一、实验目的
1.掌握自准直仪测直线度误差的测量方法及数据处理方法； 2.学会使用自准直仪的操作方法。
二、实验原理
1.自准直仪是一种光学测角仪器，它利用光学自准直原理来观测目标位置的变化，广泛用于直线度和平面度的测量。
2.自准直仪器的光学自准直原理：光线通过位于物镜焦平面的分划板后，经物镜形成图1所示的平行光。平行光被垂直于光轴的反射镜反射回来，通过物镜在焦平面上形成与标线重合的分划板标线像。当反射镜倾斜一个微小角度α时，反射的光束就倾斜2α角（如图2所示）。
图1 平行光管原理图2 自准直光管的工作原理
3.仪器的基本参数：分度值为0.005/1000弧度，物镜焦距400mm，目镜放大倍数20倍，示值范围±3，最大测距5000mm。示值误差：当测微鼓轮不超过一圈时示值误差为)
.0
01
5.1(n
+
±格，n为测
+
±格，当刻度鼓轮超过一圈时)
.0
01
5.0(n
量时测微鼓轮转过的格数。
个人飞行器三、实验步骤、数据记录及处理
1.实验步骤
1）将桥板沿着导轨的长度方向靠近被测导轨一端，可以拿一钢尺进行比较；
2）打开自准直仪的电源，调整仪器目镜焦距，直到能看清楚分划板上的刻线为止；
3）将反射镜安装在桥板上，并置于被测导轨的一端，最好进行简单固定，并保证开始读数后反射镜不能再动。然后调节读数鼓轮，使指标线与影像对准，记下第一个读数，并且读数时要注意正负符号；
菊花链逻辑4）将桥板依次按跨距逐段移动并进行测量，依次记下各次读数，移动时要注意首尾相接，保证桥板轮子的圆心对齐刻线，且移动的轨迹尽量是一条直线；
5）为减小测量中各种误差因素，对以上的测量进行回测，并记下读数取同
一位置两次读数的平均值作为测量结果，指导记录完20组数据为止；
6）用最小包容区域判别法来评定直线度误差。即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（或最低点）相切，在两点之间应有一个最低（或最高点）与另一条平行直线相切。这两条平行直线之间的区域才是最小包容区域。这两条直线之间的纵向距离就是被测表面的直线度误差f 格。
7）将误差值f 格折算成线性值m f μ。 2.数据记录及处理
在等精度直接测量下测得两组数据，第一次为顺读时测量的数据，第二次为逆向测量时得出的数据，并且保证两次的测量点在同一位置上。
表1 测量数据列表
测量序号 读数
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9
顺读数 1100 1092.5 1102.3 1114.6 1108.3 1098.3 1091.8 1095.3 1076.9 1054.1 逆读数 1100
1105.2
1121
1116.6 1107 1088.5 1098 1096.5 1066.7
1054.2
平均值 1100 1098.85 1111.65 1115.6 1107.65 1093.4 1094.9 1095.9 1071.8 1054.15 相对值 0 -1.15 11.65 15.6 7.65 -6.6 -5.1 -4.1 -28.2 -45.85 累计值
-1.15
10.5
26.1
33.75
27.15
22.05
防爆节能灯17.95
-10.25
-56.1
图1 最小区域判别法来评定直线度误差
微测鼓轮每格m L S i μ⋅⨯⨯⨯=-5105，其中S=1(秒)，L 为桥板长等于100mm，所以每个为m μ0.5。由上图知，根据两点坐标可求出下平行线在7处的坐标为-194.38，故两平行线在Y 轴方向的距离就是直线度误差f=-90.45+192.66=102.21格，因此直线度误差f=102.21x0.5=51.108m μ。
在等精度重复测量条件下，使用自准直仪测量直尺的直线度，对被测件独立进行了两次的测量。这种测量方法不确定度的分量主要有：
⑴ 测量重复性引起的标准不确定度分量1u ； ⑵ 自准直仪示值范围误差引起的不确定度2u ； ⑶ 自准直仪测量精度引起的不确定度3u ；
因此不确定度分量1u 采用A 类评定方法，2u 和3u 应采用B 类评定方法。下面分别计算各种不确定度分量。
1．测量重复性引起的标准不确定度分量1u
测量桥板在每个位置上的标准差，通过桥板在任意测量点时，进行重复测量2次，根据
