小角度检定仪半自动检测水平仪示值误差方法

水平仪是一种工业生产常用的计量器具，广泛应用于装配、机械制造、仪器仪表等行业。但是，目前对于水平仪分度值示值误差的检测工作仍然沿用上世纪80年代的方法，校准过程需要检定员手动操作，整个过程时间长、效率低，而且无法客观的量化校准结果。为此我院新近购置了一台全自动小角度检定仪，该仪器是一种高精度的小角度测量仪器，用于检定和校准合像水平仪、电子水平仪、条式/框式水平仪、自准直仪等仪器的角度示值误差。该设备包括高精度电机升降装置、光栅测量装置、图像识别系统、被检放置平台、人机界面用检定软件等，人机配合密切，对检定员的操作技术要求也大大提高。本文详细讲解了关于半自动检测条式水平仪的检测方法和步骤，以及有针对性的介绍了在检定过程中遇到的问题和解决方法。

1、水平仪的介绍

水平仪作为一种小角度测量器具是测量被测面相对于水平面的倾斜角度、机床等导轨类设备的直线度、平面度和平行度等技术指标的常用标准器。

1.1水平仪的分类

水平仪按不同外形可分为框式水平仪和条式水平仪两种，在水平仪的分度值示值误差方面，框式水平仪和条式水平仪检测方法基本相同，本文选取条式水平仪为例进行研究。

1.2条式水平仪的内部构造及原理

条式水平仪多采用钢制外壳，工作面经过研磨加工，平面度要求控制在0.005mm/m以内，其工作面中间位置装有两端密封的纵长圆形状的玻璃管，管内部充以乙酸、酒精等液体，并留有一个小气泡，玻璃管内壁是一个具有固定曲率半径的曲面，在水平仪工作面产生倾角时，气泡就向水平仪升高的一端移动，水准泡内壁曲率半径越大分辨率越高；曲率半径越小，分辨率越低，因此水准泡的曲率半径决定了该产品的精度。玻璃管上在气泡两端均有刻度分划。气泡水平仪的原理是利用液面水原理，可根据气泡在玻璃管内位置直接反映出被测面相对于水平面（垂直位置）的微小夹角变化。

2、传统手动检测水平仪示值误差的方法

水平仪检定器是一种测量小角度的精密仪器，主要用于校准各种条/框式水平仪的分度值示值误差。

传统手动检测条式水平仪示值误差的方法：首先将条式水平仪放置在水平仪检定器工作台上，转动设备手轮，微微转动使待检水平仪的气泡右端对准右侧线纹，读取检定器微分筒的数值Si作为起始读数，读数读整数值；再转动检定器的手动鼓轮，使水平仪的气泡移动一格，显示读数为Si+1；然后依照次序一格一格移动被检水平仪的气泡并进行测量，得出被检水平仪受检间隔的分度值为a=Si+1—Si。再将水泡移动到左侧，检左侧线纹的分度值误差，重复上述动作，得出的数据，依据JJF框式水平仪和条式水平仪校准规范中有关公式计算被检水平仪的分度值误差。其计算过程繁琐、复杂，比较耗时。

、半自动检测水平仪示值误差的方法

全自动小角度检定仪（见图1）,由软件自动控制电机，可以精确升降，不同于传统检定水平仪示值误差的检定器，它省却人工调节，避免了操作误差。另外，软件可自动保存数据、自动计算检定结果并根据规程判定结论，可自动生成检定记录。

图1全自动小角度检定仪

以检定分度值为0.05mm/m的条式水平仪为例：

1）将条式水平仪平稳放置在工作平台的中间位置，锁紧两侧定位块使条式水平仪固定，如图2所示。

图2固定条式水平仪

2）调整起始检定位置：以选择检定方向从左至右为例，控制触摸屏“慢进”、“慢退”键使水泡的左圆弧端对准左侧刻度线的最右一条作为零位，如图 所示：

图 调整零位

）检定设置：点击“检定设置”键进入参数设置界面，选择“条/框式水平仪”，选择分度值“0.05mm/m”，选择被检点数“4”，选择检定方向从左至右，点击“确定”，如图4所示。

图4参数设置页面

4）设置完毕进入检定界面，按照屏幕提示信息进行操作。首先通过屏幕下方数字键输入此次检定编号，如图5所示，然后点击“确定”，点击“清零”，再点击“开始检定”，设备即进入起始位置一侧分度值检定。

图5检定界面

5）每到一个检定点，设备会发出很短的“嘀”声并提示使用者“请输入示值数据”，此时操作人员需观察水泡位置，读取水泡移动的格数并将示值输入，然后点击确定，设备自动进行下一检定点检定。

6）当该侧检定完成后会提示“切换检定方向—清零”，此时需重新控制面板上的电机“慢进”、“慢退”键使水泡靠最左侧，然后点击“清零”，点击“开始检定”，设备即进入另一侧检定。

7）重复步骤5，检定完成设备会发出较长的“嘀”声并提示“检定完成！”，此时可查看此次检定结果和相应曲线。

4、结束语

通过对比传统的检测水平仪示值误差的方法，详细讲述了全自动小角度检查仪半自动检测水平仪的方法和步骤。此方法采用步进电机代替人力、软件自动处理数据、出具检测报告，大大提高了工作效率和检测精度，避免了人脑计算的错误，得到了省、市级计量院、大型企业中心计量室的大力推广。另外，随着科学技术的进步，CCD全真模拟人眼读取示值，无需人眼观察读数，CCD识别精度优于1/20的格，避免了人工视觉误差和因反复查看微调导致的失误。自动读取水泡位置，也就是全自动检测水平仪示值误差，将是未来的一个发展方向。