用水平仪测量导轨直线度的方法

在机械维修专业中常用到水平仪，它是机床修理、调整、安装最常用的测量仪器之一，主要用于检测机床导轨直线度、工作台平面度等。下面我们来了解水平仪是怎样测量导轨直线度的。

机床工作台的直线移动精度，在很大程度上取决于床身导轨的直线度。但机床导轨一般比较长，往往难以用平尺、检验棒等作为基准测量导轨的直线度，这时可以用水平仪进行测量。其工作原理是：假设在被测导轨上有一条理想水平直线作为测量基准，再把被测导轨分成若干段，然后用水平仪分别测出各段相对于理想水平直线所倾斜的角度值，通过绘制坐标图来确定导轨与水平直线的最大误差格数，最后运用公式(△H=n I L)计算出导轨与水平直线的误差值。具体步骤如下：

1、将水平仪放在导轨中间，调平导轨，防止导轨倾斜，无法准确读出水平仪读数。

2、水平仪放在一定长度L）的平行桥板上，不能直接放置在被测表面上。

3、将导轨分段，每段长度与桥板相适应，依次首尾相接，逐段测量并记录下每段读数及倾斜方向。

4、根据各段读数画出导轨直线度曲线图：以导轨的长度为横坐标，水平仪读数为纵坐标。根据读数依次画出各折线段，每一段的起点要与前一段的终点重合。

例如C6132车床的导轨

长1600mm．用精度为

0.02/l000mm的框式水平仪测

量导轨在垂直平面内直线度

误差。水平仪桥板长度为

200mm，分8段测量。每段读数依次为：+l、+1、+2、0、-1、-l、0、-0.5，如图1所示。

按一定比例画出纵横坐标，作出导轨直线度曲线。如图2所示。

5、用两端点连线法或最小区域法确定最大误差读数和误差曲线形状。

两端点连线法：若导轨直线度误差曲线呈单凸或单凹时，作首尾两端点连线I-I，并过曲线最高点或最低点）作Ⅱ-Ⅱ直线与I—I平行。两包容线间取大

坐标值即为最人误差值。如图2所示，最大误差在导轨长为600mm处。曲线右端点坐标值为1.5格，按相似三角形解法，导轨600mm处最大误差值为

4-0.56=3.44格。

最小区域法：如果直线度误差曲线有凸有凹呈波折状态，如图3所示，此时应过曲线上两个最低点或两个最高点），作一条包容线I-I，过曲线上的最高

点（或最低点）作平行于

I-I线的另一包容线Ⅱ-Ⅱ，

将误差曲线全部包容在两

平行线之问。两平行线之

间沿Y轴方向的最人坐标

值n即为最大误差。

6、按误差格数换算导轨直线度线性值一般按下式换算：

△H=n I L

△H为导轨直线度误差mm；n为曲线图中最大误差格数；I为水甲仪的读数精度；L为每段测量长度mm。

在上例中：△H=n I L=3.44x0.02/l000×200=0.014mm 所以该车床导轨直线度误差为0.014mm。

在用水平仪测量导轨直线度时应注意几点：（1）将导轨分成若干段，每段应与桥板长度相适应，测量时应首尾相接，否则就不能止确测量出误差。另外，如导轨较长，应选择较长的桥板；若分段过多，将会引起计量累积误差。（2）测量前应将导轨调平，如果导轨误差严重，用框式水平仪无法测量时，可考虑用合像水平仪或光学平直仪测量。

