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
Литература
Лекция 1
Современное машиностроение можно охарактеризовать как взаимозаменяемое производство, отличающееся высокой производительностью и точностью изготовления.
Эти возможности взаимозаменяемого производства обеспечиваются как наличием соответствующей документации, станков, приспособлений и режущего инструмента, так и наличием соответствующих измерительных средств, обеспечивающих измерение с необходимой точностью в разных местах, разными операторами, с заданной производительностью.
Основным видом измерений, осуществляемых в машиностроении, является измерение линейных и угловых размеров.
В машиностроении 90 – 95 % всех измерений приходится на измерение линейных размеров.
Основной задачей при создании новых и модернизации существующих измерительных средств должно быть повышение качества и эффективности современного производства.
Слово «метр» является французским словом, metre от греческого metron, что означает мера.
Метр – это длина пути, проходимого светом в вакууме за 1/299792458 долю секунды.
Слово «градус» латинского происхождения и означает «ступень».
Под техническими измерениями обычно принято понимать измерение линейных и угловых величин.
Основные понятия и определения
Измерение – процесс сравнения фактической величины с некоторым ее значением, принятым за единицу. Единицы фактической величины установлены соответствующими документами. Например: единицей измерения принят метр, а также используют меньшие единицы как часть от метра. Поэтому когда мы измеряем длину какой-то детали с помощью масштабной линейки, мы сравниваем ее длину с длиной нанесенных на линейках делений.
Контроль – разновидность измерения, когда в результате процесса сравнения устанавливают соответствие объекта контроля заданным предельным значением фактической величины.
Результаты контроля не выдаются в виде значения фактической величины, а чаще всего дается информация о годности и негодности контролируемого объекта или параметра, а иногда по результатам контроля предпринимаются какие-либо действия по управлению процессом производства или выдаются команды на разделение контролируемых объектов на размерные группы в процессах определенных значений или разделение контролируемых деталей на группы годности (годные и брак).
Чаще всего, когда измерение проводят с целью контроля, находят значение измеряемого размера, затем сравнивают с допускаемыми наибольшими и наименьшими значениями и определяют годность или негодность детали.
Всю совокупность средств измерения (линейных и угловых величин) в машиностроении можно разделить на:
Грубая ошибка, когда говорят «мерительный инструмент или прибор», поскольку с помощью технических средств не «меряют», а измеряют.
Не измерительный инструмент, а средство измерения или измерительный прибор.
Мерой называют средство измерения, предназначенное для воспроизведения фактической величины заданного размера. Например: килограммовая гиря является мерой воспроизведения массы (веса) в 1 кг.
Слово воспроизведение означает, что если мы будем использовать меру, то мы всегда «воспроизводим» значение размера, который на ней указан.
Измерительным прибором называют средство измерения, предназначенное для выработки измерительной информации. Другими словами, прибор должен выдавать информацию о значении измерительного размера. Это может быть или шкала со стрелкой или цифровое отсчетное устройство, или записывающее устройство.
В связи с созданием современных производственных процессов, разработкой сложных машин и агрегатов, оснащенных большим числом функциональных узлов, возникает необходимость не только раздельного измерения в какой-то последовательности отдельных значений фактической величины (размеры, параметры тока, температура), но одновременно измерять комплекс различных физических величин, которые в сумме характеризуют состояние объекта в целом.
Например, для определения состояния точности изготовления при определенном техническом процессе необходимо одновременно измерять работу целого ряда оборудования, реализующего этот процесс; контролировать состояние инструмента, наличие заготовок, режимы и точность обработки и т.д.
Измерение этих величин необходимо осуществлять одновременно, потому что только комплексу данных можно сделать заключение об общем состоянии технического процесса в каждый момент времени.
В связи с этим возникает необходимость в объединении целого ряда однородных и неоднородных средств измерения в единую систему. При этом имеется в виду, что объединенная система имеет возможность вызывать объединенный сигнал о состоянии контролируемого объекта, а иногда и о состоянии отдельных входящих в него компонентов. Вот такое объединение различных измерительных средств в единую систему и получило название измерительная система.
Информационно-измерительной системой называют совокупность функционально объединенных измерительных, вычислительных и других вспомогательных технических средств для получения измерительной информации, ее преобразования, обработки с целью передачи потребителю в определенном виде либо эту измерительную информацию используют для выполнения функции контроля, диагностики, распознавания образа.
В машиностроении в качестве информационно-измерительной системы может быть комплект приборов и вспомогательных устройств, объединенных в единую систему для контроля состояния работы, например, в цехе гальванического покрытия. Эта система должна включать приборы для измерения концентрации состава, температуры, времени протекания процесса и т.д., а также вычислительную технику, осуществляющую не только обработку результатов измерения, но и управление производственным процессом по результатам измерения с выдачей сигнала о состоянии производства.
