如，为组成89.765mm的尺寸，可由成套的量块中选出1.005、1.26、7.5、80mm四块组成，即
89.765 ………所需尺寸
－) 1.005 ………第一块
88.76
－) 1.26 ………第二块
87.5
－) 7.5 ………第三块
80 ………第四块
注意事项：量块在使用过程中应注意以下几点：
①量块必须在使用有效期内，否应及时送专业部门检定。
②所选量块应先放入航空汽油中清洗，并用洁净绸布将其擦干，待量块温度与环境湿度相同后方可使用。
③使用环境良好，防止各种腐蚀性物质对量块的损伤及因工作面上的灰尘而划伤工作面，影响其研合性。
④轻拿、轻放量块，杜绝磕碰、跌落等情况的发生。
⑤不得用手直接接触量块，以免造成汗液对量块的腐蚀及手温对测量精确度的影响。
⑥使用完毕应，先用航空汽油清洗量块，并擦干后涂上防锈脂放入专用盒内妥善保管。

1.4 测量方法分类
根据获得测量结果的不同方式可分为：
直接测量和间接测量：从测量器具的读数装置上直接得到被测量的数值或对标准值的偏差称直接测量。如用游标卡尺、外径千分尺测量轴径等。通过测量与被测量有一定函数关系的量，根据已知的函数关系式求得被测量的测量称为间接测量。如通过测量一圆弧相应的弓高和弦长而得到其圆弧半径的实际值。
绝对测量和相对测量：测量器具的示值直接反映被测量量值的测量为绝对测量。用游标卡尺、外径千分尺测量轴径不仅是绝对测量，也是绝对测量。将被测量与一个标准量值进行比较得到两者差值的测量为相对测量。如用内径百分表测量孔径为相对测量。
接触测量和非接触测量：测量器具的测头与被测件表面接触并有机械作用的测力存在的测量为接触测量。如用光切法显微镜测量表面粗糙度即属于非接触测量。
单项测量和综合测量对个别的、彼此没有联系的某一单项参数的测量称为单项测量。同时测量个零件的多个参数及其综合影响的测量。用测量器具分别测出螺纹的中径、半角及螺距属单项测量；而用螺纹量规的通端检测螺纹则属综合测量。
被动测量和主动测量：产品加工完成后的测量为被动测量；正在加工过程中的测量为主动测量。被动测量只能发现和挑出不合格品。而主动测量可通过其测得值的反馈，控制设备的加工过程，预防和杜绝不合格品的产生。

1.5 测量误差
由于测量过程的不完善而产生的测量误差，将导致测得值的分散入不确定。因此，在测量过程中，正确分析测量误差的性质及其产生的原因，对测得值进行必要的数据处理，获得满足一定要求的置信水平的测量结果，是十分重要的。
测量误差定义：被测量的测得值x与其真值x之差，即：△= x －x
由于真值是不可能确切获得的，因而上述善于测量误差的定义也是理想要概念。在实际工作中往往将比被测量值的可信度（精度）更高的值，作为其当前测量值的“真值”。
误差来源：测量误差主要由测量器具、测量方法、测量环境和测量人员等方面因素产生。
①测量器具：测量器具设计中存在的原理误差，如杠杆机构、阿贝误差等。制造和装配过程中的误差也会引起其示值误差的产生。例如刻线尺的制造误差、量块制造与检定误差、表盘的刻制与装配偏心、光学系统的放大倍数误差、齿轮分度误差等。其中最重要的是基准件的误差，如刻线尺和量块的误差它是测量器具误差的主要来源。
②测量方法：间接测量法中因采用近似的函数关系原理而产生的误差或多个数据经过计算后的误差累积。
③测量环境：测量环境主要包括温度、 气压、 湿度、 振动、 空气质量等因素。在一般测量过程中，温度是最重要的因素。测量温度对标准温度（＋20℃）的偏离、测量过程中温度的变化以及测量器具与被测件的温差等都将产生测量误差。
④测量人员：测量人员引起的误差主要有视差、估读误差、调整误差等引起，它的大小取决于测量人员的操作技术和其它主观因素。
误差分类：测量误差按其产生的原因、 出现的规律、 及其对测量结果的影响，可以分为系统误差、随机误差和粗大误差。
①系统误差：在规定条件下，绝对值和符号保持不变或按某一确定规律变化的误差，称为系统误差。其中绝对值和符号不变的系统误差为定值系统误差，按一定规律变化的系统误差为变值系统误差。如量块的误差、 刻线尺的误差、 度盘偏心的误差。系统误差大部分能通过修正值或找出其变化规律后加以消除。
②随机误差：在规定条件下，绝对值和符号以不可预知的方式变化的误差，称为随机误差。就某一次测量而言，随机误差的出现无规律可循，因而无法消除。但若进行多次等精度重复测量，则与其它随机事件一样具有统计规律的基本特性，可以通过分析，估算出随机误差值的范围。随机误差主要由温度波动、测量力变化、测量器具传动机构不稳、视差等各种随机因素造成，虽然无法消除，但只要认真、仔细地分析产生的原因，还是能减少其对测量结果的影响。
③粗大误差：明显超出规定条件下预期的误差，称为粗大误差。粗大误差是由某种非正常的原因造成的。如读数错误、温度的突然大幅度变动、记录错误等。该误差可根据误差理论，按一定规则予以剔除。

