光学投影仪
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2023年2月12日发(作者：)小中大引用推荐编辑只看复制
8.2.3模具零件常用测量仪器
1.测量器具的分类
测量器具按其用途的不同，可分为：
（1）基准量具及量仪
1）量具：量块、多面棱体、基准刻线尺等。
2）量仪：激光测长仪（比长仪）、光波干涉比长仪等。
（2）通用量具及量仪通用量具及量仪按结构特征的分类及其举例见表8.1
表8.1通用量具及量仪按结构特征的分类及其举例
量具及量仪结构特征举例
量具无刻线量具塞规、卡规（环规）、塞尺、各类量规及样板等
刻线量具钢直尺、钢卷尺等
游标量具游标卡尺、游标高度尺、游标深度尺、游标量角器等
螺旋测微量具千分尺、内径千分尺、深度千分尺、杠杆千分尺、螺纹千分尺、公法线千分尺等
指示表类量具百分表、千分表、杠杆百分表、杠杆千分表等
量仪机械量仪杠杆齿轮式比较仪、拉簧比较仪等
光学量仪光学自准直仪、光学比较仪、测长仪、干涉显微镜、工具显微镜、光学分度头、投影仪等
气动量仪水柱式、浮标式和膜片式气动量仪等
电动量仪电接触式、电感式、电容式和压电晶体式电动量仪等
其他量仪光栅式测长仪、光栅式分度头、光栅式三坐标测量仪、光栅式齿轮单面啮合测量仪等
此外尚可按使用类别分类，如测量角度、形状和位置误差、表面粗糙度、螺纹、齿轮等的量具和量仪，
以及专用检验夹具、自动测量装置等等。
选择测量仪器时，并不是测量精度越高越好，而在于测量仪器的检测范围应与目的相符，而且必须满足
操作迅速、价格便宜的要求。
2.模具检测常用精密量仪简介
在模具制造中，经常使用高精度的量仪对精密模具的重要零件进行检测。常用高精度测量的精密量仪主
要是由不同传动原理的测量装置、专用支架和工作台等部件构成。测量装置的作用是将测量感受元件的
微小位移经传递放大后观察读数，或用数字显示，或由计算机处理得到测量结果。
（1）光学投影仪光学投影仪是利用光学系统将被测零件轮廓外形（或型孔）放大后，投影到仪器影屏
上进行测量的光学仪器。所谓投影光学系统就是将零件用强光照明后，经过透镜放大成像于影屏上的光
学系统，如图8.12所示。
投影光学系统的放大倍数用物和像大小的比例来表示，也就是用横向放大率来表示
图8.12投影光学系统
1—照明光源2—聚光镜3—被测零件4—物镜5—影屏
式中β——放大倍数；
A1B1——像的尺寸
l′——物镜主面到影屏的距离；
l——物到物镜主面的距离；
f′——物镜的焦距；
x′——见图8.12。
式中的负号是表示成倒像。
投影仪按影屏直径的不同可分为小型（直径≤350mm）、中型（直径在350～600mm）和大型（直径＞6
00mm）三种。各类投影仪的放大倍数通常为10倍、20倍、50倍和100倍，转动最小分度值为l′。
投影仪是非接触测量，其测量方法有：
1）绝对测量法首先确定放大倍数，把零件安装好，即进行调焦，直到看到清晰的影像。然后微动工作
台，用投影屏上的十字（或米字）刻线对零件被测部分的轮廓边缘分别进行对准。通过工作台纵横向的
移动（测长度），工作台或投影屏的转动（测角度），在相应的读数机构上进行读数，测得零件的尺寸，
也可在带有纵横向方格刻线或极坐标圆刻线的投影屏上直接读数。
2）相对测量法这种方法是把放大了的影像和按预定放大比例绘制的标准图形相比较，一次可实现对零
件多个尺寸的测量。
