实验三用合象水平仪测量直线度误差
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实验三用合象水平仪测量直线度误差
一、实验器具---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
图3－1 合像水平仪结构图
1、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
2、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
3、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：
实际倾斜值＝刻度值×支点距离×刻度盘读数
4、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
二、测量原理与器具简介
为了控制机床、仪器导轨及长轴的直线度误差
常在给定平面（垂直平面或水平平面）内进行检测
常用的测量器具有框式水平仪、合象水平仪、电子水平仪和自准直仪等测定微小角度变化的精密量仪
由于被测表面存在直线度误差
测量器具置于不同的被测部位上时
其倾斜角将发生变化
若节距（相邻两点的距离）一经确定
这个微小倾角与被测两点的高度差就有明确的函数关系
通过逐个节距的测量
得出每一变化的倾斜度
经过作图或计算
即可求出被测表面的直线度误差值
合象水平仪因具有测量准确、效率高、价格便宜、携带方便等特点
在直线度误差的检测工作中得到广泛采用
合象水平仪是利用棱镜将水准器中的气泡像复合放大
以提高读数时的对准精度
利用杠杆和微动螺杆传动机构来提高读的精度和灵敏度,其工作原理见本指导书第二篇
合象水平仪置于被测工件表面上
若被测两点相对自然水平线不等高时
将引起两端的气泡像不重合
转动度盘使气泡像重合
此时合象水平仪的读数值即为该两点相对自然水平面的高度差
刻度盘读数与桥板跨距L之间的关系为：h=i?L?
a
三、测量步骤
1、量出零件被测表面总长
将总长分为若干等分段（一般为6～12段）确定每一段的长度（跨距）L
并按L调整可调桥板两圆柱的中心距
2、将合像水平仪放于桥板上
然后将桥板从首点依次放在各等分点位置上进行测量
到终点后
自终点再进行一次回测
回测时桥板不能调头
同一测点两次读过的平均值为该点的测量数据
如某测点两次读数相差较大
说明测量情况不正常
应查明原因并加以消除后重测
测量时要注意每次移动桥板都要将后支点放在原来前支点处（桥板首尾衔接）测量过程中不允许移动水平仪与桥板之间的相对位置
3、从合象水平仪读数时
先从合像水平仪的侧面视窗处读得百位数
再从其上端读数鼓轮处读得十位和个位数
4、把测得的值依次填入实验报告中
并用计算法按最小条件进行数据处理
求出被测表面的直线度误差
四、数据处理
1、为了作图的方便
最好将各测点的读数平均值同减一个数而得出相对差
2、根据各测点的相对差
在坐标纸上描点
作图时不要漏掉首点（零点）
且后一点的坐标位置是在前一点座标位置的基础上累加
用直线依次连接各点
得出误差折线
3、两条平行直线包容误差折线
其中一条直线必须与误差折线两个最高（或最低）点相切
在两切点之间有一个最低（或最高）点与另一条平行线相切
这两条平行直线之间的区域就是最小包容区域
两平行线在纵坐标上的截距即为被测表面的直线度误差值△a(角度格值)
4、差值△f（μm）按下式折算成线性值
并按国家标准GB1184－1996确定被测表面直线度的公差等级
△f =i?L?△a
式中：I-合像水平仪的分度值
L-桥板跨距
△a一被测件的直线度误差值（格）
例：用合象水平仪测量一长平面的直线度误差仪器的分度值为0.01mm
选用的桥板节距L＝200mm
测量直线度的记录数据见下表
若被测面的直线度公差为5级
试用作图法评定该的直线度误差是否合格
解：数据处理的步骤如下：
⑴先将各点的顺测值与回测值取平均
⑵简化测量数据：a值可取任意数值
但要有利于相对差数字的简化
本例取a＝274格
测量数据
测点序号i
1
2
3
4
5
仪器
读数
ai
顺测
-
273
278
285
283
270
回测
-
275
280
287
285
272
平均
-
274
279
286
284
271
相对差△ai
+5
+12
+10
-3
坐标值yi
+5
+7
+17
+14
⑶将相对差中的各点读数格值在直角坐标系中逐一累加描点（如图3－14）
⑷求最小包容区：先过0点和第4点作一直线
再过第3点作一平行线
则两条平行线在纵坐标上的载距7格
即为该被测件的直线度误差值（格值）
⑸求直
线度误差的线值：△f=0.01×200×7=14 (μm)
⑹按GB1184－1996
直线度5级公差值为25μm
其测量出的误差值小于公差值
所以被测零件直线度误差合格
图3-14 被测件直线度误差折线图
五、填写测量报告单
按步骤完成测量并将被测件的相关信息、测量结果及测量条件填入测量报告单（6）中
测量报告
被测件名称
送检数量
送检单位
测量数据测点序号i
1
2
3
4
5
仪器读数
ai
顺测
回测
平均
相对差△ai
坐标值yi
误差曲线图
测量结果
△f =i·L·Δa=
测量器具
结论
测量日期
年月日测量者。