1.6 测量数据的处理
在修正了已定系统误差和剔除了粗大误差以后，测得值中仍含有随机误差和部分系统误差，还需估算其测量误差的大小，评定测得值的不确定度，知道测得值及该测得值的变化范围（可信程度），才能获得完整的测量结果。
测量不确定度的评定：用标准偏差表示测量结果的不确定度，称为标准不确定度，按照评定方法不同，它可分为两类：用对一系列重复观测值进行统计分析以计算标准不确定度的方法，称为A类评定；用不同于统计分析的其他方法来评定标准不确定度，称为B类评定。
A类评定：由统计理论可知，随机变量期望值的最佳估计值是n次测得值xi的算术平均值x 。
x = ∑ x i∕n
该组测得值的标准差的估算值S为
S＝√∑（x i－x ）2∕（n－1）=√∑ui2∕（n－1）
若以其算术平均值作为结果时，其标准不确定度为
S ＿ X = S∕√n
测量结果可表达为 x = x ±S ＿ X
B类评定：在多数实际测量工作中，不能或不需进行多次重复测量，则其不确定度只能用非统计分析的方法进行B类评定。B类评定需要依据有关的资料作出科学的判断。这些资料的来源有：以前的测量数据，测量器具的产品说明书，检定证书，技术手册等。如由产品说明书查得某测量器具的不确定度为6μm，若期望得到按正态分布规律中3倍标准差的置信水准（99.73﹪），则按B类评定时标准不确定度应取u = 6/3 =2μm。
合成标准不确定度的估算：测量过程中一般都会有多个独立的误差源共同对测量的不确定度产生影响，因测量方法的不同，各误差源的影响程度也不相同。各误差源标准不确定度的合成按测量方法的不同可分为以下两类：
①直接测量的合成标准不确定度：取各类独立误差源的标准不确定度的平方和的正平方根，即
u=√∑u i2 + ∑uj2
②间接测量的合成标准不确定度：间接测量时，测量结果需经各间接测量值按事先设计好的函数关系计算后求得。由于各间接测量值的标准不确定度对测量结果的影响程度不同，在估算测量结果的不确定度时，要先分别对函数中各测量值求偏导数，算出其不确定度的传播系数。各测量值的标准不确定度乘以相应的传播系数后，取平方和的正平方根得到测量结果的不确定度。

