互换性与技术测量试验参考指导书.doc

互换性与技术测量试验参考指导书

《互换性与技术测量》

实 验 指 导 书

卢桂萍 编写

机械与车辆学院
二0一0年三月

目录

实验一 孔轴配合的认识及基本技术测量
实验二 用立式光学计测量轴径
实验三 用合象水平仪测量直线度误差
实验四 表面粗糙度测量
实验五 齿轮测量

实验一 孔轴配合的认识及基本技术测量
一、实验目的
1．掌握技术测量的基本概念、基本知识；
2．加深对光滑圆柱体结合的公差与配合的认识；
3．学会选择并组合量块；
4．认识和学会使用几种常用的机械式量仪；
5．了解随机误差的处理。
二、实验内容
1．观察减速箱中孔轴配合的类型；
2．测量方法分类、测量工具介绍；
2．量块的选择及组合；
4．量仪的使用及测量。
三、测量原理及计量器具说明

第一节 技术测量的基本知识
一、 测量的一般概念
技术测量主要是研究对零件的几何参数进行测量和检验的一门技术。
所谓“测量”就是将一个待确定的物理量，与一个作为测量单位的标准量进行比较的过程。他包括四个方面的因素，即：测量对象、测量方法、测量单位和测量精度。
“检验”具有比测量更广泛的含义。例如表面疵病的检验，金属内部缺陷的检验，在这些情况下，就不能采用测量的概念。
二、 长度单位基准及尺寸传递系统
为了保证测量的准确度，首先需要建立统一可靠的测量单位。公制的基本长度单位为米(m)，机械制造中常用的公制单位为毫米（mm）,精密测量时，多用微米（μm）为单位，它们之间的换算关系为：
1m=1000mm 1mm=1000μm
使用光速作为长度基准，虽然可以达到足够的准确，但却不便于直接应用在生产中的尺寸测量。为保证长度基准量值能够准确地传递到生产中去，在组织上和技术上都必须建立一套系统，这就是尺寸传递系统。如表1-1为我国尺寸传递图表，它体现了我国尺寸传递的全过程。

表1-1 尺寸传递系统
三、 测量工具的分类
测量工具可按其测量原理、结构特点及用途分以下四类：
1． 基准量具：①定值基准量具； ②变值量具。
2． 通用量具和量仪：它可以用来测量一定范围内的任意值。按结构特点可分为以下几种：
（1） 固定刻线量具
（2） 游标量具
（3） 螺旋测微量具
（4） 机械式量仪
（5） 光学量仪
（6） 气动量仪
（7） 电动量仪
3． 极限规：为无刻度的专用量具。
4． 检验量具：它是量具量仪和其它定位元件等的组合体，用来提高测量或检验效率，提高测量精度，在大批量生产中应用较多。
四、 测量方法的分类
1． 由于获得被测结果的方法不同，测量方法可分为：
直接量法
间接量法
2． 根据测量结果的读值不同，测量方法可分为：
绝对量法（全值量法）
相对量法（微差或比较量法）
3． 根据被测件的表面是否与测量工具有机械接触，测量方法可分为：
接触量法
不接触量法
4． 根据同时测量参数的多少，可分为：
综合量法
分项量法
5． 按测量对机械制造工艺过程所起的作用不同，测量方法分为：
被动测量
主动测量
五、 测量工具的度量指标
度量指标：指的是测量中应考虑的测量工具的主要性能，它是选择和使用测量工具的依据。
1． 刻度间隔C：简称刻度，它是标尺上相邻两刻线之间的实际距离。
2． 分度值i：标尺上每一刻度所代表的测量数值。
3． 标尺的示值范围：量仪标尺上全部刻度所能代表的测量数值。
4． 测量范围：①标尺的示值范围 ②整个量具或量仪所能量出的最大和最小的尺寸范围。
5． 灵敏度：能引起量仪指示数值变化的被测尺寸的最小变动量。灵敏度说明了量仪对被测数值微小变动引起反应的敏感程度。
6． 示值误差：量具或量仪上的读数与被测尺寸实际数值之差。
7． 测量力：在测量过程中量具或量仪的测量面与被测工件之间的接触力。
8． 放大比（传动比）：量仪指针的直线位移（或角位移）与被测量尺寸变化的比。这个比等于刻度间隔与分度值之比。
六、 测量误差
1．测量误差：被测量的实测值与真实值之间的差异。
即δ=X–Q
式中：δ—测量误差；
X—实际测得的被测量；
Q—被测值的真实尺寸。
由于X可能大于或小于Q，因此，δ可能是正值、负值或零。这样，上式可写成
Q=X±δ
2．测量误差产生的原因（即测量误差的组成）
（1） 测量仪器的误差
（2） 基准件误差
（3） 测量力引起的变形误差
（4） 读数误差
（5） 温度变化引起的误差
3．测量误差的分类
（1）系统误差：有一定变化规律的误差
（2）随机误差：变化无规律的误差，随机误差的特性及处理将在第四节介绍。
（3）粗大误差：由于测量时疏忽大意（如读数错误、计算错误等）或环境条件的突变（冲击、振动等）造成的某些较大的误差。