光学投影仪经常用于形状复杂的精密零件的测量，如凸模、凹模等工作零件及截面样板和量规等平面轮
廓和表面形状的测量。各种凹模的型孔和不带凸缘的外形型面可用透射光检测，带凸缘的凸模或顶件块
需用反射光检测，对于圆柱形并置于顶尖架上或放在V形架上检测的工件应用侧面透射光检测。
（2）工具显微镜大型工具显微镜和万能工具显微镜是模具制造行业广泛使用的一种多性能计量仪器，
其光学系统如图8.13所示。照明光源发出的光线通过滤色片、可变光栏，经反射镜和聚光镜，以平行光
垂直向上，照明被测零件。零件轮廓经过物镜放大后，成像在分划板上，用分划板上的指标线或轮廓线
进行准确描准定位，并通过目镜再一次放大，以供观测。用来观测的目镜有各种不同的类型，可相互替
换，以便适合各种测量工作的需要。测角目镜用于角度、螺纹及坐标测量；螺纹轮廓目镜用于测量米制、
英制、梯形螺纹，测定螺距，测量零件长度尺寸，测量角度及轮廓形状误差；圆弧轮廓目镜是用影像比
较法来测定被测零件的半径，其测量范围为R0.1～100mm；双像目镜用于测孔间距或具有对称图形的间
距。
工具显微镜的基本测量方法有：
（1）影像测量法它是用主显微镜的米字线对被测零件的影象进行瞄准定位，并从纵横两读数显微镜中
读数。图8.14所示就是以影像法测长度。利用米字分划板，先描准第一被测边读出数值；移动滑板，瞄
准第二被测边，读出数值。二次读数之差就是被测长度。
（2）轴切测量法它是用主显微镜的米字线，对与被测零件在水平轴截面内接触的测量刀上的刻线进行
瞄准，并由纵或横向读数显微镜读数的方法。图8.15所示就是用轴切法测量圆柱直径，两把测量刀安装
在通过圆柱体的中心轴处，让测刀的刃口和圆柱体的母线紧密接触。测量刀表面有一条刻线，刻线至刃
口尺寸为特定值0.3mm或0.9mm，因此，只要测定两刃之间的距离，就可测得圆柱体直径的大小。
图8.13万能工具显微镜的光学系统
l—光源2—一般测量用聚光镜（带滤色片）3—投影用聚光镜（1~1.5倍）
4—投影用聚光镜（3~5倍）5、6、16—保护玻璃7—透镜8—可变光栏9—反射镜
10—聚光镜11—被测件12、13、14—1倍、3倍、5倍物镜组15—正象棱镜
l7—米字线分划板18—目镜组19—反射镜20—保护玻璃21—刻度盘（刻有360º）
22—测角读数显微镜的物镜组23—固定分划板（刻有60′）24—测角读数
图8.14影像测量法
（3）光学接触法它是用光学接触器的球形触头与被测零件相接触，用主显微镜的米字线与触头位置有
关的双刻线套合，并从纵横两读数显微镜中读数。
（4）直角坐标测量法它是按纵横两垂直方向测量零件的坐标值。
（5）极坐标测量法它是按极角和向量半径测量零件的坐标值。
工具显微镜主要技术规格如下：
大型工具显微镜分度值i＝0.01mm，1′；
测量范围（纵向×横向）150mm×50mm，0～360˚。
万能工具显微镜分度值i＝0.00lmm，1′；
测量范围（纵向×横向）200mm×100mm，0～360˚。
工具显微镜图像比投影仪清晰，能较好地观察零件表面的细小部位，测量凹凸形状也比较容易。
图8.15用轴切法测量圆柱直径
1—测量刀2—被测件
（3）三坐标测量机三坐标测量机是一种高效精密测量仪器，可对复杂立体形状实现快速、可靠地测量。
它是由测头测得被测物X、Y、Z三个坐标值来确定被测点空间位置，其测量结果可用数字显示，也可绘
制图形或打印输出。
1）三坐标测量机的类型常见的三坐标测量机的类型如图8.16所示。悬臂式测量机有利于装卸工件，操