第28卷第4期长春理工大学学报 Vo l 128No 142005年12月 J ou rnal of Changchun Un i versit y of Science and T echnology Dec .2005 收稿日期:2005-08-12 基金项目:振兴东北老工业基地项目(04-02GG156) 作者简介:张立颖,女(1976-),硕士研究生,主要从事光学仪器装调方面的研究。 平行度检测仪的设计方法 张立颖 刘德尚 王文革 (中国科学院长春光学精密机械与物理研究所,长春 130031) 摘 要:国内现有的平行度检测方法和检测设备都是用于检测可见光的平行度。对于激光和红外平行度的精密检测,还没有一个好的检测方法。本文介绍了一种既可以检测可见光又可以检测激光、红外平行度的检测仪,并且论述了设计原理、装调方法以及精度的验证,其检测精度可以达到?2d 。关键词:平行度;激光;红外 中图分类号:TH74512 文献标识码:A 文章编号:1672-9870(2005)04-0033-03 Design of t he L ight Parallelis m Detector Z HANG L i y ing LIU D es hang WANG W enge (Changchun Instit u te o f Op tics ,F i n eM echanics and Phy sics ,Chinese Acade my of Siences ,Changchun 130031)Abst ract :In our nation ,w e have l o ts o f m ethods and equ i p m ents to detect the parallelis m of v isible li g h.t But w e don t 'kno w how to detect the paralle lis m of laser and i n frared ,This paper descri b es briefly the desi g n idea,asse m b l y techn i q ue and ho w to test and verify its accuracy .A t las,t we get the conclu -si o n that the accuracy of the ne w detecto r is less than ?2d ,and the dectctor can be used i n v isi b l e ligh.t K ey w ords :Pa ra lle lis m;Laser ;Infrared 随着激光与红外技术的发展,红外跟踪器和激光测距机已被广泛应用在现代化的光电经纬仪上。 然而令人遗憾是,对于激光、红外系统的平行度的标校却一直没有一个令人满意的方法,无奈人们只能在几十公里外制造一个红外目标,并把这个目标假设为无穷远光源来标校激光、红外系统的平行度,这个方法测量误差大,实现也困难。本文设计的平行度检测仪(以下简称检测仪)从根本上解决了这个难题,它的结构简单、成本低,既可以在实验室使用,又可以直接安装在红外跟踪车上,在外场随时标校激光、红外的平行度,同时它又可兼做红外目标模拟器,因此具有良好的市场前景。 1 检测仪的结构及检测原理 111 检测仪的结构 用于检测激光、红外平行度的检测仪的组成包括,光学部分:(1)衰减片;(2)平面镜组;(3)分光镜;(4)平行光管;(5)红外光源;(6)特 制耙面。机械部分:(1)导轨;(2)可移动支架。用于可见光测量时,只需把红外光源更换为普通光源,将特制耙面更换为普通星点板即可。112 检测仪的检测原理11211 检测仪的光学系统 检测仪的光学系统如图1所示。检测仪由A 、B 两个光路组成。激光经过(光路A )衰减片衰减后,从平面镜2的周围入射到分光镜上,经过平行光管汇聚到特制耙面上,使耙面发热形成红外光源,发射出的光经过平行光管后变成平行光,经过分光镜把光分成两束,一束(光路A )原路返回,一束(光路B)进入红外接收系统。11212 检测仪的工作过程 ①红外光源发射出的光经过特制耙面(此时耙面可以视为一个星点)通过平行光管变成平行光,再经过分光镜进入光路B ,并呈像在红外成像器的光轴中心。 ②激光测距机发出的激光通过光路A 最终汇

实验四用合象水平仪或框式水平仪 测量直线度误差 一、实验目的 1. 掌握用水平仪测量直线度误差的方法及数据处理。 2. 加深对直线度误差定义的理解。 二、实验内容 用合象水平仪或框式水平仪测量直线度误差。 三、测量原理及计量器具说明 机床、仪器导轨或其他窄而长的平面，为了控制其直线度误差，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。使用这类器具的共同特点是测定微小角度变化。由于被测表面存在着直线度误差，计量器具置于不同的被测部位上，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，这个变化的微小倾角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。由于合象水平仪的测量准确度高、测量范围大（±10 mm/m）、测量效率高、价格便宜、携带方便等优点，故在检测工作中得到了广泛的采用。 合象水平仪的结构如图1a、d所示，它由底板1和壳体4组成外壳基体，其内部则由杠杆2、水准器8、两个棱镜7、测量系统9、10、11以及放大镜6所组成。使用时将合象水平仪放于桥板（图2）上相对不动，再将桥板放于被测表面上。如果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，气泡边缘通过合象棱镜7所产生的影象，在放大镜6中观察将出现如图1b所示的情况。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，导致气泡移动，其视场情况将如图1c所示。此时可转动测微螺杆10，使水准器转动一角度，从而使气泡返回棱镜组7的中间位置，则图1c中两影象的错移量△消失而恢复成一个光滑的半圆头（图1b）。测微螺杆移动量s导致水准器的转角α（图1d）与被测表面相邻两点的高低差h有确切的对应关系，即 图1