1.7 基本测量原则
在实际测量中，对于同一被测量往往可以采用多种测量方法。为减小测量不确定度，应尽可能遵守以下基本测量原则：

阿贝原则：要求在测量过程中被测长度与基准长度应安置在同一直线上的原则。若被测长度与基准长度并排放置，在测量比较过程中由于制造误差的存在，移动方向的偏移，两长度之间出现夹角而产生较大的误差。误差的大小除与两长度之间夹角大小有关外，还与其之间距离大小有关，距离越大，误差也越大。
基准统一原则：测量基准要与加工基准和使用基准统一 。即工序测量应以工艺基准作为测量基准，终检测量应以设计基准作为测量基准。
最短链原则：在间接测量中，与被测量具有函数关系的其它量与被测量形成测量链。形成测量链的环节越多，被测量的不确定度越大。因此，应尽可能减少测量链的环节数，以保证测量精度，称之为最短链原则。
当然按此原则最好不采用间接测量，而采用直接测量。所以，只有在不可能采用直接测量，或直接测量的精度不能保证时,才采用间接测量。
应该以最少数目的量块组成所需尺寸的量块组，就是最短链原则的一种实际应用。
最小变形原则：测量器具与被测零件都会因实际温度偏离标准温度和受力（重力和测量力）而产生变形，形成测量误差。
在测量过程中，控制测量温度及其变动、 保证测量器具与被测零件有足够的等温时间、选用与被测零件线胀系数相近的测量器具、 选用适当的测量力并保持其稳定、 选择适当的支承点等，都是实现最小变形原则的有效措施。

1.8 测量器具的主要技术性能指标
量具的标称值：标注在量具上用以标明其特性或指导其使用的量值。如标在量块上的尺寸，标在刻线尺上的尺寸等。
刻度：在测量器具上指示出不同量值的刻线标记的组合称为刻度。
刻度间距：沿着刻线尺（标尺）长度方向所测得的两个相邻刻线标记中心之间的距离称为刻度间距，也称标尺间距。
分度值：两相邻刻线所代表的量值之差称为仪器的分度值。它是一台仪器所能读出的最小单位量值。一般地说，分度值越小，测量器具的精度越高。
数字式量仪没有标尺或度盘，而与其相对应的为分辨率。分辨率是仪器显示的最末位数字间隔所代表的被测量值。
示值范围：测量器具所显示或指示的最低值到最高值的范围称为示值范围。
测量范围：在允许不确定度内，测量器具所能测量的被测量值的下限值至上限值的范围。
测量范围与示值范围的区别在于：测量范围既包括 图1－3 比较测量示意图
示值范围又包括仪器某些部件的调整范围。如外径百分尺的测量范围有0～25mm、 25～50mm、 50～75mm等，其示值范围则均为25mm 。比较仪的测量范围为180mm，其示值范围则为±0.1mm(如图1－3所示)。示值范围与标尺有关，测量范围取决于结构。
量程：测量范围的上限值和下限值之差称为量程。量程大的仪器使用起来比较方便，但仪器的线性误差将随之变大使仪器的准确度下降。
灵敏度：测量器具对被测量值变化的反应能力称为灵敏度。对于一般长度测量器具，灵敏度等于标尺间距a与分度值I之比，又称放大比或放大位数K，即
K= a / I
测量力：采用接触法测量时，测量器具的传感器与被测零件表面之间的接触力。测量力及其变动会影响测量结果的精度。因此，绝大多数采用接触测量法的测量器具，都具有测量力稳定机构。
示值误差：测量器具的示值与被测量的真值之差。例如用百分尺测量轴的直径得读数值为31.675mm，而其真值为31.678mm，则百分尺的示值误差等于31.675－31.678=－0.003mm.
显然，测量器具在不同的示值处的示值误差一般是各不相同的 。目前，测量器具的精度大多仍用示值极限误差来表示测量器具示值误差的界限值。
回程误差：是指在相同条件下，被测量值不变，测量器具行程方向不同时，两示值之差的绝对值。该项误差是由于测量器具中测量系统的间隙、变形和磨擦等原因引起的。当要求测量值的显示呈连续的往返性变化时（有连续的正、负值变化），则应选用回程误差较小的测量器具。
测量不确定度：测量不确定度是在测量结果中表达被测量值分散性的参数。由于测量过程的不完善，测得值对真值总是有所偏离，这种偏离又是不确定的，表达这种不确定程度的参数，就称为不确定度。
修正值：为修正某一测量器具的示值误差而在其检定证书上注明的特定值。它的大小与示值误差的绝对值相等，符号相反。在测量结果中加入相应的修正值后，可提高测量精度。