第二节 量 块
一．量块的结构尺寸
量块也叫块规，它是保持度量统一的工具，在工厂中常作为长度基准。
量块的结构尺寸：量块通常做成矩形截面的长方块，具有两个经过精密加工的很平很光的平行平面，作为它的测量平面（图1-1）。两测量平面之间的距离为工作尺寸L。量块的标称尺寸大于10毫米者，其横截面尺寸为35×9毫米，标称尺寸在10毫米以下者，则为30×9毫米。

图1-1 量 块

二．量块的研合性（粘合性）：
量块的测量平面十分光洁和平整，当用力推合两块量块使它们的测量平面互相紧密接触时，两块量块便能粘合在一起，量块的这种特性称为研合性。利用量块的研合性，就可以把各种尺寸不同的量块组合成量块组。
三．量块的成套：
为了组成各种尺寸，量块是成套制造的，一套包括一定数量的不同尺寸的量块，装在一特制的木盒内，常用成套量块的尺寸见表1-2。

表1-2 成套量块尺寸表(摘自GB6093-85)
套别
总块数
级别
尺寸系列/mm
间隔/mm
块数
1
91
00,0,1
0.5
1
1.001,1.002,……,1.009
1.01,1.02,……,1.49
1.5,1.6, ……,1.9
2.0,2.5, ……,9.
10,20, ……,100

0.001
0.01
0.1
0.5
10
1
1
9
49
5
16
10
2
83
00,0,1,2,(3)
0.5
1
1.005
1.01,1.02,……,1.49
1.5,1.6, ……,1.9
2.0,2.5, ……,9.5
10,20, ……,100

0.01
0.1
0.5
10
1
1
1
49
5
16
10
3
46
0,1,2
1
1.001,1.002,……,1.009
1.01,1.02,……,1.09
1.1,1.2, ……,1.9
2,3, ……,9
10,20, ……,100

0.001
0.01
0.1
1
10
1
9
9
9
8
10
4
38
0,1,2,(3)
1
1.005
1.01,1.02,……,1.09
1.1,1.2, ……,1.9
2,3, ……,9
10,20, ……,100

0.01
0.1
1
10
1
1
9
9
8
10
四．选择组合量块方法：
组合量块成一定尺寸时，应从所给尺寸的最后一位数字开始考虑，每选一块应使尺寸的位数少一位，并使量块尽可能最少，以减少积累误差（一般不超过4-5块）。
例如：要组成38.935mm的尺寸，若采用83块一套的量块，其方法是：
38.935

