用合像水平仪测量导轨直线度误差及数据处理.pdf

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1、实验三用合像水平仪测量导轨直线度误差一、实验目的1．了解光学合像水平仪的结构、原理及使用方法。2．学习用光学合像水平仪测量直线度误差和数据处理的方法。3．加深对直线度公差与误差的定义及特征的理解。二、实验内容直线度误差是属于形状误差的范畴。对于机床、仪器导轨或其他窄而长的平面，为了控制直线度误差，常在给定平面（垂直或水平）内进行测量。当采用“与理想要素比较”原则测量时，其测量方法可分为两大类。第一类，直接测量法：理想直线用实物模拟，直接测出被测实际线到测量基准的直线距离。如以刀口尺、平尺作为理想直线与被测实际线相比较，量值直接用自估、塞尺或量块、指示器

2、等获得。第二类，间接测量法：理想直线是水平线或线光束。测量时依次测出被测实际线各分段的斜率变化，通过作图画出被测线的近似轮廓折线，或通过计算得出各测点的坐标值，然后按某种评定基准来确定相应的直线度误差。常用的小角度仪有水平仪（钳工、框式、合像和电子水平仪）和自准直仪两种，本次实验是采用跨距法，用光学合像水平仪测量机床导轨在垂直面内的直线度误差。三、实验基本原理与方法光学合像水平仪是用来测量平面和圆柱面对水平方向微小倾斜角的仪器，常用于测量导轨的直线度、平板的平面度和设备安装位置的正确性。仪器的测量范围为0～5mm/m，分度值为0.01mm/m。合像水平

3、仪外形及结构原理如图1所示。外形为底座（平面及120V型槽）与壳体。其内部则由杠杆2、水准器8、两个棱镜7、读数装置（刻度盘9、毫米刻度标尺11）以及窗口6所组成。图1合像水平仪外形及结构原理使用时将合像水平仪放在被测表面上，或将其置于跨距为L的桥板（图2）上相对不动，再将桥板放于被测表面上。图2桥板图图3气泡成像通过两光学棱镜将气泡两端像的一半多次反射，可从窗口看到汽泡两端的半边像。如果被测表面无直线度误差，此时水准器上的汽泡处于两棱镜的中间位置，气泡两端的半边像合在一起，其视场如图3(a)所示。若被测表面不直或安放位置不理想（即与大地水准面有一微小

4、倾斜角），导致汽泡移动，此时两半边像错开，其视场如图3(b)(c)所示。将合像水平仪置于1m长的被测表面上，若该段表面有一微小倾角，水准器的汽泡向右偏移，则从窗口内看到的两半边合像右半长些，左半边短些，此时将读数装置朝“十”方向旋转带动螺杆向下移动，经杠杆作用，水准器处于水平位置。在这一过程中，可以见到左半边像逐渐增长，右半边像逐渐缩短，直到两半边像逐渐重合，转动读数装置带动刻度盘（圆周等分100刻度）转过的格数，即是合像水平仪在1m长度上倾斜的高度差。对合像水平仪进行读数时，应先从毫米刻度标尺读整数，再从刻度盘上读小数；转动读数旋钮带动刻度盘转一圈（

5、100格刻度）时，精密螺杆带动刻度指标移动1mm，所以，刻度盘上每一格，代表仪器在1m长度上高度差为0.01mm。例如：毫米刻度指标所指刻度是3mm多一点，刻度盘上刻度为14格（即0.140mm），则合像水平仪的读数值为3.140mm。注意：由于本实验直线度误差很小，没有超过1mm，可不读毫米刻度，这样更为简捷。四、测量步骤1．准备工作将被测表面擦洗干净，量出被测表面总长，并分成n个相邻的测量段，根据分段长度选择桥板跨距L，按节距L调整桥板（图2）的两圆柱中心距。将分度值为0.01mm/m光学合像水平仪放在桥板上，先后置于被测导轨两端，使其大致调平。2

6、．开始进行测量按分段（跨距）从首点至终点依次（顺测）测量。测量时要注意，每次移动桥板必须将后支点放在前支点处，记下相对测量值（a）。测量过程中，不允许水平仪调换方向。再从i终点至首点依次进行（回测）测量。回测时桥板不要调头，取各相应测点两次读数的平均值作为该测点的测量值。必须注意，如某测点两次读数相差较大，说明测量情况不正常，应检查原因并加以消除后重测。3．数据处理将测量读数值依次填入实验记录中，并进行数据处理。为了作图和计算方便，最好用简化读数，即将各测点的读数平均值同减一个数而得出相对差（见例题）。按上述方法测量若干次，取其中最大的直线度误差作为被

7、测件的评定值。4．示例用合像水平仪测量一窄长平面导轨的直线度误差，仪器的分度值为0.01mm／m，选用的桥板跨距L=200mm（用合像水平仪底座为跨距）。解：将导轨分为n=10测量段，顺测（从首点至终点）、回测（由终点至首点）各一次，测得的数据列入表1。为了便于数据处理，将各测点的读数平均值a同减一个数a来得出相对差ii∆ai=ai−a。将相对差∆ai作为简化读数，计算累积值∑∆ai。本例取a＝25.0格（注：j=1a值可取任意数）。如：测点i=5，该测点的读数平均值a=25.7，相对差∆a=a−a=25.7−25.0=+0.7；累积值5555为∑∆a

8、i=∆a1+∆a2+∆a3+∆a4+∆a5=1.5+2.9+0.2+(−1.8)+0.7=+3