Таким образом, если проводить классификацию измерительных средств по принципиальным признакам, то эти средства измерения целесообразно разделить на:
Действительный размер – это размер, установленный измерением с допускаемой погрешностью. Это понятие означает, что если необходимо определить годность размера у какой-либо детали, то естественно, что этот размер необходимо измерить определенным средством измерения и при таких условиях, чтобы погрешность измерения была в заданных пределах, т.е. не превышала определенных значений, установленных специальным документом.
В зависимости от области их применения измерительные средства подразделяют на:
Универсальными называют средства измерения, предназначенные для измерения длин или углов в определенном диапазоне размеров вне зависимости от конфигурации измеряемого объекта.
(прибор для измерения угла – угломер и он может измерять угол у любой детали, то он будет универсальным).
Приборами специального назначения называют приборы, предназначенные для измерения деталей определенной конфигурации или для измерения определенного параметра деталей.
(приборы для измерения параметров зубчатых колес, резьбы и т.д., шагомер, биенимер, тангенциальный зубомер и т.д.)
Классификация методов и средств измерений
Понятие метод измерения используют для того, чтобы указать на то, как применяются средства измерения, на каком принципе они основаны, каково их взаимодействие с измеряемой деталью.
В зависимости от количества одновременно выявленных размеров методы и средства измерения разделяются на:
Дифференцированным называют измерение, когда у детали (изделия) сложной формы измеряется в отдельности каждый из ее элементов или параметров, которые характеризуют точность.
Комплексными называются измерения, при которых определяется влияние комплекса элементов, из которых состоит деталь (изделие) сложной формы и выявляются эксплуатационные показатели (контроль резьбы).
Дифференцированные методы и средства наиболее удобны при изготовлении деталей или машин вышел за пределы допускаемых значений, и даже установить причины, т.е. определить какой параметр тех. процесса повлиял на погрешность изготовления этого параметра.
По характеру взаимодействия средств измерения с поверхностью измеряемой детали методы и средства измерения разделяются на:
Контактными называются измерения, при которых измерительное средство имеет механический контакт с поверхностью измеряемого объекта.
Бесконтактными называются измерения, при которых измерительное средство не имеет механического контакта с поверхностью измеряемого объекта (с помощью оптических средств при проецировании контура детали на экран для сравнения с чертежом).
По способы получения физические величины измерения могут быть:
Прямое измерение – измерение, при котором искомое значение фактической величины находят непосредственно из опытных данных (измерение длины с помощью линейных мер).
Косвенное измерение – измерение, при котором искомое значение величины находят на основании известной зависимости между этой величиной и величинами, подвергаемыми прямым измерением (измерение d2 методом 3-х проволочек).
где С – поправка при точных измерениях.
Измерения могут быть:
Абсолютное измерение – измерение, основанное на прямых измерениях одной или нескольких основных величин.
При линейных и угловых абсолютных измерениях, как правило, находят одну физическую величину. Например, диаметр вала – штангенциркулем.
Относительное измерение – измерение отношения величины к одноименной величине, играющей роль единицы, т.е. относительные измерения основаны на сравнении измеряемой величины с известным значением меры.
Искомую величину при этом находят алгебраическим суммированием размера и показаний прибора.
Метод непосредственной оценки – метод измерений, при котором значение величины определяют непосредственно по отсчетному устройству измерительного прибора прямого действия (длину тела – линейкой, силу электрического тока - амперметром).
Метод сравнения с мерой – метод измерений, в котором измеряемую величину сравнивают с величиной, воспроизводимой мерой (массу тела на различных весах с уравновешиванием гирями).
Принцип действия или измерения – это совокупность физических явлений, на которых основано действие используемых измерительных средств.
В существующих измерительных средствах используют:
Принцип действия – это физический принцип, который используется для увеличения (0,001 мм).
Рычаг соотношение плеч 1:1 при перемещении одного конца рычага на какую-то величину второй конец переместиться на такую же величину и сравнить их перемещение на глаз невозможно. А при соотношении 1:10 при перемещении конца рычага с малым плечом на 1 мм конец рычага с большого плеча переместится на 10 мм.
Таким образом, основным узлом прибора является устройство, дающее возможность преобразовать малые перемещения, связанные с измеряемым размером, в большие перемещения, которые можно увидеть или записать.
Часть устройства прибора, непосредственно взаимодействующая с измеряемым объектом, называется часто чувствительным элементом прибора, или более просто в отношении приборов, основанных на контактных принципах действия – измерительным наконечником.
Функциональный узел прибора, предназначенный для отсчитывания значений измеряемой величины, носит название отсчетное устройство.
