实验二. 用合象水平仪测量直线度误差

直线度误差的测量

直线度误差一般是指机床导轨在全部长度上的实际直线度与理想直线的偏差值，它关系机床的精确度，影响加工工件的质量，对于高精度的数控机床来说，控制直线度误差在允许的范围内就显得更为重要。直线度误差分为垂直面的直线度误差和水平内的直线度误差两种，这里通常指垂直面的直线度误差。

1、用百分表来打表的方法测量

具体步骤见教材相关内容。

测量时应当注意几点:

1.百分表的表杆触头要与被测表面垂直，否则会产生测量误差，不是准确的误差值。

2.移动表面要光滑平直，自身的直线度要高。

3.表杆触头起点位置时，转动表盘调整表针对准零位。 

2.一般选用框式水平仪和光学自准直仪来测量，检测工具不同，但原理相似。对于高精度的数控机床，要借助电脑和专用软件进行检测并给予修正。这里主要介绍常用的水平仪的测量原理和使用方法。

测量直线度误差的水平仪为200 mm×200 mm的框式结构,其精度为0.02 mm/m,即当水平仪放在1m长的垫板上,一端垫起0.02 mm高时,其水平仪中的水泡必定向低端移动一个刻度,如果移动了两个刻度,则表面垫起的高度应为0.04 mm,一般导轨的长度较短,常以200 mm为一测量单位,即直接把水平仪的底面放在被检测的导轨上,由于底面长为200 mm,所以当水平仪上的气泡向低端移动一刻度时,此时水平仪底面两端的高度差应当为200×0.02/1000 mm=0.004 mm,而决不是0.02 mm,这一点应当注意。 

3.将被测导轨按200 mm一段分成若干段,从左向右依次测量200 mm长一段两端的高度差,并列表记录。表中数字正值表示右端高左端低,负值表示左端高右端低,最后按照所测的数值列出误差图形。从图形中可以看出终点不在纵坐标的零线上,说明导轨的起点和终点不在同一水平线上,这时图形上的直线度误差反映不是真实情况,要想准确地计算直线度误差应当将两端点调成水平,才能得出实际值,否则应当对图形进行技术处理,通常采用技术处理图形的方法较为简单。 先用直线连接图形的起点和终点,分别过曲线的最高点和最低点作该直线的两条平行线所得两条平行线间纵坐标气泡格f=3.5即为导轨的最大图形误差。将f=3.5气泡格值乘以水平仪的精度即得导轨的直线度实际误差,3.5×0.004 mm=0.014 mm,该导轨的直线度误差为0.014 mm。 

水平仪的使用

水平仪是测量角度变化的一种常用量具，主要用于测量机件相互位置的水平位置和设备安装时的平面度、直线度和垂直度，也可测量零件的微小倾角。 常用的水平仪有条式水平仪、框式水平仪和数字式光学合象水平仪等。 一 条式水平仪 图7-1是钳工常用的条式水平仪。条式 水平仪由作为工作平面的V型底平面和与工 作平面平行的水准器 (俗称气泡)两部分组 成。工作平面的平直度和水准器与工作平面 的平行度都做得很精确。当水平仪的底平面 放在准确的水平位置时，水准器内的气泡正 好在中间位置 (即水平位置)。 在水准器玻 璃管内气泡两端刻线为零线的两边，刻有不 少于8格的刻度，刻线间距为2mm。当水平 图7-1 条式水平仪 仪的底平面与水平位置有微小的差别时，也就是水平仪底平面两端有高低时，水准器内的气泡由于地心引力的作用总是往水准器的最高一侧移动，这就是水平仪的使用原理。两端高低相差不多时，气泡移动也不多，两端高低相差较大时，气泡移动也较大，在水准器的刻度上就可读出两端高低的差值。 表7-1 水平仪的规格 条式水平仪的规格见表7-1。条式水平仪分度值的说明，如分度值0.03mm／m，即表示气泡移动一格时，被测量长度为1m的两端上，高低相差0.03mm。再如，用200mm长，分度值为0.05mm／m的水平仪，测量400mm长的平面的水平度。先把水平仪放在平面的左侧，此时若气泡向右移动二格，再把水平仪放在平面的右侧，此时若气泡向左移动三格，则说明这个平面是中间高两侧低的凸平面。中间高出多少毫米呢？从左侧看中间比左端高二格，即在被测量长度为1m时，中间高2×0.05=0.10mm，现实际测量长度为200mm，是1m的 ，所以，实际上中间比左端高0.10× = 0.02mm。从右侧看：中间比右端高三格，即在被测量长度为1m时，中间高3×0.05=0.15mm，现实际测量长度为200mm，是1m的 ，所以，实际上中间比右端高0.15× =0.03mm。由此可知，中间比左端高0.02mm，中间比右端高0.03mm，则中间比两端高出的数值为(0.02+0.03)÷2=0.025mm。 二 框式水平仪 图7-2是常用的框式水平仪，主要由框架1和弧形玻璃管主水准器2、调整水准3组成。利用水平仪上水准泡的移动来测量被测部位角度 的变化。 品种