作方便；桥式测量机结构刚性好，适用于大型测量机；龙门式测量机当龙门移动或工作台移动时，装卸
工件非常方便，操作性能好，适宜于小型测量机，精度较高；镗床式测量机精度高，但结构复杂。
图8.16三坐标测量机的结构类型
a）、b）悬臂式c）、d）桥式e）、f）龙门式
g）卧式镗床式h）坐标镗床式
2）三坐标测量机的组成及基本结构三坐标测量机综合应用了电子技术、计算机技术和激光干涉等先进
技术。它包括测量系统、控制系统、坐标值指示系统和打印绘图系统。
三坐标测量机的基本结构主要由机床部分（包括工作台、底座及支柱或支架等）、传感器部分和测量数
据处理系统三大部分组成。
机床部分的底座要保证具有良好的刚性和稳定的几何精度，目前多采用花岗岩石作测量机的工作台和床
身。测量机的导轨有气浮式、静压式和机械滚动三种形式，具有移动轻便、灵活的特点。
传感器部分是测量机的关键部件，对于测量机的功能、测量精度和效率影响极大。传感器（测头）可分
为机械式、电气式和光学式三种，前两种为机械接触式测量，后一种为非机械接触式测量。测量机的标
准器在手动测量机中较普遍采用刻线标尺、精密丝杠或精密齿条等；在数字显示式测量机中多采用光栅、
感应同步器，也有采用磁栅或激光干涉测长器、光屏对线刻线尺等。
被测工件经过测头的触测（接触或不接触），由测量机的三个坐标的标准器表现为三个坐标数值。这些
测量数据用数显装置显示出来，由人工记录并计算测量结果。这种方法既慢又易出错，而且对复杂的轮
廓测量甚至难以处理。近年来，三坐标机大都与计算机联用，由计算机采集数据，通过运算，并与预先
存储的理论数据相比较，然后输出测量结果。数据处理系统可以将被测量的几何元素任意组合，完成对
被测工件的几何要素、几何关系、形状、位置公差等测量数据的自行处理。
（3）三坐标测量机的功能配有小型计算机和基本数据处理软件系统的三坐标测量机，具有快速综合检
测的功能，能对待测零件自动找正，适用于对各种复杂型面的模具、精密机械零件、箱体、曲面、工夹
具等的几何形状尺寸的直角坐标和极坐标的孔距、角度、锥度、直线尺寸、形状公差、位置公差、径向
和轴向振摆及内外表面同轴度等机械尺寸进行测量；并可用于形状检验，即用计算机内储存的程序作为
基准来检测零件误差；还可以通过测量实物或模型，将测量数据变为形状信息，利用这些信息进行绘图
或数控加工。由于三坐标测量机
附件齐全，万能性好，适应性强，测量精度高，实际上可以说是一个“测量中心”。
尽管测量机在近代测量技术中发展很快，应用非常广泛，但是目前世界各国生产的三坐标测量机中，有
相当数量的中、小型测量机仍采用手动测量。因为该类测量机结构比较简单，维护方便，使用可靠，价
格比先进的自动化程度高的测量机要便宜得多，从经济角度出发，更适宜用于单件和小批量零件检测，
特别适用于模具的测量。
图8.17所示为精密型10TA系列桥式三坐标测量机，有手动、机动和全自动三种类型12种型号。手动
行程x×y×z（mm）由665×665×465至2650×1025×1025，机动行程由555×610×410至2540×970×97
0，分辨率为1μm。该类测量机采用三维电测头传感原理在被测模具表面进行连续扫描测量，通过控制和
数据处理系统，自动记录测量结果，能节省找正模具的时间，可大大加速其检测过程。
图8.1710TA型三坐标测量机
顶端Posted:2006-09-1309:03|1楼