Технические характеристики измерительных средств
К техническим характеристикам относятся значения физических величин, которые могут быть измерены этим средством измерения, например, какие длины могут быть измерены прибором, какие наименьшие значения могут быть отсчитаны при измерении и т.д.
Диапазон измерений, который часто называют пределом измерений – это диапазон значений размеров, который может быть измерен данным измерительным средством и для которого нормируется и допускается погрешность средства измерения.
Диапазон показаний – это область значений измеряемого размера, которая может быть отсчитана по шкале или объем цифрового отсчетного устройства (пределы измерения по шкале). Вертикальный аптиметр ±0,1 мм. Шкала – это часть отсчетного устройства, представляющая собой совокупность отметок и представленных у некоторых из них чисел отсчета или других символов, соответствующих ряду последовательных значений величины.
Для характеристики шкалы существует термин – цена деления.
Цена деления – это разность значений величин, соответствующих двум соседним отметкам шкалы.
Значения цены делений применяют из ряда: 1, 2, 5, т.е. цена деления составляет – 1, 2, 5, 10, 20, 50, 100, 200, 500 мм.
Но чаще используют кратные и дольные значения от 1 и 2, а именно: 0,01; 0,02; 0,1; 0,2; 1; 2; 10 мм.
Интервал деления шкалы – это расстояние между серединами (или осями) двух соседних штрихов шкалы.
Если цена деления показывает, чему соответствует перемещение стрелки, то интервал делений «говорит», на сколько переместилась стрелка, если размер изменился на величину равную цене деления. Практически во всех приборах для измерения длины и угла используют так называемую равномерную шкалу, т.е. все интервалы размеров номинально равны. В зависимости от вида измерительного прибора интервал делений шкал выбирают в диапазоне от 0,9 до 2,5 мм, хотя имеются шкалы и с большим и с меньшим интервалами.
Однако между ценой деления и интервалом делений существует определенная связь, которую называют передаточным числом прибора и обозначают u.
где а – интервал деления;
с – цена деления.
По этому соотношению можно определить передаточное число прибора, если известны а и с.
Измерительным усилием называется сила, с которой измерительный прибор воздействует на измеряемую поверхность в направлении линии, по которой производится измерение.
Измерительное усилие необходимо для того, чтобы обеспечить устойчивое замыкание измерительной цепи.
Перепадом измерительного усилия называется разность измерительного усилия при двух положениях стрелки в пределах диапазона показаний.
Колебания усилия обычно происходит из-за изменения деформаций пружины при изменении положения измерительного наконечника.
Лекция 2
Погрешность прибора и погрешность измерения прибором
Понятие о погрешности
Погрешность измерения – это отклонение значений величины, найденной путем измерения от истинного ее значения.
Поскольку истинная величина является неизвестной, то более правильно вместо истинного значения говорить действительное значение в том понимании, о котором говорилось выше.
Погрешность прибора – это разность между показанием прибора и истинным (действительным) значением измеряемой величины.
Разница между погрешностью измерения и погрешностью прибора заключается в том, что когда говорят о погрешности прибора, то подразумевают определенные условия так называемой поверки прибора.
Процесс поверки прибора заключается в том, что с помощью прибора проводят измерение детали (меры), размер которой заранее известен (с погрешностью, которой можно пренебречь), и определяют отличие показаний прибора от того, что известно про размер этой детали.
При оценке погрешности измерения, если она выявляется непосредственно, поступают таким же образом, только условия измерения должны соответствовать рабочим, т.е. таким, при которых должны работать эти измерительные средства.
Таким образом, принципиальной разницы между погрешностью прибора и погрешностью измерений нет.
Погрешность прибора есть частный случай погрешности измерения этим прибором, проводимого в нормируемых условиях на определенном объекте.
Необходимо дополнить, что деталь или мера, с помощью которой производится поверка точности прибора (измерения) носит название образцовой меры.
Вообще, любые измерительные средства, предназначенные для поверки точности данных других измерительных средств, называют образцовыми в отличие от рабочих измерительных средств, которые предназначены для измерения изделий. При этом два совершенно одинаковых прибора будут называться по разному: один – рабочим прибором, а другой – образцовым.
Если первый предназначен для измерения деталей, а другой для поверки каких-либо других измерительных средств.
Когда говорят о погрешности, то имеют в виду количественную оценку погрешности измерения или прибора, т.е. вместе с термином погрешность, как правило, должно быть названо и конкретное числовое значение этой погрешности. Например, погрешность прибора – 0,005 мм.
Когда употребляют термин точность, то имеется в виду качественная оценка без указания конкретных значений.
Если говорят о высокой точности, то имеют в виду малую погрешность, а когда говорят низкая точность, то имеют в виду большую погрешность.
100 мм – 1 мм погрешности – низкая;
1000 мм – 1 мм погрешности – высокая.
