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=刻度值×支点距离×刻度盘读数
4、使用注意事项:
① 使用前工作面要清洗干净。
② 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。
③ 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。到终点后,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
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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(或最高)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△a(角度格值)。
4、差值△f(μm)按下式折算成线性值,并按国家
标准
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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
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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
0
1
2
3
4
5
仪器 读数 ai
顺测
—
273
278
285
283
270
回测
—
275
280
287
285
272
平均
—
274
279
286
284
271
相对差△ai
0
0
+5
+12
+10
-3
坐标值yi
0
0
+5
+7
+17
+14
⑶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: △f=0.01×200×7=14 (μm)
⑹按GB1184-1996,直线度5级公差值为25μm。其测量出的误差值小于公差值,所以被测零件直线度误差合格。
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
送检单位
测 量 数 据
测点序号i
0
1
2
3
4
5
仪器读数
ai
顺测
回测
平均
相对差△ai
坐标值yi
误 差 曲 线 图
测量结果
△f =i·L·Δa=
测量器具
结论
测量日期
年 月 日
测量者
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