1.9 测量器具的选择
过去，大部分工厂是根据经验来选择计量器具的。通常选择计量器具的测量极限误差占工件公差的1／3～1／5或1／3～1／10。对一些高精度工件，甚至有取1／2的。总之，就没有一个统一的标准，往往因人因厂而异。不仅如此，而且大多数工厂用计量器具检测工件时，均按图样上标注的极限尺寸作验收极限。这种验收极限与工件的极限尺寸重合的方法，由于计量器具内在误差及测量条件的影响，往往导致“误收”和“误废”，造成不少质量问题及不应有的损失。所谓“误收”，就是把不合格的产品，误判为合格予以接收；所谓“误废”，就是把本来合格的产品，误判为不合格予以拒收。
选择原则:合理选择计量器具对保证产品质量，提高测量效率和降低费用具有重要意义。
一般说来，器具的选择主要取决于被测工件的精度要求，在保证精度要求的前提下，也要考虑尺寸大小、结构形状、材料与被测表面的位置，同时也要考虑工件批量、生产方式和生产成本等因素。
对批量大的工件，多用专用计量器具，对单件小批则多用通用计量器具。
选择方法:首先，根据被测工件公差值由表1－4查出安全裕度A和计量器具不确定度允许值U1，然后查表1－5至表1－7选定计量器具，使计量器具不确定值U1／≤U1，最后计算验收极限。
举例：工件在图样上的标注为，问应选用什么计量器具进行测量并确定验收极限。
解：（1）确定安全裕度A和计量器具不确定度允许值U1
由工件公差值0.46mm由表1－4查得
A＝0.032mm
U1＝0.029mm
（2）选择计量器具
工件尺寸250mm在表1－5中属于大于200mm至500mm的尺寸段内，查得分度值为0.02mm的游标卡尺的不确定度值U1／＝0.02mm, U1／＝0.02mm介

2.1 游标类量具
常用的游标量具有：游标卡尺（图2－1a所示）、游标深度尺（图2－b1所示）、、游标高度尺（图2－1c所示）游标测齿卡尺、游标角度规等。前四种用于长度测量，后一种用于角度测量。
结构：游标量具在结构上的共同特征是都有主尺、游标尺以及测量基准面，另外还有便于使用而设的微动机构和锁紧机构等。主尺上有毫米刻度，游标尺上的分度值有 (a) (b) (c)
0.1、0.05、0.02mm三种。 图2-1
读数原理：游标读数（或称为游标细分）原理是利用主尺刻线间距与游标刻线间距的间距差实现的。
常用的主尺刻度间距a=1mm。若使主尺刻度（n-1）格的宽度等于游标刻度n格的宽度，则游标的刻度间距b=[(n-1)/n]*a。若主尺刻度间距为1毫米，游标刻度间距为0.9毫米，当游标尺零刻线与主尺零刻线对准时，除游标的最后一根刻线（第10根刻线）与主尺上第9根刻线重合外，其余刻线均不重合。若将游标向右移动0.1mm，则游标的第一根刻线与主尺的第一根刻线重合；游标向右移动0.2mm时，则游标的第二根刻线与主尺的第二根刻线重合。依此类推。这就是说，游标在1mm内（1个主尺刻度间距），向右移动距离可由游标刻线与主尺刻线重合时游标刻线的序号来决定。
使用注意事项：
① 使用前应将测量面擦干净，检查两测量爪间不能存在显著的间隙，并校对零位。
② 移动游框时力量要适度，测量力不易过大。
③ 注意防止温度对测量精度的影响，特别是测量器具与被测件不等温产生的测量误差。
④ 读数时其视线要与标尺刻线方向一致，以免造成视差。
⑤ 尽量减少阿贝误差对测量的影响。