Виды погрешностей:
Рассмотренные причины вызывают появление систематических и случайных погрешностей, из которых складывается суммарная погрешность измерения.
Систематические и случайные погрешности
Погрешности измерения и погрешности прибора, а также причины, по которым возникают эти погрешности, имеют систематический и случайный характер. Эти понятия относятся не только к погрешностям, связанным с измерением, но и к погрешностям, связанным с изготовлением, т.е. это понятие общее для всех видов погрешностей.
Систематической погрешностью называется погрешность, остающаяся постоянной или закономерно изменяющейся во времени при повторных измерениях одной и той же величины.
Например, если на шкале прибора какой-либо штрих нанесен неправильно, то сколько бы мы не измеряли, на этом штрихе всегда будем ошибаться на постоянную (систематическую) величину. Примером систематической погрешности, закономерно изменяющейся во времени, может служить смещение настройки прибора во времени. Когда настраивается прибор, то часто говорят, что его установили на нуль. В процессе работы прибора эта настройка постепенно сбивается, т.е. появляется закономерно меняющаяся погрешность, которую часто называют функциональной, так как ее изменение во времени можно записать в виде математической функции.
Случайной погрешностью измерения (прибора) называется погрешность, которая при многократном измерении одного и того же значения не остается постоянной. Случайная погрешность будет, например, если измерять какой-то валик одним и тем же прибором в одном и том же сечении и будут получаться различные значения. Разброс показаний прибора при измерении одной и той же величины объясняется наличием случайной погрешности измерения.
Определение систематической и случайной погрешности
Определение систематической составляющей.
При всех случаях поверки прибора или выявления погрешности измерения производятся многократные измерения образцовой меры, поскольку мы уже знаем, в погрешности измерения имеется случайная составляющая. Получив ряд измерений (например, 10) для выявления систематической погрешности, определяют среднее значение размера. Отклонение среднего значения размера от размера образцовой меры характеризуют систематическую погрешность, которую часто обозначают и называют средней арифметической погрешностью.
И очень важно, что систематическая погрешность всегда имеет знак отклонения, т.е + или -.
Особенностью систематической погрешности измерения (прибора) является то, что она может быть исключена введением поправки, которая равна систематической погрешности с обратным знаком.
Определение случайной погрешности.
Для случайной части погрешности характерно то обстоятельство, что в общем случае значение этой погрешности теоретически может быть равно как со знаком +, так и со знаком -. Но это событие так маловероятно, что его можно назвать практически невозможным событием, хотя теоретически оно может произойти.
Когда указывается числовое значение случайной погрешности измерения, то всегда эта погрешность дается с определенной вероятностью. А это значит, что имеется в виду какой-то риск, что в отдельных случаях указанные в характеристике погрешности будут больше.
В связи с тем, что вероятность появления событий может колебаться в больших пределах, а иногда даже до ±, то в теории вероятностей используется понятие – закон распределения случайных величин – называется всякое соотношение, устанавливающее связь между возможными значениями случайной величины и соответствующими им вероятностями. В этом случае про случайную величину обычно говорят, что она подчинена данному закону распределения.
Вероятность появления случайных событий оценивают количественно с помощью математических выражений в виде функций от возможных значений случайной величины (в нашем случае от значений случайной погрешности). Эти функции называются функциями распределения случайной величины.
Для практического применения чаще пользуются производной от функции распределения, которую называют плотностью распределения. кривую, изображающую плотность распределения случайной величины, называют кривой распределения.
В отношении случайных погрешностей измерения в большинстве случаев принимают, что они распределяются по нормальному закону.
Кривая распределения по нормальному закону имеет симметричный холмообразный вид.
Числовые характеристики случайных погрешностей.
В качестве числовых характеристик, оценивающих среднее значение случайных величин, т.е. указывающих значение, относительно которого группируются возможные значения случайной величины, используют ряд параметров, но наиболее часто используют математическое ожидание, равное сумме произведений всех возможных значений случайной величины на вероятность этих значений. В практике измерения математическое ожидание обычно заменяют на среднее арифметическое , поскольку при большом числе опытов среднее арифметическое значение случайной величины приближается к математическому ожиданию и выражается формулой:
- среднее арифметическое
где - частота появления случайной величины Х
Таким образом, во всех случаях измерения среднее арифметическое характеризует наличие или отсутствие систематической погрешности.
В качестве числовых характеристик, оценивающих степень разбрасывания случайной величины относительно среднего значения применяют среднее квадратическое отклонение:
Чем больше , тем больше вероятность появления относительно больших случайных величин (погрешностей) и наоборот.
На практике для оценки предельной случайной погрешности линейных измерений принимают .
Составляющие погрешности измерения
Если известны оба вида погрешности по каждой составляющий, то суммируются отдельно и систематические и случайные (при нормальном законе распределения).
