Если у вас возникли сложности с курсовой, контрольной, дипломной, рефератом, отчетом по практике, научно-исследовательской и любой другой работой - мы готовы помочь.
Предоплата всего
Подписываем
Методы и средства измерений, испытаний и контроля: лекции I семестр, - 2013 г.
Измерительные средства
с оптико-механическим преобразованием
Измерительные средства с оптико-механическим преобразованием – это средства измерения, в которых при измерении главную функцию выполняют комплексы оптических и механических элементов: объективы, окуляры, призмы, зеркала и передвигающие их рычаги, стержни, направляющие и т.п. Все оптические элементы соединяются направляемыми потоками лучей, несущими в себе информацию об измеряемой детали.
Оптико-механические измерительные приборы могут быть контактными (оптиметры, длинномеры) и бесконтактными (микроскопы). Они могут обеспечивать измерение деталей по одной координате (оптиметры), по двум координатам (измерительные микроскопы, проекторы) или по трем координатам (универсальный измерительный микроскоп).
1. Оптиметры - это контактные оптико-механические приборы для измерения линейных размеров сравнением с мерой с преобразователем в виде рычажно-оптического устройства, которое малые перемещения измерительного наконечника преобразует в большие наблюдаемые перемещения шкалы.
Оптиметры состоят из трубки оптиметра, измерительного наконечника и устройства для установки трубки и базирования измеряемой детали.
Окулярная трубка оптиметра
Элементы оптико-механической схемы трубки разделяются на три группы: осветительную, преобразовательную и отсчетную.
Осветительная группа состоит из внешнего зеркала 1 и осветительной призмы 2.
Преобразовательная группа содержит угловую призму 4, объектив 5, внутреннее зеркало 6, измерительный стержень 8. В верхнем торце стержня 8 запрессован шарик, на который опирается нижняя поверхность зеркала 6, а на нижний участок стержня 8 надевается измерительный наконечник. В пластину 9 сверху запрессованы два опорных шарика, на которые опирается также нижняя поверхность зеркала 6. Линия, соединяющая вершины этих двух шариков, является осью поворота зеркала 6 при перемещениях стержня 8 вдоль оси присоединительной трубки В. Расстояние l между осью шарика в торце стержня 8 и общей осью опорных шариков в пластине 9 является механическим плечом рычага передачи трубки оптиметра.
Отсчетная группа состоит из стеклянной пластины 3 и окуляра 7. Пластина 3 имеет две зоны а и б, расположенные по разные стороны оси горизонтальной трубки А. Зона а окрашена. В краске вычищено окно, в котором нанесена шкала из 200 делений (±100). Ось этой шкалы смещена относительно оси горизонтальной трубки А на расстояние b; в зоне б также имеется окно, в котором нанесен неподвижный штрих-указатель.
Ход лучей. Поток лучей, посланный призмой 2 на пластину 3 в зону а, проходит сквозь окно и несет дальше изображение шкалы. Затем лучи падают на угловую призму 4, преломляются в ней под углом 90° и попадают вместе с изображением шкалы в объектив 5.
Здесь происходит автоколлимация лучей. При автоколлимации лучи, а с ними и изображение шкалы проходят через объектив 5, падают на зеркало 6, отражаются обратно в объектив 5 и выносят из него изображение шкалы по другую сторону фокусной оси. Затем лучи с изображением шкалы преломляются в призме 4 и падают на пластину 3, но уже в зоне б. Здесь мы видим в увеличенном виде через окуляр 7 изображение шкалы, наложенное на штрих-указатель.
Перемещение х стержня 8 вызывает соответственный поворот на угол α зеркала 6, а значит, и пропорциональное ему перемещение изображения шкалы у относительно неподвижного штриха-указателя.
Измерительные наконечники
Оптиметры комплектуются со сменными измерительными наконечниками, которые надевают на измерительные стержни.
Различают:
- сферические наконечники - для измерения плоских и цилиндрических изделий размера более 10 мм;
- ножевидные наконечники - для измерения плоских и сферических изделий размером менее 10 мм;
- плоские наконечники – для проверки перпендикулярности измерительного стержня плоскости измерительного стола.
Устройства для установки трубки и базирования измеряемой детали
По расположению линии измерения оптиметры разделяют на вертикальные и горизонтальные. Благодаря единому присоединительному размеру (28 мм) трубки их взаимозаменяемы. Различие состоит в устройствах базирования измеряемых деталей.
Вертикальные оптиметры – это станковые приборы, в которых базирующим устройством являются стойки (штативы). Ось присоединительной трубки оптиметра располагается вертикально. На практике используют вертикальные оптиметры ОВО, ОВЭ, ИКВ.
Горизонтальные оптиметры – это станковые приборы, на которых присоедини тельная трубка оптиметра, расположена горизонтально.
Широкое применение нашли горизонтальный оптиметр ИКГ с валом и ОГО-1 со станиной.
Горизонтальный оптиметр с валом ИКГ состоит из:
Основные метрологические характеристики
Цена деления: 0,001 мм.