用水平仪测量导轨直线度的方法 在机械维修专业中常用到水平仪，它是机床修理、调整、安装最常用的测量仪器之一，主要用于检测机床导轨直线度、工作台平面度等。下面我们来了解水平仪是怎样测量导轨直线度的。 机床工作台的直线移动精度，在很大程度上取决于床身导轨的直线度。但机床导轨一般比较长，往往难以用平尺、检验棒等作为基准测量导轨的直线度，这时可以用水平仪进行测量。其工作原理是：假设在被测导轨上有一条理想水平直线作为测量基准，再把被测导轨分成若干段，然后用水平仪分别测出各段相对于理想水平直线所倾斜的角度值，通过绘制坐标图来确定导轨与水平直线的最大误差格数，最后运用公式(△H=n I L)计算出导轨与水平直线的误差值。具体步骤如下： 1、将水平仪放在导轨中间，调平导轨，防止导轨倾斜，无法准确读出水平仪读数。 2、水平仪放在一定长度L）的平行桥板上，不能直接放置在被测表面上。 3、将导轨分段，每段长度与桥板相适应，依次首尾相接，逐段测量并记录下每段读数及倾斜方向。 4、根据各段读数画出导轨直线度曲线图：以导轨的长度为横坐标，水平仪读数为纵坐标。根据读数依次画出各折线段，每一段的起点要与前一段的终点重合。 例如C6132车床的导轨 长1600mm．用精度为 0.02/l000mm的框式水平仪测 量导轨在垂直平面内直线度 误差。水平仪桥板长度为 200mm，分8段测量。每段读数依次为：+l、+1、+2、0、-1、-l、0、-0.5，如图1所示。 按一定比例画出纵横坐标，作出导轨直线度曲线。如图2所示。 5、用两端点连线法或最小区域法确定最大误差读数和误差曲线形状。 两端点连线法：若导轨直线度误差曲线呈单凸或单凹时，作首尾两端点连线I-I，并过曲线最高点或最低点）作Ⅱ-Ⅱ直线与I—I平行。两包容线间取大

导轨直线度误差检测方法介绍

一、直经度的定义 限制实际直线对理想直线变动量的一种形状公差。由形状（理想包容形状）、大小（公差值）、方向、位置四个要素组成。用于限制一个平面内的直线形状偏差，限制空间直线在某一方向上的形状偏差，限制空间直线在任一方向上的形状偏差。 几何误差是指零件加工后的实际形状、方向和相互位置与理想形状、方向和相互位置的差异。在形状上的差异称形状误差，在方向上的差异称方向误差，在相互位置上的差异称位置误差。直线度在几何公差中是最基础的部分，按检测关系分直线度属于被测要素中的单一要素——指对要素本身提出形状公差要求的被测要素。 二、导轨直线度误差检测方法 直线度误差的检测方法很多。工件较小时，常以刀口尺、检验平尺作为模拟理想直线，用光隙法或间隙法确定被测实际要素的直线度误差。当工件较大时，则常按国标规定的测量坐标值原则进行测量，取得必要的一组数据，经作图法或计算法得到直线度误差，还有种高效的测量方法就是直接利用太友科技的数据采集仪连接百分表来测量，无需人工读数、作图、分析，采集仪会自动读数数据并进行数据分析，一旦测量结果不合格还会自动产生报警功能。 测量直线度误差常用的仪器有：框式水平仪、合象水平仪、电感式水平仪、自准直仪以及数据采集分析仪等。这类仪器的特点是：测定微小角度的变化，换算为线值误差。本实验用合象水平仪和数据采集分析仪来进行直线度测量。 1、利用合象水平仪测量直线度法 1）合象水平仪的介绍 合象水平仪采用光学放大，并以对称棱镜使双象重合来提高读数精度，利用杠杆和微动螺杆传动机构来提高测量精度和增大测量范围。将合象水平仪置于被测工件表面上，当被测两点相对水平线不等高时，将引起两气泡象不重合，转动度盘，使两气泡重合，度盘转过格数代表被测两点相对水平线的高度差，见图2-3。

直线度测量方法 1、光电法测量 光电法测量是以三台测径仪为基础进行检测的，可以用于测量运动中的 线、棒、管的外轮廓的直线度。 布置上图的的设备3台，三台设备同一时刻测量被测工件的位置数据左边和右边两台采集的位置连线，计算出中间设备的在直线度为0时的理论位置，与中间一台所获的的位置数据比较，差值即为被测工件在当前位置的直线偏差如下图所示。

测量单元的测量频率为500-1000HZ，采用电子同步控制单元实现3 台设备的同步采样，可连续检测，根据检测数据模拟出整根线、棒（管）材的直线度，左、右两台的距离可根据具体情况确定安装位置。 2、自准直法 自准直法直线度检测仪可用于圆管外径的直线度检测。平行光仪器是 将和准直望远镜结合为一体的一台仪器。 光源将位于物镜焦平面（物镜焦距二f）的分划板投射至无穷远（准直 光出射），经过平面反射镜返回的准直光经物镜后再次成像于同样位

于物镜焦平面（共焦系统）的光电传感器的探测面上，当反射镜发生了a 角度的偏转后，返回的分划板在光电传感器上的像会产生AS的位移，通过精确测量出AS值，即可准确计算出平面反射镜的偏转角度。 检测内孔直线度时，将平面反射镜伸入孔内，利用胀套保证反射镜与内孔垂直。当内孔有弯曲时反射镜将偏转一定的角度，通过反射镜的偏转角度可以计算出内孔的直线度。 3、PSD芯片激光测量法 激光器安装在激光器座上，激光器座的尾部有4个螺钉可以对激光的 照射角度进行微调。其头部与定心套连接后插入炮管孔内。位置检测单元