Нормальная температура 20 ºС.
Плоскопараллельные концевые меры длины называют меры длины с постоянными значениями размера, который находится между двумя параллельными плоскостями у детали, имеющей форму прямоугольного параллелепипеда.
Название плоскопараллельная концевая мера длины дано в связи с тем, что значение размера у этой меры заключено между плоскими и параллельными концами детали. Чаще их называют концевые меры длины.
Конструкция концевых мер длины.
Изготавливать такие меры с размерами более 1 000 мм нецелесообразно, т.к. пользоваться большими мерами неудобно и они имеют большую погрешность. Наименьший размер концевых мер 0,1:0,2 мм (часовые).
Нет необходимости делать концевые меры всех размеров в связи с тем, что нужный размер можно получить из нескольких сложенных (притертых) вместе концевых мер (блок концевых мер). Концевые меры с размерами от 0,5 до 25 мм изготавливают с разностью 0,5 мм. Концевые меры с размерами случайных величин 10 до 100 мм изготавливают с интервалами размеров через 10 мм: св 25 до 200 мм через 25 мм; св 50 до 1000 мм – через 50 мм. И концевые меры с размерами от 100 до 1000 мм изготавливают с интервалами через 100 мм.
В прямоугольном параллелепипеде размером меры является его высота, а размеры основания можно отнести к нерабочим размерами. большинство концевых мер изготавливают с размерами оснований 9х35 мм.
На концевой мере наносят ее номинальный размер. Более 5,5 мм размер наносят на боковую поверхность, а у небольших мер менее 5,5 мм прямо на рабочей поверхности.
Наборы концевых мер, притираемость и блоки концевых мер
Концевые меры поступают в продажу в одном футляре – набор концевых мер (число мер до 20 и более).
Наибольший набор состоит из 112 концевых мер с наибольшим размером меры 100 мм.
1 мера – 1,005 мм
51 мера – от 1 до 1,5 мм через 0,01 мм
5 мер – от 1,6 до 2 мм через 0,1 мм
1 мера – 0,5 мм
46 мер – от 2,5 до 25 мм через 0,5 мм
8 мер – от 30 до 100 мм через 10 мм
В большинстве случаев блоки мер образуют с использованием свойства притираемости поверхностей концевых мер.
Между поверхностями мер создается очень сильное сцепление (до 5 штю). Усилие сдвига одной меры относительно другой не менее 30 – 40 Н (сцепление за счет тонкого слоя смазочного материала или за счет разряжения). Отличие размера на 0,05 – 0,1 мм за счет промежуточного слоя.
48,725 – 1,005 = 47,720
47,72 – 1,22 = 46,5
6,5х40=48,725
Основные технические требования к концевым мерам длины
Материал – сталь с температурным коэффициентом расширения (11,5±0,1)·10-6 на 1 ºС при изменениях температуры от 10 до 30 ºС.
Это значит, что если имеется мера в 1 м, то при изменении температуры на 1 ºС размер ее измениться на 11,5 мкм с отклонением ±0,1 мкм.
Если концевая мера меньше 1м, то и деформация под действием температуры будет меньше во столько раз, во сколько эта мера меньше 1м.
Такое требование и материалу концевых мер, обусловлено тем, что в большинстве измеряются стальные детали.
Материал – хромистые стали марок 20ХГ, ХГ, ШХ15 и Х.
Твердость не менее HRCэ62 изготавливают и из твердого сила ВК6М, благодаря чему стойкость к истиранию повышается в 10 – 40 раз по сравнению со стальными. Однако коэффициент расширения равен 3,6·10-6 , поэтому большие погрешности измерения.
Шероховатость измерительных поверхностей не более 0,063 мм по критерию Rz.
Точность концевых мер длины определяется в основном допуском на изготовление.
Существует несколько классов точности – это ряды допусков, построенных закономерно в зависимости от номинального размера, т.е. это совокупность допусков, соответствующих одинаково степени точности для всех номинальных размеров.
7 классов точности – обозначенные: 00; 0; 1; 2; 3; 4 и 5 (класс 00 самый точный).
За длину (размер) концевой меры длины (в любой точке) принимается длина перпендикуляра, опущенного от одного из измерительных (рабочих) поверхностей на противоположную измерительную поверхность.
I разряды концевых мер
II одного класса
Одновременно с допуском на изготовление размера меры для каждого класса нормируется требование к погрешности геометрической формы измерительной поверхности, которая называется допускаемое отклонение от плоскопараллельности концевой меры. Под этим термином понимается разность между наибольшей и наименьшей длинами меры.
Допуск на изготовление при переходе от одного класса в другой изменяется в основном в 2 раза. Допускаемые отклонения на размер меры дается симметричным, т.е ±.
