用合像水平仪测量直线度误差

2024年3月15日发(作者：空斗墙)

实验 用合像水平仪测量直线度误差

一、实训目的和要求

1、了解合像水平仪的结构并熟悉使用它测量直线度的方法。

2、掌握给定平面内直线度误差值的评定方法。

3、掌握按照两端点连线和最小条件作图求解直线度误差的方法。

二、使用仪器和量具

合像水平仪、被测工件

三、测量仪器说明和测量原理

合像水平仪是一种精密测量仪器，用自然水平面为测量基准。合像水平仪的结构如图3

－1所示，它的水准器8是一个密封的玻璃管，管内注入精馏乙醚，并留有一定量的空气，

以形成气泡。管的内壁在长度方向上具有一定的曲率半径。气泡在管中停止时，气泡的位置

必然垂直于重力方向。也就是说，当水平仪倾斜时，气泡本身并不倾斜，而始终保持水平位

置。利用这个原理，将合像水平仪放在桥板上使用，便能测出实际被测直线上相距一个桥板

跨距的两点间的高度差，如图3－2所示。

1－底板； 2－杠杆； 3－支撑；

4－壳体；5－支撑架；6－放大镜；

7－棱镜； 8－水准器；9－微分筒

；

10－测微螺杆；11－放大镜；

12－刻线尺

图3－1 合像水平仪

在水准器玻璃管管长的中部，从气泡的边缘开始向两端对称地按照弧度值刻有若干条等

距刻线。合像水平仪的分度值I用[角]秒和mm/m表示。合像水平仪的分度值为2″，该角度

相当于在1m的长度上，对边高0.01mm的角度，这时分度值也用0.01mm/m或者1000表示。

Ⅰ－桥板； Ⅱ－水平仪；Ⅲ－实际被测直线；4－桥板跨距。

图3－2 用合像水平仪测量直线度误差的示意图

参照图3－1和图3－3，测量时，合像水平仪水准器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。

则气泡在水准器8的中央，位于棱镜7两边对称的位置上，因此从放大镜6看到的两半像相

合，如图3－3（a）所示。如果桥板两端相对于自然水平面有高度差，则水平仪倾斜一个角

度α，因此气泡不在水准器8的中央，从放大镜6看到的两半像是错开的，图3－3（b）所

示产生偏移量△。为了确定气泡偏移量△的数值，转动测微螺杆10使水准器8倾斜一个角度

α，以使气泡返回到棱镜7两边对称的位置上。从放大镜6看到气泡的两半像恢复到图3－3

（a）所示相合的两半像。偏移量△先从放大镜11由刻度尺12读数，它反映测微螺杆10转

动的整圈数；再从测微螺杆手轮9的分度盘读数（该盘每格为刻线尺一格的1％）；它是测微

螺杆10转动不足一圈的细分读数。读数取值的正负由测微螺杆手轮9指明。测微螺杆10转

动的格数a，桥板跨距L（mm）与桥板两端相对于自然水平面的高度差h之间的关系为

h＝iaL＝ （μm）

四、测量步骤

1、测量时，合像水平仪放在被测直

线的两端，把被测直线调整到大致水平，

使合像水平仪在两端的视值不要相差太大。

然后在被测直线旁标出均有不知的各测点

（a）相合 （b）错开

的位置。

图3－3 气泡的两半像

2、根据两相邻测点之间的距离选择跨距适当的桥板。将合像水平仪安放在桥板上，然后

沿着被测直线，把桥板放在被测直线的一端，记录下水平仪第一个示值△i（格数）。按各测

点的位置依次逐段地移动桥板，同时记录各测点示值△i（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，而且合像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。

3、将在各个测量间隔记录的两次示值的平均值分别作为各个测量间隔的测量数据，求解

直线度误差值。如果某个测量间隔两次示值的差异较大，则表明测量不正常，查明原因后重

测。

五、直线度误差值的评定方法

1、按最小条件评定，如教材所述。

2、按两端点连线评定

参照图3－4，以实际被测直线两端点B合E的连线lBE作为评定基准，取各测点相对于

该连线的偏离值hi中的最大偏离值hmax与最小偏离值hmin之差fBE作为直线度误差值。测

点在连线lBE上方的偏离值取正值，测点在连线lBE下方的偏离值取负值。即lBE＝hmax－

hmin。

图3－4 以两端点连线

作为评定基准

1、按两端点连线法图解直线度误差值

参照图3－5，在坐标纸上用横坐标x表示测量间隔（各测点的序号），用纵坐标y表示

测量方向上的数值。将它们分别按缩小和放大的比例把各测点标在坐标纸上，然后把各测点

连成一条误差折线，该折线可以表示实际被测直线。在误差折线上，连接其两个端点B、E，

得到两端点连线lBE。为评定基准，从误差折线上找出各测点相对于两端点连线的最高点和

最低点。从坐标纸上分别量取这两个测点至两端点连线的y坐标距离，它们的代数差即为直

线度误差值fBE。

图3－5 图解直线度误差

2、按最小条件图解直线度误差值

参照图3－5，从误差折线上确定低－高－低（或高－低－高）相间的三个极点。过两个

低极点（或两个高极点）作一条直线，再过高极点（或低高极点）作一条平行于上述直线的

直线，包容这条误差折线，从坐标纸上量取这两条平行直线间的y坐标距离，它的数值即为

直线度误差值fBE。