合像水平仪对导轨直线度误差的测量

The M easurement of Guide Straightness Error with the Composite Image GradienterCU0 Li .CHANG Guo-yongt1.N8崎ing College ofInformation Technology，N8畸ing Jiangsu 210046。China；2.Nanjing Turbine&Electric Machinery Co.，Ltd，Nanjing Jiangsu 210037，China)Abstract：The composite image gradienter is a precision instrument for measuring smal angle，which is mainly to measure po-sition deviation of plane to level plane or plane to vertical plane.It S commonly used in equipment installation，debugging andprecision measurement.In this article，the measuring principle of composite image gradienter is mainly introduced，the meas-urement to guide straightness error and the graphic method to deal with the measurement data are expounded.This method canbe applied to the actual production and convenient，which has strong application value。

Key words：composite image gradienter；straightness eror；method of minimum conditions；method of beeline with two points1 前 言导轨是机床中确定主要部件相对位置的基准，也是运动的基准，为了保证溜板在运动过程中与导轨的接触良好，常在垂直平面内对导轨的直线度误差进行测量。直线度误差是形状误差之-，形状误差的测量，是被测形状与理想形状相比较的结果，而理想形状所在位置直接影响着误差的大校所谓最小条件是指被测实际要素对其理想要素的最大变动量为最小。目前在工作现场中多采用水平仪和光学平直仪等测角量仪对被测直线进行测量，再采用作图法或解析法对测量结果进行分析和评定。

2 合像水平仪的测量原理合像水平仪的结构见图 1所示，水准器8是-个密封的玻璃管，管内注入精镏乙醚，并留有-定量的空气，以形成气泡。管的内壁在长度方向具有-定的曲率半径。气泡在管中停住时，气泡的位置垂直于重力方向，即当水平仪倾斜时，气泡始终保持水平位置 。

利用这个原理，将水平仪放在桥板上使用，便能测出实际被测直线上相距-个桥板跨距的两点间高度差，如图 2所示。合像水平仪的分度值 I用角度(S)和 rnm/m表示，如合像水平仪的分度值为 2”，表示平面在 1 m长度上的高度差为0.O1 mm，此时的分度值就是 0.01/1000或0.01 mm/m。

图1 合像水平仪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 l0.测微螺杆 11.放大镜l2.刻线尺水平仪移动方向收稿日期：2013-02-04作者简介：郭 丽(1979-)，女，河南洛阳人，讲师，研究方向：工程图学、CAD/CAM。

· 142·图2 水平仪测量直线度误差示意图I.桥板 Ⅱ.水平仪 Ⅲ.桥板跨距0，1，2，，n.测点序号· 机械研究与应用 ·2013年第2期(第26卷，总第124期) 检测与控制测量时，图 1中合像水平仪上水准器 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。气泡在水准器 8的中央，位于棱镜 7两边的对称位置上，从放大镜 6看到的两半像相合，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-个角度 ，气泡不在水准器 8的中央，从放大镜6看到的两半像是错开的，如图3(b)所示，产生的偏移量为 △。

④ ①(a)相会 (b)锩开图 3 气泡的两半像气泡偏移量△的数值通过合像水平仪上的测微螺杆 10和微分筒 9的读数表示，转动测微螺杆 10使水准器 8倾斜-个角度 ，使气泡返回到棱镜 7两边的对称位置上。从放大镜中观察气泡的两半像恢复到如图3(a)所示的两半像合相。偏移量 △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；再从微分筒9的分度盘读数，它是螺杆 l0转动不足-圈的细分读数。

测微螺杆 10转动的格数 、桥板跨距 L(mm)与桥板两端相对于自然水平面的高度差 日之问的计算公式为：HIxLF (1)式中：，为合像水平仪的分度值 (0.01 mm/m)；L为桥板跨距(mm)；F为角度读数值(用格数来计数)；H为高度差( m)。

3 测量过程用分度值为0.01/1000的合像水平仪测量-长度为 1 200 mm导轨的直线度误差，采用的桥板跨距为200 mm，测量过程如下：(1)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。

(2)以每段200 mm将导轨分成 6段 7个测点，标出各测点的位置。

(3)将水平仪芭在桥板上，放在实际被测直线的-端，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 A(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 。

(4)将在各测点记录的两次示值的平均值作为各个测量间隔的测量数据，如表 1所列，求解直线度误差值。若某个点两次示值的差异较大，则表明测量不正常，需查明原因重测。

表 1 直线度误差的测量数据测点序号 i 0 1 2 3 4 5 6相对值 △ (格数) 0 1 2 0 1 -2 1示值累积值(格数) 0 1 3 3 4 2 34 数据分析测量得到的数据不能直接反映所求的直线度误差，需按照最小条件法或以首、尾两个测点的连线(两端点连线)法对数据进行处理，利用图解法或计算法才能得到测量结果。下面介绍用图解法对测量数据进行分析和计算。

(1)最小条件法 用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-低-高三极点或低-高-低三极点相间接触)(如图4所示)，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。

这两条平行直线之间的区域称为最悬容区域 (简称最小区域)。最悬容区域宽度即为符合最小条件的直线度误差值.厂M 。

，tq 每 #图4 直线度误差最悬容区域判别准则在坐标纸上绘制误差折线，横坐标表示被测导轨的长度，每两点之间的距离表示200 mm，纵坐标为合像水平仪气泡偏移量的示值累积值。按表 1的数据在直角坐标系中描点，依次连接各点，得到误差曲线，从误差折线上找到两个低极点(0，0)、(5，2)及-个高极点(4，4)。作出通过两个低极点的直线，再作出过高极点且平行于两低极点连线的直线，得到最悬容区域，如图5所示。在坐标纸上测得两平行线问的Y坐标距离为 2.4格。根据式(1)，按最小条件法评定的直线度误差为：HMzILxF0.01200x2.44.8( m)(2)两端点连接法 在误差折线上，以实际被测直线两端点 B和 E的连线 z 作为评定基准，取各测点相对于该连线的偏离值 h 中的最大偏离值 h 与最小偏离值hmi.之差厂B 作为直线度误差值，测点在连· 143·检测与控制 2013年第2期(g 26卷，总第124期)·机械研究与应用 ·线 l 上方的偏离值取正值，测点在连线 z 下方的偏离值取负值。即： - h (2)图5 以最小条件法作为评定基准图6 以两端点连线法作为评定基准图6上量得最大偏离值 h 十2格，最小偏离值h -0.5格。根据式(1)，按两端点连线法评定的直线度误差为：HMzIxLxFO.0lx200x(20.5)5(I，zm)5 结 论通过两种不同的评定基准对测量数据进行分析，可以看出按最小条件评定的误差值小于按两端点连线评定的误差值。在实际应用中，以两端点连线法作为评定基准的主要优点是直观和数据处理比较简单，在生产中使用比较适宜 。以最悬容条件作为评定基准，能够排除因所样准而带来的附加误差，评定的误差数值是最小的，可以获得最佳的技术经济效益，是检测标准中规定采用的评定方法。