2.2千分尺类量具
千分尺按用途可分为外径千分尺（如图2—2a）、
内径千分尺（如图2—2b）、深度千分尺
（如图`2—2c）、螺旋千分尺等。
结构：主要由尺架、微分筒、固定套筒、测量
力装置、测量面、锁紧机构等组成。其结构特征是：
① 结构设计符合阿贝原则。
② 以丝杆螺距作为测量的基准量，丝杆和丝母的配合应该精密，配合间隙应能调整。
③ 固定套筒和微分筒作为示数装置，用刻度线进行读数。
④ 有保证一定测力的棘轮棘爪机构。
读数原理：千分尺的读数原理是：通过螺旋传动，将被测尺寸转换成丝杆的轴向位移和微分筒的圆周位移，并以微分筒上的刻度对圆周位移进行计量，从而实现对螺距的放大细分。
当测量丝杆连同微分筒转过Φ角时，丝杆沿轴向位移量为L。因此千分尺的传动方程式为
L=p*Φ/2π
式中 p―丝杆螺距；Ф―微分筒转角。
一般p=0.5mm,而微分套筒的圆周刻度数为50等分，故每一等分所对应的分度值为0.01mm。
读数的整数部分由固定套筒上的刻度给出，其分度值为1mm；读数的小数部分由微分筒上的刻度给出。
使用注意事项：
① 使用前必须校对零位。
② 手应握在隔热垫处，测量器具与被测件必须等温，减少温度对测量精度的影响。
③ 当测量面与被件表面将接触时，必须使用测量力装置。
④ 测量读数时要特别注意半毫米刻度的读取。

2.3 指针式量具
游标卡尺和千分尺虽然结构简单，使用方便，但由于其示值范围较大及机械加工精度的限制，故其测量准确度不易提高。
指针式机械量仪主要用于相对测量，可单独使用，也 它安装在其它仪器中作测微表头使用。
这类量仪的示值范围较小，示值范围最大的（如百分表）不超出10mm最小的（如扭簧比较仪）只有±0.015mm 。其示值误差从±0.01～0.0001mm 。另外，这类量仪都有体积小、重量轻、结构简单、造价低等特点，不须附加电源、光源、气源等，也比较坚固耐用。因此仍应用十分广泛。 图2-3 百分表结构及工作原理
工作原理：指针式机械量仪的工作昌通过各种机械传动原理，将测杆的微小直线位移转变成指针的角位移，指出相应的被测量值。不同的类型的指针式机械量仪其结构各不相同。
分类：按其传动方式的不同，可以分为四类：
① 杠杆传动量仪：刀口式测微仪。
② 齿轮传动量仪：百分表（如图2－3）。
③ 扭簧传动量仪：扭簧比较仪。
④ 杆齿轮传动量仪：杠杆齿轮式比较仪、杠杆式卡规、杠杆式千分尺、杠杆百分表（如图2—4）、内径百分表。
使用注意事项：
① 测头移动要轻缓，距离不要太大，更不能超量程使用。
② 测量杆与被测表面的相对位置要正确，防止产生较大的测量误差。 图2-4 杠杆百分表结构及工作原理
③ 表体不得猛烈震动，被测表面不能太粗糙，以免齿轮等运动部件损坏。

