框式条式水平仪的正确使用和应用实例

1、 国内统一刊号 CN31-1424/TB2010/2 总第216期 框式条式水平仪的正确使用和应用实例郝欣波葛安宁 /山东省日照市计量测试所1框式水平仪和条式水平仪的介绍 1.1概述条式水平仪可用来测量相对于水平位置的微 小倾斜角度、工作面直线度、平面度及各工作面 的相互平行度。框式水平仪除包含条式水平仪的 功能外,还可测量相对于铅垂位置以及下工作面 相对于水平位置的微小倾斜角度,是用于调整各 种机床导轨表面的水平和铅垂安装及各导轨表面 相互平行度、垂直度的一种通用小角度计量器具。 1.2工作原理框式水平仪和条式水平仪利用液面水平恒定 的原理以水准器直接显示角位移,主要部分是水 准器,水准器是

2、一个密封的玻璃管,内壁研磨成 一定曲率半径,曲率半径决定水准器的准确度, 曲率半径越大,分辨率越高,反之,分辨率越低。 水准器内装有黏滞度较小的液体,如酒精、乙醚 及其混合体等,内留一气泡,在内表面有刻度。 当水平仪下工作面处于水平位置时,气泡位于两 端刻线中间, 气泡液面 (水平面 与下工作面平行, 当不在水平位置时,气泡液面与下工作面不平行, 气泡就偏向高的一端。水准器曲率半径与分度值存在着一定的关系。 例如,当分度值为 0.02 mm/m水平仪在 1 m的截 面上时,截面一端相对倾斜 0.02 mm,水准器曲率 半径以圆心 O 转过了一个微小的角度 a 4 ,气 泡倾斜前如图 1所示,倾

3、斜后如图 2所示。气泡 实际相对移动 1格 2 mm,而不是 0.02 mm,读数 放大了分度值 100倍。 假设刻度间隔实际距离 0.02 mm,气泡移动量用肉眼是难以分辨的,况且灵敏度高,也难以操作。水准泡曲率半径用下式计算 : (1 式中:a 刻度间隔距离(mm r 曲率半径(mm 分度值 0.02 mm/m水平仪,当刻度间隔实际 距离为 2 mm时,曲率半径 r 按照公式(1计算 如下:r =100000 mm = 100 m1.3水平仪的读数读数时,在调整和测量时应注意,必须保证 气泡两端同时位于水准器的刻度范围内,才是有 效读数。根据直角三角形对边与斜边等比的性质,水平仪读数时,被

4、测面长度变化,线值 F 也随之 相应变化,应根据桥板不同跨距或被测面的长度 换算成不同线值。在测量被测面的直线度或水平 度时,水准器显示的读数按照下式换算成线值 F = CL (m (2 式中:C 仪器分度值L 桥板跨距(测量直线度、平面度或被 测面的长度(测量水平度 (mm读数(格数2水平仪的应用2.1操作要点(1水平仪放置方向不可以任意改变,这样 不致于造成读数混乱。(2当测量导轨直线度时,应根据导轨长度 选择桥板,桥板越短,水平仪每格的线值越小, 越能反映出直线度的真实性。桥板的移动应首尾相接。移动过程中,水平 仪与桥板不得有相对位移。水平仪的安置应与测 量方向一致,不得左右歪斜。(3水

5、平仪的移动方向与气泡移动方向相反, 工作面呈凸形,反之,工作面呈凹形。可大致了 解直线度的变化情况。(4作图法评定直线度时。以误差曲线纵坐 标方向的数值读取 , 不能以两包容直线之间垂直 距离读数。这是因为误差曲线不是实际轮廓线, 横坐标是按缩小比例,纵坐标是按放大比例表示 的。2.2水平度的测量将上或下工作面零位分别校准后,工作面紧 靠在被测面上,可分别进行上或下工作面水平度 的测量,读取水准器显示的读数(格值 ,按照公 式(2计算被测面的水平度。例:分 度 值 0.02 mm/m水 平 仪, 测 量 1000 mm 导轨安装的水平度,气泡偏离零位左 2格。 h =(0.02 mm/m

6、15;1000 mm×2(格 可知,1000 mm导轨左端比右端高 40m。 2.3平行度和垂直度测量(1平行度测量使用框式水平仪在测量两被测面的平行度时, 对水平仪零位不需要进行精确控制。将水平仪的 测量面依次靠在两被测面上,读取两次示值之差, 根据被测面长度,按照公式(2换算成线值,可 得两被测面的平行度。(2垂直度测量将下工作面和侧工作面零位分别校准后,分 别紧靠在两个被测面上,读取两次示值之差,根 据被测面长度,按照公式(2换算成线值,可得 两被测面的垂直度。2.4直线度测量直线度的评定有多种方法,其中最小条件法 评定直线度误差最小,它是以包容概念和最小条 件概念来处理直线度

7、的。最小条件法就是在误差 趋势图上,过两个最低点(最高点作一条直线, 然后过两点间的一个最高点(最低点作另一条 直线与之平行且两平行直线距离为最小,两平行 直线之间为包容区,通过数据处理求出直线度, 可作图进行分析。数据处理时采用图解法直观, 但计算法精确程度更高,下面介绍按最小条件计 算法求直线度。例:用 分 度 值 为 0.02 mm/m的 水 平 仪, 测 量 1000 mm导轨工作面的直线度,选桥板跨距: L =100 mm。水准器每格的线值 2m。水平仪在工作面各点的读数列于表 1,依照 累计值作图描点,按高 -低 -高的“相间原则” 做平行直线。(1图表法表 1中,将诸读数减去第一

8、点的读数使各数 值简化,由于测量时桥板的移动是首尾相接,各 次读数是桥板后端点相对于前端点的高度差,将 两两之间的相对高度差转换成各点与零点之间的 绝对高度差得累计读数值。按符合最小条件准则 国内统一刊号 CN31-1424/TB 2010/2 总第216期 国内统一刊号 CN31-1424/TB 2010/2 总第216期处理(图 3 ,绕其中一高点(第 3点旋转包容线上的另一高点(第 10点 ,使两点等高,各点旋转量的计算公式 Q = i (3式中: m两高点累计读数之差(格D 两高点测量位置之间的间隔数i 各点至旋转点的间隔数 (以旋转点为 O 旋转方向与纵坐标同向,旋转量 Q 取正值,相反则取负值。依照处理结果作图描点,见图 4,误差折线及其包容区旋转后,两高点等高,两平行直线的距离就是导轨工作面的直线度 := +1.5-(-2.0 =3.5(格图3(2公式法用直线方程计算直线度(4 将两平行直线以最小条件法包容各点,过第 3点(3,1.5 和 第 10点(10,-2.0 两 相 对 高 点求直线方程,得 y = 3 -x当 x = 7时, y = -0.5将低点(第 7点的累计读数