精密检测仪器1—光学计

过去我们就机械产品检验工常用计量器具中的四大类检测器具以及一些辅具做了简单的介绍：简易类量具、游标类量具、微分类量具、指示式量具、角度类量具、一般量规和检验常用辅助器具等。使大家对常用计量器具有了一定的了解，在工作中会有一点帮助；今后陆续介绍一些精密检测仪器，供大家学习使用时参考。

精密检测仪器类别也比较多，仅仅以某种方式进行分类：

一、光学仪器

1、光学计

2、测长仪

3、测长机

4、投影仪

5、光学分度头

6、干涉显微镜

7、光切显微镜

二、气动测量仪器

1、浮标式气动量仪

2、电子柱式气动量仪

三、电动测量仪器

1、电感测微仪

2、圆度仪和圆柱度仪

3、电动轮廓仪

4、数显测高仪

5、影像测量仪

四、三坐标测量机及工具显微镜

1、三坐标测量机

2、工具显微镜

光学计

1、定义

光学计是一种准确度较高的长度计量用的光学机械式仪器。按其分度值分为精密光学计（0.2μm光学计）和1μm光学计；按其结构型式可分为带投影装置的和不带投影装置的光学计以及投影光学计；按其使用方式可分为立式光学计、卧式光学计。

各类光学计的外形如图1、图2、图3、图4所示。

光学计的用途一般是用标准器以比较法测量工件的尺寸。

2、结构原理

光学计有立式、卧式之分，两者所用的光学计管完全相同；立式光学计主要用于微差比较测量，是使工件与量块相比较测量它们之间的微差尺寸；立式光学计分为刻线读数、数显两种。

（1）结构

卧式光学计除能测量外尺寸外，还能测量内尺寸。

图1 超级光学计

1-基座 2-工作台制动螺钉 3-臂架升降用螺母

4-臂架制动螺钉 5-立柱 6-照明装置 7-光管 8-工作台

图2 投影精密光学计

1-基座2-工作台 3-臂架

4-光管 5-立柱 6-照明装置 7-光管制动螺钉

a）带投影装置

b）不带投影装置

c）投影式

图3 立式光学计

1-基座 2-升降螺母 3-制动螺钉 4-臂架 5-投影筒 6-立柱 7-照明装置

8-光管 9-工作台 10-刻度尺微调用的旋钮

a）轴型导轨式

b）平面型导轨式

图4 卧式光学计

1-基座 2-导轨 3-照明装置 4-投影筒 5-光管 6-置物工作台 7-尾管 8-支架

9-制动螺母 10-置物工作台移动手轮 11-置物工作台升降手轮

（3）工作原理

它的原理之所在就在这个光管里，以立式光学计为例说明其原理（见图5）：首先由下往上说，测帽、测杆、反光镜、物镜、棱镜、通光棱镜、标准尺；反光镜有三个支点支撑，其中两个支点为固定点，另一个支点就是测杆。测杆的上下移动带着反光镜上下偏转，当杠杆往下走时，反光镜向下偏，这时目镜中的像越模糊；反之则越清晰。

当光源进入打到标准尺上将标准尺的像通光棱镜、物镜打到反光镜上，这时再由反光镜按原来的线路将标准尺的像反射到目镜中，进行观察。由光源1 聚光镜2 滤光片3 隔热玻璃5 仪器投影箱4 刻度尺6（刻度尺6上的刻划面在准直物镜8的焦平面上、刻划轴线与整个照明系统的光轴偏离2.5mm）被照亮的刻度尺；经棱镜7和准直物镜8 后成平行光射向反射镜9，由9反射后再经物镜成像在刻划面上光轴的另一侧（为了利用影屏观察，在棱镜7 的右边，设计成一个的反射面，它使刻度尺的自准直像转向，在投影物镜10的物平面上成像）再经投影物镜放大及棱镜11、反射镜12的反射，把刻度尺像成在影屏13上，影屏上刻着固定的指标线，观察放大镜14把整个影屏再放大，从而提高了观察效果。

图5 立式光学计原理示意图

（4）测量原理

用立式光学比较仪测量零件，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调整仪器的指示表到达零位，再将工件放在测头与工作台面之间，从指示表上读出指针对零位的偏移量，即工件高度对量块尺寸的差值ΔL，则被测工件的高度为X＝L＋ΔL。