-1.005
第一块量块尺寸为1.005毫米
37.93

-1.43
第二块量块尺寸为1.43毫米
36.5

-6.5
第三块量块尺寸为6.5毫米
30

-30
第四块量块尺寸为30毫米
0
全组尺寸38.935毫米

五．量块的中心长度：
是指量块的一个测量平面的中心到与量块的另一个测量平面相研合的平晶表面间的垂直距离（如图1-2）。

图1-2 量块的中心长度
六．量块的“级”和“等”：
1． 量块的尺寸精度分为00、0、1、2、（3）五级。其中00级最高，精度依次降低，（3）级最低，一般根据定货供应。各级量块精度指标见表1-3。
表1-3 各级量块的精度指标(摘自GB6093-85) （μm）
标称长度/mm
00级
0级
1级
2级
(3)级
标准级K
①
②
①
②
①
②
①
②
①
②
①
②
-10
>10-25
>25-50
>50-75
>75-100
>100-150
0.06
0.07
0.10
0.12
0.14
0.20
0.05
0.05
0.06
0.06
0.07
0.08
0.12
0.14
0.20
0.25
0.30
0.40
0.10
0.10
0.10
0.12
0.12
0.14
0.20
0.30
0.40
0.50
0.60
0.80
0.16
0.16
0.18
0.08
0.20
0.20
0.45
0.60
0.80
1.00
1.20
1.60
0.30
0.30
0.30
0.35
0.35
0.40
1.0
1.2
1.6
2.0
2.5
3.0
0.50
0.50
0.55
0.55
0.60
0.65
0.20
0.30
0.40
0.50
0.60
0.80
0.05
0.05
0.06
0.06
0.07
0.08
① 量块长度的0.0极限偏差(±).
② 长度变动量允许值.
表1-4 各等量块的精度指标(摘自JJG100-81) （μm）
标称长度/mm
1等
2等
3等
4等
5等
6等
①
②
①
②
①
②
①
②
①
②
①
②
-10
>10-18
>18-35
>30-50
>50-80
0.05
0.06
0.06
0.07
0.08
0.10
0.10
0.10
0.12
0.12
0.07
0.08
0.09
0.10
0.12
0.10
0.10
0.10
0.12
0.12
0.10
0.15
0.15
0.20
0.25
0.20
0.20
0.20
0.25
0.25
0.20
0.25
0.30
0.35
0.45
0.20
0.20
0.20
0.25
0.25
0.5
0.6
0.6
0.7
0.8
0.4
0.4
0.4
0.5
0.6
1.0
1.0
1.0
1.5
1.5
0.4
0.4
0.4
0.5
0.5
③ 中心长度测量的极限偏差(±).
④ 平面平行线允许偏差.
2． 量块按给定精度，可分为1、2、3、4、5、6六等，其中1等最高，精度依次降低，6等最低。各等量块精度指标见表1-4。
量块按“级”使用时，所根据的是刻在量块上的标称尺寸，其制造误差忽略不计；按“等”使用时，所根据的是量块的实际尺寸，而忽略的只是检定量块实际尺寸时的测量误差，但可用较低精度的量块进行比较精密的测量。因此，按“等”测量比按“级”测量的精度高。

第三节 机械式量仪

机械式量仪的种类很多，本节主要介绍以下内容：

一、 游标量具与测微量具

1、 常用游标量具有（见图1-3）：游标卡尺、高度游标卡尺、深度游标卡尺。分度值常用的有0.05、0.02mm。

图1-3游标量具
a游标卡尺 b高度游标卡尺 c深度游标卡尺
2、 常用的测微量具有外径千分尺、内径千分尺、深度千分尺等，其中外径千分尺在生产中应用广泛。
如图1-4，其分度值为0.01mm，测量范围有0-25、25-50、50-75、75-100、100-125、125-150等。
图1-4 外径千分尺

二、 百分表：图1-5是它的外形图和传动原理图。

图1-5百分表外形图和传动原理图
1.表盘 2.大指针 3.小指针 4.套筒 5.测量杆 6.测量头

1、 齿侧间隙的消除：通过游丝消除齿偶间隙，提高测量精度。
2、 测量力的控制：弹簧是控制百分表的测量力的。
百分表的分度值为0.01mm，表面刻度盘上共有100条等分刻线。因此，百分表齿轮传动机构，应使量杆移动1mm时，指针回转一圈。百分表的测量范围，有0-3、0-5、0-10mm三种。
三、内径百分表
内径百分表由百分表和表架组成，用于测量孔的形状和孔径，内径百分表的构造如图1-6所示。

