实验二 框式水平仪测量直线度误差
浅谈用框式水平仪测量导轨直线度误差
浅谈用框式水平仪测量导轨直线度误差张正; 郝灵波【期刊名称】《《中国高新技术企业》》【年(卷),期】2011(000)010【总页数】2页(P26-27)【关键词】框式水平仪; 导轨直线度; 首尾连线法; 最小包容区法【作者】张正; 郝灵波【作者单位】青岛市技师学院山东青岛 266229【正文语种】中文【中图分类】TG831水平仪是一种测量小角度的精密量仪，主要用来测量平面对水平面或竖直面的位置偏差，是机械设备安装、调试和精度检验的常用量仪之一。
生产中常用的水平仪有框式水平仪和合像水平仪两种。
框式水平仪由正方形基座、主水准器和副水准器组成，其结构见图1。
基座的测量面上有V形槽，以便在圆柱面或三角形导轨上进行测量。
水准器是一个封闭的玻璃管，管内装有酒精或乙醚，并留有一定长度的气泡。
玻璃管内表面制成一定曲率半径的圆弧面，外表面刻有与曲率半径相对应的刻线。
因为水准器内的液面始终保持在水平位置，气泡总是停留在玻璃管内最高处，所以当水平仪倾斜一个角度时，气泡将相对于刻线移动一段距离。
框式水平仪的精度是以气泡偏移一格时，被测平面在1m长度内的高度差来表示的。
如水平仪偏移一格，平面在1m长度内的高度差为0.02mm，则水平仪的精度就是0.02/1000。
水平仪的精度等级见表1：水平仪的刻线原理如图2所示。
假定平板处于水平位置，在平板上放置一根长1m 的平行平尺，平尺上水平仪的读数为零（即处于水平状态）。
如果将平尺一端垫高0.02mm，相对于平尺与平板成4″的夹角。
若气泡移动的距离为一格，则水平仪的精度就是0.02/1000，读作千分之零点零二。
根据水平仪的刻线原理可以计算出被测平面两端的高度差，其计算公式为：式中：△h——被测平面两端高度差，mm；N——水准器气泡偏移格数；l——被测平面的长度，mm；i——水平仪的精度。
要用尺寸为200mm×200mm，精度为0.02/1000的框式水平仪测量一长度为1600mm平导轨的直线度，采用的水平仪桥板长度为200mm，测量步骤如下：1.置水平仪于被测导轨的中间及两端位置，初步找正导轨的水平位置，使得检查时水平仪的气泡位置都能在刻度范围内。
实验2-1直线度误差的测量 - 机电工程学院
实验2-1直线度误差的测量一、实验目的1．通过测量加深理解直线度误差的含义2．掌握直线度误差的测量及数据处理二、实验内容用水平仪按节距法测量导轨在给定平面内的直线度误差三、计量器具及测量原理为了控制机床、仪器导轨或其他窄而长平面的直线度误差，常在给定平面（垂直平面、水平平面）内进行检测。
常用的计时器具有框式水平仪、合像水平仪、电子水平仪和自准直仪等。
使用这类器具的共同特点是测定微小角度的变化。
由于被测表面存在直线度误差，当计量器具置于不同的被测部位时，其倾斜角度就要发生相应的变化。
如果节距（相邻两测点的距离）一经确定，这个变化的微小角度与被测相邻两点的高低差就有确切的对应关系。
通过对逐个节距的测量，得出变化的角度，用作图或计算，即可求出被测表面的直线度误差值。
由于合像水平仪准确度高、测量范围大、测量效率高、价格便宜、携带方便等优点，因此在检测工作中得到了广泛了应用。
图2-1 合像水平仪测量直线度误差1、仪器结构：合像水平仪结构如图2-1（a）所示，主要由微动螺杆5、螺母8、度盘7、水准器2、棱镜1、放大镜3、杠杆4以及具有平面和V形工作面的底6等组成。
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/m2、工作原理：测量时将合像水平仪放于桥板上相对不动，再将桥板置于被测表面上。
若被测表面无直线度误差，并与自然水平基准平行，此时水准器的气泡则位于两棱镜的中间位置，气泡边缘通过合像棱镜1所产生的影像，在放大镜3中观察将出现如图2-1b所的情况。