的激光位敏传感器安装在传感器座内，传感器座的头部与定心套连接，尾部与推杆连接。通过手动推动推杆可以使位置检测单元在炮管内孔内移动。 激光器定心去 工作时激光器发射1束激光射向激光位敏传感器，传感器内的PSD 芯片监测接收到的激光能量中心位置。定心套用来保证传感器一直处于炮管内孔的中心位置。当炮管在检测位置出现弯曲时，PSD芯片上的激光能量中心坐标值将发生变化。位置检测单元的电源线和数据线通过推杆中心孔与控制柜连接。

实验三用合象水平仪测量直线度误差 自己收集整理的 错误在所难免 仅供参考交流 如有错误 请指正！谢谢 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

目录 一前言 (3) 二．尺寸标注和技术要求 (4) 三．检验导轨平行度夹具图解 (7) 四．工件的拆卸和测量 (8) 五、零件的安装 (12) 六. 被加工工件的设计 (13) 七 .设计小结 (16) 参考文献 (18)

一、前言 测绘是以计算机技术、光电技术、网络通讯技术、空间科学、信息科学为基础，以全球定位系统(GPS)、遥感(RS)、地理信息系统(GIS)为技术核心，将地面已有的特征点和界线通过测量手段获得反映地面现状的图形和位子信息，供工程建设的规划设计和行政管理之用。 于是，从6月3号到6月7号，我们进行了为期近一周的测量实习。这次实习的内容是对工程测量知识的实践化,实习的要求是让每个同学都对工程测量的实际操作能够达到基本掌握的程度。这次实习时间集中、内容广泛、程序系统，从工程测量实际出发，引导我们接触测绘这一专业，开启我们认知的大门，以求为以后的学习打下坚实的基础。

二、尺寸要求和技术要求 在装配图上尺寸标注与零件图不同。零件图要注出全部尺寸，而装配图上只需注出与机器或部件性能、装配、安装和运输有关的尺寸。同时各个工厂的习惯不同，装配图上尺寸标注的差别较大，下面是几类常用的尺寸。 1. 特性尺寸（规格尺寸）。它表示部件的性能或规格，在装配图中要直接注出。 2. 装配尺寸。在装配图上要直接注出各个零件之间的配合尺寸和主要的相互位置尺寸，作为设计零件和装配零件的依据。 3. 安装尺寸。是将部件安装到其他零、部件或基座上所必需的尺寸。 4.外形尺寸。表示部件的总长、总宽和总高 5. 轴向设计尺寸。在有些部门的装配图中，为了便于计算和检查，注出了轴上所有零件的长度尺寸，同时也保证了在拆画零件图时尺寸一致。如右图。 6. 零件的主要结构尺寸。在设计新产品的装配图上，常直接注出一些主要的结构尺寸，以限定零件的主要形状、大小和结构。这类尺寸标注很灵活，要看实际需要而定。 （1）夹具的总装图 1)夹具总装配图的绘制。夹具的总装配图应反映其工件的加工状态，并尽量按1:1的比例绘制草图。工件用假象的双点划线画出，并反映

1引言 在工程实际中，评定导轨直线度误差的方法常用两端点连线法和最小条件法。两端点连线法，是将误差曲线首尾相连，再通过曲线的最高和最低点，分别作两条平行于首尾相连的直线，两平行线间沿纵坐标测量的数值，通过数据处理后，即为导轨的直线度误差值;最小条件法，是将误差曲线的“高、高”(或“低、低”)两点相连，过低(高)点作一直线与之相平行，两平行线间沿纵标坐测量的数值，通过数据处理后，即为导轨的直线误差值。 最小条件法是仲裁性评定。两端点连线法不是仲裁性评定，只是在评定时简单方便，所以在生产实际中常采用，但有时会产生较大的误差。本文讨论这两种评定方法之间产生误差的极限值。 2误差曲线在首尾连线的同侧 测量某一型号液压滑台导轨的直线度误差，得到直线度误差曲线，如图1所示。由图可知，该误差曲线在其首尾连线的同侧。下面分别采用最小条件法和两端点连线法，评定该导轨直线度误差值。 (1)最小条件法评定直线度误差 根据最小条件法，图1曲线的首尾分别是低点1和低点2(低点1与坐标原点重合)，用直a1a1线相连，如图2所示。通过最高点3作a1a1直线的平行线a2a2。