图1-6 内径百分表
1．活动量杆 2.等臂杠杆 3.固定量杆 4.壳体 5.长管 6.推杆
7.9.弹簧 8.百分表 10.定位护桥

内径百分表的活动测头，其移动量很小，它的测量范围是由更换或调整可换测头的长度达到的。内径百分表的测量范围有以下几种：10-18、18-35、35-50、50-100、100-160、160-250、250-450mm。
用内径百分表测量孔径是一种相对量法，测量前应根据被测孔径的大小，在千分尺或其他量具上调整好尺寸后才能使用。
四、游标卡尺和外径千分尺的结构、原理及使用
1、游标卡尺：
⑴结构：主尺、游框、游标、外量爪、内量爪、测深尺、锁紧装置、微调装置等。
⑵读数原理：利用主尺刻线间距与游标刻线部距之差，提高人眼对主尺毫米刻线的细分能力。
⑶使用注意事项：
① 使用前应将测量面擦干净，检查两测量爪间不能存在显著的间隙，并校对零位。
② 移动游框时力量要适度，测量力不易过大。
③ 注意防止温度对测量精度的影响，特别是测量器具与被测件不等温产生的测量误差。
④ 读数时其视线要与标尺刻线方向一致，以免造成视差。
⑤ 尽量减少阿贝误差对测量的影响。
⑥ 测量时量爪的位置要正确，避免图3-1所示的错误。

图3-1 游标卡尺量爪错误的测量位置
⑷测量练习：用游标卡尺测量一轴套类零件，并在图3-2中标出相应的实际尺寸及游标卡尺的主要度量指标。
2、外径千分尺：
⑴结构：尺架、测量面、微分筒、固定套筒、测力装置、锁紧装置、隔热垫等。
⑵工作原理：通过螺旋付传动，将被测尺寸的直线位移（即丝杆的轴向位移），转换成微分筒的角位移。
⑶使用注意事项：
① 使用前必须校对零位。
② 手应握在隔热垫处，测量器具与被测件必须等温，以减少温度对测量精度的影响。
③ 当测量面与被件表面将接触时，必须使用测量力装置。
④ 测量读数时要特别注意半毫米刻度的读取。
⑷测量练习：选用适当测量范围的外径千分尺对以上轴套零件的外尺寸进行测量，将实测值标注在相应尺寸线上（外径千分尺测量的尺寸打上括弧），并注明所用外径千分尺的主要度量指标。
3、量具的维护与保养：
⑴应与腐蚀性物质隔离，防止表面锈蚀。
⑵不得作工具使用。
⑶不能将游标卡尺和外径千分尺的锁紧装置锁紧后作卡规使用。
⑷不要测量运动着的工件。
⑸使用完毕要擦净测量面并涂上专用防锈油后置于盒内保管。
⑹使用有效期满后，要及时送计量部门检修。
五、检测基本知识
检测是综合运用相关知识和技能，对产品的合格性作出判断的全过程。其一般步骤为：①熟悉产品的相关质量标准与技术规范；②阅读产品图纸，明确检测项目；③确定检测方案及检测仪器；④对产品进行检测，取得检测数据；⑤进行数据处理，填写检测报告或有关单据并作出合格性判断；⑥对不合格品进行处理（返修或报废），对合格品作出安排（转下道工序或入库）。
轴径和孔径的测量
就结构持征而言，轴径测量属外尺寸测量，而孔径测量属内尺寸测量。在机械零件几何尺寸的检测中，轴径和孔径的测量占有很大的比例，其测量方法和器具较多。根据生产批量多少、被测尺寸的大小、精度高低等因素，可选择不同的测量器具和方法．
生产批量较大的产品，一般用光滑极限量规对外圆和内孔进行检测。光滑极限量规是一种无刻度的专用测量工具，用它检测零件时，只能确定零件是否在允许的极限尺寸范围内，不能测量出零件的实际尺寸。
一般精度的孔、轴，生产数量较少时，可用杠杆千分尺、外径千分尺、内径千分尺、游标卡尺等进行绝对测量，也可用千分表、百分表、内径百分表等进行相对测量．
对于较高精度的孔、轴，应采用机械式比较仪，光学比较仪，万能测长仪，电动测微仪，气动量仪，接触式干涉仪等精密仪器进行测量。