Например:
для концевых мер 0-го класса с номинальным размером до 10 мм допускаемые отклонения на длину меры составляет ±0,10 мкм, а допускаемое отклонение от плоскопараллельности равны 0,09 мкм (90%);
для концевых мер 5-го класса и того же размера меры ±4 мкм и 0,6 мкм (7,5%).
С целью повышения точности концевых мер для случая использования их в качестве образцовых у нас в стране помимо классов точности установлены еще и разряды концевых мер.
Разряд концевой меры длины характеризуется пределом допускаемой погрешности измерения ее длины.
5 разрядов – с по 5. 1-ый самый точный.
При измерении концевой меры длины с целью присвоения ей определенного разряда употребляют выражение аттестация на разряд, потому что после такого измерения на набор концевых мер выдается аттестат, в котором указывается действительное отклонение каждой меры от нанесенного на ней номинального размера.
Поэтому при пользовании концевыми мерами, которые имеют разряд, размер берут не только по номинальному значению, но и учитывают действительное отклонение, приведенное в аттестации.
Области применения концевых мер длины
1) Концевые меры длины используются для хранения и передачи единицы длины от эталона мерам и измерительным приборам.
В этом случае используют концевые меры по разрядам, т.е. образцовые, и от Государственного эталона длины идет многоступенчатая передача точности размера непосредственно до рабочих измерительных средств.
2) концевые меры применяют для настройки измерительных средств на измеряемый размер (установка на «нуль»).
Такую настройку производят, когда применяют метод сравнения с мерой (измерение калибров на вертикальном оптиметре).
3) концевые меры длины применяют для определения величины перемещения подвижных элементов станка и другой технической оснастки, настройки разметочного оборудования. Для этой области применения обычно изготавливают так называемые принадлежности к концевым мерам длины.
Методы и средства поверки концевых мер
При аттестации концевых мер длины на определенный разряд измеряют «среднюю длину» и ее принимают за номинальную длину концевой меры. Номинальной средней длиной концевой меры называют длину ┴, опущенного из центра одной из измерительных поверхностей на противоположную измерительную поверхность. Это ограничение сделано только для удобства аттестации размера, хотя по существу такое расхождение в понятиях для классов и разрядов не очень удобно.
Дополнительно измеряют и плоскопараллельность.
Измерение длины и отклонений от плоскопараллельности концевых мер в основном производят методом сравнения с мерами более высокого разряда. Так, если необходимо произвести аттестацию концевой меры, например, на 4-й разряд, производят сравнение ее с концевой мерой длины того же номинального размера, но имеющей 3-й разряд, с помощью конкретных измерительных средств.
Измерение концевых мер 1-го разряда производят с помощью так называемого абсолютного интерференционного метода, когда размер меры сравнивают с определенным количеством длин волн специальных эталонных излучателей света.
У концевых мер обычно отдельно определяют отклонение от плоскости с помощью плоских стеклянных пластин, используя интерференционный метод. Плоскую пластину прикладывают к проверяемой поверхности под очень небольшим углом (зазор не более 1,5 – 2 мкм), и если имеет место отклонение от плоскости, то изгибаются интерференционные линии. По величине изгиба судят о величине отклонения от плоскости.
Лекция 3.
Измерительные линейки и штангенинструмент
Измерительная линейка представляет собой металлическую полосу, на плоскости которой нанесены деления.
В принципе, измерительные линейки, которые часто называют масштабными линейками, относятся к многозначным мерам, т.е. мерам, воспроизводящим ряд одноименных значений различного размера.
Очень часто измерительные линейки называют штриховыми мерами. Это название указывает, что линейка является мерой и эта мера многозначна, а размер по ней определяют между штрихами.
Номенклатура измерительных линеек включает:
Конструкции линеек однотипны. Шкала с ценой деления 1 мм, с левой стороны, совпадая с концом линейки. Ширина линейки обычно в среднем бывает 20-40 мм, а толщина 0,5 – 1,0 мм. Поверхность линейки подвергают хромированию для предотвращения коррозии.
Измерение линейкой производится так называемым непосредственным методом, т.е. прикладыванием ее к измерительному объекту и сопоставлением его длины со значением меры. Чаще всего эти измерения осуществляют совмещением нулевого штриха линейки с краем детали.
Непосредственным называется метод измерения, при котором значение величины определяют непосредственно по отсчетному устройству измерительного средства.
Погрешность измерения линейкой складывается из:
В общем случае можно принять, что погрешность измерения находится в пределах 0,5 мм при условии острых краев измеряемой детали и тщательности измерения (обычно 1 мм).
Поверку линейки, т.е определение погрешности нанесения штрихов производят по образцовым измерительным линейкам, которые называют штриховыми метрами. Штриховой метр представляет собой более жесткую конструкцию, чем обычные линейки. Погрешность такого сравнения не превышает 0,01 мм.