在a1a1和a2a2两平行线包容的区域，沿y轴测量的数值，经数据处理，即为该导轨的直线度误差值δ最小法。 (2)两端点连线法评定直线度误差 根据两端点连线法，图1曲线的首尾也分别是曲线的两端点1和2，如图3所示。将曲线端点1和端点2，用直线b1b1相连，再通过高点作b1b1的平行线b2b2。在b1b1和b2b2两平行线包容的区域，沿y轴测量的数值，经数据处理，即为该导轨的直线度误差值δ两端点。 (3)求解两种评定方法产生的误差极限 由于是对同一导轨误差曲线求解直线度误差，图2中的“低点1”、“低点2”和“高点3”分别对应图3中的“端点1”、“端点2”和“高点3”，即直线 a1a1与直线b1b1重合，直线a2a2与直线b2b2重合，因此两种评定方法产生的误差值为零

用打表法测量阀体的平面度和平行度的方法 一 实验目的 本实验所用测量方法是工厂里常用的方法，有助于学生对平面度公差、面对面的平行度公差概念的理解，训练学生的动手能力（仅一台三坐标测量机，做不到人人动手操作），训练学生数据处理能力，以及对平面度评定方法的理解。 二 实验仪器 测量平台，作为测量的基准使用，精度要求高。磁力表架和表座、千分表、V 型块、被测零件阀体。 三 操作过程 1 将磁力表架和V 型块放置于测量平台上，将被测零件阀体放置于V 型块上。 2 将千分表安装在磁力表架上，调整磁力表架，使千分表的测头与阀体的被测平面垂直接触，且具有一定的接触力，并保证测量过程中千分表不超量程。 3 固定磁力表座，推动V 型块，并保证其与测量平台稳定接触，使千分表测头与 测量平台 阀体 表架 表座 千分表 V 型块

被测平面上3X3分布的点接触，记录9个数据，如下所示。 四数据处理 1 误差评定准则（见教材） 将测得数据处理成上述三个准则中的任意一种，各点数据中的最大值减去最小值即为平面度误差。而平行度误差评定较简单，在测得原始数据中，用最大值减去最小值即是。 2 平面度数据处理方法（见学习指导） 测得数据不会是三个准则中的任意一种，需要进行处理才行，处理方法按照如下例题所示。 例用打表法测量一块350mmx350mm的平板，各测点的读数值如下图所示。试用最小包容区域法求平面度误差值。 解：此题旨在训练培养大家进行数据处理，求解几何误差的能力。观察检测数据，最大值为20，最小值为-12 ，次小值为-10，决定采用三角形准则求解平面度误差。保留中间的最大值，求出3个相等的最小值，三个最小值位置选定-12、-10、+7，将3个数值相加除3等于-5，即3个数的平均值。利用矩阵变换方法，将3个最小值变为-5，即将第1列的数都加+7，而将第三列的数都加-7，将结果列表后，再将第一行都加-5，而第三行都加+5，再将结果列表，即得下图所示。 经过两次坐标变换后，故平面度误差值为() f=+--= 205μm25μm

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。 (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。

(19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请号 201910293859.9 (22)申请日 2019.04.12 (71)申请人 华中科技大学 地址 430074 湖北省武汉市洪山区珞喻路 1037号 (72)发明人 张新宝　刘显喜　 (74)专利代理机构 华中科技大学专利中心 42201 代理人 张彩锦　曹葆青 (51)Int.Cl. G01B 11/26(2006.01) (54)发明名称 一种导轨平行度测量装置及方法 (57)摘要 本发明属于导轨制造精度控制领域，并具体 公开了一种导轨平行度测量装置及方法，其在两 导轨副之间或导轨副一侧添加辅助测量点，通过 辅助测量点与导轨上设定测量点，使测量点满足 米字型布点条件，利用位姿测头分别测量导轨和 辅助测量点构成的各个测量点，测量米字型布点 的某测量截面上各个测量点时空间直线基准发 生器位置保持不变，测得同一设定直线上的测量 点的数据；然后对米字型布点的每个直线上所有 设定测量点数据进行归一化处理，统一到同一基 准平面后提取出导轨数据，进而进行数据评估可 得出被测导轨的平行度。本发明具有简单快速、 测量精度高、 低成本等优点。权利要求书2页 说明书10页 附图3页CN 110186397 A 2019.08.30 C N 110186397 A