四、实验步骤
1．观察减速箱中孔轴配合的类型；

2．分别用游标卡尺测量和外径轴外径千分尺测量轴径5次，并比较测量结果；

3．试用83块一套的量块进行尺寸组合；

实验一 孔轴配合的认识及基本技术测量实验报告

一、实验预习测问（未完成本部分内容者不得参加实验）
1、填空：
（1）允许零件几何参数的变动量称为 。
（2）零部件在装配时不需要挑选和辅助加工的称为 互换。
（3）由设计给定的尺寸称为 尺寸。
（4）通过测量所得的尺寸称为 尺寸。
（5）广义的测量方法，是指测量时所采用的 、 和
的总和。
2、选择：
⑴测量时的标准温度为 ℃
A 、10 ； B、15 ； C、 20 ； D、 25。
⑵量块不能用来 。
A、进行量值传递； B、用作等高块来垫被测件； C、直接用于精密测量。
⑶若一游标卡尺的分度值为0.02mm，则其游标刻线间距为 ，主尺刻线间距为 。
A、0.02mm； B、0.1mm； C、0.98mm； D、1.0mm； E、1.02mm； F、2.0mm。
⑷φ40h8所标注尺寸的上偏差为 毫米，下偏差为 毫米。
A、0 ； B、+0.033mm； C、-0.033mm； D、+0.039mm； E、-0.039mm。
⑸φ25H9所标注尺寸的上偏差为 毫米，下偏差为 毫米。
A、0 ； B、+0.033mm； C、-0.033mm； D、+0.052mm； E、-0.052mm。
3、判断：
⑴因一个封闭的圆周为360°，所以不需要建立自然基准。 （ ）
⑵游标卡尺和千分尺一样都符合阿贝原则。 （ ）
⑶仪器的示值误差即为测量误差。 （ ）
⑷为保证测量精度，不论测量什么样的零件，测量器具的精度应越高越好。 （ ）
⑸外径千分尺使用前必须校对其零位。 （ ）

二、测量误差的认识
1、用游标卡尺测量轴外径的同一部位5次（等精度测量），将测量值记入下表中，并完成后面的计算：
⑴平均值：将5次测量值相加后除以5，作为该测量点的实际值。
⑵变化量：测量值中的最大值与最小值之差。
⑶测量结果：按规范的测量结果表达式写出测量结果。

测量器具
测 量 值 （毫米）
平均值
变化量
1
2
3
4
5
（毫米）
（毫米）
游标卡尺

外径千分尺

2、用外径千分尺测量轴外径的同一部位5次（等精度测量），将测量值记入上表中，并完成后面的计算：
⑴平均值：将5次测量值相加后除以5，作为该测量点的实际值。
⑵变化量：测量值中的最大值与最小值之差。
⑶测量结果：按规范的测量结果表达式写出测量结果。
3、分析比较：
用两种不同的测量器具对同一尺寸的测量后，分析比较测量结果。

