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：
实际倾斜值二刻度值x支点距离x刻度盘读数
4、 使用注意事项：
① ② ③
使用前工作面要清洗干净。
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。 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。至條点后，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（或最咼）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厶a（角度格值）。
4、 差值△ f （卩m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 仪器 读顺测. 数 回测 平均 相对差△ ai 0 —— —— —— 1 273 275 274 0 2 278 280^ 279 +5 3 285 287 286 +12 4 283 285 284 +10 5 270 「272 1 271 -3 ai
0 坐标值yi 0⑶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 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： 所以被测零件直线度误差合格。
△ f=0.01 X 200X 7=14
0 +5 +7 +17 +14 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
（卩m）
⑹按GB1184- 1996，直线度5级公差值为25卩m其测量出的误差值小于公 差值，
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 测 量 数 据 送检单位 测点序号i 0 1 2 3 4 5 顺测 仪 器 读 数 回测 平均 ai 相对差△ ai 坐标值yi 误 差 曲 线 图 测量结果 △ f =i • L • A a= 测里器具 测量日期 结论 年 月 日 测量者