2.4 立式光学计
主要利用量块与零件相比较的方法，来测量物体外形的微差尺寸，是测量精密零件的常用测量器具。
主要技术参数：
型号：LG－1
总放大倍数：约1000倍
分度值：0.001mm
示值范围：±0.1mm
测量范围：最大长度180mm
仪器的最大不确定度：±0.00025mm
示值稳定性：0.0001mm
测量的最大不确定度：±（0.5＋L/100）μm
工作原理：利用光学杠杆的放大原理，将微小的位移量转换为光学影象的移动。其工作原理如图2－5所示。
结构：立式光学比较仪结构如图2－6所示，主要由以下部分组成： 图2－5 立式光学比较仪工作原理图
① 光学计管：测量读数的主要部件；
② 零位调节手轮：可对零位进行微调整；
③ 测帽：根据被测件形状，选择不同的测帽套在测杆上。选择原则为：与被测件的接触面积要最小；
③ 工作台：对不同形状的被测件，应选用不同的工作台，选择原则与上基本相同；
使用方法：
① 粗调：仪器放在平稳的工作台上，将光学计管安在横臂的适当位置；
② 测帽选择：测量时被件与测帽间的接触面必须最小，即近于点或线接触。
③ 工作台校正：工作台校正的目的是使工作面与测帽平面保持平行。一般是将与被测件尺寸相同的量块放在测帽的边缘的不同位置，若读数相同，则说明其平行。否则可调整工作台旁边的四个调节旋扭。
④ 归零：把已选用的量块放在一个清洁的平台上，转动粗调节环使横臂下降至测头刚好接触量块时，将横臂固定在立柱上。再松开横臂前端的锁紧装置，调整光管与横臂的相对位置，当从光管的目镜中看到零刻线与指示虚线基本重合后，固定光管。调整光管微调旋扭，使零刻线与指示虚线完全对齐。拨动提升器几次，若零位稳定，则仪器可进行工作。 图2－6 立式光学比较仪结构图
仪器保养：使用精密仪器应注意保持清洁，不用时宜用罩子套上防尘。
① 使用完毕后必须在工作台、测量头以及其他金属表面，用航空汽油清洗、拭干，再涂上无酸凡士林。
② 光学计管内部构造比较复杂精密，不宜随意拆卸，出现故障应送专业部门修理。
③ 光学部件避免用手指碰触，以免影响成像质量。

2.5 万能测长仪
刻仪器是一种由精密机械、光学系统和电气部分 相结合起来的长度测量仪器。除可用来对零件的外形尺寸进行直接测量和比较测量之外，还可以使用仪器的附件进行各种特殊测定工作。
主要技术参数：
分度值：0.001mm
测量范围：
直接测量：0～100mm 电眼装置测量：1～20mm
外尺寸测量：0～500mm 外螺纹中径测量：0～180mm
内尺寸测量：10～200mm 内螺纹中径测量：10～200mm
仪器误差：
测外尺寸：±（1.5＋L/100）μm 测内尺寸：±（2＋L/100）μm
测量原理：万能测长仪是按照阿贝原则设计制造的，其测量精度较高。在万能测长仪上进行测量，是直接把被测件与精密玻璃尺作比较，然后利用补偿式读数显微镜观察刻度尺，进行读数。玻璃刻度尺被固定在测体上。因其在纵向轴线上，故刻度尺在纵向上的移动量完全与被测件之长度一致，而此移动量可在显微镜中读出，如图2－7所示。
仪器结构：如图2－8所示，主要由底座1、万能工作台10、测量座、尾座15、各种测量设备附件等所组成。
底座的头部和尾部分别安装着测量座和尾座，它们可在导轨沿测量轴线方向移动，在底座中部安装着万能工作台，通过底座尾部的平衡装置，可使工作台连同被测零件一起轻松地升降。平衡装置是通过尾座下方的手柄使弹簧产生不同的伸长和拉力，再通过杠杆机构和工作台升降机构连接，使与工作台的重量相平衡。 图2-7 卧式测量长仪测量原理图
万能工作台可有5个自由度的动运。中间手轮5是调整其升降运动，范围为0～105毫米，并可由刻度盘上读了。旋转前端微分筒4可使工作台产生0～25毫米的横向移动。扳动侧面两手柄可使工作台具有±3°的倾斜运动或使工作台绕其垂直轴线旋转±4°。在测量轴线上工作台可自由移动±5毫米。
测量座是测量过程中感应尺寸变化并进行读数的重要部件，主要由测杆、读数 图2－8 卧式万能测长仪结构图
显微镜、照明装置及微动装置所组成。它可以通过滑座在底座床面的导轨上滑动，并能用手轮在任何位置上固定。测座的壳体是由内六角螺钉与滑座紧固成一体。
尾座是放在底座右侧的导轨面上，它可以用手柄固定在任意位置上，尾管是装在尾座的相应孔中，并能用手柄固定，旋转其后面的手轮时可使尾管测头作由向微动。测头上可以装置各种需要的测帽，同时通过螺钉的调节，可使其测帽平面与测座上的测帽平面平行。尾座上的测头是测量中的一个固定测点。
测量附件主要包括内尺寸测量附件、内螺纹测量附件、电眼装置等三类。