Диапазон показаний по шкале: ±0,1 мм.
Предел измерений различный в зависимости от исполнения.
ИКВ – 180 мм, ИКГ – 350 мм
Вертикальные оптиметры применяют для измерения только наружных длин и диаметров.
Горизонтальные оптиметры применяют для измерения как наружных, так и внутренних длин и диаметров с помощью специальных съемных приспособлений).
2. Длиномеры – это оптико-механические контактные приборы, оснащенные подвижной шкалой, расположенной на линии измерения.
В длинномерах полностью соблюдается принцип Аббе: при измерении методом сравнения с мерой погрешность измерения будет меньше, если меру и измеряемый размер располагать на одной прямой.
Длиномерами измеряют наружные размеры деталей, как методом непосредственной оценки, так и методом сравнения с мерой.
Длиномеры разделяют на вертикальные и горизонтальные.
Горизонтальные длинномеры представляют собой приборы с той же измерительной системой, что и горизонтальные оптиметры со станиной, но вместо трубки оптиметра установлено длиномерное устройство. Все основные конструктивные элементы прибора совпадают, а порой и унифицированы с горизонтальным оптиметром со станиной.
Основные модели длиномеров:
ИЗВ-1, ИЗВ-2 – вертикальные окулярные;
ИЗВ-3 – вертикальный экранный;
ИЗВ-5 – вертикальный автоматизированный;
ИКУ-2 – горизонтальный;
ИЗГ-5 – горизонтальный с ЭВМ.
Диапазон измерения вертикальных длиномеров зависит от высоты колонки: ИЗВ-1 - 250 мм; ИЗВ-2 - 150 мм; ИЗВ-3 и ИЗВ-5 - 160 мм.
Диапазон измерения горизонтальных длиномеров: наружных размеров призматических деталей 0-500 мм, цилиндрических деталей от 0-225 мм; внутренних размеров ИКУ-2: 10-200 мм, ИЗГ-5: 1-400 мм.
Цена деления: ИЗВ-1, ИЗВ-2 и ИКУ-2 – 0,001 мм; ИЗВ-5 - 0,0001 мм; ИЗГ-5 - 0,0002 мм.
3. Измерительные микроскопы - это бесконтактные оптические приборы, на которых, наблюдая в увеличенном виде контуры детали, измеряют линейные и угловые размеры элементов этих контуров в прямоугольных или полярных координатах.
Процесс измерения на них осуществляется только непосредственной оценкой по линейным и угловым шкалам этих приборов.
Измерительные микроскопы разделяются на две основные группы: инструментальные и универсальные. Отличие между этими группами определяется диапазонами измерения, ценой деления шкал и наличием дополнительных устройств, расширяющих возможности прибора.
Общепринятые сокращения:
БМИ – большой микроскоп инструментальный;
ММИ - малый микроскоп инструментальный;
УИМ – универсальный измерительный микроскоп
У БМИ c = 0,005 мм с пределом показаний 25 мм. Установкой между торцом микровинта и упорной площадкой стола концевой меры можно расширить предел измерения до 150 мм в продольном и до 50 мм в поперечном направлении. Цена деления угловой шкалы 1´.
4. Измерительные машины – это оптико-механические контактные приборы, оснащенные шкалами и устройствами отсчета для измерения деталей больших размеров, методами непосредственной оценки или сравнением с мерой. Имеют 2 шкалы: трубка оптиметра и микроскоп.
Выпускаются с диапазоном измерений 1; 2; 4 м. Цена деления 0,001 мм. Наибольший диаметр измеряемой детали – 50 мм, наибольшая масса – 10 кг.
5. Интерферометры – это оптико-механические приборы для измерения линейных размеров, в которых оптико-механическое преобразование происходит с использованием интерференции света.
Основным их назначением является измерение и аттестация концевых мер длины, измерение калибров, аттестация образцовых деталей и т.д.
Вертикальный (ИКПВ) и горизонтальный (ИКПГ) интерферометры имеют одинаковые трубки, но отрегулированы на разные измерительные усилия в связи с разным расположением в пространстве.
Цена деления шкалы - регулируемая, предпочтительные цены деления 0,05; 0,1 и 0,2 мкм.
Число делений шкалы 100 (±50).
Диапазон показаний 5, 10 и 20 мкм.
Диапазон измерения для вертикального до 150 мм, для горизонтального до 500 мм.
6. Проекторы – это бесконтактные оптические измерительные приборы, позволяющие получить на экране увеличенное изображение контура детали и измерить размеры отдельных элементов этого контура по шкалам прибора или весь контур сравнить с контуром чертежа.
Различают следующие методы работы на проекторах.
Экраны изготавливают прозрачными или непрозрачными.
Прозрачные – более резкое и четкое изображение контура, но требуют наблюдение по нормали к поверхности экрана.
Цена деления при линейных измерениях 1 мкм, при угловых 2´; 3´; 5´ в зависимости от модели.
