导轨直线度误差测量

1、实验二导轨直线度误差测量 一、实验目的 1、 了解合像水平仪或自准直仪的结构并熟悉使用它测量直线度方法； 2、 掌握给定平面内直线度误差值的评定方法； 3、掌握按两端点连线与最小条件作图求解直线度误差值的方法。 二、实验内容： 1、 了解实验使用的仪器的原理及使用方法； 2、测量给定导轨的直线度； 3、数据处理。 三、实验步骤及要求： 1、直线度误差的评定 直线度误差就是指实际被测直线对其理想直线的变动量，理想直线的位置符合最小条 件。最小条件就是指实际被测直线对其理想直线（评定基准）的最大变动量为最小。测量数据 可以用指示表测量实际被测直线上均匀布置的各测点相对平板（测量基准）的高度来获得，

2、也 可以用水平仪或自准直仪对实际被测直线均匀布点测量，测量两相邻测点之间的高度差来获 得。然后，按照最小条件或以首、尾两个测点的连线（两端点连线）评定基准,由获得的测量数 据用作图或计算的方法求解直线度误差值。 2、用合像水平仪测量直线度误差 （1）量仪说明与测量原理 合像水平仪就是一种精密测角仪器，用自然水平面为测量基准。合像水平仪的结构见图 1, 它的水准器 8就是一个密封的玻璃管，管内注入精镏乙醚，并留有一定量的空气，以形成气 泡。管的内壁在长度方向具有一定的曲率半径。气泡在管中停住时，气泡的位置必然垂直于 重力方向。就就是说，当水平仪倾斜时，气泡本身并不倾斜，而始终保持水平位置。利用这

3、个原 理，将水平仪放在桥板上使用，便能测出实际被测直线上相距一个桥板跨距的两点间高度差， 如图2所示。 在水准器玻璃管管长的中部，从气泡的边缘开始向两端对称地按弧度值 （mm/m）刻有若干 条等距刻线。水平仪的分度值i用角秒与mm/m表示。合像水平仪的分度值为 2，该角度相 当于在1m长度上，对边高0.01mm的角度，这时分度值也用 0.01mm/m或0、01/1000表示。 图 3 3 1底板;2-杠杆；3支承；4壳体；5 支承架;6 放大镜； 7棱镜;8 水准器;9-微分筒；10 测微螺杆；11放大镜；12 刻线尺 图1合像水平仪 9盘肝乱1。_曲制鼾1_放上暫；|】_划缈 I桥板；n水平

4、仪；山实际被测直线；L 桥板跨距；0,1,2,-测点序号 图2用水平仪测量直线度误差时的示意图 参瞧图1与图3,测量时，合像水平仪水准器8中的气泡两端经棱镜7反射的两半像从放 大镜6观察。当桥板两端相对于自然水平面无高度差时，水准器8处于水平位置。则气泡在 水准器8的中央，位于棱镜7两边的对称位置上，因此从放大镜6瞧到的两半像相合（如图3（a） 所示）。如果桥板两端相对于自然水平面有高度差,则水平仪倾斜一个角度a因此，气泡不在水 准器8的中央，从放大镜6瞧到的两半像就是错开的（如图3（b）所示），产生偏移量 （a）相合（b）错开 图3气泡的两半像 为了确定气泡偏移量 A的数值，转动测微螺杆10

5、使水准器8倾斜一个角度a以使气泡返 回到棱镜7两边的对称位置上。从放大镜中观察到气泡的两半像恢复成图3（a）所示相合的 两半像。偏移量 A先从放大镜11由刻线尺12读数，它反映测微螺杆10转动的整圈数；再从 测微螺杆手轮9（微分筒）的分度盘读数（该盘每格为刻线尺一格的百分之一）；它就是螺杆10转 动不足一圈的细分读数。读数取值的正负由测微螺杆手轮9指明。测微螺杆10转动的格数 a桥板跨距L（mm）与桥板两端相对于自然水平面的高度差h之间的关系为： （2）实验步骤 1）测量时，水平仪放置在实际被测直线的两端，把实际被测直线调整到大致水平，使水平 仪在两端的示值不要相差太大。然后在实际被测直线旁标

