实 验 报 告
实验名称：自准直仪测直线度误差组 员：冯灝
李常业
自准直仪测直线度误差
一、实验目的：
①了解自准直测量原理
②了解自准直仪的光路原理与测微原理， ③了解并掌握自准直仪测量直线度的方法及数据处理。 二、实验原理：
⑴自准直测量原理： ①平行光管原理
如上图所示，当位于物镜焦面上的分划板被光源照亮后，从分划板上发出的光，经过物镜后，即形成平行光，这样的光学系统结构，就叫做平行光管。 其工作原理如下为：
十字线与其倒像之间将错开距离t 为：
t =f ⋅tan 2α
t---称为偏离量 当α很小时，
t =2f α
⑵应用自准直光管的工作原理，再加上测微机构而设计制造的计量仪器，被称之为自准直仪。自准直仪的光路原理如下：
1-光源；2-滤光片；3-分划板；4-立方直角棱镜； 5、6-反射镜；7-物镜；8-体外反射镜；9-固定分划板；
10-活动分划板； 11-目镜； 12-测微螺杆；13-测微鼓轮
求偏离量t:
当反射镜8严格垂直于光轴时，十字线成像在固定分划板9的正中央，目镜视场如若反射镜8对光轴有一微小倾角α ，则十字线像将产生偏离，偏离量t 由自准直原理可得
t =f 物tan 2α≈2f 物⋅α
仪器的f 物为400mm ，测微螺杆12的螺距和固定分划板9上刻线的分度间隔都是0.4mm ，即测微螺杆每转一圈，活动分划板10上的长刻线在固定分划板9的刻度上移动一格，
其对应的反射镜的倾角α为： α=
t 2f 物
=
2⨯4000. 4
弧度 2000
1
测微螺杆12同轴相连的测微鼓轮13上有100格圆周刻度，每格代表反射镜的倾角α为0.005/1000弧度。
⑶自准直仪结构图如下：
1-测微鼓轮；2-活动分划板；3-目镜；4-固定分划板；5-定位螺钉；
6-十字线分划板（带保护玻璃）；7-滤光片；8-光源；9-立方直角棱镜；
10、11-体内反射镜；12-物镜；13-体外反射镜
三、实验步骤：
仪器安装调试：将自准直仪安装在稳固可靠的位置，将反射镜装在桥板上，使桥板跨角处在分段的第1和第2点处。接通电源，使目镜视场内获得均匀照明调节目镜视度，使测量者感觉目镜分划板成像清晰，调整手轮4、5（见自准直仪），至在目镜视场内出现刻线的自准直象，并使自准直的十字丝象与物镜分划板的十字丝接近重合（即主光轴与反射镜面垂直），在本实验中测量的是平板x 方向的直线度误差，故仅使得十字丝像的y 轴重合即可。
在读完第一次数后将桥板移到1、2段，等等，依次读出读数。在测量时，从第一点开始，测到第10点，然后返回测量。每个点的取值为两次测量值的平均值。 四、实验数据：
五、误差数据处理：
按作图法对上述实验数据进行处理：
在坐标图中，横坐标表示分段距离，纵坐标表示读数的累计值，将各坐标点连接，即可画出测得近似轮廓线，然后按最小条件，作一组平行直线包容该轮廓线，两平等直线间的纵坐标值，即为直线度误差。
必须指出，不能把图中两包容线间的垂直距离作为直线度误差。因为坐标图上的纵横坐标不是按相同的比例绘制的，其中横坐标是按所测零件的长度尺寸缩小的比例绘制的，而纵坐标是按测得的升降值放大比例绘制的，同一测量结果，采用不同的比例，两包容线间的距离不等。
y
在上图中可得以秒为单位的直线度误差值
ai =22.34 则可得直线度误差为
a i =0.005⨯l ⨯a =0.005⨯100⨯22.34=11.17μm 六、不确定度分析：
（1）不确定度来源：
①自准直仪示值误差：u1 ②估读误差：u2
③测量重复性：u3
（2）不确定度评定：
1、自准直仪的标准不确定度
自准直仪的扩展不确定度U=5个格值，属正态分布，取k=3，则u1=5/3=1.67格值
2、估读误差的不确定度
估读误差的不确定度一般取半带宽也就是格值的一半，属平均分布，取k= 则u2= 0.5/
=0.21（格值）
,
3、测量重复性的不确定度
测量板桥在每个位置上有两次测量，则平均值的标准不确定度为 u 3=s /
其中s 是正态分布随机误差的标准差，其公式为
s =
测量重复的不确定度属正态分布，它是一个随机变化量，跟人员和被测件有关。
由于各标准不确定度分量互不相关，故直线度的合成不确定度为：
u a (a ) =
12L C
其中s 求出一个值就可以，在本次试验中取第一个s=0.495，则合成标准不确定度为
u a (a ) =
12LC
=
12
⨯100⨯0.005⨯=0.763μm