Лекция 6
Измерительные средства
с электрическим преобразованием
Измерительные средства с электрическим преобразованием – это средства измерения, в которых преобразование измерительной информации осуществляется через преобразование рода или параметров электрического тока.
Функциональная схема
1
ПП
2
ЭБ
3
ОУ
АЦП
ЭВМ
Наибольшее распространение получили приборы с индуктивным способом преобразования (приборы с индуктивным датчиком). Реже применяют приборы с емкостным датчиком. В контрольных автоматах находят применение фотоэлектрические и электроконтактные датчики.
1. Измерительные приборы с индуктивным датчиком
Измерительные приборы с индуктивным датчиком – это измерительные средства с электрическим преобразованием, в которых линейные или угловые перемещения вызывают изменения индуктивности электрической цепи.
Индуктивность - это физическая величина, характеризующая магнитные свойства электрической цепи. Ток, текущий в проводящем контуре, создает в окружающем пространстве магнитное поле, причем магнитный поток Ф, пронизывающий контур, прямо пропорционален силе тока I, т. е. Ф= LI.
Электрическая схема приборов этого вида состоит из датчика, в котором механические перемещения вызывают изменение индуктивности, и элементов цепи, представляющих собою электрическую цепь измерения индуктивности.
Схема индуктивного датчика состоит из катушек индуктивности, т.е. проводника, свернутого в спираль, магнитопровода, состоящего из сердечника (постоянной части) и якоря, который при измерении размера смещается относительно катушки и этим самым изменяет магнитную проницаемость (сопротивление) сердечника, а, следовательно, изменяет индуктивность катушки.
Изменение индуктивности происходит либо в результате изменения зазора между подвижной частью магнитопровода-якоря и сердечником (а, в), либо в результате изменения площади (б, г). Индуктивные датчики бывают недифференциальными (а, б) и дифференциальными (в, г).
Понятие дифференциальные датчики и дифференциальные измерения относится не только к датчикам, это понятие широко используется при измерении линейных и угловых размеров. Этот термин связан с термином «дифференциальный механизм», т.е. механизм, который позволяет получить результирующее движение как сумму или разность составляющих движений.
При дифференциальных схемах измерения многие внешние факторы влияют одновременно на 2 измерительные цепи и, следовательно, не влияют на соотношение их параметров, таким образом, удается снизить погрешность от влияния внешней среды на измерения.
Датчики, работающие по принципу изменения зазора используются для измерения малых перемещений от долей мкм до 3…5 мм.
Датчики, работающие по принципу изменения площади применяют для измерения перемещения от 0,5 до 15 мм.
В зависимости от области применения различают датчики осевого и бокового действия.
В датчиках осевого действия обычно стремятся обеспечить размер присоединительного цилиндра 8 или 28 мм.
Датчики с присоединительным размером 28 мм используют при необходимости иметь катушки с большой индуктивностью, т.е. обеспечить или малую цену деления (0,02 мкм), или большой диапазон показаний (до 4 мм). Во всех остальных случаях используются датчики с присоединительным размером цилиндра 8 мм. Это дает возможность проводить измерения до 1 мм.
Датчики с большой индуктивностью дают достаточно мощный выходной сигнал, который можно использовать без дополнительного усиления.
В приборах с индуктивным датчиком в отличие от приборов с механическим преобразованием можно получить в одном приборе несколько цен делений и соответственно несколько диапазонов показаний. Обыкновенно стремятся создать гамму приборов с индуктивным датчиком с учетом удовлетворения потребностей в средствах измерения при различных случаях использования.
Цены деления устанавливают в соответствии с ранее указанным рядом чисел 1, 2, 5. Для индуктивных систем эти цены делений бывают от 0,00001 до 0,05 мм (0,00001; 0,0001; 0,0002; 0,0005; 0,001; 0,002; 0,005; 0,010; 0,050 мм).
Диапазон показаний обычно устанавливают, исходя из делений, наносимых на шкале. У разных приборов наносят 40 (±20); 60 (±30) и 100 (±50) делений.
По количеству используемых датчиков приборы выпускаются либо с одним, либо с двумя датчиками. При использовании двух датчиков осуществляется алгебраическое суммирование величин перемещений (т.е. сложение с учетом знака). В таких приборах обычно один датчик обозначен буквой А, а другой Б и имеется дополнительный тумблер А + Б и А — Б. С помощью двух датчиков можно осуществлять различные измерения, при которых либо сам параметр требует алгебраического суммирования (например, измерение конуса), либо использование двух датчиков позволяет исключить погрешность базирования детали на измерительной позиции (например, при измерении толщины тонких деталей, которые имеют изогнутую поверхность).
Такой вид измерения, когда значения размера определяются как результат перемещения двух датчиков, тоже часто называют дифференциальным измерением.
2. Измерительные приборы с емкостным датчиком
Измерительные приборы с емкостным датчиком – это измерительные средства с электрическим преобразованием, в которых линейные (или угловые) перемещения преобразуются в изменения электрической емкости электрической цепи.
