目前国内机械加工厂常用的垂直度检测仪大多是以180°工作台作为测量基准，测量垂直度时，对工件测量两次(第二次工件反转180°)，然后取两次测量读数差值的1/2作为测量结果。由于工作台为分体式结构，为保证测量基准，需进行精细调整；测量时要求上、下两测头长度一致，也需进行调整，这都可能在测量结果中引入较大的调整误差。此外，仪器的传动指示部分也存在较大机构误差。这些因素决定了此类仪器的测量精度不高，加之不能检测内角垂直度，在使用范围上受到较大限制。为此，我们研制了一种便携式垂直度检测仪，该仪器以2p角为测量基准，消除了基准误差和传动机构误差对测量精度的影响，可检测0级及以下精度的量具或工件的内、外角垂直度。 1 测量原理
将两个相同的被测件(如直角尺)按图1方式放置，组成具有四个内角和四个外角的截面形体。设ai、gi分别为任意内角和任意外角，可知 |
| { | ∑ai=2p | (i=1，2，3，4) |
| ∑gi=2p |
(1) |
图1 |
如将I、II、III、IV点固定在一个刚体上，并使I、II点与D1面接触，III点与D2面接触，在IV点通过测量表读数，得到读数值a1；然后，使I、II点与D2面接触，III点与D3面接触，在IV点读数，得到读数值a2；依此类推，可得到读数值a3和a4。显然有 | ai=Ca+dai (i=1，2，3，4) | (2) |
式中，Ca为常数，ai为角度ai的垂直度误差。 可得外角gi的读数值为 gi=Cg+dgi (i=1，2，3，4)式中，Cg为常数，dgi为角度gi的垂直度误差。 而实际角度应为 | ai= | p | +dgi |
|
| 2 |
因此 | 4 | ai | =2p+ | 4 | dgi |
| ∑ | ∑ |
| i=1 | i=1 |
| | =2p+ | 4 | (ai-Ca) |
| ∑ |
| i=1 |
| | =2p++∑(ai-4Ca) |
显然 ∑(ai-4Ca)=0由此可得 |
| <DIV style="MARGIN-TOP: 15pt">Ca=</DIV> | |
| 4 | ai |
| ∑ |
| i=1 |
|
| 4 |
(3) | 由式(2)、(3)可求得 |
| dai=ai- | ∑ai |
|
| 4 |
(4) | 因此，可求得被测件的垂直度误差为 |
| { | dai=¼(3a1-a2-a3-a4) |
| dai=¼(-a1-a2+3a3-a4) |
(5) | 如按式(5)计算出的dai>0，则ai>p/2；如dai<0，则ai<p/2。 同理，可求得dgi为 |
| { | dgi=¼(3g1-g2-g3-g4) |
| dgi=¼(-g1-g2+3g3-g4) |
(6) | 如按式(6)计算出的dgi>0，则gi>p/2；如dgi<0，则gi<p/2。
(a) |
(b) |
(c) |
| 图2 |
2 仪器结构与测试方法
该便携式垂直度检测仪由主体、定位球和测量表组成(见图2)。主体上有两个高精度工作面，作为测量基准面。采用定位球的球面作为定位点，可消除因被测面宽度不一致时引起的系统误差，且尺寸可调整。测量表可配置测微表或电感测微仪(采用测微表可检测1级及以下精度的直角尺或相应级别的垂直工件；采用电感测微仪可检测0级及以下精度的直角尺或相应级别的垂直工件)。测量时，工件可平放于0级平板上，也可垂直放置于平板上(此时平板误差对测量结果基本无影响)。图2a、2c分别表示检测外角垂直度时的两种情况；图2b则表示检测内角垂直度时的情况。 3 测量实例
用研制的便携式垂直度检测仪(配置测微表)对北京量具刃具厂生产的两件90°角尺(250mm)进行垂直度检测。结果表明，该仪器操作方便，稳定性好，重复精度高，10次测量结果的最大读数差仅为±0.7µm。 便携式垂直度检测仪结构简单，体积小，便于生产现场使用。由于消除了基准误差和传动机构误差的影响，因此测量精度较高。用三等量块组成标准角度对仪器精度进行检定，其示值误差不大于±1µm。
2018-11-27
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