Штангенинструмент
Отличительной особенностью этих измерительных средств является то, что в качестве отсчетного устройства используется шкала измерительной линейки с делениями через 1 мм, а отсчитывание частей деления на этой основной шкале производится с помощью вспомогательной шкалы-нониуса.
Нониус, как вспомогательная шкала, имеет небольшое число интервалов (10-20) по сравнению с основной шкалой. Первый штрих нониуса является началом вспомогательной шкалы и одновременно индексом (указателем) значения размера на основной шкале.
В принципе, нониус используют для того, чтобы избежать ошибок оценки доли деления на глаз.
Принцип построения нониуса заключается в том, что интервалы его шкалы растянуты относительно основной шкалы и отличаются от интервалов основной шкалы на величину отсчета, число делений нониуса точно укладывается в определенное число делений основной шкалы. Отсчет нониуса с 0,1 мм.
Для этого на нониусе наносят первый штрих вправо от нулевого штриха нониуса на расстоянии меньшем, чем интервал основной шкалы, на величину отсчета, т.е. на 0,1 мм. Следовательно, интервал деления в нониуса будет равен 0,9 мм (в=а-с, где а – интервал деления основной шкалы, с - величина отсчета нониуса).
в=1-0,1=0,9
и все последующие штрихи нониуса наносят с таким же интервалом. Из-за того, что интервалы делений нониуса меньше, чем на основной шкале, постепенно накапливается отставание положения штрихов нониуса от штрихов основной шкалы и на приведенном примере 10-й штрих нониуса совпадает с 9-м штрихом от первого совпадающего штриха основной шкалы.
Величина отсчета по нониусу:
0,1 и 0,05 мм
Наиболее распространены:
Отличие их конструктивных форм в зависимости от назначения заключается в конфигурации измерительных поверхностей и их взаимном расположении.
Штангенциркуль.
Типы штангенциркулей охватывают диапазон измерений до 2 000 мм. Наиболее распространены с диапазоном измерений от 0 до 125 мм и диапазоном от 0 до 320 мм.
Штангенглубиномер
Типы штангенглубиномеров обычно охватывают диапазон измерений не более 500 мм.
Штангенрейсмас
Основное назначение – разметка деталей, но она может быть использована для измерения высоты деталей.
Типы штангенрейсов охватывает диапазон до 2 500 мм, но наиболее распространены для размеров до 250, 400 мм при отсчете 0,05 мм.
Погрешности измерения.
Погрешность измерения зависит в значительной мере от величины отсчета и значения измеряемого размера. Для размеров до 500 мм при величине отсчета 0,05 мм будет составлять 0,1 мм.
При измерении внутренних размеров тем же штангенциркулем погрешность измерения составляет 0,15 – 0,25 мм.
При измерении штангенциркулем с отсчетом 0,1 наружных размеров (до 500 мм) погрешность составляет 0,15 – 0,25 мм, а для внутренних размеров 0,2 – 0,3 мм.
Погрешность измерения штангенглубиномером с отсчетом 0,05 мм глубин до 300 мм составляет 0,1 – 0,15 мм, а при отсчете 0,1 мм – 0,2- 0,3 мм.
Погрешность измерения штангенинструментом возникает в основном от двух причин:
Параллакс – это видимое изменение относительного положения предметов вследствие перемещения глаза наблюдателя.
(основная шкала и шкала нониуса расположена не в одной плоскости).
l=250 мм
b= 30 мм
δ= htg/l
Если толщина пластины h=0,3 мм, то погрешность составит 0,035 мм.
Принцип Аббе – при измерении размера методом сравнения с мерой, погрешность измерения будет меньше, если меру и измеряемый размер располагать на одной прямой (последовательно, а не параллельно).
Под действием усилия измерительные губки длиной L поворачиваются на величину δ, зависящую от зазора ∆ между штангой и рамкой из-за отклонения от прямолинейности базовой поверхности. С некоторым приближением погрешность от такого перекоса можно выразить как
L – длина губок;
l – длина рамки;
∆ - зазор между штангой и рамкой
Чем меньше отклонение L/l, тем меньше погрешность, т.е. делать по возможности короче измерительные губки и длиннее рамку.
Погрешности, связанные с нарушением принципа Аббе, имеют место во всех случаях, когда в приборе перемещается измерительный узел, а отсчет производится по линии, параллельной линии перемещения.
Поверка штангенинструмента
В качестве мер для поверки точности штангенинструмента используют концевые меры длины соответствующей точности.
В конце 70-х годов появились новые средства измерения, отличающиеся видом отсчетного устройства:
Достоинство этих приборов:
Недостаток:
В приборах с электронным отсчетным устройством в качестве многозначной меры используются:
Штангенциркуль с электронным цифровым отсчетным устройством и микропроцессором (Япония).