权　利　要　求　书1/2页CN 110186397 A 1.一种导轨平行度测量装置，其特征在于，包括空间直线基准发生器(1)、位姿测头(2)和数据采集处理单元(10)，其中： 所述空间直线基准发生器(1)用于发射直线基准光束(5)，以作为整个测量过程中的空间直线基准； 所述位姿测头(2)包括机架(8)、安装在机架(8)上的底座(9)以及设于底座(9)底面的前支撑杆，该机架(8)内沿直线基准光束(5)入射方向的前后设有光敏面相互平行的前图像传感器(6)和后图像传感器(7)，该机架(8)靠近后图像传感器(7)的一侧安装有倾角传感器(11)，所述前图像传感器(6)和后图像传感器(7)用于采集测量点处直线基准光束截面的图像数据，并将采集的图像数据传输至数据采集处理单元(10)中，所述倾角传感器(11)用于测量位姿测头(2)的倾角；所述测量点包括待测导轨两导轨副上的基础测量点以及设于两导轨副之间或设于导轨副外侧的辅助测量点，且基础测量点与辅助测量点为米字型布点，若米字型布点不能覆盖整个导轨，则在两导轨副位于米字型之外的部分还布置有附加测量点； 所述数据采集处理单元(10)用于接收前图像传感器(6)和后图像传感器(7)采集的图像数据以及倾角传感器(11)测量的倾角，并基于图像数据与倾角进行数据处理以获得待测导轨的平行度。 2.如权利要求1所述的导轨平行度测量装置，其特征在于，所述前支撑杆位于底座(9)前端的中点处，该底座(9)的后端还设置有两根后支撑杆。 3.如权利要求1或2所述的导轨平行度测量装置，其特征在于，辅助测量点设于两导轨副之间时，其位于两导轨副的中间；辅助测量点设于导轨副外侧时，其与相邻导轨副间的距离等于两导轨副间的距离。 4.一种导轨平行度测量方法，其特征在于，采用如权利要求1-3任一项所述的装置进行测量，包括如下步骤： S1在被测导轨的两导轨副上设计基础测量点，并在两导轨副之间或导轨副的一侧添加辅助测量点，利用基础测量点和辅助测量点进行米字型布点，该米字型覆盖整个导轨或覆盖导轨的一部分，若所布米字型不能覆盖整个导轨，则在两导轨副位于米字型之外的部分布置附加测量点，使布点长度与导轨长度相当； S2利用位姿测头(2)分别测量米字型布点各直线上的基础测量点、米字型之外导轨副上的附加测量点以及辅助测量点的数据，测量同一直线时空间直线基准发生器(1)位置保持不变； S3利用数据采集处理单元(10)对数据进行归一化处理，以利用平面度的米字处理算法将导轨副上的基础测量点数据统一至同一基准平面上，并将两导轨副上的附加测量点数据也统一至同一基准平面上，提取出统一至同一基准平面上两导轨副的数据，基于两导轨副的数据进行平行度评估即可得出被测导轨的平行度。 5.如权利要求4所述的导轨平行度测量方法，其特征在于，步骤S2包括如下子步骤： S21空间直线基准发生器(1)置于米字型布点的直线延长线的一端，位姿测头(2)置于米字型布点直线上的对应测量点处，并使前支撑杆直接接触被测测量点； S22调整空间直线基准发生器(1)使空间直线基准发生器产生的直线基准光束近似平行导轨副的设定平面，其中设定平面指导轨副承载平面的理论平面； 2

任务四平行度误差、平面度误差的测量 【课题名称】 零件的平行度、平面度误差测量 【教学目标与要求】 知识目标 了解平面度误差、平行度误差的检测工具及测量方法。 能力目标 能够正确使用框式水平仪、自准直仪和百分表进行测量，并准确计算误差值。 素质目标 熟悉平面零件形位误差的检测原理、测量工具和使用方法，并能准确计算其误差。 教学要求 能够按照误差要求正确地选择检测工具，并能够掌握测量工具的使用方法，对工件进行准确的测量。 【教学重点】 框式水平仪、自准直仪和百分表的使用，各种形位误差的检测方法。 【难点分析】 平面度测量出9点误差值的调零方法及误差值计算。 【分析学生】 该内容的难度较大，特别是直线度误差值的计算和平面度零位调整比较难以理解，需要多做解释，学生才能够掌握。尤其是零位调整的方法更难懂，一定要把原理讲透。 【教学设计思路】 本次课内容较多，且内容难懂，建议分成4学时，以保证有更多的练习机会，由于实训条件有限，可以分组进行测量，然后按结果来讲述如何计算平行度和平面度的误差值。对于平面度的检测也应先讲测量原理和方法，再给学生实测，最后介绍如何调零位计算误差值，边讲边练再总结提高。本次课教学一定要做好预习工作。 【教学安排】 4学时 先讲后练，以练为主，加强巡视指导。 【教学过程】 一. 复习旧课 在形状和位置误差中，直线度误差在零件中出现比较多，大家是否还能记住这些形位公差的含义呢？ 二、导入新课 需要应用什么测量工具来检测零件的直线度、平面度、平行度、呢？对于测量出来的数值又需要进行怎么样的处理才能得出正确的误差值呢？这是本次课程的主要内容。 三、讲授新课 1. 平行度误差的测量 平行度误差是工件的位置误差，一般是指工件两直线之间的平行度偏差值。它影响加工工件的精确度，因此控制平行度误差在允许的范围内就显得更为重要。 平行度误差分线与线和线与面之间的误差两种。 平行度误差的测量主要使用百分表。以一条线或面为基准，将百分表座放在基准上，沿基准来回移动，百分表针的最大值与最小值之差就是平行度误差值。