贝塞尔公式1
1桥梁同步顶升
2
-=
∑=n v s n
i i
计算每个测量点的标准差s ，见表1。取最小值计算
707.01=u ，则mm u 50.02
707
.01==
，
其自由度1121=-=v 。 2．自准直仪示值范围误差引起的不确定度2u
自准直仪的示值范围±3，因此3=U 格，即1.5m μ。取均匀分布，可以计算
出自准直仪的不确定度m u u μ866.035
.12===仪，取相对标准差%352
2=u u σ，对应
的自由度的435.021
2
2=⨯=
v 。
3．自准直仪测量精度引起的不确定度3
u
展频原理查仪器的说明书可知道，被测件与仪器温差不大于0.5℃，仪器在室内温度10℃±2℃的情况下，仪器的误差为：当测微鼓轮不超过一圈时误差为
±(0.5+0.01n )格，其中n 为测量时测微鼓轮转过的格数。
因此误差为5393.101.0102.215.0=⨯+格，因此m u μ769.05.05393.13=⨯=； 取相对标准差
%353
3
=u u
σ，对应的自由度1769
.021
2
3=⨯=
v 。 4．不确定度的合成
因不确定度1u 、2u 、3u 相互独立，即0=ij ρ，可以得自准直仪测量合成标准不确定
度：m u u u u c μ261.1769.0866.050.02222322
2
1
=++=++=； 其自由度：9496.84)
769.0(4)866.0(1)50.0(261.14
444
144=++==∑=i i i c v u u v ；取9=v 。 5．展伸不确定度
取置信区间95.0=P ，自由度5=v ，查t 分布表可得262.2)5(05.0=t ，即包含因子262.2=k ，内径测量的展伸不确定度为：m ku U c μ852.2261.1262.2=⨯==。
6．不确定度报告
1）用合成不确定度评定直线度误差测量不确定度，测量结果：
m f μ965.51=，m u c μ261.1=，9=v ；液压矫平机
2）用展伸不确定度评定外径测量不确定度，测量结果： m μ)852.2965.51(V ±=，262.2=k ，9=v ；
其中±符号后的数值是展伸不确定度m ku U c μ852.2261.1262.2=⨯==是由合成标准不确定度m u c μ261.1=及包含因子262.2=k 确定的。 3.读数不确定度分析
表2 读数不确定度测量数据
()
()
18.668
1
10718.56.33.4)4.2()2.6()4.1(1)4.2(1
222222222
1
-0=-+++++-+-+-++-=--∑=
n X
X X i μ()
()
13.856
1
10)8.0(5.22.35.45.9)1.5()3.9(5.12.4)5.2(1
2222
2222222
7
-6=--+++-++-+-+-++-=--∑=
）（n X X X i μ()
()
9.2
1
103.32.31.54.23.2)2.1()0.2(3.3-4.02)0.2(1
22
222222222
12
-11=-+-++-++-+-+++-=--∑=
）（）（）（n X X X i μ4.误差分析
从上面的数据处理中可以得知。在这次等精度直接测量中，该测量列数据最
终得出的直线度误差基本符合标准件的值，因此粗大误差不存在，可能存在着系统误差和随机误差。随机误差是指当对同一量值进行多次等精度的重复测量时，得到一系列不同的测量值，每个测量值都含有误差，这些误差的出现没有确定的规律。
在本次的实验中，随机误差的产生可能由这几个方面组成：
1）测量装置及其工件方面的因素：桥板上的反射镜不能发生移动，不能保证正反方向测量时的测量点在同一个位置上。
2）环境方面的因素：测量时环境温度的微小改变可能产生误差、以及实际测量环境相对于仪器要求的环境温度所产生的测量误差。
3）实验人员方面的因素：不同组员瞄准、读数的不稳定，以及摆放桥板的位置具有主观性的误差。
解决方法：实验前先用纸擦拭一下所要测量的尺子，调整目镜呈现清晰的像，在保持温度不变的前提下，尽量保证桥板在返侧时测量点处于同一位置，由一个实验人员在自己的瞄准、读数习惯下记录实验数据，从而减少随机误差对测量值的影响。
豫公网安备41160202000603
站长QQ:729038198
关于我们
投诉建议