多功能电子数显小角位移测量仪的研制

林 红

（南宁学院，广西南宁530022）

多功能电子数显小角位移测量仪的研制

林 红

（南宁学院，广西南宁530022）

设计一种多功能电子数显小角位移测量仪，它既具有检测自准直仪、合像水平仪、气泡式水平仪等小角度量仪的示值误差的功能，还具有检测电感测微仪、扭簧比较仪、杠杆齿轮比较仪等测微仪示值误差的功能。其结构特点是由台板总成与精密平板形成正切杠杆传动机构，旋转微动调节台板小角度倾斜的升降装置，使台板产生小角度倾斜，即可按需要的测量间隔逐点检测小角度量仪的示值误差或检测测微仪的示值误差。该测量仪在工作原理、结构设计、检验方法等方面有较大改进，经试验证明，具有结构简约，检测效率高，测量精度高，系统稳定可靠等特点。

多功能；电子数显；小角位移测量仪

水平仪是测量相对于水平面微小倾角的仪器，用来检验和调整各种机械设备的水平位置，如机床导轨、仪器基座、工作面等，也可用来测量检验机床导轨、平尺、平板等的直线度或平面度，也可用来测量两平面互相垂直度和平行度。测微仪用于对精密零部件的平行、平面测量。目前，检测电感测微仪、扭簧比较仪、杠杆齿轮比较仪等测微仪的示值误差和检测自准直仪、合像水平仪、气泡式水平仪等小角度量仪的示值误差分别采用超精密测长仪的传统检测装置或水平仪检定器和标准量块[1-4]。

1 问题的提出

传统的水平仪检定器结构复杂，测量传动链长，制造困难，且检测效率低；传统的测微仪检测装置需采用高精度标准量块或采用超精密测长仪，成本高，且操作麻烦，检测效率低。量块是形成标准角的主要标准器。在电子水平仪的检定中规定分度值为0.001 mm/m和0.005mm/m的电子水平仪使用3等或0级量块；对分度值为0.01mm/m～0.05 mm/m的电子水平仪使用4等或1级量块。按级使用量块检定示值误差时，使用的是量块的标称值，所形成的标准角度都为电子水平仪被检点的标称值，计算示值误差比较直观、简单。由于，量块在使用过程中产生磨损，导致使所用量块中有的级别会降低，不能满足示值误差检定的准确度要求，而淘汰降级的量块又不符合经济原则。

传统水平仪检定器和传统检测测微仪装置为不同的两种设备，增加了设备成本，且检测效率低。

针对上述检测装置存在的不足，设计研制一种电子数显小角位移测量仪，将检测小角度量仪示值误差暨检测测微仪示值误差两项检测功能合二为一，实现一机两用。

2 结构设计

结构原理装配示意图如图1所示。电子数显小角位移测量仪分成台板总成101和精密平板10两大部分，台板总成置于精密平板的工作面上，两者形成正切杠杆传动机构。其回转轴线为精密圆柱转轴的母线，精密圆柱转轴轴线与被检测微仪测杆轴线的距离为正切杠杆机构的短臂，长度为a，精密圆柱转轴轴线与精密电子数显指示表测杆轴线的距离为正切杠杆机构的长臂，长度为b，a/b的比值为1誜2或1誜4或1誜5，或为小于1的比值。

其中，台板总成101包括台板1、精密圆柱转轴2及其紧固装置3，紧固装置将精密圆柱转轴固紧在台板一侧的V形型面上；台板的另一侧安装有底部与精密平板10接触的微动调节台板小角度倾斜的升降装置7和精密电子数显指示表8（采用高精度大量程电感测微仪），紧固装置9固紧精密电子数显指示表的测杆套筒；被检测的水平仪6放置在台板的工作面上，距离精密圆柱转轴一定距离的台板上有一个通孔，被检测的测微仪4装夹在此孔中，紧固装置5固紧测杆套筒，被检测测微仪的测量头与精密平板的工作面接触。

图1 机构示意图

3 工作原理

测量仪工作原理如图2所示，当电子数显小角位移测量仪用于检测小角度量仪时，其tanα＝s/p，式中：p为杠杆臂长，s为指示表线位移值，α为台板角位移值，因此α＝arctan s/p，此时被检小角度量仪的示值为α′，两者之差即为被检小角度量仪的示值误差Δα，即Δα=α′－α＝α′－arctan s/p；当电子数显小角位移测量仪用于检测测微仪时，因a/b的比值为小于1的值，正切杠杆传动机构为放大机构，其放大倍数为k＝b/a，若被检测测微仪的示值为x，精密大量程光栅指示表的示值为y，被检测测微仪的示值误差Δx＝x-y/k.

图2 工作原理图

4 测量方法

台板的上表面加工成精密长平台面，左端装有精密转轴圆柱体，右端距精密转轴圆柱体轴线400 mm处装夹有大量程高精密电子数显指示表，在数显指示表的一侧安装有微动调节台板小角度倾斜的升降装置，距精密转轴圆柱体轴线100 mm处有可装夹被检测测微仪的夹持表孔，被检测水平仪置于长形台板工作面上，将上述整套装置置于精密平板上，构成两功能能合二为一体的检查仪，实物位置如图3所示。使用方法：旋转微动螺丝旋钮，使长形台板产生小角度变化，由大量程高精度电子数显指示表读出被检水平仪示值误差及被检测微表示值误差。

图3 实物图

5 结束语

多功能电子数显小角位移测量仪采用的台板小角位移升降机构——微动调节台板小角度倾斜的升降装置与指示机构——精密电子数显指示表独立分开为两件，具有测量精确度高、不易磨损，稳定耐用的优点，克服了传统水平仪检定器产生台板小角位移的升降机构与指示机构合为一件，即千分测微头，容易磨损，测量力不稳定，分辨力低，测量精度不高的技术难题。

电子数显小角位移测量仪在用于检测测微仪时比采用标淮量块检测测微仪的方法要方便、快速，无需组合多组不同尺寸的量块组；电子数显小角位移测量仪在用于检测测微仪时比采用超精密测长机检测测微仪的方法要方便、且成本低。因为电子数显小角位移测量仪采用了正切杠杆传动放大机构，台板总成为杠杆传动机构，台板小角度旋转时，其中心距a为杠杆短臂长度，中心距b为杠杆长臂长度，能将被检测测微仪的小位移放大，由精密电子数显指示表显示位移值，从而对标准指示表的精度要求降低，采用精密电子数显指示表，不需采用超精密电子数显指示表。

电子数显小角位移测量仪巧妙地将检测小角度量仪示值误差暨检测测微仪示值误差两项检测功能合为一体，一机两用，结构简约，测量传动链短，测量精度高，测量操作方便，系统稳定可靠。经过实验证明其技术指标达到相应国家计量检定规程的技术指标JJG191—2002《水平仪检定器检定规程》和JJF1084—2002《框式水平仪和条式水平仪校准规范》。

参考文献：

[1]袁南香.水平仪零位校对及调整方法经验谈[J].上海计量测试，2008，35（2）：55-56.

[2]周国庆.水平仪检定器示值误差测量结果不确定度的评定[J].品牌与标准化，2011（4）：34-35.

[3]JJG191－2002.水平仪检定器检定规程[S].

[4]JJF1084－2002.框式水平仪和条式水平仪校准规范[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

林红（1970－），女，广西南宁人，高级讲师，研究方向：机械设计制造及自动化。