第一部分 典型零件质量检测与控制项目教学
学习单元一 零件尺寸检测
项目一 用立式光学计测量外径
学习目标
（1）掌握用立式光学计测量外径的方法。
（2）了解其他测量外径的方法。
技能（知识）点
用立式光学计测量外径的方法及操作步骤。
一、项目下达
用立式光学计测量图1-1-1中零件（钢套）的外圆尺寸
，并判断其合格性。
图1-1-1 钢套
二、必备知识
（一）立式光学计结构
立式光学计是一种精度较高而结构简单的常用光学量仪。仪器的外观结构如图1-1-2所示。
（二）立式光学计工作原理
立式光学计是利用光学杠杆放大原理（光线反射现象产生放大作用）进行测量的仪器。其光学系统如图1-1-3所示。光线经反射镜1及三角棱镜照射到刻度尺8上，再经过直角棱镜2、物镜3，照射到平面反射镜4上。从刻度尺8上发出的光线经物镜3后成为平行光束到达平面反射镜4。若被测尺寸变动使测杆5推动平面反射镜4绕支点转动某一角度α，如图1-1-4（a）所示，则反射光线相对于入射光线偏转了2α角度，从而使刻度尺像7产生位移t，如图1-1-4（b）所示，它代表被测尺寸的变动量。
图1-1-2 立式光学计外观图
1—底座；2—螺母；3—支臂；4，8—紧固螺钉；5—立柱；6—直角光管；7—调节凸轮；9—拨叉；10—测头；11—工作台；12—工作台调整旋钮（共四个，调整工作台垂直测杆，实验前已调好，实验时禁止拧动）
图1-1-3 光学系统图
1—反射镜；2—直角棱镜；3—物镜；4—平面反射镜；5—测杆；6—零位微调螺钉；7—刻度尺像；8—刻度尺
图1-1-4 测量原理图
若物镜至刻度尺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，则仪器的放大比为
当α很小时，tan2α≈2α，tanα≈α，因此
。
设光学计的目镜放大倍数为12，f=200mm，b=5mm，则放大比K=80。
刻度尺的刻线间距C=0.08mm，故仪器的分度值i和总放大倍数n分别为
即当测杆移动0.001mm时，在目镜中可见到0.96mm的位移量，大约为1mm，看到的刻线间距约为1mm。
（三）测量原理
用量块作为长度基准，利用量块和零件相比较的方法，即用相对测量方法来测量各种工件相对基本尺寸的偏差值，从而计算出实际尺寸。
首先根据被测工件的基本尺寸L组成量块组，然后用此量块组将立式光学计的标尺调到零位。若从该仪器刻度尺上获得的被测长度对量块尺寸的偏差为ΔL，则被测工件的长度为L+ΔL，如图1-1-5所示。
图1-1-5 测量工件外径
1—量块组；2—被测工件；3—测量基准平面（平板）
三、任务实施
（一）测量器具准备
（1）立式光学计。
（2）量块。
（3）钢套。
（二）测量步骤
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的圆柱面工件时，选用刀口形测头且刀口与轴线垂直。
2.按被测工件的基本尺寸组合量块
量块的工作面明亮如镜，很容易和非工作面区分。工作面又有上下之分，当量块尺寸小于5.5mm时，有数字的一面即为上工作面。当尺寸大于等于6mm时，数字表面的右侧面为上工作面。
用酒精棉将测头、工件、工作台及块规擦干净。
将量块的上下工作面叠置一部分，并以手指加少许压力后逐渐推入，使两工作面完全重叠相研合。
3.接通电源
注意用变压器。
4.调整工作台使其与测杆方向垂直
一般已调好，禁止拧动4个工作台调整旋钮，调整方法如下。
（1）将组合好的量块放在工作台的中央。
