多功能電子數(shù)顯小角位移測(cè)量?jī)x的研制

林 紅

（南寧學(xué)院，廣西南寧530022）

多功能電子數(shù)顯小角位移測(cè)量?jī)x的研制

林 紅

（南寧學(xué)院，廣西南寧530022）

設(shè)計(jì)一種多功能電子數(shù)顯小角位移測(cè)量?jī)x，它既具有檢測(cè)自準(zhǔn)直儀、合像水平儀、氣泡式水平儀等小角度量?jī)x的示值誤差的功能，還具有檢測(cè)電感測(cè)微儀、扭簧比較儀、杠桿齒輪比較儀等測(cè)微儀示值誤差的功能。其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是由臺(tái)板總成與精密平板形成正切杠桿傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，旋轉(zhuǎn)微動(dòng)調(diào)節(jié)臺(tái)板小角度傾斜的升降裝置，使臺(tái)板產(chǎn)生小角度傾斜，即可按需要的測(cè)量間隔逐點(diǎn)檢測(cè)小角度量?jī)x的示值誤差或檢測(cè)測(cè)微儀的示值誤差。該測(cè)量?jī)x在工作原理、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、檢驗(yàn)方法等方面有較大改進(jìn)，經(jīng)試驗(yàn)證明，具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)約，檢測(cè)效率高，測(cè)量精度高，系統(tǒng)穩(wěn)定可靠等特點(diǎn)。

多功能；電子數(shù)顯；小角位移測(cè)量?jī)x

水平儀是測(cè)量相對(duì)于水平面微小傾角的儀器，用來(lái)檢驗(yàn)和調(diào)整各種機(jī)械設(shè)備的水平位置，如機(jī)床導(dǎo)軌、儀器基座、工作面等，也可用來(lái)測(cè)量檢驗(yàn)機(jī)床導(dǎo)軌、平尺、平板等的直線度或平面度，也可用來(lái)測(cè)量?jī)善矫婊ハ啻怪倍群推叫卸?。測(cè)微儀用于對(duì)精密零部件的平行、平面測(cè)量。目前，檢測(cè)電感測(cè)微儀、扭簧比較儀、杠桿齒輪比較儀等測(cè)微儀的示值誤差和檢測(cè)自準(zhǔn)直儀、合像水平儀、氣泡式水平儀等小角度量?jī)x的示值誤差分別采用超精密測(cè)長(zhǎng)儀的傳統(tǒng)檢測(cè)裝置或水平儀檢定器和標(biāo)準(zhǔn)量塊[1-4]。

1 問(wèn)題的提出

傳統(tǒng)的水平儀檢定器結(jié)構(gòu)復(fù)雜，測(cè)量傳動(dòng)鏈長(zhǎng)，制造困難，且檢測(cè)效率低；傳統(tǒng)的測(cè)微儀檢測(cè)裝置需采用高精度標(biāo)準(zhǔn)量塊或采用超精密測(cè)長(zhǎng)儀，成本高，且操作麻煩，檢測(cè)效率低。量塊是形成標(biāo)準(zhǔn)角的主要標(biāo)準(zhǔn)器。在電子水平儀的檢定中規(guī)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(jí)量塊；對(duì)分度值為0.01mm/m～0.05 mm/m的電子水平儀使用4等或1級(jí)量塊。按級(jí)使用量塊檢定示值誤差時(shí)，使用的是量塊的標(biāo)稱值，所形成的標(biāo)準(zhǔn)角度都為電子水平儀被檢點(diǎn)的標(biāo)稱值，計(jì)算示值誤差比較直觀、簡(jiǎn)單。由于，量塊在使用過(guò)程中產(chǎn)生磨損，導(dǎo)致使所用量塊中有的級(jí)別會(huì)降低，不能滿足示值誤差檢定的準(zhǔn)確度要求，而淘汰降級(jí)的量塊又不符合經(jīng)濟(jì)原則。

傳統(tǒng)水平儀檢定器和傳統(tǒng)檢測(cè)測(cè)微儀裝置為不同的兩種設(shè)備，增加了設(shè)備成本，且檢測(cè)效率低。

針對(duì)上述檢測(cè)裝置存在的不足，設(shè)計(jì)研制一種電子數(shù)顯小角位移測(cè)量?jī)x，將檢測(cè)小角度量?jī)x示值誤差暨檢測(cè)測(cè)微儀示值誤差兩項(xiàng)檢測(cè)功能合二為一，實(shí)現(xiàn)一機(jī)兩用。

2 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

結(jié)構(gòu)原理裝配示意圖如圖1所示。電子數(shù)顯小角位移測(cè)量?jī)x分成臺(tái)板總成101和精密平板10兩大部分，臺(tái)板總成置于精密平板的工作面上，兩者形成正切杠桿傳動(dòng)機(jī)構(gòu)。其回轉(zhuǎn)軸線為精密圓柱轉(zhuǎn)軸的母線，精密圓柱轉(zhuǎn)軸軸線與被檢測(cè)微儀測(cè)桿軸線的距離為正切杠桿機(jī)構(gòu)的短臂，長(zhǎng)度為a，精密圓柱轉(zhuǎn)軸軸線與精密電子數(shù)顯指示表測(cè)桿軸線的距離為正切杠桿機(jī)構(gòu)的長(zhǎng)臂，長(zhǎng)度為b，a/b的比值為1誜2或1誜4或1誜5，或?yàn)樾∮?的比值。