用合像水平仪测量直线度误差 一、实验目的： 1、掌握直线度误差的测量及数据处理方法。 2、学会合像水平仪测量直线度误差。 二、实验内容： 用合像水平仪测量直线度误差。 三、计量器具说明： 合像水平仪是一种结构简单，使用方便的精密测角仪器。 仪器其本参数如下： 分度值 0．01mm/m 底面长度过 166 mm 仪器外观见图2-1： 四、合像水平仪的工作原理： 合像水平仪是用来测量被测直线上某两点A、B对水平位置的高度差的仪器，如图2-2所示。合像水平仪的内部机构原理简图如图2-3（a）所示。

当合像水平仪底板放置在水平位置时，调节读数手轮，使合像观察窗内水泡的像由图2-4（a）所示的不合像状态，调至图2-4（b）所示的合像状态，此时，充水小管处于水平位置，微分简读数正好为0（图2-3（a）.当底板与水平位置存在一个倾角α时（如图2-3（b））,调节读数手轮，测微螺杆将会带动充水小管绕铰链支点O旋转，当充水小管调至水平位置时，读数手轮上可读得一读数k.由于倾角α很小， 若合像水平仪置于桥板上，而桥板两支点A 、B（图2-2）之间间距为L，则被测直线上B 点相对于A点对水平位置的高度差为： a)用合像水平仪测量导轨直线度示例 例如，要测量一个长度为1200mm导轨的直线度误差，可选择桥板两支点间的长度为200 mm（桥板两支点间的长度是可调的，被测直线的长度应为桥板两支点间长度的整数倍）。如图2-5所示，先将桥板及合像水平仪安放于位置①，调节合像水平仪至合像，从读数标尺上可见此时指针介于3与4之间，而读数手轮上的值为52，此时合像水平仪的读数值为352格（读数手轮转一周，手轮上的刻度值走过100格，而读数标尺走过1格），这样就可测出测点1对测点0相对于水

http://www.xihangzh.com/gckj/text/jiaoxuedagang.htm 形位误差的测量 直线度误差的测量 （一）实验目的 1．掌握用水平仪测量直线度误差的方法及数据处理。 2．加深对直线度误差含义的理解。 3．掌握直线度误差的评定方法。 （二）实验内容 用合象或框式水平仪按节距法测量导轨在给定平面内的直线度误差，并判断其合格性。（三）实验器具： 1．合象水平仪或框式水平仪 2．桥板 （四）测量原理及器具介绍 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。 合象水平仪的结构，主要由微动螺杆、螺母、底盘水准仪、棱镜、放大镜、杠杆以及具有平面和V形工作面和底座等组成。 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 框式水平仪是一种测量偏离水平面的微小角度变化量的常用量仪，它的主要工作部分是水准器。水准器是一个封闭的玻璃管，内表面的纵剖面具有一定的曲率半径，管内装乙醚或酒精，并留有一定长度的气泡。由于地心引力作用，玻璃管内的液面总是保持水平，即气泡总是在圆弧玻璃管的最上方。当水准器的下平面处于水平时，气泡处于玻璃管外壁刻度的正中间，若水准器倾斜一个角度α，则气泡就要偏离最高点，移动的格数与倾斜的角度α成正比。由此，可根据气泡偏离中间位置的大小来确定水准器下平面偏离水平的角度。 框式水平仪的分度值有0.1mm/m，0.05mm/m，0.02mm/m三种。如果水平仪分度值为

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0.01/1000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＝0.01aL （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