（2）在光管的下端装上平面测头（ϕ8mm），使测头与量块相接触，在投影屏上看到分划板的刻线示值，然后将量块先后4次放入测头的相互垂直的边缘位置上，观察投影屏中分化板刻线示值的变化，并调整工作台的4个调整螺钉，使分划板刻线示值变化量最小（0.2μm），则表示工作台平面平行于测头平面。
5.检查细调、微调旋钮是否在调节范围中间
调节微调旋钮使其上的红点与光管上的红点对齐。松开光管紧固螺钉，调节光管凸轮旋钮（细调旋钮），使其上的红点向下，然后再紧固光管紧固螺钉。如仪器上无红点，先调微调或细调旋钮确定其调整范围，然后把微调旋钮和细调旋钮调到调整范围中间，紧固螺钉要拧紧。
6.调整仪器零位
（1）粗调：松开支臂紧固螺钉，转动调节螺母升起支臂，将研合好的量块放在工作台中央并使测头对准上测量面的中心点（对角线交点）。转动调节螺母，使支臂缓慢下降，直到测量面轻微接触，并能在现场中看到刻度尺像时，将螺钉锁紧。
（2）细调：松开紧固螺钉，转动调节凸轮——细调旋钮，直至在目镜中观察到刻度尺像与μ指标线接近为止[见图1-1-6（a）]，然后将螺钉锁紧。
（3）微调：转刻度尺微调螺钉，使刻度尺的零线影像与μ指示线重合[见图1-1-6（b）]，然后按动拨叉数次，看零位是否稳定，如稳定则可以测量。否则，检查是否是该锁紧的位置没有锁紧，找到原因重新调零。
图1-1-6 调整零位
7.测量被测件
按测头提升杠杆将测头抬起，取下量块，放上被测件，在被测件的左、中、右选三个截面Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ，在每个截面上测相互垂直的两个直径的4个端点A、B、A′、B′，如图1-1-7所示，共测12个点，测每一点时在轴线的垂直方向上前后移动，读拐点的最大值。把测量结果填入实训报告。
图1-1-7 测点分布图
工件的尺寸=量块的尺寸±刻尺所示值
8.复检零位
测完后将量块重新放回原位，复检零位偏移量不得超过±0.5μm，否则找出原因重测。
9.断电整理仪器
断电并整理仪器。
10.合格性评定
评定钢套外圆尺寸的合格性，方法如下：根据尺寸标注，所测12个点的直径的实际偏差若均在上下验收极限偏差内，则该直径合格。
（三）测量注意事项
（1）测量前应先擦净零件表面及仪器工作台。
（2）操作要小心，不得有任何碰撞，调整时观察指针位置，不应超出标尺示值范围。
（3）不要随意转动固定量仪测量部件（如悬臂）的锁紧螺钉、手柄，以防测量部件落下砸坏仪器。
（4）使用量块时要正确推合，防止划伤量块测量面。
（5）取拿量块时最好用竹镊子夹持，避免用手直接接触量块，以减少手温对测量精度的影响。
（6）注意保护量块工作面，禁止量块碰撞或掉落地上。
（7）量块用过后，要用航空汽油洗净，用绸布擦干并涂上防锈油。
（8）测量结束前，不应拆开块规，以便随时校对零位。
（9）光学镜头是光学量仪的重要部件，严禁随意用手触摸，用纸、布擦抹或对着镜头呵气。
（10）仪器上的工作面、导轨面是精密表面，不要用手触摸，以免生锈。
四、项目实训报告
项目实训报告见表1-1-1。
表1-1-1 项目实训报告
五、拓展知识
长度是几何量中最基本的参数，也是最主要的参数之一。虽然被测对象可是各种各样的，但概括起来，长度不外乎是面对面间的距离、线与线间的距离、点与点间的距离，以及它们之间的组合。常用来测量长度的量具与仪器有：游标卡尺、千分尺、指示表、各种测微仪以及坐标测量机等。常用的比较仪除了立式光学计还有机械比较仪、卧式光学比较仪、电感比较仪、浮标式气动量仪等。
六、思考题
（1）用比较仪能否进行绝对测量？
（2）产生测量误差的主要因素有哪些？