Датчик в этих приборах является электрическим конденсатором. Электронный блок представляет собой устройство, предназначенное для измерения электрической емкости.
Емкостный датчик - устройство для преобразования механических перемещений в электрический сигнал, представляющее собой плоскопараллельный или цилиндрический электрический конденсатор, у которого при изменении линейного или углового размера меняется зазор между пластинами или площадь их взаимного перекрытия.
Емкостные датчики разделяются на недифференциальные и дифференциальные.
Недифференциальным емкостным датчиком (а, б) называется датчик, состоящий из одного конденсатора, включающего подвижную и неподвижную обкладки, разделенные воздушным зазором, причем подвижная обкладка связана с измерительным наконечником, воспринимающим изменение размера.
У недифференциального датчика, работающего по изменению зазора между параллельными обкладками (а), изменение емкости С связано с изменением расстояния между обкладками l, т.е. с изменением измеряемого размера:
С = ε S / l
где ε - диэлектрическая проницаемость; S — полезная площадь обкладок.
Недифференциальный датчик, работающий по изменению площади перекрытия пластины (б), чаще всего представляет собой два коаксиальных цилиндра с зазором, значительно меньшим, чем диаметры. У этих датчиков изменение емкости С связано с изменением длины перекрытия пластин l, т.е. изменением измеряемого размера:
С = 27,8·10-3 ε l / (D - d),
где D и d — диаметры наружной и внутренней обкладок.
Дифференциальным емкостным датчиком называется датчик, содержащий два или более (четное число) конденсаторов, емкости которых изменяются с разным знаком, причем подвижная обкладка связана с измерительным наконечником, воспринимающим изменение размера (в, г).
Дифференциальные емкостные датчики, работающие по принципу изменения зазора (в), имеют рабочие конденсаторы, состоящие как минимум из двух плоских неподвижных пластин круглой или прямоугольной формы и как минимум одной подвижной пластины, расположенной между ними (т.е. как бы два конденсатора).
Дифференциальные датчики, работающие по принципу изменения полезной площади (г), также имеют две неподвижные и одну подвижную обкладки цилиндрической формы.
Для повышения полезной емкости датчиков их чаще всего делают состоящими из нескольких пластин с сохранением принципа действия по зазору или из нескольких цилиндров при работе по перекрытию площадей.
Достоинства приборов с емкостным датчиком:
Бесконтактные измерения обеспечиваются когда одна из обкладок конденсатора является поверхностью измеряемой детали.
Недостатки приборов с емкостным датчиком:
Лекция 7
Измерительные средства
с пневматическим преобразованием
Измерительные средства с пневматическим преобразованием – это средства измерения, в которых преобразование измерительной информации осуществляется путем изменения параметров сжатого воздуха в воздушной магистрали при его истечении.
Принцип действия всех пневматических приборов для измерения линейных размеров основывается на положении, о том, что если в какой-либо магистрали воздухопровода (камере) находится воздух под давлением и выпускается через небольшое отверстие в атмосферу или в любую другую среду с номинально постоянным давлением, то расход G воздуха через это отверстие в общем виде будет зависеть от площади f проходного сечения отверстия и от давления р внутри магистрали, т.е. G = F(pf). Если же обеспечить постоянство давления внутри воздухопровода, то расход воздуха будет зависеть только от площади проходного сечения отверстия.
Отверстия, через которые происходит истечение газа (в нашем случае воздуха) или жидкости, широко используются в технике для разных целей (например, в реактивных двигателях) и называются соплами.
Сопло – это специально спрофилированный закрытый канал, предназначенный для разгона жидкостей или газов до заданной скорости и придания потоку заданного направления.
Для измерения линейных размеров сопла, из которых происходит истечение воздуха (их чаще всего называют измерительные сопла), имеют внутреннюю цилиндрическую поверхность (цилиндрические сопла) или в виде прямоугольного профиля (щелевые сопла).
Пневматическая система обладает характерным свойством: если на пути распространения воздушного потока вблизи отверстия поставить предмет, оказывающий препятствие истечению сжатого воздуха, то расход воздуха изменится, а также изменится давление в воздушной магистрали около сопла. Сочетание сопла с находящимся перед ним предметом получило название сопло-заслонка. В качестве заслонки используется либо поверхность измеряемой детали (бесконтактные измерения), либо элемент конструкции измерительного устройства, положение которого связано с измеряемой деталью (контактные измерения).
Для обеспечения постоянного давления воздуха прибор снабжается стабилизаторами (устройствами для стабилизации давления) и фильтрами (устройствами для очистки воздуха от примесей: взвешенных частиц, паров воды, масла и т.д.). Очень часто эти устройства объединяются конструктивно в один узел под названием блок (узел) подготовки воздуха, реже - блок (узел) фильтра-стабилизатора.
Для измерения линейных размеров наиболее широко применяют:
- ротаметрические приборы - расходомеры постоянного перепада давления;
- манометрические приборы - расходомеры переменного перепада давления.