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

圖1 機(jī)構(gòu)示意圖

3 工作原理

測(cè)量?jī)x工作原理如圖2所示，當(dāng)電子數(shù)顯小角位移測(cè)量?jī)x用于檢測(cè)小角度量?jī)x時(shí)，其tanα＝s/p，式中：p為杠桿臂長(zhǎng)，s為指示表線位移值，α為臺(tái)板角位移值，因此α＝arctan s/p，此時(shí)被檢小角度量?jī)x的示值為α′，兩者之差即為被檢小角度量?jī)x的示值誤差Δα，即Δα=α′－α＝α′－arctan s/p；當(dāng)電子數(shù)顯小角位移測(cè)量?jī)x用于檢測(cè)測(cè)微儀時(shí)，因a/b的比值為小于1的值，正切杠桿傳動(dòng)機(jī)構(gòu)為放大機(jī)構(gòu)，其放大倍數(shù)為k＝b/a，若被檢測(cè)測(cè)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(cè)測(cè)微儀的示值誤差Δx＝x-y/k.

圖2 工作原理圖

4 測(cè)量方法

臺(tái)板的上表面加工成精密長(zhǎng)平臺(tái)面，左端裝有精密轉(zhuǎn)軸圓柱體，右端距精密轉(zhuǎn)軸圓柱體軸線400 mm處裝夾有大量程高精密電子數(shù)顯指示表，在數(shù)顯指示表的一側(cè)安裝有微動(dòng)調(diào)節(jié)臺(tái)板小角度傾斜的升降裝置，距精密轉(zhuǎn)軸圓柱體軸線100 mm處有可裝夾被檢測(cè)測(cè)微儀的夾持表孔，被檢測(cè)水平儀置于長(zhǎng)形臺(tái)板工作面上，將上述整套裝置置于精密平板上，構(gòu)成兩功能能合二為一體的檢查儀，實(shí)物位置如圖3所示。使用方法：旋轉(zhuǎn)微動(dòng)螺絲旋鈕，使長(zhǎng)形臺(tái)板產(chǎn)生小角度變化，由大量程高精度電子數(shù)顯指示表讀出被檢水平儀示值誤差及被檢測(cè)微表示值誤差。

圖3 實(shí)物圖

5 結(jié)束語(yǔ)

多功能電子數(shù)顯小角位移測(cè)量?jī)x采用的臺(tái)板小角位移升降機(jī)構(gòu)——微動(dòng)調(diào)節(jié)臺(tái)板小角度傾斜的升降裝置與指示機(jī)構(gòu)——精密電子數(shù)顯指示表獨(dú)立分開(kāi)為兩件，具有測(cè)量精確度高、不易磨損，穩(wěn)定耐用的優(yōu)點(diǎn)，克服了傳統(tǒng)水平儀檢定器產(chǎn)生臺(tái)板小角位移的升降機(jī)構(gòu)與指示機(jī)構(gòu)合為一件，即千分測(cè)微頭，容易磨損，測(cè)量力不穩(wěn)定，分辨力低，測(cè)量精度不高的技術(shù)難題。

電子數(shù)顯小角位移測(cè)量?jī)x在用于檢測(cè)測(cè)微儀時(shí)比采用標(biāo)淮量塊檢測(cè)測(cè)微儀的方法要方便、快速，無(wú)需組合多組不同尺寸的量塊組；電子數(shù)顯小角位移測(cè)量?jī)x在用于檢測(cè)測(cè)微儀時(shí)比采用超精密測(cè)長(zhǎng)機(jī)檢測(cè)測(cè)微儀的方法要方便、且成本低。因?yàn)殡娮訑?shù)顯小角位移測(cè)量?jī)x采用了正切杠桿傳動(dòng)放大機(jī)構(gòu)，臺(tái)板總成為杠桿傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，臺(tái)板小角度旋轉(zhuǎn)時(shí)，其中心距a為杠桿短臂長(zhǎng)度，中心距b為杠桿長(zhǎng)臂長(zhǎng)度，能將被檢測(cè)測(cè)微儀的小位移放大，由精密電子數(shù)顯指示表顯示位移值，從而對(duì)標(biāo)準(zhǔn)指示表的精度要求降低，采用精密電子數(shù)顯指示表，不需采用超精密電子數(shù)顯指示表。

電子數(shù)顯小角位移測(cè)量?jī)x巧妙地將檢測(cè)小角度量?jī)x示值誤差暨檢測(cè)測(cè)微儀示值誤差兩項(xiàng)檢測(cè)功能合為一體，一機(jī)兩用，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)約，測(cè)量傳動(dòng)鏈短，測(cè)量精度高，測(cè)量操作方便，系統(tǒng)穩(wěn)定可靠。經(jīng)過(guò)實(shí)驗(yàn)證明其技術(shù)指標(biāo)達(dá)到相應(yīng)國(guó)家計(jì)量檢定規(guī)程的技術(shù)指標(biāo)JJG191—2002《水平儀檢定器檢定規(guī)程》和JJF1084—2002《框式水平儀和條式水平儀校準(zhǔn)規(guī)范》。

參考文獻(xiàn)：

[1]袁南香.水平儀零位校對(duì)及調(diào)整方法經(jīng)驗(yàn)談[J].上海計(jì)量測(cè)試，2008，35（2）：55-56.

[2]周國(guó)慶.水平儀檢定器示值誤差測(cè)量結(jié)果不確定度的評(píng)定[J].品牌與標(biāo)準(zhǔn)化，2011（4）：34-35.

[3]JJG191－2002.水平儀檢定器檢定規(guī)程[S].

[4]JJF1084－2002.框式水平儀和條式水平儀校準(zhǔn)規(guī)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(jí)講師，研究方向：機(jī)械設(shè)計(jì)制造及自動(dòng)化。