大跨度导轨副平行度测量新方法探讨 潘青友 光动（苏州）精密仪器有限公司 一、问题的提出 装备制造业在世界范围内的竞争使得机床的发展向高精度和大型化两个方向发展。作为对机床性能有着非常重要影响的导轨平行度指标一直以来备受机床生产厂家的关注，但长期以来却没有一个比较好的解决办，特别是当导轨副之间的跨度比较大（如6米）时，更是如此。目前处理这个问题的传统办法有两种： 1、机械办法（见图一），用机械的办法来测量导轨幅的平行度主要采用机械辅助装置和千分表等量表的方式来测量，效率低，测量的精度不高，而且还受测量人员的人为因素限制； 机械测量示意（图一） 2、用传统的激光干涉仪测量导轨副的平行度的方法（见图二）是分别测量两导轨副的直线度，最后根据两条拟合的直线来计算得到两导轨副的平行度。

传统激光干涉仪测量示意（图二） 该办法带来的问题：a,效率低下，每次测量都需要对准；b,提供的测量结果，无法为导轨装配调较提供准确和及时的指导；c,大跨度导轨副平行度测量非常困难；d,测量精度易受直角镜精度影响。 二、新的解决方案 利用美国光动公司创新双频激光干涉仪，对传统的测量方法加以改进，结合适当的工装夹具，得到两种新的测量大跨度导轨平行度的方法。 方法一，单光束法，如图三所表示。 滑块 使用光动公司LICS100型测量示意（图三） 该法巧妙地利用了光动公司最新推出的创新双频激光多普勒位移测量系统（LICS-100）结构简单（只有反射镜，带处理器的激光头和笔记本电脑三部分组成），轻巧（带处理器的激光头仅重2.3kg）、对准简单的优点并结合大跨度导轨副的导轨和滑块尺寸较大的特点，提出了激光多普勒创新双频单光束法。该方法的特点是使用简单，可以在测量的同时对导轨副平行度进行校正，测量导轨副的跨度可达15米，导轨长度不受限制（取决于线缆长度）。因此该方法除用于检测两导轨平行度外，还特别适合导轨安装现场的平行度的校正，具有很强的应用价值。 在使用时，测量人员既可以用两导轨间的理论距离为基准，也可以两导轨的某一实际间距为基准，本文以两导轨间测量的起始点为基准进行阐述。把带磁座的反射镜安装在一根导轨的一个滑块上，把带处理器的激光头安装在另一根导轨上对应的滑块上，笔记本电脑安放在推动两滑块运动的工装夹具上，连接激光头

平行度误差检测方法介绍

摘要：平行度是属于形位公差中的一种，平行度评价直线之间、平面之间或直线与平面之间的平行状态。下面我们将对平行度的误差检测方法进行讲解。 什么是平行度？ 指两平面或者两直线平行的程度，指一平面（边）相对于另一平面（边）平行的误差最大允许值。 平行度公差 平行度公差是一种定向公差，是被测要素相对基准在方向上允许的变动全量。所以定向公差具有控制方向的功能，即控制被测要素对准基准要素的方向。 平行度公差的分类 1、面对面的平行度公差 该项平行度公差为：所指表面必需位于距离为0.05mm，且平行于基准平面的两平行平面之间。公差带是距离为公差值t且平行于基准平面的两平行平面之间的区域。 2、面对线的平行度公差 指平面必须位于距离为0.05mm，且平行于基准轴线的两平行平面之间。公差带是距离为公差值t且平行于基准轴线的两平行平面之间的区域。 3、线对线的平行度公差 ●给定方向线对线的平行度公差 平行度公差为孔D的实际轴线必须位于距离为公差值0.2mm，平行位于基准轴线A且垂直于给定方向的两平行平面之间。公差带是距离为公差值t且平行于基准轴线且垂直于给定方向的两平行平面之间的区域。 ●任意方向上线对线的平行度公差 平行度公差为孔D的实际轴线必须位于直径为公差值0.1mm，轴线平行于基准轴

线A的圆柱面所构成的公差带区域内。任意方向上线对线的平行度公差带是直径为公差值t，轴线平行于基准轴线的圆柱面内的区域。 平行度误差检测方法 传统测量方法 1、测量面对面平行度误差 公差要求是测量面相对于基准平面的平行度误差。基准平面用平板体现，如下图所示。测量时，双手推拉表架在平板上缓慢地作前后滑动，用百分表或千分表在被测平面内滑过，找到指示表读数的最大值和最小值。 被测平面对基准平面的平行度误差可按公式计算为： 2、测量线对面平行度误差 公差要求是测量孔的轴线相对于基准平面的平行度误差。需要用心轴模拟被测要素，将心轴装于孔内，形成稳定接触，基准平面用精密平板体现，如下图所示： 测量时，双手推拉表架在平板上缓慢地作前后滑动，当百分表或千分表从心轴上素线滑过，找到指示表指针转动的往复点(极限点)后，停止滑动，进行读数。 在被测心轴上确定两个测点a、b，设二测点距离为1 ，指示表在二测点的 2 读数分别