但在实际测量中，由于被测表面安放位置不理想和被测表面本身不直，致使气泡移动，其视场情况将如图2-1c所示。
此时可转动测微螺杆5，使水准器转动一角度，从而使气泡返回棱镜组1的中间位置，则图2-1c中两影像的错移量△消失而恢复成一个光滑的半圆头（图2-1b）。
框式水平仪分度值误差的校准方法研究
框式水平仪分度值误差的校准方法研究【摘要】本文研究了框式水平仪分度值误差的校准方法，通过分析分度值误差的影响因素，提出了校准方法的原理与方法。
在实验设计与步骤中，对校准方法进行了详细描述，并进行了结果分析与讨论。
通过关键技术的研究，探讨了误差校准的关键技术。
最终在结论部分验证了校准方法的有效性，总结了研究的启示和展望。
本研究为提高框式水平仪测量精度和可靠性提供了重要参考。
【关键词】框式水平仪、分度值误差、校准方法、影响因素、原理、实验设计、结果分析、误差校准、关键技术、有效性验证、研究启示、展望。
1. 引言1.1 研究背景框式水平仪是一种广泛应用于工程测量领域的精密测量仪器，其分度值的准确性直接影响到测量结果的精度和可靠性。
由于长期使用和环境因素等原因，框式水平仪的分度值误差可能会逐渐累积，导致测量结果出现偏差。
为了准确校准框式水平仪的分度值误差，需要深入分析其影响因素，并提出有效的校准方法。
当前，关于框式水平仪分度值误差的校准方法研究还比较有限，现有的校准方法在实际应用中存在一定的局限性和不足之处。
开展框式水平仪分度值误差的校准方法研究，具有重要的理论意义和实际价值。
通过对框式水平仪的分度值误差影响因素进行深入分析和研究，提出切实可行的校准方法，将有助于提高框式水平仪的测量精度和可靠性，推动工程测量领域的发展和进步。
本研究旨在探讨框式水平仪分度值误差的校准方法，为工程测量领域的技术提升提供有益参考。
1.2 研究意义框式水平仪是工程测量中常用的一种仪器，它能够帮助工程人员快速准确地进行水平度的测量。
而框式水平仪的分度值误差则是影响测量准确性的重要因素之一。
研究框式水平仪分度值误差的校准方法，不仅有助于提高测量的准确性，还能够提高工程测量的效率。
准确的框式水平仪分度值可以有效减小测量误差，提高测量结果的可信度。
在工程测量中，由于环境因素和仪器自身的影响，分度值误差可能会导致测量结果偏离真实值，影响工程设计和施工的质量和安全。
公差配合与技术测量框式条式水平仪分度值误差的校准方法探讨
框式、条式水平仪分度值误差的校准方法探讨JJF1084-2002《框式水平仪和条式水平仪校准规范》对分度值误差校准方法及计量特性作了详细说明，笔者试想可在两臂架分别放置指示计作为定位，其测量轴线间的距离为500mm。
根据正弦原理，仪器与量块配合就能产生标准角度。
JJG300-2002《小角度检查仪》检定规程注明其产生的标准角的范围为0～40′。
框式水平仪和条式水平仪的分度值为～mm/m，其标称角度约为4″～20″，小角度检查仪满足其测量范围，只需用三等量块配合即可产生标准角度。
校准方法是先将检查仪桥形工作台的横向调至水平，再将被测水平仪放置在平工作台上，使其纵向一致；调整检查仪的调整螺丝使被测水平仪的气泡对准水准泡左边或右边的起始线，同时检查仪两端的指示计(立式光学计)下各放置1mm量块，将指示计的示值调整至零位，然后根据水平仪的校准位置，在一个指示计的测头下，依次放置相应尺寸的量块，借助检查仪调整指示计复指零位；待气泡稳定后，在气泡的一端进行读数，取其两次读数的平均值为该位的示值误差。
以同样的方法校准水准泡的另一边，其示值误差为直接从水平仪上读出的偏差值。
在小角度检查仪上校准水平仪的示值误差所用量块按下式计算: H=1mm+AL式中:H——依次放入的量块尺寸，mm；A——校准位置的标称分度值，mm/m；L——两立式光学计轴线间的距离，标称值为500mm。