三、试用83块一套的量块，选择组成尺寸（单位为mm）29.875、24.545、48.98、40.79、10.56的量块

实验二 用立式光学计测量轴径
一、实验目的
1. 了解立式光学计的测量原理。
2. 熟悉用立式光学计测量外径的方法。
3. 加深理解计量器具与测量方法的常用术语。
二、实验内容
1. 用立式光学计测量轴径。
2. 根据测量结果，按国家标准GB1957—81《光滑极限量规》查出被测轴径的尺寸公差和形状公差，作出适用性结论。
三、测量原理及计量器具说明
立式光学计是一种精度较高而结构简单的常用光学量仪。用量块作为长度基准，按比较测量法来测量各种工件的外尺寸。
图1为立时光学计的外形图。它由底座1、立柱5、支臂3、直角光管6和工作台11等几部分组成。光学计是利用光学杠杆放大原理进行测量的仪器，其光学系统如图2b所示。照明光线经反射镜1照射到刻度尺8上，再经直角棱镜2、物镜3，照射到反射镜4上。由于刻度尺8位于物镜3的焦平面上，故从刻度尺8上发出的光线经物镜3后成为一平行光束，若反射镜4与物镜3之间相互平行，则反射光线折回到
焦平面，刻度尺象7与刻度尺8对称。若被测尺寸变动
使测杆5推动反射镜4饶支点转动某一角度α（图2a），
则反射光线相对于入射光线偏转2α角度，从而使刻度
尺象7产生位移t（图2c），它代表被测尺寸的变动量。
物镜至刻度尺8间的距离为物镜焦距f，设b为测杆中
心至反射镜支点间的距离，s为测杆移动的距离，则仪
器的放大比K为：

当很小时，， ，因此：
图 1
光学计的目镜放大倍数为12，，，故仪器的总放大倍数n为：

由此说明，当测杆移动0.001mm时，在目镜中可见到0.96mm的位移量。
四、测量步骤
1. 测头的选择：测头有球形、平面形和刀口形三种，根据被测零件表面的几何形状来选择，使测头与被测表面尽量满足点接触。所以，测量平面或圆柱面工件时，选用球形测头。测量球面工件时，选用平面形测头。测量小于10mm的圆柱面工件时，选用刀口形测头。

图 2

图 3
2. 按被测轴径的基本尺寸组合量块。
3. 调整仪器零位
（1）参看图1，选好量块组后，将下测量面置于工作台11的中央，并使测头10对准上测量面中央。
（2）粗调节：松开支臂紧固螺钉4，转动调节螺母2，使支臂3缓慢下降，直到测头与量块上测量面轻微接触，并能在视场中看到刻度尺象时，将螺钉4锁紧。
（3）细调节：松开紧固螺钉8，转动调节凸轮7，直至在目镜中观察到刻度尺象与μ指示线接近为止（图3a）。然后拧紧螺钉8。
（4）微调节：转动刻度尺寸微调螺钉6（图2b），使刻度尺的零线影象与μ指示线重合（图3b）。然后压下测头提升杠杆9数次，使零位稳定。
（5）将测头抬起，取下量块。
4. 测量轴径：按实验规定的部位（在三个横截面上两个相互垂直的径向位置上）进行测量，把测量结果填入实验报告。
5. 由轴径零件图（由学生自己设计、画出）的要求，判断轴径的合格性。

思 考 题
1. 用立式光学计测量轴径属于什么测量方法？绝对测量与相对测量个有何特点?
2. 什么是分度值、刻度间距?它们与放大比的关系如何?
3. 仪器工作台与测杆轴线不垂直，对测量结果有何影响?工作台与测杆轴线垂直度如何
调节?
4. 仪器的测量范围和刻度尺的示值范围有何不同?

实验二 用立式光学计测量轴径实验报告

仪 器

名 称
分 度 值
(μm)
示值范围
(mm)
测量范围
(mm)
器具的不确定度(μm)

被

测

零

件

名 称
图样上给定的极限尺寸
(mm)
安全裕度
A (μm)
器具不确定度的允许值 (μm)

最 大
最 小

验收极限尺寸 (mm)
基 本 尺 寸 (mm)
最 大
最 小

形 位 公 差(μm)
素 线 直 线 度 公 差
素 线 平 行 度 公 差

测
量
示
意
图

测 量 数 据
实 际 偏 差 (μm)
实 际 尺 寸 (mm)
测 量 位 置
Ⅰ —Ⅰ
Ⅱ — Ⅱ
Ⅲ —Ⅲ
Ⅰ — Ⅰ
Ⅱ — Ⅱ
Ⅲ — Ⅲ
测
量
方
向