Пневматические измерительные средства постоянного перепада давления
(приборы ротаметрического типа)
Ротаметрические приборы – это приборы с отсчетным устройством для измерения расхода воздуха, в которых в воздушном потоке помещается поплавок, воспринимающий динамическое давление потока и перемещающийся в вертикальном направлении по потоку в зависимости от величины расхода, изменяющегося из-за изменения проходного сечения измерительного сопла.
При этом площадь проходного сечения в воздушной магистрали прибора изменяется таким образом, что перепад давления по обе стороны поплавка остается практически постоянным. Единственным получившим широкое распространение видом приборов этого типа для измерения линейных размеров является ротаметр (длиномер пневматический высокого давления).
Схема длиномера высокого давления (ротаметра)
В магистрали воздухопровода прибора находится стеклянная трубка 5 с внутренней конической поверхностью, внутри которой помещен поплавок 6. Воздух через кран 1 поступает в узел подготовки воздуха 2, где он очищается фильтром 12 и стабилизируется (создается постоянное давление) стабилизатором 11. Величину этого давления можно определить по манометру 3. Очищенный и стабилизированный воздух поступает снизу в вертикально расположенную трубку 5 и далее через измерительное сопло 7 в атмосферу. Если закрыть полностью сопло 7, то расхода воздуха не будет и поплавок 6 опустится вниз трубки 5. Если же открыть сопло 7, то воздушный поток, проходя через трубку 5, будет поднимать поплавок до момента, когда сила воздушного потока, связанная с расходом воздуха, уравновесится силой тяжести поплавка. В этом положении поплавок «зависает» в трубке и его положение по высоте может быть отсчитано по шкале 4, которая градуируется в микрометрах изменения зазора S между соплом 7 и измеряемой деталью 8. В схеме прибора предусмотрен вентиль (кран) 9, через который можно выпускать часть поступающего воздуха в атмосферу, изменяя общий расход воздуха. С помощью этого вентиля можно сместить положение поплавка при установке начального зазора (поднять поплавок, не изменяя зазора у измерительного сопла 7). Другой вентиль 10 вместе с дополнительным соплом (дросселем - сужающим устройством в воздухопроводе) используется для изменения чувствительности прибора и даже при перенастройке его на другую цену деления. С увеличением степени открытия вентиля 10 расход воздуха увеличивается, а чувствительность прибора уменьшается (увеличивается диапазон показаний).
Конструкция прибора состоит из трех функциональных узлов:
I – узел подготовки воздуха (фильтр-стабилизатор);
II - узел отсчетного устройства;
III - узел оснастки с измерительным соплом (или соплами).
Характерной особенностью конструкций является возможность создания блоков, имеющих до 10 показывающих устройств, для осуществления так называемых многомерных измерений.
Цена деления: 0,1; 0,2; 0,5; 1; 2; 5 и 10 мкм. При этом известны приборы, в которых переход с одной цены деления на другую осуществляется заменой поплавка, реже - поплавка вместе с трубкой.
Диапазон показаний: 5, 10, 20, 35, 60, 100, 160 мкм.
Пневматические измерительные средства переменного перепада давления
(приборы манометрического типа)
В пневматических приборах для измерения линейных размеров используется несколько измененная схема расходомера переменного перепада давления.
P=const
p=f(S)
p
В данных приборах создается рабочая камера 1, в которую подается стабилизированный воздух под рабочим давлением P. В камере установлено дополнительное сопло 2, которое называют входным соплом, а иногда головным. Воздух из камеры истекает в атмосферу через зазор S у измерительного сопла 4. В этом случае измерительное давление p в пространстве между входным и измерительным соплом, называемом измерительной камерой, зависит от величины расхода Q, т.е. от величины зазора S (определенных пределах этого зазора). Изменение давления p под влиянием изменения зазора (а это равносильно изменению размера L или величины перемещения измеряемой поверхности) производится с помощью манометра 3.
Отличительной особенностью манометрических приборов является возможность создания дифференциальных схем измерения, в которых измеряемые величины определяются как результат двух перемещений. Для пневматических приборов дифференциальное измерение - это измерение разности двух давлений от измерительных сопел, при этом оба давления могут быть связаны с изменением измеряемого размера, либо одно давление является постоянным, а другое зависит от измеряемого размера.
Схема дифференциального пневматического прибора манометрического типа
p1 - p2
P=const
Сжатый воздух с постоянным давлением после стабилизатора 10 разделяется на две ветви I и II, в каждой из которых находятся входные сопла 1 и 9.
Измерительное давление p1 в измерительной камере ветви I зависит от рабочего давления P, диаметра d1(I) входного сопла 1, диаметра d2(I) измерительного сопла 4 и зазора S1, т.е. величины размера L1, детали 5.
Измерительное давление p2 в измерительной камере ветви II зависит от рабочего давления P, от диаметра d1(II) входного сопла 9, диаметра d2(II) измерительного сопла 8 и зазора S2 у торца этого сопла.