一、概述1.测量方法框式、条式水平仪分度值多为m、m，要求分度值误差不大于20%，其校准方法是用小角度检查仪和量块校准，由两量块尺寸差值(a1-a2)与两定位立式光学计球面测帽顶点之间的距离L之比，组成角度标准比较测量水平仪的分度值误差。
2.环境条件温度为(20±2)℃。
3.测量标准小角度检查仪、三等量块。
4.测量对象分度值为m的框式水平仪。
5.测量过程在小角度检查仪两定位立式光学计测帽与工作台之间分别放置定位用量块，调整两定位立式光学计于零位，再根据所需标准角度更换其中一个立式光学计下的量块，同时调整工作台升降旋钮，使两定位立式光学计再次置于零位，这时工作台工作面相对其初始位置产生了相应的标准角。
活动二_水平仪测量直线度误差
17
• 解:⑴画出导轨直线度误差曲线图：
• ⑵由图可见最大误差在导轨长度为2400mm处。其最大误
差格数为：n＝4－0.5 － 3×800/2400 ＝2.5(格)
• ⑶求直线度误差Δ＝nil Δ＝2.5×0.05/1000×400 ＝0.05(mm)
H 2
0.02 250 1000
0.005(mm)
• 在离左端500mm处
H 3
0.02 500 1000
0.01(mm)
• 2、水平仪的读数方法
• ⑴绝对读数法 ——气泡在中间位置时读作“0”，以零线为基准，
气泡向任意一端偏离零线的数，即为实际偏离的格 数。
• 气泡向右移动为“＋”，向左移动为“－”
方向一致时为“＋”，反之为“－”。
两端点连线法
• ⑷把各段测量读数逐点积累,画出导轨直线度曲线图。 • ⑸用两端点连线法或最小区域法确定最大误差格数及误差
曲线形状。
最小区域法
• ⑹将误差格数换算为导轨直线度误差 • 公式：Δ＝nil 式中：Δ—导轨直线度误差数值，mm;
n—曲线图中最大误差格数； i —水平仪的读数精度； l —每段测量长度，mm。 n＝4－ (600×1.5)/1600 ——相似三角形计算方法 ＝4－0.5625＝3.4375≈3.44（格） Δ＝nil ＝3.44 ×(0.02/1000) ×200 ＝0.01376≈0.014(mm) 答：导轨在铅垂平面内的直线度误差值0.014mm。
作业布置：
1、任务小结：方案的确定、量具准备、实施步骤、数据 处理、心得体会；
2、用精度0.05/1000的水平仪，测量一长4000mm导轨在垂直平 面内的直线度误差，其全长直线度允差≤0.08mm，现分10段 测得格数如下：－1、0、＋1.5、 －1、＋1.5、 ＋2、 －0.5 、－0.5、 ＋1、0。求：
实验2用合像水平仪测量导轨直线度误差
图 4 被测导轨的近似轮廓曲线
将误差值 fi（格）按下式折算成线性值 f (µm)： f = cLfi (µm)
式中：c 为水平仪分度值（0.01mm/m）；L 为使用的桥板跨距 mm。
由于本实验用合像水平仪底座（200mm）作为跨距，因此，实际分度值为：
f =0.01×200/1000=0.002mm
i
∑ ∆ai = ai − a 。将相对差 ∆ai 作为简化读数，计算累积值 ∆ai 。本例取 a ＝25.0 格（注： j =1
a 值可取任意数）。如：测点 i=5： 该测点的读数平均值 a5 = 25.7 ，相对差 ∆a5 = a5 − a = 25.7 − 25.0 = +0.7 a1 + ∆a2 + ∆a3 + ∆a4 + ∆a5 = 1.5 + 2.9 + 0.2 + (−1.8) + 0.7 = +3.5 j =1
图 1 合像水平仪外形及结构原理
使用时将合像水平仪放在被测表面上，或将其置于跨距为 L 的桥板（图 2）上相对不 动，再将桥板放于被测表面上。
图 2 桥板
通过两光学棱镜将气泡两端像的一半多次反射，可从窗口看到汽泡两端的半边像。如
果被测表面无直线度误差，此时水准器上的汽泡处于两棱镜的中间位置，气泡两端的半边
思考题