仪器使用：卧式万能测长仪可测量两平行平面间的长度、圆柱体的直径、球体的直径、内尺寸长度、外螺纹中径、内螺纹中径等。由于仪器能测量的被测件类型较多，测量方法各不相同，其基本步骤为：选择并装调测头、安放被测件、校正零位、寻找被测件的最佳测量点、测量读数。在具体操作仪器前须仔细阅读使用说明书。
维护保养：仪器室不得有灰尘、振动及各种腐蚀性气体，室温应维持在20℃左右，相对湿度最好不超过60％，防止光学部件产生霉斑。每次使用完毕后，必须在工作台、测帽以及其他附属设备的表面用汽油清洗，并涂上无酸凡士林，盖上仪器罩。
2.6 偏摆检查仪
该仪器主要用于检测轴类、盘类零件的么向圆跳动和端面圆跳动，具有结构简单、操作方便维护容易等特点，运用十分广泛。
主要技术指标：
PBY5017型：最大测量长度： 500毫米 最大测量直径： 270毫米
PBY5012型：最大测量长度： 500毫米 最大测量直径： 170毫米
仪器精度：两顶尖连线对仪器座导轨面的平行度 ≤0.04毫米
仪器结构：如图2－9所示，主要由固定顶尖座1、顶尖2、底座3、指示表夹4、表支架座5、顶尖座锁紧手柄6、活动顶尖座7、顶尖锁紧手把8、活动顶尖移动手柄9组成。
使用方法：首先用锁紧手柄6将固定顶尖座在仪器底座上固定。按被零件长度将活动顶尖座固定在合适的位置。压下活动顶尖移动手柄9装入零件使其中心孔顶在仪器的两顶尖上，拧紧把手8将活动顶尖固定。移动表支架座5至所需位置后固定，通过其上所装的百分表（或千分表）即可进行检测工作。 图2－9 偏摆检查仪结构图
维护保养：
① 安装被测件时，要特别小心，防止碰坏仪器顶尖。
② 仪器滑动部分要经常给以润滑油，但油层不易过厚，以免影响仪器示值精度。
③ 使用完毕，顶尖、仪器导轨等重要零件和部位应用汽油洗净并涂上防锈油，然后盖上防尘罩。

2.7 光学合像水平仪
该仪器主要应用于测量平面和无柱面对水平的倾斜度，以及机床与光学机械仪器的导轨或机座等的平面度、直线度和设备安装位置的正确度等。
主要技术指标：
分度值： 0.01mm/m
最大测量范围： ±5mm/m
工作面长度：165毫米
示值误差：±1毫米／米范围内： ±0.01mm/m
全部测量范围内： ±0.02mm/m
工作原理：合像水平仪是利用棱镜将水准器中的气泡象符合放大，来提高读数的瞄准精度，利用杠杆、微动螺杆等传动机构进行读数。
仪器结构：合像水平仪结构如图2－10所示，主要由微动螺杆、螺母、度盘、水准器、棱镜、放大镜、杠杆以及具有平面和V形工作面的底等组成。
使用方法：将合像水平仪安置在被测零
件的表面上，由于被测表面的倾斜而引起两气
泡象的不重合。当转动度盘，使两气泡像重合
时，即可通过读数机构读出被测件表面实际倾斜读数，并按下式计算实际倾斜值： 图2－10 合像水平仪结构图
实际倾斜值＝刻度值×支点距离×刻度盘读数
使用注意事项：
① 使用前工作面要清洗干净。
② 湿度变化对仪器中的水准器位置影响很大，固必须隔离热源。
③ 测量时旋转度盘要平稳，必须等两气泡像完全符合后方可读数。

