合像水平儀或自準(zhǔn)直儀的結(jié)構(gòu)并熟悉使用它測量直線度方法

直線度誤差測量一、 實驗?zāi)康牧私夂舷袼絻x或自準(zhǔn)直儀的結(jié)構(gòu)并熟悉使用它測量直線度方法;(2)掌握給定平面內(nèi)直線度誤差值的評定方法；(3)掌握按兩端點連線和最小條件作圖求解直線度誤差值的方法。二、 直線度誤差的評定直線度誤差是指實際被測直線對其理想直線的變動量，理想直線的位置符合最小條件。最小條件是指實際被測直線對其理想直線(評定基準(zhǔn))的最大變動量為最小。測量數(shù)據(jù)可以用指示表測量實際被測直線上均勻布置的各測點相對平板(測量基準(zhǔn))的高度來獲得，也可以用水平儀或自準(zhǔn)直儀對實際被測直線均勻布點測量，測量兩相鄰測點之間的高度差來獲得。然后，按照最小條件或以首、尾兩個測點的連線(兩端點連線)評定基準(zhǔn)，由獲得的測量數(shù)據(jù)用作圖或計算的方法求解直線度誤差值。三、用合像水平儀測量直線度誤差(1)量儀說明和測量原理合像水平儀是一種精密測角儀器，用自然水平面為測量基準(zhǔn)。合像水平儀的結(jié)構(gòu)見圖1，它的水準(zhǔn)器8是一個密封的玻璃管，管內(nèi)注入精鎦乙醚，并留有一定量的空氣，以形成氣泡。管的內(nèi)壁在長度方向具有一定的曲率半徑。氣泡在管中停住時，氣泡的位置必然垂直于重力方向。就是說，當(dāng)水平儀傾斜時，氣泡本身并不傾斜，而始終保持水平位置。利用這個原理，將水平儀放在橋板上使用，便能測出實際被測直線上相距一個橋板跨距的兩點間高度差，如圖2所示。在水準(zhǔn)器玻璃管管長的中部，從氣泡的邊緣開始向兩端對稱地按弧度值(mm/m)刻有若干條等距刻線。水平儀的分度值i用［角］秒和mm/m表示。合像水平儀的分度值為2"，該角度相當(dāng)于在1m長度上，對邊高0.01mm的角度，這時分度值也用0.01mm/m或0.01/1000表示。圖3.1會像水平待1—底板；2一杠桿；3一支承；4一殼體；5一支承架；6一放大鏡；7一棱鏡；8—水準(zhǔn)器；9一微分筒；10—測微螺桿；11—放大鏡；12—刻線尺I一橋板；II一水平儀；III—實際被測直線;L一橋板跨距;0,1,2，…,n一測點序號圖2用水平儀測量直線度誤差時的示意圖參看圖1和圖3,測量時，合像水平儀水準(zhǔn)器8中的氣泡兩端經(jīng)棱鏡7反射的兩半像從放大鏡6觀察。當(dāng)橋板兩端相對于自然水平面無高度差時，水準(zhǔn)器8處于水平位置。則氣泡在水準(zhǔn)器8的中央，位于棱鏡7兩邊的對稱位置上，因此從放大鏡6看到的兩半像相合（如圖3（a）所示）。如果橋板兩端相對于自然水平面有高度差，則水平儀傾斜一個角度a,因此，氣泡不在水準(zhǔn)器8的中央，從放大鏡6看到的兩半像是錯開的（如圖3（b）所示），產(chǎn)生偏移量△?（a）相合 （b）錯開圖3氣泡的兩半像為了確定氣泡偏移量A的數(shù)值，轉(zhuǎn)動測微螺桿10使水準(zhǔn)器8傾斜一個角度a，以使氣泡返回到棱鏡7兩邊的對稱位置上。從放大鏡中觀察到氣泡的兩半像恢復(fù)成圖3（a）所示相合的兩半像。偏移量A先從放大鏡11由刻線尺12讀數(shù)，它反映測微螺桿10轉(zhuǎn)動的整圈數(shù)；再從測微螺桿手輪9（微分筒）的分度盤讀數(shù)（該盤每格為刻線尺一格的百分之一）；它是螺桿10轉(zhuǎn)動不足一圈的細(xì)分讀數(shù)。讀數(shù)取值的正負(fù)由測微螺桿手輪9指明。測微螺桿10轉(zhuǎn)動的格數(shù)a、橋板跨距L（mm）與橋板兩端相對于自然水平面的高度差h之間的關(guān)系為：（2）實驗步驟1） 測量時，水平儀放置在實際被測直線的兩端，把實際被測直線調(diào)整到大致水平，使水平儀在兩端的示值不要相差太大。