1. 目前部分工厂用作图法求解直线度误差时，仍沿用以往的两端点连线法，即把误差 折线的首点（零点）和终点连成一直线作为评定标准，然后再作平行于评定标准的两条包 容直线，从平行于纵坐标来计量两条包容直线之间的距离作为直线度误差值。
1） 以例题作图为例，比较按首尾两端点连线和按最小条件评定的误差值，何者合理？ 为什么？ 2）假若误差折线只偏向两端点连线的一侧（单凸、单凹），上述两种评定误差值的方 法的情况如何？ 2. 用作图法求解直线度误差值时，如前所述，总是按平行于纵坐标计量，而不是垂直 于两条平行包容直线之间距离，原因何在？
宁波技师学院导轨直线度误差的测量报告
宁波技师学院导轨直线度误差的测量报告
班级 06数控（六）2 姓名伊敏峰日期 2012.2.15 得分一．实验目的
1.学习并掌握框式水平仪、合像水平仪的使用方法。
2.学习导轨直线度测量与形位误差的检测方法。
3.为日后检验导轨提供帮助。
二．实验设备（或仪器）
1.C6136导轨一台
2.框式水平仪2台
3.合像水平仪1台
4.检测桥板1套
三．实验步骤
1.操作要点
①操作时身体不得接触任何被测量工件及与被测工件直接接触的工件，以
免增加误差。
②在读取数值时，合像水平仪中间两瓣水准泡必须重合。
③水平仪移动时必须平稳。
2.操作步骤
①在导轨上放上桥板。
②在桥板上放上框式水平仪。
③调平导轨保证其两端±0.04。
④把框式水平仪换上合像水平仪进行测量并记录。
3.注意事项：测量中导轨不得有震动，移动的水平仪不能掉头。
4.记录表
5.数据处理：计算法
作图法
△=inl=0.01/1000*[49.3-(-20.1)]*200=0.138
四．结论：通过对该导轨测量计算直线度误差为0.14大与国家标准±0.02/1000mm不符合要求。
2-2框式水平仪测量导轨直线度误差报告
框式水平仪测量导轨直线度误差报告贾文鹏孟齐志王瑜（北京科技大学机械工程学院 100083）摘要：正确使用框式水平仪对导轨进行测量，通过端点法和最小包容区域法对所测数据处理，获得导轨的直线度误差。
关键词：框式水平仪导轨端点法最小包容区域法直线度误差Report for the Straightness of a Guide Measured withFrame Style LevelsJia Wenpeng Meng Qizhi Wang Yu(University of Science and Technology Beijing, School of MechanicalEngineering, 100083)Abstract Measuring a guide with frame style levels correctly. Processing data by endpoint method and minimum envelope zone method, and then obtaining the straightness error of the guide.Key words Frame type levels guide endpoint method minimum envelope zone method straightness error1.实验目的及要求1.1.了解跨距法测量原理。
1.2.了解框式水平仪的基本原理及使用方法。
1.3.掌握给定平面内直线度误差值得评定方法，及直线度测量方法。
1.4.掌握端点法计算、作图数据处理方法，以及最小包容区域法数据处理方法。
2.实验设备2.1.被测对象被测导轨。
2.2.量具量仪框式水平仪。
2.2.1.分度值：0.02mm/m2.2.2.实际倾斜值：分度值X被测件长度X偏差格数3.测量原理分析框式水平仪是由正方形基座、主水准器和副水准器组成。
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实验二 框式水平仪测量直线度误差
一、实验目的：