Разность давления (перепад давления) p2 - p1 в измерительных ветвях измеряется с помощью дифманометра 2, показания которого на шкале 3 отградуированы в единицах длины сравниваемых размеров L1 и L2 деталей 5 и 6.
Обычно стремятся, чтобы d1(I) = d1(II) = d1 и d2(I) = d2(II) = d2 для обеспечения равных передаточных чисел обеих ветвей. С помощью дифференциальных схем можно измерять не только разность размеров, но и один размер. Для этого в одну измерительную ветвь, например II, вместо измерительного сопла 8 устанавливают сопло 7 с постоянным проходным сечением. Такое сопло называется вентилем противодавления (соплом противодавления). Проходное сечение вентиля 7 регулируют при наладке прибора, в процессе измерения оно остается постоянным. С помощью противодавления устанавливают начало отсчета на шкале.
Измерительная оснастка, используемая с пневматическими приборами
1. Бесконтактные измерения.
Наиболее часто для универсального использования применяют приборы с одним измерительным соплом (рис). Приведенная форма рабочей части сопла может быть выполнена в виде отдельной детали, чаще всего с присоединительным цилиндром диаметром 8 мм, за который сопло устанавливается на измерительной позиции.
При бесконтактных измерениях внутренних диаметров используют пневматические первичные преобразователи (пневматические пробки).
В этих пробках в корпусе имеются как правило 2 измерительных сопла (через 180°), т.е. это измерительное устройство с двухточечной схемой измерения.
Корпус пробки несколько меньше, чем диаметр измеряемого отверстия (на 5-15 мкм). Торец сопла несколько ниже наружной поверхности корпуса, на нем делают продольные и поперечные пазы (канавки) для выхода воздуха в атмосферу.
Диапазон изготовляемых пробок 3-160 мм (завод «Калибр») с диаметрами сопел 0,7; 1,0; 1,5; 2,0 мм.
Данные пробки используют в серийном и массовом производстве, где их размеры изготовляют не только для каждого номинального диаметра, но и практически для каждого поля допуска. Для настройки прибора с пробками на размер используют установочные кольца.
2. Контактные измерения.
Контактные измерения пневматическими приборами осуществляются установкой измерительного сопла в измерительную головку, у которой изменяется положение заслонки относительно сопла при изменении положения измерительного наконечника, имеющего механический контакт с измеряемой поверхностью. Такие головки так же, как и измерительные, разделяют на головки осевого и бокового действия.
Лекции 8-9
Специальные средства измерения
Специальными называются средства измерения, предназначенные для измерения специфичных элементов у деталей определенной геометрической формы или для измерения значений специальных параметров у деталей вне зависимости от их геометрической формы.
К специальным средствам измерения деталей определенной геометрической формы относятся:
К специальным средствам измерения значений специальных параметров относятся:
Калибры
Калибры – это средства измерения в виде меры, имеющие форму поверхности, противоположную (обратную) контролируемому объекту.
Калибр представляет собой меру, которая имеет форму сопрягаемой поверхности.
Вся совокупность существующих калибров разделяется на две группы:
- нормальные;
- предельные.
Нормальные калибры – это калибры, размеры которых соответствуют номинальным размерам контролируемого объекта.
В настоящее время используются только некоторые виды нормальных калибров: шаблоны, щупы, конусные калибры.
Шаблон - нормальный калибр для проверки отклонений формы и положения в сечении плоскостью поверхности проверяемой детали.
Как правило, шаблоны применяют при изготовлении деталей со сложной поверхностью. Прикладывая шаблоны к поверхности детали или изделия, определяют либо по просвету, либо вспомогательными средствами степень совпадения шаблона и проверяемого объекта.
В машиностроении широко распространены:
- радиусные шаблоны - для проверки радиусов кривизны выпуклых и вогнутых поверхностей;
- резьбовые шаблоны – для проверки шага резьбы.
Щуп - нормальный калибр для проверки зазора между плоскостями.
Щупы изготовляют в виде наборов пластин разной толщины (например, от 0,02 до 0,1 мм через 0,01 мм; от 0,1 до 1 мм через 0,1 мм и т.д.). При применении щупов либо используется один, либо складывают два щупа и более.
Конусные калибры также относятся к нормальным калибрам (рассмотрим ниже).
Предельные калибры – это калибры, размеры которых соответствуют предельным размерам контролируемых объектов
Поскольку размеры детали имеют два предельных значения (наибольший и наименьший), то предельные калибры используются обычно в паре. Такие калибры получили общее название предельные. Один из этих калибров называют проходным, а другой - непроходным.
Проходной калибр (ПР) – это калибр, контролирующий предельный размер, соответствующий максимуму материала проверяемого объекта.
Т.е. проходной калибр при контроле вала контролирует наибольший (предельный) допускаемый размер вала , а при контроле отверстий - наименьший (предельный) допускаемый размер отверстия.
Проходной калибр всегда ограничивает размер детали у границы исправимого брака (большой вал и маленькое отверстие можно исправить дополнительной обработкой).
