用合像水平仪测量直线度误差

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相对于水平位置的高度差；再将桥板移至位置②，可测出测点2对测点1相对于水平位置的高度差，如此重复6次，可获得6个测得值，将其记入表2-1中“顺测”栏。0测点是起始位置，是一个参考位置，记为0.

测点0 1 2 3 4 5 6

测得值顺测0 353 348 350 353 351 350 回测0 351 350 350 351 351 348

平均0 352 349 350 352 351 349

相对读数值0 +2 -1 0 +2 +1 -1

累加值0 +2 +1 +1 +3 +4 +3

坐标变换量+1.5 +2 +2.5 +3 +3.5 +4 +4.5 各点误差+1.5 0 +1.5 +2 +0.5 0 +1.5

时注意不要将合像水平仪掉头，按顺测时同样的方法再逐点往回测，即先测测点6对测点5相对水平位置的高度差，再测测点5相对测点4的高度差，如此测回被测直线的左端点。

为了减少被测直线相对于水平位置的倾斜程度，可将第1至6各测点

测得值减去同一个数（例中为350）得到所谓的“相对读数值”，它相当于将测出的直线绕测点0顺时针转动了一个角度，同时，数据减小后更方便作进一步的处理。

根据“相对读数值”可在坐标纸上描图出各点位置，然后连成一条折线，此即为被测的实际直线，如图2-6所示。“累加值”即为各点对水平位置的高度，（例如第4测点高度为3格）。

对图2-6中测出的实际直线用最小条件可找到它的理想直线的位置，该理想直线正好过测点1和测点5，据此可确定出该直线对应于每个测点处相对于水平位置的高度，记入表2-1中“坐标变换量”一栏。理想直线对应于每处的高度（即“坐标变换量”）减去该测点的实际高度（即“累加值”）即为各点的误差值。

从表2-1可以看出，第3测点误差最大，为+2格，于是根据公式（2）可将此数作为k值代入，得到所求的直线度误差为

＝200mm×2格× 0.01mm/m

=0.004mm

=4um

b)测量步骤：

i.顺测：在被测直线上确定各测点位置，将合像水平仪按从左至右的

方向依次放于各测量位置上（读数手轮位于右边），在每个测量位置

上调节读数手轮使合像水平仪合像，将测得的数据记录在实验报告

相应的表格中。

ii.回测：按从右至左的方向将合像水平仪依次放于各测量位置（读数手轮仍然位于右边），测出各测点的数据记入实验报告相应的表格中

（若同一测点顺测的数据与回测的数据有较大差异，应重新进行测

量）。

数据处理：按前面介绍的方法对测量数据时行处理，算出直线度误值。