光学合像水平仪计算公式

光学合像水平仪是一种精密测量仪器，在工程测量中有着广泛的应用。要想准确地使用光学合像水平仪，掌握其计算公式是至关重要的。

先来说说光学合像水平仪的工作原理哈。它主要是利用了光学原理，将水平位置的微小变化通过合像的方式放大显示出来。简单来讲，就是能让我们更清楚地看到水平度的偏差。

那光学合像水平仪的计算公式到底是啥呢？咱们先来看一个常见的公式：i = L×n 。这里的“i”表示被测表面的倾斜度，“L”是测量长度，“n”呢，则是水准器气泡移动的格数。

比如说，有一次我在工厂里帮忙测量一个大型机器的底座水平度。我们用的就是光学合像水平仪，测量长度设定为 2 米，水准器气泡移动了 5 格。按照公式计算，i = 2×1000×5÷100 = 100（微米/米），这就说明这个底座在这 2 米的长度上，倾斜了 100 微米每米。

可别小看这个公式，实际运用中还得考虑很多因素。比如说温度对仪器的影响，测量环境的稳定性等等。我记得有一回，在一个有点闷热的车间里测量，温度较高，仪器显示的数据好像不太对劲。后来发现是因为热胀冷缩，测量基准面发生了微小的变化。这可给我们提了个醒，测量的时候一定要注意环境条件。 还有啊，不同型号的光学合像水平仪，可能在刻度和精度上会有一些差别。所以在使用之前，一定要仔细阅读产品说明书，搞清楚它的具体参数和使用方法。

另外，在计算的时候，可不能马虎大意。哪怕是一个小数点的错误，都可能导致测量结果出现很大的偏差。我就曾经因为粗心，把测量长度的单位搞错了，结果算出来的倾斜度差了十万八千里，还得重新测量计算，费时又费力。

总之，掌握光学合像水平仪的计算公式只是第一步，更重要的是在实际操作中积累经验，注意各种细节，才能得到准确可靠的测量结果。希望大家在使用光学合像水平仪的时候，都能顺顺利利，测量出精准的数据，为工程质量保驾护航！

第 1 页 共 4 页 合像水平仪的工作原理和技术要求 水平仪技术指标

工作原理

合象水平仪是利用棱镜将水准器中的气象符合放大，来提高读数的精准明确度，利用杠杆、微动螺杆这一套传动机构来提高读数的灵敏度。所以被测量件倾斜0.01毫米/米时，就可精准明确的在合象仪中读出。

合像水平仪的使用方法：将合像水平仪安置在被检验的工作面上，由于被检验面的倾斜而引起两气泡的不重合，则转动度盘，一直到两气泡重合为止，此时即可得出读数。被检件的实际倾斜度。

技术要求

1、合像水平仪工作面上不得有锈迹、碰伤、划伤等缺陷及其他影响使用的缺陷。

2、喷漆表面应美观，不得有脱漆、划伤等缺陷，其他暴露非工作面不得有锈蚀等明显缺陷。

3、测微螺杆在转动时应顺畅，不得有卡住或跳动现象。

4、当测微螺杆均匀转动时，气泡在水准泡内移动应平稳，无停滞和跳动现象。

水平仪是一种测量小角度的常用量具。

在机械行业和仪表制造中，用于测量相对于水平位置的倾斜角、机床类设备导轨的平面度和直线度、设备安装的水平位置和垂直位 第 2 页 共 4 页 置等。

那么，水平仪的测量注意事项有哪些？

1、水平仪使用前用无腐蚀性汽油将工作面上的防锈油洗 净，并用脱脂棉纱撺拭干净方可使用。

2、测量时必需待气泡完全静止后方可读数。

3、温度变化会使测量产生误差，使用时必需与热源和风源隔绝。

如使用环境温度与保存环境温度不同，则需在使用环境中将水平仪位置于平板上稳定2小时后方可使用。

4、水平仪在正确使用和保管的前提下；

由于制造原因而生产的缺陷、故障、自出厂之日内半年期内本厂负责免费修理，退换，但进出该项要求的产品必需结构完整，外表无损。

5、水平仪使用完毕，必需将工作面擦试干净；

并涂以无水，无酸的防锈油，覆盖防潮纸装入盒中置于清洁干燥处保管。

水平仪是一种测量小角度的常用量具。在机械行业和仪表制造中，用于测量相对于水平位置的倾斜角、机床类设备导轨的平面度和直线度、设备安装的水平位置和垂直位置等