Непроходной калибр (НЕ) – это калибр, контролирующий предельный размер, соответствующий минимуму материала.
Аналогично предыдущему непроходной калибр проверяет наименьший размер вала и наибольший размер отверстия (непроходной калибр ограничивает границы неисправимого брака).
Приборы для измерения элементов резьбы
Всю совокупность методов и средств измерения резьбы можно разделить на две группы - для комплексного контроля и для измерения отдельных элементов (дифференцированные измерения).
Комплексные средства контроля резьбы
Проходной калибр ПР должен свободно свинчиваться. Непроходной калибр НЕ не должен свинчиваться.
Дифференцированное измерение резьбы
Выделяют три группы методов и средств измерения:
1) среднего диаметра резьбы:
- на универсальном или инструментальном микроскопе (УИМ и БМИ);
- с использованием проволочек;
- микрометром со вставками.
2) шага резьбы:
- с помощью резьбовых шаблонов (номинальный шаг);
- на универсальном или инструментальном микроскопе (УИМ и БМИ);
- на специальных приборах (измерительных машинах).
3) угла профиля резьбы.
Основными средствами измерения угла профиля резьбы являются инструментальный и универсальный микроскопы.
Методы и средства измерения углов
Существуют следующие методы измерения углов:
1. Сравнение угла с мерой, имеющей постоянное значение угла
К этому виду относится вся совокупность угловых мер, которые в принципе представляют собой нормальные калибры. Эти меры часто называют «жесткими мерами».
Наибольшее применение имеют меры в виде угловых шаблонов, призматических угловых мер, угольников и конусных калибров.
Призматические угловые меры - это меры постоянного значения угла, представляющие собой геометрическую фигуру в виде прямой призмы. Наибольшее распространение получили четыре разновидности угловых мер:
В отношении угловых мер можно провести полную аналогию с плоскопараллельными концевыми мерами длины.
Их изготовляют наборами с различной градацией значения угла (через 2°, 1°, 1´, 15´´) при различных номинальных значениях до 90°.
Угловые меры имеют доведенные поверхности, являющиеся сторонами рабочего угла. Плоскопараллельные концевые меры можно рассматривать как угловые меры с рабочим углом 180°.
Как и концевые меры длины, угловые меры изготовляют нескольких классов точности (00, 0, 1 и 2). Угловые меры, как и концевые, аттестуются разрядами.
Рабочие поверхности угловых мер обладают свойством притираемости и из них могут создаваться блоки. Сцепление угловых мер менее надежно, чем у концевых мер, из-за небольшой ширины измерительных поверхностей и относительно большой высоты угла. Поэтому для угловых мер при образовании блоков предусмотрены струбцины.
Применение угловых мер обычно осуществляется двумя способами:
1. Меру с номинальным значением угла контролируемой детали прикладывают к одной стороне проверяемого угла и определяют совпадение по другой стороне.
2. Жесткая мера используется в качестве установочной меры и отклонение измеряемого угла от угла меры определяется по показаниям измерительной головки с учетом ее положения.
,
где p - показание измерительной головки; m - расстояние от неподвижной точки контакта до вершины угла.
Угольники – это угловые меры с рабочим углом 90°.
В машиностроении наиболее часто предъявляют требование к перпендикулярности сторон детали, т.е. к обеспечению угла 90°.
Существуют три основные конструктивные формы угольников:
- плоские (лекальные);
- цилиндрические;
- Г-образные.
Применение угольников аналогично применению угловых мер.
Конусные калибры - относятся к группе нормальных калибров.
Существуют два способа использования конусных калибров - по базорасстоянию и по краске.
Контроль калибрами по базорасстоянию заключается в определении осевого положения калибра относительно изделия. Для этих целей на конусных калибрах указаны пределы допускаемого осевого смещения.
Контроль калибрами по краске заключается в том, что на коническую поверхность калибра наносят слой краски, после чего калибр сопрягают с контролируемым изделием и поворачивают на 3/4 оборота. После извлечения калибра по пятнам краски на поверхности изделия судят о степени прилегания калибра к изделию.
2. Сравнение с углом, на который настраивается измерительное средство
Основными видами этих измерительных средств являются синусные и тангенсные линейки. На практике наиболее распространены синусные линейки.
Синусная линейка – это специальная линейка в виде прямоугольного параллелепипеда с двумя цилиндрическими роликами (шариками) на концах.
Конструкции синусных линеек универсального применения обычно имеют ролики, расположенные на расстоянии 100-500 мм (базовая длина). Верхняя поверхность линейки плоская с несколькими резьбовыми отверстиями для закрепления детали. Синусные линейки, как правило, «воспроизводят» углы не более 45°.
Синусную линейку располагают на плите, под один из роликов линейки устанавливают блок концевых мер длины размером h, который подсчитывают по формуле h = Lsinα, где α - угол, на который требуется установить синусную линейку, L - расстояние между осями роликов. Верхняя поверхность линейки оказывается в этом случае наклоненной к поверхности плиты на требуемый угол α.
