多功能電子數顯小角位移測量儀的研制

林 紅

（南寧學院，廣西南寧530022）

多功能電子數顯小角位移測量儀的研制

林 紅

（南寧學院，廣西南寧530022）

設計一種多功能電子數顯小角位移測量儀，它既具有檢測自準直儀、合像水平儀、氣泡式水平儀等小角度量儀的示值誤差的功能，還具有檢測電感測微儀、扭簧比較儀、杠桿齒輪比較儀等測微儀示值誤差的功能。其結構特點是由臺板總成與精密平板形成正切杠桿傳動機構，旋轉微動調節臺板小角度傾斜的升降裝置，使臺板產生小角度傾斜，即可按需要的測量間隔逐點檢測小角度量儀的示值誤差或檢測測微儀的示值誤差。該測量儀在工作原理、結構設計、檢驗方法等方面有較大改進，經試驗證明，具有結構簡約，檢測效率高，測量精度高，系統穩定可靠等特點。

多功能；電子數顯；小角位移測量儀

水平儀是測量相對于水平面微小傾角的儀器，用來檢驗和調整各種機械設備的水平位置，如機床導軌、儀器基座、工作面等，也可用來測量檢驗機床導軌、平尺、平板等的直線度或平面度，也可用來測量兩平面互相垂直度和平行度。測微儀用于對精密零部件的平行、平面測量。目前，檢測電感測微儀、扭簧比較儀、杠桿齒輪比較儀等測微儀的示值誤差和檢測自準直儀、合像水平儀、氣泡式水平儀等小角度量儀的示值誤差分別采用超精密測長儀的傳統檢測裝置或水平儀檢定器和標準量塊[1-4]。

1 問題的提出

傳統的水平儀檢定器結構復雜，測量傳動鏈長，制造困難，且檢測效率低；傳統的測微儀檢測裝置需采用高精度標準量塊或采用超精密測長儀，成本高，且操作麻煩，檢測效率低。量塊是形成標準角的主要標準器。在電子水平儀的檢定中規定分度值為0.001 mm/m和0.005mm/m的電子水平儀使用3等或0級量塊；對分度值為0.01mm/m～0.05 mm/m的電子水平儀使用4等或1級量塊。按級使用量塊檢定示值誤差時，使用的是量塊的標稱值，所形成的標準角度都為電子水平儀被檢點的標稱值，計算示值誤差比較直觀、簡單。由于，量塊在使用過程中產生磨損，導致使所用量塊中有的級別會降低，不能滿足示值誤差檢定的準確度要求，而淘汰降級的量塊又不符合經濟原則。

傳統水平儀檢定器和傳統檢測測微儀裝置為不同的兩種設備，增加了設備成本，且檢測效率低。

針對上述檢測裝置存在的不足，設計研制一種電子數顯小角位移測量儀，將檢測小角度量儀示值誤差暨檢測測微儀示值誤差兩項檢測功能合二為一，實現一機兩用。

2 結構設計

結構原理裝配示意圖如圖1所示。電子數顯小角位移測量儀分成臺板總成101和精密平板10兩大部分，臺板總成置于精密平板的工作面上，兩者形成正切杠桿傳動機構。其回轉軸線為精密圓柱轉軸的母線，精密圓柱轉軸軸線與被檢測微儀測桿軸線的距離為正切杠桿機構的短臂，長度為a，精密圓柱轉軸軸線與精密電子數顯指示表測桿軸線的距離為正切杠桿機構的長臂，長度為b，a/b的比值為1誜2或1誜4或1誜5，或為小于1的比值。

其中，臺板總成101包括臺板1、精密圓柱轉軸2及其緊固裝置3，緊固裝置將精密圓柱轉軸固緊在臺板一側的V形型面上；臺板的另一側安裝有底部與精密平板10接觸的微動調節臺板小角度傾斜的升降裝置7和精密電子數顯指示表8（采用高精度大量程電感測微儀），緊固裝置9固緊精密電子數顯指示表的測桿套筒；被檢測的水平儀6放置在臺板的工作面上，距離精密圓柱轉軸一定距離的臺板上有一個通孔，被檢測的測微儀4裝夾在此孔中，緊固裝置5固緊測桿套筒，被檢測測微儀的測量頭與精密平板的工作面接觸。

圖1 機構示意圖

3 工作原理

測量儀工作原理如圖2所示，當電子數顯小角位移測量儀用于檢測小角度量儀時，其tanα＝s/p，式中：p為杠桿臂長，s為指示表線位移值，α為臺板角位移值，因此α＝arctan s/p，此時被檢小角度量儀的示值為α′，兩者之差即為被檢小角度量儀的示值誤差Δα，即Δα=α′－α＝α′－arctan s/p；當電子數顯小角位移測量儀用于檢測測微儀時，因a/b的比值為小于1的值，正切杠桿傳動機構為放大機構，其放大倍數為k＝b/a，若被檢測測微儀的示值為x，精密大量程光柵指示表的示值為y，被檢測測微儀的示值誤差Δx＝x-y/k.