6、出均匀布置的各测点的位置。 2）根据两相邻测点间的距离选择跨距适当的桥板。将水平仪安放在桥板上，然后沿着实 际被测直线把桥板放在该实际被测直线的一端，记下水平仪第一个示值 1（格数）。按各测点 画的位置依次逐段地移动桥板 ，同时记录各测点的示值 i（格数）。注意每次移动时，应使桥板 的支承在前后位置上首尾相接，而且水平仪不得相对于桥板产生位移。由始测点顺测到终测 点后，再由终测点返测到始测点。返测时，桥板切勿调头。 3）将在各个测量间隔记录的两次示值的平均值分别作为各个测量间隔的测量数据，求解 直线度误差值。若某个测量间隔两次示值的差异较大，则表明测量不正常，查明原因重测。 （3）直线度误差值

7、的评定方法 1）按最小条件评定直线度误差值应该采用最小包容区域来评定。参瞧图4,由两平行 直线包容实际被测直线时，实际被测直线的测点中应至少有三个测点分别与这两条直线接触 （成高t底一高三极点或低一高一低三极点相间接触）,则位于实际被测直线体外的那条包容 直线的位置符合最小条件，它就就是评定基准。这两条平行直线之间的区域称为最小包容区 域（简称最小区域）。最小包容区域宽度即为符合最小条件的直线度误差值fMZ。 （a）咼一低一咼三极点（b）低一咼一低三极点 高极点；寸低极点 图4直线度误差最小包容区域判别准则 2）按两端点连线评定 参瞧图5,以实际被测直线两端点B与E的连线IBE作为评定基 准,

8、取各测点相对于该连线的偏离值 hi中的最大偏离值 hmax与最小偏离值 hmin之差fBE作 为直线度误差值。测点在连线IBE上方的偏离值取正值，测点在连线IBE下方的偏离值取负 值。即 f BEhmaxhmin 按最小条件评定的误差值小于或等于按两端点连线评定的误差值，因此前者可以获得最 佳的技术经济效益。 （4）数据处理 1）按两端点连线法图解直线度误差参瞧图6,在坐标纸上用横坐标轴x表示测量间隔 （各测点的序号）,用纵坐标轴y表示测量方向上的数值。将它们分别按缩小与放大的比例把各 测点标在坐标纸上，然后把各测点连成一条误差折线，该折线可以表示实际被测直线。在误差 折线上，连接其两个端点B

9、、E,得到两端点连线lBE。从误差折线上找出各测点中相对于两端 点连线的最高点与最低点。从坐标纸上分别量取这两个测点至两端点连线的y坐标距离,它 们的代数差即为直线度误差值fBE。 点序号） 图5以两端点连线作为评定基准 2）按最小条件图解直线度误差值参瞧图6,从误差折线上确定低-高-低（或高-低- 高）相间的三个极点。过两个低极点（或两个高极点）作一条直线，再过高极点（或低极点）作一条 平行与上述直线的直线 ，包容这条误差折线，从坐标纸上量取这两条平行线间的坐标距离，它 的数值即为直线度误差值 fMZ。 3）图解法处理数据示例 用分度值为0.01mm/m的合像水平仪测量工作长度为 1400m

10、m 的导轨的直线度误差。 所采用的桥板跨距为 200mm,将导轨分成7段（8个测点）进行测量。测 量数据见表43第二行所列的示值。 表4-3直线度误差测量数据 测点序号i 0 1 2 3 4 5 6 7 示值（格数） 0 +1 + 2 + 1 0 1 1 + 1 示值累积值 j yi 1 0 +1 + 3 + 4 + 4 + 3 + 2 + 3 参瞧图6,按表4-3所列各测点的示值累积值，在坐标纸上画出误差折线。 作通过误差折 线首、尾两点的直线 IBE。从该坐标纸上量得误差折线相对于直线IBE的最大偏离值 hmax=+2、7格，最小偏离值hmin=-0、6格。因此，按两端点连线评定的直线度误差值为 fBE=0、01 X（2、7+0、6）忽00=6、6 m 从误差折线上找出两个低极点（0,0）与（6,+2）及一个高极点（3,+4）。作通过两个低极点的直 线,再作