1、掌握用水平仪测量垂直平面内的直线度误差的方法。
2、掌握用作图法求直线度误差，用最小区域法评定直线度误差的方法。
3、了解其他测量直线度误差的方法。
二、实验内容：
测量导轨直线度误差或测量平板一对角线的直线度误差。
三、框式水平仪的结构、工作原理、读数方法：
1、 框式水平仪的结构
框式水平仪一般是制成200mm×200mm 的矩形框架，它们互相垂直平行，下方框边的上面装有一个水准器(密封的玻璃容器)，本实验用 i=0.02mm ／l000mm 框式水平仪。
水准器是一个具有一定曲率半径的圆弧形玻璃管，管内装有粘度很小的液体如乙醚或乙醇，不装满，留有一定长度的气泡，称水准气泡。
我们就利用液体往低处流，气泡往高处跑的道理进行测量的。
水准器玻璃管表面上的刻度相等，以圆弧中心相对称，其刻线间距为2 mm 。
2、测量工作原理：
以自然水平面为测量基准(摸拟理想要素)。
用节距法(又称跨距法)对被测直线进行逐段测量，得到各段的读数然后经过数据处理，就可以用作图法或计算法求出误差值。
3、水平仪的读数方法：
实验采用双向读数法。
双向读数法读数较准确。
具体方法是：把水准器的刻度分成两大区间：二基线内为负区闭，二基线外为正区间。
如下图所示。
正区间
正区间
读数时．看气泡左基线相距几格，气泡右端相距右基线几格，分别以n 左、n 右表示，并带上“十”、“一”符号。
气泡相对水平位置移动的格数由公式算出：
N=±
2
n n (右）左 （格）
式中： n 左一一气泡左端相距左基线几格
n 右一一气泡左端相距右基线几格
N 一一水平仪的实际移动格数(水平仪读数)。
绝对值前面的“＋”、“－”符号的确定：我们约定，当整个气泡移向对称线的右边，绝对值前冠“＋”号，反之为“－”号。
(a)
(b)
例如上图a 的读数为：格—）（—12
20N =--=
上图b 的读数：格32
5.25.3N +=--+=
四、实验步骤
1．将水平仪、桥板擦干净，将被测面去毛刺并擦净。
2．初步调平被测表面（导轨、平尺、平板、工作台）。
3．用节距法测量。
桥板节距（跨距）l 由被测长度L 划分成若干等分段确定之，跨距l 一般为100~250mm 。
将水平仪置于桥板上，从一端开始，逐段测量，做到相邻两段首尾相接。
为使所作误差曲线图为实际形状误差的一致性，我们从左向右逐段进行测量。
第一段的起点称为原点，第一段的末点是第1点，测得的读数表示该段末点相对起点的升降，将水平仪读数记于实验报告相应栏目中，然后将桥板连同水平仪滑移至第二段，使第一段末点（1点）与第二段的起点相衔接，就可测得第二点的读数。
依此类推，直至测量完毕。
4．对测得值进行数据处理，用作图法求直线度误差f_。
例如水平仪的分度值为mm
1000mm
02.0i =
，桥板L=200mm ，水平仪读数如下：第1段，
+1.5格；第2段，+2格；第3段，0；第4段，－2格；第5段，－2格，试求该被测素线的f_。
用包容区域为格值的数据处理法。
根据下表作图3-5，从误差曲线图中可看出误差形状是向材料外凸起呢，还是向材料中凹下。
N
按最小条件作包容区，得N 包=3.8格，换算成线值是：
f_=iLN=
015.08.32001000
02
.0=⨯⨯ mm 。
也可以用包容区域为线值的数据处理方法来计算直线度误差，作出曲线图后求出最小包容区域，按比例取值，可得到被测素线的直线度误差f_。
五、测量时注意事项
1、使用水平仪要尽量避免人的体温对它的影响。
2、测好一段．应推动板桥向后一测量段滑进，等气泡完全静止下来再读数。
水平仪置于板桥上是作为一整体使用，测量过程中二者之间尽量不要发生相对移动。
读数时要正对水平仪读取数值。
3、作图力求准确，比例恰当，图面清晰。
六、其他测量直线度误差的方法
常用的测量直线度误差的方法有直尺法等。
直尺法常用直尺、平尺等以光隙法和指示表法等进行测量。
框式水平仪测量直线度误差属于重力法。