然后在實際被測直線旁標(biāo)出均勻布置的各測點的位置。2） 根據(jù)兩相鄰測點間的距離選擇跨距適當(dāng)?shù)臉虬?。將水平儀安放在橋板上，然后沿著實際被測直線把橋板放在該實際被測直線的一端，記下水平儀第一個示值△（格數(shù)）。按各測點畫的位置依次逐段地移動橋板，同時記錄各測點的示值△（格數(shù)）。注意每次移動時，應(yīng)使橋板的支承在前后位置上首尾相接，而且水平儀不得相對于橋板產(chǎn)生位移。由始測點順測到終測點后，再由終測點返測到始測點。返測時，橋板切勿調(diào)頭。3） 將在各個測量間隔記錄的兩次示值的平均值分別作為各個測量間隔的測量數(shù)據(jù)，求解直線度誤差值。若某個測量間隔兩次示值的差異較大，則表明測量不正常，查明原因重測。（3）直線度誤差值的評定方法1）按最小條件評定直線度誤差值應(yīng)該采用最小包容區(qū)域來評定。參看圖4,由兩平行直線包容實際被測直線時，實際被測直線的測點中應(yīng)至少有三個測點分別與這兩條直線接觸（成高一底一高三極點或低一高一低三極點相間接觸），則位于實際被測直線體外的那條包容直線的位置符合最小條件，它就是評定基準(zhǔn)。這兩條平行直線之間的區(qū)域稱為最小包容區(qū)域（簡稱最小區(qū)域）。最小包容區(qū)域?qū)挾燃礊榉献钚l件的直線度誤差值fMZ。/mz 4/ （a） （b）（a）高一低一高三極點 （b）低一高一低三極點。一高極點；口一低極點圖4直線度誤差最小包容區(qū)域判別準(zhǔn)則2）按兩端點連線評定參看圖5，以實際被測直線兩端點B和E的連線l作為評定基準(zhǔn)，取各測點相對于該連線的偏離值h中的最大偏離值h與最小偏離值h之差f作為直線度誤差值。測點在連線l上方的偏離值取正值，測點在連或l下方的偏離值取負(fù)值。即 "BEf=h-h按最小條件評定的誤差值小于或等于按兩端點1連線評定的誤差值，因此前者可以獲得最佳的技術(shù)經(jīng)濟效益。（4）數(shù)據(jù)處理1）按兩端點連線法圖解直線度誤差參看圖6,在坐標(biāo)紙上用橫坐標(biāo)軸x表示測量間隔（各測點的序號），用縱坐標(biāo)軸y表示測量方向上的數(shù)值。將它們分別按縮小和放大的比例把各測點標(biāo)在坐標(biāo)紙上，然后把各測點連成一條誤差折線，該折線可以表示實際被測直線。在誤差折線上，連接其兩個端點B、E，得到兩端點連線l。從誤差折線上找出各測點中相對于兩端點連線的最高點和最低點。從坐標(biāo)紙上分別量取這兩個測點至兩端點連線的y坐標(biāo)距離，它們的代數(shù)差即為直線度誤差值f。圖6圖解直線度誤差值2） 按最小條件圖解直線度誤差值參看圖6,從誤差折線上確定低一高一低（或高一低一高）相間的三個極點。過兩個低極點（或兩個高極點）作一條直線，再過高極點（或低極點）作一條平行與上述直線的直線，包容這條誤差折線，從坐標(biāo)紙上量取這兩條平行線間的坐標(biāo)距離，它的數(shù)值即為直線度誤差值f。3） 圖解法處理數(shù)據(jù)示例用分度值為0.01mm/m的合像水平儀測量工作長度為1400mm的導(dǎo)軌的直線度誤差。所采用的橋板跨距為200mm，將導(dǎo)軌分成7段（8個測點）進行測量。測量數(shù)據(jù)見表4-3第二行所列的示值。表4—3直線度誤差測量宣數(shù)據(jù)測點序號i01234567示值A(chǔ)i（格數(shù)）0+1+2+10-1-1+1示值累積值y=Z△i0+1+3+4+4+3+2+3參看圖6,按表4-3所列各測點的示值累積值，在坐標(biāo)紙上畫出誤差折線。作通過誤差折線首、尾兩點的直線l。從該坐標(biāo)紙上量得誤差折線相對于直線l的最大偏離值h=+2.7格，最小偏離值=-0.6格。因此，按兩端點連線評定的直線度誤差值為max f=0.01x（2.7+0.6）x200=6.6〃m從誤差折線上找出兩個低極點（0，0）和（6,+2）及一個高極點（3,+4）。作通過兩個