实 验 报 告
实验名称：自准直仪测直线度误差组 员：冯灝
李常业
自准直仪测直线度误差
一、实验目的：
①了解自准直测量原理
②了解自准直仪的光路原理与测微原理， ③了解并掌握自准直仪测量直线度的方法及数据处理。 二、实验原理：
⑴自准直测量原理： ①平行光管原理
如上图所示，当位于物镜焦面上的分划板被光源照亮后，从分划板上发出的光，经过物镜后，即形成平行光，这样的光学系统结构，就叫做平行光管。 其工作原理如下为：
十字线与其倒像之间将错开距离t 为：
t =f ⋅tan 2α
t---称为偏离量 当α很小时，
t =2f α
⑵应用自准直光管的工作原理，再加上测微机构而设计制造的计量仪器，被称之为自准直仪。自准直仪的光路原理如下：
1-光源；2-滤光片；3-分划板；4-立方直角棱镜； 5、6-反射镜；7-物镜；8-体外反射镜；9-固定分划板；
10-活动分划板； 11-目镜； 12-测微螺杆；13-测微鼓轮
求偏离量t:
当反射镜8严格垂直于光轴时，十字线成像在固定分划板9的正中央，目镜视场如若反射镜8对光轴有一微小倾角α ，则十字线像将产生偏离，偏离量t 由自准直原理可得
t =f 物tan 2α≈2f 物⋅α
仪器的f 物为400mm ，测微螺杆12的螺距和固定分划板9上刻线的分度间隔都是0.4mm ，即测微螺杆每转一圈，活动分划板10上的长刻线在固定分划板9的刻度上移动一格，
其对应的反射镜的倾角α为： α=
t 2f 物
=
2⨯4000. 4
弧度 2000
1
测微螺杆12同轴相连的测微鼓轮13上有100格圆周刻度，每格代表反射镜的倾角α为0.005/1000弧度。
⑶自准直仪结构图如下：
1-测微鼓轮；2-活动分划板；3-目镜；4-固定分划板；5-定位螺钉；
6-十字线分划板（带保护玻璃）；7-滤光片；8-光源；9-立方直角棱镜；
10、11-体内反射镜；12-物镜；13-体外反射镜
三、实验步骤：
仪器安装调试：将自准直仪安装在稳固可靠的位置，将反射镜装在桥板上，使桥板跨角处在分段的第1和第2点处。接通电源，使目镜视场内获得均匀照明调节目镜视度，使测量者感觉目镜分划板成像清晰，调整手轮4、5（见自准直仪），至在目镜视场内出现刻线的自准直象，并使自准直的十字丝象与物镜分划板的十字丝接近重合（即主光轴与反射镜面垂直），在本实验中测量的是平板x 方向的直线度误差，故仅使得十字丝像的y 轴重合即可。
在读完第一次数后将桥板移到1、2段，等等，依次读出读数。在测量时，从第一点开始，测到第10点，然后返回测量。每个点的取值为两次测量值的平均值。 四、实验数据：
五、误差数据处理：
按作图法对上述实验数据进行处理：
在坐标图中，横坐标表示分段距离，纵坐标表示读数的累计值，将各坐标点连接，即可画出测得近似轮廓线，然后按最小条件，作一组平行直线包容该轮廓线，两平等直线间的纵坐标值，即为直线度误差。
必须指出，不能把图中两包容线间的垂直距离作为直线度误差。因为坐标图上的纵横坐标不是按相同的比例绘制的，其中横坐标是按所测零件的长度尺寸缩小的比例绘制的，而纵坐标是按测得的升降值放大比例绘制的，同一测量结果，采用不同的比例，两包容线间的距离不等。
y
在上图中可得以秒为单位的直线度误差值
ai =22.34 则可得直线度误差为
a i =0.005⨯l ⨯a =0.005⨯100⨯22.34=11.17μm 六、不确定度分析：
（1）不确定度来源：
①自准直仪示值误差：u1 ②估读误差：u2
③测量重复性：u3
（2）不确定度评定：
1、自准直仪的标准不确定度
自准直仪的扩展不确定度U=5个格值，属正态分布，取k=3，则u1=5/3=1.67格值
2、估读误差的不确定度
估读误差的不确定度一般取半带宽也就是格值的一半，属平均分布，取k= 则u2= 0.5/
=0.21（格值）
,
3、测量重复性的不确定度
测量板桥在每个位置上有两次测量，则平均值的标准不确定度为 u 3=s /
其中s 是正态分布随机误差的标准差，其公式为
s =
测量重复的不确定度属正态分布，它是一个随机变化量，跟人员和被测件有关。
由于各标准不确定度分量互不相关，故直线度的合成不确定度为：
u a (a ) =
12L C
其中s 求出一个值就可以，在本次试验中取第一个s=0.495，则合成标准不确定度为
u a (a ) =
12LC
=
12
⨯100⨯0.005⨯=0.763μm