Наиболее часто на синусных линейках измеряют углы конусов. Деталь укладывают на поверхность линейки вершиной измеряемого угла в направлении к ролику, под который устанавливают блок концевых мер. С помощью измерительной головки, установленной на штативе или стойке, определяют разность высот положения образующей угла детали от плиты и по этим данным находят, насколько измеряемый угол отличается от настроенного синусной линейкой. Принцип синусной линейки широко используется в различных механизмах.
3. Сравнение с углом на угловой шкале прибора
В данных измерительных средствах имеется угломерная шкала, которая представляет собой многозначную угловую меру. Иногда эта мера имеет диапазон показаний 360° (т.е. замкнутая шкала), в этом случае ее часто называют лимбом. Этот метод измерения часто называют гониометрическим методом.
Типичными и наиболее распространенными приборами этого вида являются гониометры, оптические делительные головки, угломеры, уровни. К рассматриваемому способу относится и измерение с помощью угловой шкалы на универсальном микроскопе.
Гониометр - это оптико-механический прибор для измерения углов, образованных плоскими поверхностями, способными отражать световые лучи.
Принцип измерения на гониометре заключается в следующем.
Осуществляется последовательная фиксацию положения плоских поверхностей измеряемого угла и при каждой фиксации отсчитывают значение угла по лимбу гониометра. Обычно используют два способа измерения - коллимационный (б) и автоколлимационный (в).
б)
а)
При коллимационном способе измерения деталь (а) с измеряемым углом устанавливают на предметный столик, соосно которому в приборе; расположен лимб 2. Столик вместе с деталью поворачивают до такого положения, чтобы параллельный луч света из коллиматора 3 отразился от плоской поверхности детали 1 и попал в объектив зрительной трубы 4. Изображение щели коллиматора совмещают с вертикальной линией окулярной сетки трубы и производят первый отсчет по лимбу 2 гониометра. После этого столик с деталью поворачивают до момента отражения пучка света из коллиматора в трубу от другой грани измеряемого угла и производят второй отсчет.
Разность отсчетов равна дополнительному изменяемому углу, т.е. α = 180 - β, где α - измеряемый угол; β - разность значений угла, полученная двумя отсчетами.
При автоколлимационном способе (б) измерения осуществляют с помощью автоколлиматора. Световые лучи от марки автоколлиматора параллельным пучком попадают на поверхность детали 1 и, отразившись (поверхность угла должна быть перпендикулярна оптической оси), дают изображение в плоскости окулярной сетки. После совмещения изображения марки с вертикальной линией окулярной сетки производят первый отсчет по лимбу 2 гониометра. После поворота столика с деталью до отражения света от второй поверхности угла производят второй отсчет. Значение угла определяют, как и при первом способе измерения.
Цена деления 1", 2", 5", 10", 30".
Основное назначение гониометров - аттестация призматических угловых мер.
Оптические делительные головки – это оптико-механические приборы для измерения и разметки углов у деталей, устанавливаемых в центрах.
Угломеры – накладные приборы для измерения углов, в которых отсчет угла по шкале производится с помощью нониуса.
Угломер в какой-то мере аналогичен штангенциркулю, так как имеет две измерительные поверхности, из которых одна связана со шкалой, а другая с нониусом.
Угломеры делятся по пределам измерений 180-360 и по возможности измерения наружных и внутренних углов.
Цена деления нониуса: 2´, 5´, 15´.
Уровни - средства определения горизонтальности поверхности и измерения небольших отклонений от нее.
Наибольшее распространение получили ампульные уровни, у которых чувствительным элементом является ампула, которая представляет собой стеклянную трубку, часть внутренней поверхности которой выполнена по дуге окружности большого радиуса. Внутренняя поверхность трубки имеет замкнутый объем, который заполнен почти полностью жидкостью. Небольшая часть внутреннего объема, свободная от жидкости, заполнена парами этой жидкости и образует «пузырек», который является указателем для отсчета наклона ампулы по шкале, нанесенной на ее наружной поверхности.
Кроме того применяются рамные, брусковые и микрометрические уровни.
4. Координатный метод измерения
Принцип измерения этим методом заключается в том, что измеряют линейные размеры прямоугольного треугольника, одним из углов которого является измеряемый угол, и по одной из тригонометрических функций определяют значение угла. Процесс измерения сводится к измерению координат точек, образующих треугольник.
Наиболее часто этот метод измерения используют на измерительных микроскопах и координатно-измерительных машинах.
К координатным методам измерения углов с некоторой условностью можно отнести и пневматические приборы для измерения конусов, которые часто называют конусными пневматическими калибрами. В этих калибрах имеется две пары независимых сопл, расположенных в одной осевой плоскости на определенном расстоянии друг от друга. В каждом сечении, перпендикулярном оси, два сопла расположены через 180° и измеряют диаметр в определенном сечении.
В отсчетном устройстве производится сопоставление разности этих диаметров и по шкале можно отсчитать отклонение угла от настроенного и направление этого отклонения.