万能测长仪测孔误差分析

万能测长仪测孔误差分析

余光群

余光群(湖南信息职业技术学院）

摘要：万能测长仪采用双测钩测量孔径，由于两测量头不可避免地发生相互偏移，从而导致不容忽视的误差产生。文中对万能测长仪测孔时因两测头偏移而产生的误差进行分析，并提出消除该误差的方法。

关键词：万能测长仪；内测量钩；偏移；测量误差

中图分类号:TG812文献标识码:B

0引言

万能测长仪是孔径精密测量仪器之一，它采用两内测钩测量孔径，其方法是用一标准环规调好零位，然后对被测环规或内孔零件进行比较测量。在用一标准环规比较测量一些环规时，发现测出的环规直径住住与环规实际直径差0.02～0.04毫米，甚至差得更多。通过多次采用万能工具显微镜灵敏测头等方法校验被测环规直径，证明环规直径本身无问题。

1误差产生之原因分析

通过一系列的分析和试验工作，（当时还对两测量头半径r及标准环规作了细致的检查）。发现主要问题是两测量头（固定测头与活动测头）相互偏移即两测量头中心的连线与测量轴线方向不平行所致。如图1所示：

1一活动测头2一测量轴线3一固定测头

2两测量头相互偏移对测量精度之影响

试验采用的标准环规直径是16.001毫米。为说明两测量头相互偏移对测量精度的影响情况，现以该标准环规作比较测量时所产生之测量误差分四个问题谈(对于标准环规本身之误差、测量视差以及温度之影响在此不作研究):

2.1被测环规直径2R1小于标准环规直径2R时，如图2所示：

设a是在万能测长仪上两次读数之差，理论a值为a理，实测的a值为a测，此时有

a测=a1-a2a理=D-D1

而△D1=a测-a理[1]

=a1-a2-(D-D1)

=a1-D+D1-a2

=N一n

式中a1——用标准环规调零时所得读数；

a2——装上被测环规所得读数；

故：当被测环规直径2R1小于标准环规直径2R时，产生测量误差之大小按下列公式求得：

△D1=N一n(1)

式中△D1——被测环规直径的测量误差(mm)

N——固定测头与被测环规接触时，接触点到此环规测量轴线方向最高点间之距离(mm)

n——固定测头与标准环规接触时，接触点到此环规测量轴线方向最高点间之距离(mm)

D(R)——标准环规直(半)径(mm)

D1(R1)——被测环规直(半)径(mm)

δ——两测头之相互偏移量(mm)

按公式(1)、(2)、(3)逐项代入，得出△D1，此时△D1为正值。这说明被测环规相对于标准环规往右移动后，N值增大(δ一定时)。如果被测环规愈小，则往右移动得更多(因δ一定)，则a值增加得愈大，这时x=D一a增大

就相应地缩小，而x就是测得后的环规直径D1，很显然x<D1

因此，被测环规直径小于标准环规直径时，测得的直径比实际直径要小。

2.2被测环规直径2R1大于标准环规直径2R时，

同理，按上述三式可得出误差△D1，但结果为负值。即被测环规相对于标准环规往左移(因δ一定，而活动测头往左拉之故)，所以Ｎ值减小，而a值增大。如果被测环规愈大，相对于标准环规往左移动得越多，a值也增加得更大。此时x=D+a增大

就相应增大，而x值就是求测的环规直径D1，很显然x>D1

因此，被测环规大于标准环规直径时，测量得的直径比实际直径要大。

2.3当被测环规直径2R1等于标准环规直径2R时，如图4所示。

按公式计算即得：△D1=0

而x=D1=D±a

式中a=0

所以x=D1=D

因此，当被测环规直径等于标准环规直径时，不会因两测头相互偏移而产生测量误差△D1。

2.4当两测头互不偏移时，被测环规与标准环规直径相等或不相等之情况下(见图5之测量示意图)的误差：

因两测头互不偏移，所以N=n=0

△Dl=N-n=0

则被测环规直径为：

x=D1=D±a

因此，当两测头互不偏移时，不管被测环规直径等于、大于或小于标准环规直径，都不会产生上述误差△D1。（上述之a值，为目镜中两读数之差值。）

不仅用标准环规比较测量，会因两测头相互偏移要产生此种测量误差，就是用量块附件比较测量也要产生一定的误差，不但在卧式万能测长仪上要产生这种误差，而且在采取同样测量方法的其它仪器上也要产生这种误差。因此要特别注意防止这种弊病的产生。

3两测头相互偏移对测量精度的实际影响

利用公式计算举例:例(1)，标准环规直径D=16mm，被测环规直径D1=13mm，测头半径r=3.0mm，两测头相互偏移δ=0.5mm，求测量误差△D1

将巳知数逐式代入测得，

=6.5-6.4333=0.0667mm

=8-7.9599=0.0401

所以，△D1=N-n=0.0667-0.0401=0.0266mm

据问题分析一之结论，得出的直径尺寸比实际直径小0.0266mm。

例(2)，标准环规直径D=13mm，被测环规直径D1=16mm，测头半径r=3.0mm，测头相互偏移δ=0.5mm，求测量误差△D1

将已知数逐式代入：则得△D1=-0.0266mm

据问题分析二之结论：得出之直径尺寸比实际直径大0.0266mm。

我室的万能测长仪经检查两测头互相偏移0.5mm，现将调整该仪器前后测量出的环规数值列表于下

4两测头相互偏移产生测量误差之消除方法

4.1采用与被测孔径尺寸相同的标准环规，但此法需大量标准环规，显然对规格单一的待测尺寸件较合适。

4.2最根本的方法是通过反复调整，尽量设法消除或减少两测头的偏移量[1]。即在万能测长仪固定尾管上装上双勾测头后，通过尾管上的四个调整螺钉调整“回转点”来消除这一误差。调整的过程如图6和图７，活动测头找到环规的最高点A(即目镜中的指示线处于反回点位置，但此时固定测头处于偏离环规中心线的一方，接触于Al点，与环规测量方向相差一Q值)，而后调整四个调整螺丁，消除Q值，找到最大尺寸的回转点。

参考文献：

[１]李岩，花国梁.精密测量技术[M]．北京：中国计量出版社.2001.8.