圖2 工作原理圖

4 測量方法

臺板的上表面加工成精密長平臺面，左端裝有精密轉軸圓柱體，右端距精密轉軸圓柱體軸線400 mm處裝夾有大量程高精密電子數顯指示表，在數顯指示表的一側安裝有微動調節臺板小角度傾斜的升降裝置，距精密轉軸圓柱體軸線100 mm處有可裝夾被檢測測微儀的夾持表孔，被檢測水平儀置于長形臺板工作面上，將上述整套裝置置于精密平板上，構成兩功能能合二為一體的檢查儀，實物位置如圖3所示。使用方法：旋轉微動螺絲旋鈕，使長形臺板產生小角度變化，由大量程高精度電子數顯指示表讀出被檢水平儀示值誤差及被檢測微表示值誤差。

圖3 實物圖

5 結束語

多功能電子數顯小角位移測量儀采用的臺板小角位移升降機構——微動調節臺板小角度傾斜的升降裝置與指示機構——精密電子數顯指示表獨立分開為兩件，具有測量精確度高、不易磨損，穩定耐用的優點，克服了傳統水平儀檢定器產生臺板小角位移的升降機構與指示機構合為一件，即千分測微頭，容易磨損，測量力不穩定，分辨力低，測量精度不高的技術難題。

電子數顯小角位移測量儀在用于檢測測微儀時比采用標淮量塊檢測測微儀的方法要方便、快速，無需組合多組不同尺寸的量塊組；電子數顯小角位移測量儀在用于檢測測微儀時比采用超精密測長機檢測測微儀的方法要方便、且成本低。因為電子數顯小角位移測量儀采用了正切杠桿傳動放大機構，臺板總成為杠桿傳動機構，臺板小角度旋轉時，其中心距a為杠桿短臂長度，中心距b為杠桿長臂長度，能將被檢測測微儀的小位移放大，由精密電子數顯指示表顯示位移值，從而對標準指示表的精度要求降低，采用精密電子數顯指示表，不需采用超精密電子數顯指示表。

電子數顯小角位移測量儀巧妙地將檢測小角度量儀示值誤差暨檢測測微儀示值誤差兩項檢測功能合為一體，一機兩用，結構簡約，測量傳動鏈短，測量精度高，測量操作方便，系統穩定可靠。經過實驗證明其技術指標達到相應國家計量檢定規程的技術指標JJG191—2002《水平儀檢定器檢定規程》和JJF1084—2002《框式水平儀和條式水平儀校準規范》。

參考文獻：

[1]袁南香.水平儀零位校對及調整方法經驗談[J].上海計量測試，2008，35（2）：55-56.

[2]周國慶.水平儀檢定器示值誤差測量結果不確定度的評定[J].品牌與標準化，2011（4）：34-35.

[3]JJG191－2002.水平儀檢定器檢定規程[S].

[4]JJF1084－2002.框式水平儀和條式水平儀校準規范[S].

DevelopmentofMultifunctionalElectronic DigitalDisplay Small angle Disp lacementMeasuring Instrument

LIN Hong
（Nanning University，Nanning Guangxi 530022，China）

The design of a multifunctional electronic display small angular displacementmeasuring instrument，it has not only detected autocollimator，imaginglevel meter，air bubble level and small angle instrument indication error detection function，also has the inductance micrometer，microkators，comparators，micrometer lever gear error function.The structure is characterized by the formation of the tangent board assembly lever driving mechanism and precision plate，rotating micro adjustment lifting device platen small angle tilt，the tilt angle can produce a small table，according to the measurement interval point by point detection of small angle measuring instrument indication indication error or error detection of micro instrument.The instrument has a great improvement in the working principle，structure design and testing methods.It has been proved by experiments that the structure has the advantages of simple structure，high detection efficiency，high measuring accuracy，stable and reliable system and so on.

multi-function；electronic digital display；small angle displacementmeasuring instrument

TH822

A

1672-545X（2017）04-0201-03

2017-01-05

林紅（1970－），女，廣西南寧人，高級講師，研究方向：機械設計制造及自動化。