2．技术参数及测量范围

通常测量范围±100个分度值，分度值为1μm，精度为±0.5μm。

每一种型号规格仪器的具体示值范围和测量范围见表1。

表1 示值范围和测量范围表

3．使用方法及说明

（1）立式光学计使用方法

介绍一下用立式光学计检定4等量块的使用方法：

1）首先选取两块标称值之差不大于100μm 的4等量块，并用120#汽油进行清洗，放到立式光学计的工作台上。

2）将其中一块量块放到工作台中心，打开臂架制动螺钉，旋转臂架升降用螺母，将测帽对准量块的中心与其之间留下一点缝隙，然后观看目镜，继续调节臂架升降用螺母，直到有标准尺像出现，尽量调到零位，锁紧臂架制动螺钉，打拨叉。

3）打开微调臂架制动螺钉，旋转微调臂架升降用螺母，观察目镜，继续调零，然后锁紧微调臂架制动螺钉打拨叉，若与零位差的不多，则调节目镜上的分划板旋钮，然后继续打拨叉，反复几次，直到指针不动，指到零位。

4）抬起拨叉，将量块取出，换上另一量块，观察目镜，不断打拨叉，知道指针不再移动，读数。与两量块标称值差值作比较。

（2）说明

1）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。

2）立柱是圆的，拖着光管的支架可以360度旋转，故要在粗调中扶住它，以免它不在工作台的中心位置。

3）工作面的水平是可以调节的他有前后左右四个旋钮，相对的两个是一松一紧的配合来调节水平

4）有投影功能的光学计，因投影的时间长了会变模糊，因此常用的还是用眼观察目镜的好点。

4．维护保养及注意事项

1）立式光学计在使用时一定要保持环境的清洁，各工作面要用汽油擦拭干净，不能留有尘土颗粒，否则将影响测量结果。

2）标准与被测件要轻拿轻放，并与工作台接触良好。

3）注意测量时一定要带手套，防止传热和防止将手上的汗液留下锈蚀金属表面。

4）立式光学计用完后必须用汽油清洗工作台、测量头以及零件的工作面，再涂上无酸性凡士林或防锈油，用棉花团涂或毛刷涂都可以，切不可用手指涂凡士林，因皮肤的脂酸对金属有害。

5）立式光学计的光学部件保持清洁非常重要，凡透镜或棱镜表面避免用手指碰触，宜用骆驼毛笔或貂毛笔轻轻拂去浮灰，在用柔软清洁的亚麻布或软纸蘸一点清水或蒸馏水擦拭，透镜表面如果还有油垢，可蘸一点二甲苯或酒精、乙醚（1：1）的混合液擦拭，但最好避免多擦。

6）光学计管内部结构比较复杂精密，不宜随意拆卸，必要时要由专业人员修理。

7）立式光学计清洁上油后用罩子套上避免灰尘侵袭。

5．测量事例

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；而测量小于10mm的圆柱面工件时，则应选用刀口形测头。

2）按被测塞规的基本尺寸组合量块组。

3）调整仪器零位（见图6a）。

a）立式光学比较

b）立式光学比较零位调整

c）测量部位

图6 立式光学比较仪塞规测量示意图

将量块组置于仪器工作台16的中心，并使测头14对准量块组的上测量面的中心。调节零位，步骤如下：

①粗调节松开横臂5上的紧固螺钉4，转动调节螺母3，使横臂缓慢下降，直到测头与量块的测量面接触，而在视场中能看见刻线尺的象时，则将螺钉4扭紧。

②细调节松开紧固螺钉12，转动手轮13，使在目镜中看到的象与指示线接近（见图6b左图），然后拧紧螺钉12。

③微调节转动微调螺钉10，使刻线尺的零刻线的影象与u指示线重合（见图6b右图），然后按下拨叉15数次，使零位稳定。

④检查零位按下拨叉15，抬起测头14，推出量块组，再推进量块组，放下测头，再微旋螺钉10，使零线影象与指示线再次重合。

⑤检查示值按动拨叉三次，若零线影象变动不超过1/10格，则表示光学比较仪的示值稳定可用。

4）按图6c分别测量塞规上六个部位处的直径。测量时，将被测塞规按在工作台上，在测头下慢慢滚过，读出刻线象偏离指示线的最大值（估读1/10格），即为被测塞规的实际偏差。

5）从国家标准GB／T 1957-2006《光滑极限量规 技术条件》中，查出塞规的尺寸公差和形状公差，计算塞规的极限尺寸，根据测量结果判断塞规的合格性。

来源：机械产品检验