形位误差(μm)
素 线 直 线 度 误 差
素 线 平 行 度 误 差

合 格 性 结 论

理 由

审 阅

作图求直线度误差：

35 35
30 30
25 25
20 20
15 15
10 10
5 5
0 0
Ⅰ Ⅱ Ⅲ Ⅰ Ⅱ Ⅲ

35 35
30 30
25 25
20 20
15 15
10 10
5 5
0 0
Ⅰ Ⅱ Ⅲ Ⅰ Ⅱ Ⅲ

实验项目 形位误差测量指导书
实验三 用合象水平仪测量直线度误差
实验名称：形位误差测量－－用水平仪测量直线度
课程名称：互换性与技术测量
一、实验类型： 验证性实验
二、实验要求： 课内必做
三、考核方式： 实验操作和实验报告
四、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。
3．掌握直线度误差的评定方法。

五、实验主要仪器设备：
合象水平仪或框式水平仪
六、实验内容
用合象水平仪或框式水平仪测量直线度误差。

七、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
图 2
h＝0.01Lα（μm）
式中 0.01——合象水平仪的分度值（mm／m）
L——桥板节距（mm）
α——角度读数值（用格数来计数）
如此逐点测量，就可得到相应的值，为了阐述直线度误差的评定方法，后面将用实例加以叙述。
八、实验步骤
1. 量出被测表面总长，确定相邻两点之间的距离（节距），按节距L调整桥板（图2）的两圆柱中心距。
2. 将合象水平仪放于桥板上，然后将桥板依次放在各节距的位置。每放一个节距后，要旋转微分筒9合象，使放大镜中出现如图1b所示的情况，此时即可进行读数。先在放大镜11处读数，它是反映螺杆10的旋转圈数；微分筒9（标有＋、－旋转方向）的读数则是螺杆10旋转一圈（100格）的细分读数；如此顺测（从首点至终点）、回测（由终点至首点）各一次。回测时桥板不能调头，各测点两次读数的平均值作为该点的测量数据。必须注意，如某测点两次读数相差较大，说明测量情况不正常，应检查原因并加以消除后重测。
3. 为了作图的方便，最好将各测点的读数平均值同减一个数而得出相对差(见后面的例题)。
4. 根据各测点的相对差，在坐标纸上取点。作图时不要漏掉首点（零点），同时后一测点的坐标位置是以前一点为基准，根据相邻差数取点的。然后连接各点，得出误差折线。
5. 用两条平行直线包容误差折线，其中一条直线必须与误差折线两个最高（最低）点想切，在两切点之间，应有一个最低（最高）点与另一条平行直线想切。这两条平行直线之
间的区域才是最小包容区域。从平行于坐标方向画出这两条平行直线间的距离，此距离就是被测表面的直线度误差值（格）。
将误差值（格）按下式折算成线性值（微米），并按国家标准GB1184—80评定被测表面直线度的公差等级。
（微米）＝0.01L （格）
例：用合象水平仪测量一窄长平面的直线度误差，仪器的分度值为0.01mm／m，选用的桥板节距L＝200mm，测量直线度记录数据见附表。若被测平面直线度的公差等级为5级，试用作图法评定该平面的直线度误差是否合格？
按国家标准GB1184—1996，直线度5级公差为25μm。误差值小于公差值，所以被测工件直线度误差合格。

附 表
测 点 序 号
0
1
2
3
4
5
6
7
8
仪器读数
（格）
顺 测
—
298
300
290
301
302
306
299
296
回 测
—
296
298
288
299
300
306
297
296
平 均
—
297
299
289
300
301
306
298
296
相 对 差 （格）
△＝－
0
0
＋2
－8
＋3
＋4
＋9
＋ 1
－1
注：1）表列读数，百分数是从图1的11处读得，十位数是从图1的9处读得。
2）值可取任意数，但要有利于相对差数字的简化，本例取＝297格。

＝0.01×200×11＝22μm

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，试比较按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？

实验三 用合象水平仪直线度误差测量实验报告

仪 器
名 称
分 度 值 （mm／mm）

被 测 零 件

直线度公差 (μm)
测点序号i
0
1
2
3
4
5
6
7
8
仪器读数
（格）
顺 测

回 测

平 均

相 对 差 （格）
△＝－

作图计算

直线度误差
＝