《互换性与测量技术基础》用合像水平仪测量直线度误差实验

《互换性与测量技术基础》用合像水平仪测量直线度误差实验
一、实验目的
1.了解合像水平仪的原理、结构和使用方法；
2.掌握用合像水平仪测量直线度误差的方法；
3.掌握直线度误差的计算及评定方法。

二、实验内容
1.用合像水平仪测量桌面上指定区域的直线度误差。

2.根据测量结果，进行数据处理，获得直线度误差值。

三、合像水平仪的结构和工作原理
1．合像水平仪的结构和工作原理
合像水平仪主要由测微螺杆、杠杆系统、水准器、光学合像棱镜和具有 V 型工作平面的底座等组成，如图 3-1 所示。

水准器安装在杠杆架的底板上，它的水平位置用微分盘旋钮通过测微螺杆与杠杆系统进行调整。

水准器内的气泡圆弧，分别用三个不同方向位置的棱镜反射至观察窗，分成两个半像，利用光学原理把气泡像复合放大(放大5倍)，提高读数精度，并通过杠杆机构提高读数的灵敏度和增大测量范围。

当水平仪处于水平位置时，气泡A与B重合，见图如图3-1c。

当水平仪倾斜时，气泡A与B不重合，见图 3-1d。

测微螺杆的螺距 P=0.5mm，微分盘刻线分为 100 等分。

微分盘转过一格，测微螺杆上螺母轴向移动0.005mm。

2．合像水平仪使用方法
将水平仪放在工件的被测表面上，眼睛看窗口1，手转动微分盘，直至两个半气泡重合时进行读数。

读数时，从窗口4读出毫米数，从微分盘上读出刻度数α。

被测量两个相邻点之间的高度差为：
h=0.01Lα
——其中0.01是合像水平仪的分度值（mm/m）
——L是水平仪的底座长度（165mm）
——α是角度读数（用格数来计算）
如果平面度误差比较大，应该还要考虑窗口4的读数与计算的高度值之和。

1、4-窗口；2-微分盘旋钮；3-微分盘；4.侧面毫米级读数窗口 5-水平仪底座；6-玻璃管；
7-放大镜； 8-合成棱镜；9、11-弹簧；10-杠杆架；12-指针；13-测微螺杆
图 3-1 光学合像水平仪
四、测量步骤
1、将被测面及合像水平仪地面擦拭干净。

2、按需要将被测长度分成若干段，每段长度称为节距，并在被测对象上做好标记。

3、按要求将仪器置于第一段节距位置，转动水平仪的微分筒2，从放大镜1中观察到气泡合像，此时记下侧面的读数值和微分筒3的读数值；再依次测量各节距，记下各自的读数值。

移动桥板时，应该将前一个节距的后支点作为后一个节距的前支点
4、顺测（从起点到终点）、回测（从终点到起点）各一次，取两次测量的平均值作为该测点的测量数据。

回测时桥板和水平仪方向均保持不变，若某测点两次测量的读数相差比较大时，
说明结果不正确，应找出并消除引起误差的原因后重新测量。

5、将各测量点的读数记录在表3-1中，并计算出各相邻点的相对格数差值，各点相对于起点的累计格数差值。

6、用作图法在坐标纸上会出误差折线，用最小包容区域法或两端点连线法求出被测对象的直线度误差。

表3-1 直线度测量结果
测量序号 1 2 3 4 5 6 顺测读数（格）
回测读数（格）
顺回平均值（格）
相对值（格）
五、数据处理方法与分析
用作图法求直线度误差，为了作图方便，将各点的值减去同一个值，得到相对差，将相对差在图上标出来，用两条平行线包容误差折线，其中一条线与折线的两个最高点接触，另一条平行线与折线的最低点接触，且该最低点在第一条线上的投影在两个最高点之间。

这两条平行线之间的距离就是被测表面的直线度误差。

数据处理方法如图3-2所示。

图3-2 直线度数据处理方法。