低極點的直線，再作過高極點且平行于兩低極點連線的直線，得到最小包容區(qū)域。從該坐標(biāo)紙上量得該區(qū)域的y坐標(biāo)寬度為3格。因此，按最小條件評定的直線度誤差值為fM*.01x3x200=6〃m四、用自準(zhǔn)直儀測量直線度誤差（1） 量儀說明和測量原理自準(zhǔn)直儀是一種精密測角儀器，用一束光線作為測量基準(zhǔn)。它由本體和反身射鏡兩部分組成，本體包括光管和讀數(shù)顯微鏡。測量時，本體安放在被測工件之外的固定位置上，反射鏡則安放在橋上，并把橋放置在實際被測表面上。圖7為自準(zhǔn)直儀的光學(xué)系統(tǒng)圖。光線由光源5發(fā)出，經(jīng)濾光片6照亮十字分劃板4,再經(jīng)立方棱鏡7及物鏡8形成平等光束，將十字分劃板4的十字技射在平面反射鏡9上，經(jīng)反射后，成像在目鏡分劃板2上。若反射鏡9與平行光束互相垂直，則平行光束沿原光中反射后成像在目鏡分劃板的影像（亮十字影像）經(jīng)立方棱鏡7并被其中的半透明膜向上反射到目鏡分劃板2,且與目鏡分劃板2的指示線重合（見圖8（a））。如果被測表面凸凹不平，使橋板10連同反射鏡9傾斜一個角度a，那么反射光軸與入射光軸成2a角，使亮十字影像相對于目鏡分劃板2的指示線產(chǎn)生相應(yīng)的偏移量入（見圖8（b））。偏移量的數(shù)值由固定分劃板3和讀數(shù)鼓輪1讀出。讀數(shù)鼓輪1有100格等分的圓周刻度，讀數(shù)鼓輪每轉(zhuǎn)一轉(zhuǎn)，就使目鏡分劃板2上的指示線相對于固定分劃板3上的刻線尺移動一個刻度間距。若讀數(shù)鼓輪每格的角值分度值為1"，則其線值分度值用0.005mm/m或0.005/1000表示。如果所使用橋板10的跨距L為200mm，則讀數(shù)鼓輪每格的實際分度值i=200X0.005/1000=0.001mm=1|jm。這樣，就可以由影像偏移量（格數(shù)）計算出被測表面與橋板兩端的兩個觸點相對于光軸的高度差h。因此，h=i^（Mm）。（2） 實驗步驟（參看圖7）1） 沿工件被測直線的方向?qū)⒆詼?zhǔn)直儀本體安放在工件體外，在被測直線旁標(biāo)出均勻布點的各測點的位置。將反射鏡9安放在橋板上，然后，將橋板分別放置在被測直線的兩端接通電源，使光線照準(zhǔn)安放在橋板上的反射鏡。2） 調(diào)整自準(zhǔn)直儀本體的位置，使十字分劃4的影像在反射鏡9位于被測直線的兩端時均能進入現(xiàn)場。然后，將本體的位置加以固定?！床蛘fNU—橋板—反豺說NU—橋板（a）起始示值（998格） （b）第二次示值（800格）圖8測量時示值的讀取3）將安放著反射鏡的橋板10移到靠近自準(zhǔn)直儀本體的被測直線那一端。調(diào)整目鏡1一讀數(shù)鼓輪；2、3、4一分劃板；5一光源；6—濾光片；7—立方棱鏡；8—物鏡；9—反射鏡；10—橋板分劃板2的指示線位置，使它位于亮十字像的中間（圖8（a）），從固定分劃板3的刻線尺及讀數(shù)鼓板1上讀出并記錄起始示值^（格數(shù)）。4） 按各測點的位置依次逐段地移動橋板。注意橋板每次移動時，應(yīng)使橋板的支承在前、后位置上首尾相接，并且反射鏡不得相對于橋板產(chǎn)生位移。觀察并記錄目鏡中