2.8 光切法显微镜
光切法显微镜以兆法测量和观察零件表面的微观几何形状，在不破坏表面的条件下，测出截面轮廓的微观几何形状和沟槽宽度的实际尺寸。此外，还可测量表面上个别位置的加工痕迹和坡损。
主要技术指标：
测量范围Rz值（微米）
所需物镜
总放大倍数
物镜组件与被件的距离（毫米）
视场直径
（毫米）
系数E
微米/格
0.8～1.6
60×
510×
0.04
0.3
0.16
1.6～6.3
30×
260×
0.2
0.6
0.29
6.3～20
14×
120×
2.5
1.3
0.63
20～80
7×
60×
9.5
2.5
1.28
工作原理：
如图2－11所示，狭缝被光源发出的光线照射后，通过物镜发出一束光带以倾斜45°方向照射在被测量的表面上。被测表面的微观形状，被光亮的具有平直缘狭缝像亮的带照射后，表面的波峰在S点产生反射，波谷在S’点产生反射，通过观测显微镜的物镜，它们各自成像在分划板的a和a’。在目镜中观察到的即为具有与被测表面一样的齿状亮带，通过目镜的分划板与测微器测出a点至a’点之间的距离N，被测表面的微观不平度h即为：
h=N/Vcos45° (N－物镜放大倍数) 图2-11 光切显微镜工作原理图
仪器结构：仪器外形如图2－12所示，基座（6）上装有立柱（5），显微镜的主体通过横臂（2）和立柱联结，转动手轮（4）将横臂沿立柱上下移动，此时显微镜进行粗调焦，并用旋手（1）将横臂固定在立柱上。显微镜的光学系统压缩在封闭的横臂内。横臂上装有可替换的物镜组（8）、测微目镜（13）等 。微调手轮（3）用于显微镜的精细调焦。仪器的座标工作台（7）利用其螺旋测微器对工件进行座标测量与调整。对平的工件可直接放在工作台上进行测量，对圆柱形的工件，可放在仪器工作台上的V形块上进行测量。
使用方法：基本步骤为：①选择物镜；②安放被件；③调整目镜焦距；④调整物镜焦距；⑤采集数据；⑥数据处理。详细方法见实验十“表面粗糙的测量” 。
维护与保养：
① 要注意防止灰尘、潮湿及其它有害物质的侵蚀。
② 仪器光源采用的是低压电源照明，必须使用专用的变压器，防止事故发生。
③ 所有的透镜和未作防锈处理的表面不得用手直接接触。
④ 使用完毕应将仪器擦拭干净，立柱及工作台表面要涂防锈油并盖上仪器罩。 图-12 光切显微镜结构图

2.9 JJI—22A型表面粗糙度测量仪
该仪器主要用于测量表面粗糙度和不同型面的粗糙度。其结构简单小巧，传感器灵敏度高。由于该仪器采用了计算机进行信号处理技术，测量精度高，测量人员只需按动一个测量键即可进行测量，仪器自动显示测量结果。
主要技术指标：
传感器种类：压电式标准传感器
触针圆弧半径： 10±2.5μm
触针材料：金刚石
驱动器移动长度：15mm
测量长度：4mm 12.5mm
移动速度：3.2mm/s
测量范围：Ra 0.1～3.2µm Rz 0.5～30µm Ry 0.5～30µm
仪器误差： ﹤±15%
可测零件形状：长度 ﹥15mm 内孔直径 >10mm
工作原理：驱动器带动压电式传感器在零件表面移动进行采样。信号经放大器及计算机的处理，通过显示屏同时读出被测量表面的Ra、Rz、Ry实测值。
仪器使用：基本步骤为：①安装仪器；②校准仪器放大倍数；③安放被测件；④采集数据；⑤数据处理。详细方法见实验十“表面粗糙的测量”。
维护与保养：
① 被测表面温度不得高于40℃，且不得有水、油、灰尘、切屑、纤维及其它污物。