Световая сигнализация, показывающая годность и негодность измеренного размера:
Измерительные средства с механическим преобразованием
Принцип действия измерительного средства или преобразователя называется физический принцип, положенный в основу построения средств измерения данного вида.
Механический принцип действия – преобразование малых перемещений измеряемых величин в большие перемещения на отсчетном или регистрирующем устройстве производится с помощью механических передач.
Средства измерения: наружных размеров
внутренних размеров.
В зависимости от конструктивного исключения и области назначения подразделяют на:
Измерительные головки
Называются отсчетные устройства, преобразующие малые перемещения измерительного накопления в большие перемещения стрелки и имеющие шкалу, по которой отсчитывают величины перемещений наконечника.
В качестве отдельного измерительного устройства головки использоваться не могут и для измерения их устанавливают в специальных приборах, где требуется отсчитывать какие-либо перемещения.
Присоединительный элемент делают в виде цилиндра диаметром 8 или 28 мм. Цена деления выбирается из ряда 1, 2, 5.
Широкое распространение получили головки, в которых используются преобразующие механизмы, содержащие в себе только:
Измерительные головки с зубчатым механизмом.
(Индикаторы часового типа)
Схема индикатора состоит из рейки 1, которая нарезана на измерительном стержне, имеющем измерительный наконечник 7, зацепляющийся с трибом 2. на одной оси с трибом установлено зубчатое колесо 3 большого диаметра, находящееся в зацеплении с трибом 4, на оси которого установлена основная стрелка 5. с помощью стрелки по шкале 6 отсчитывают перемещения измерительного наконечника 7.
Индикатор относится к многооборотным головкам. Поэтому в схеме индикатора установлена дополнительная стрелка 11 на оси вспомогательного колеса 10, зацепляющегося с трибом 4 и шкала 12, по которой отсчитывают числа оборотов основной стрелки.
Для обеспечения отсчета при перемещении измерительного стержня в обоих направлениях используют вспомогательное колесо 10, находящееся под воздействием пружинного устройства 9, обеспечивающее зацепление всех зубчатых передач только по одним профилям зубьев вне зависимости от направления перемещения измерительного стержня. Один конец пружины закреплен на колесе 10, а второй конец закреплен неподвижно на корпусе механизма индикатора. В индикаторе предусмотрена винтовая пружина 8, один конец который укреплен на измерительном стержне, а другой – на корпусе индикатора.
Этой пружиной измерительный стержень поднимается и детали и создает измерительное усилие.
Для закрепления индикатора предусмотрена гильза – цилиндр диаметром 8 мм.
Для установления стрелки на нуль либо на любой штрих шкалы в конструкции индикатора предусмотрен поворот шкалы за наружный ободок относительно стрелки.
Типоразмеры и технические характеристики
Подавляющее большинство индикаторов имеет диапазон показаний 2 (или 3), 5 или 10 мм. Значительно реже изготавливают индикаторы с диапазоном показаний 25 и 50 мм.
Индикатор часового типа имеет цену деления 0,01 мм.
Измерительное усилие обычно в пределах 0,8 – 2 Н (80 – 200 Ге).
Расчет передаточного числа индикатора
Передаточным числом механизмов, содержащих зубчатые передачи, называется отклонение чисел зубьев колеса (больше по диаметру зубчатое колесо пары) к числу зубьев шестерни (меньше зубчатое колесо пары). передаточное число последовательного соединения передач равно произведения передаточных чисел отдельных пар. В общем виде передаточное число для увеличивающих передач характеризует отношение величины перемещения выходного звена к перемещения входного звена. Оно либо = 1, либо > 1.
где R – длина стрелки от оси поворота до свободного конца;
u – угол поворота стрелки;
Ru – перемещение конца стрелки индикатора (выходного звена);
l – перемещение измерительного наконечника (перемещение рейки входного звена)
(произведение радиуса делительной окружности триба 2 () на угол его поворота)
Угол поворота стрелки (угол поворота триба 2 (), умноженному на передаточное число передачи от стрелки до этого триба).
Отсюда передаточное число индикатора
или заменив получим
Одним из основных показателей индикатора, облегчающих его использование и ограничивающих число вариантов для расчета, является условие, что при перемещении наконечника на l=1 мм стрелки совершают один оборот, т.е. φ=2π.
; ; ;
Из многолетней практики установилось:
z2 =16; z3 =100; z4 =10 зубьев
мм (это не очень удобное значение применяют широко только в зубчатых передачах индикаторов часового типа).
Обычно при l=25 мм (длина стрелки)
, т.е. перемещение измерительного наконечника индикатора преобразуют в перемещение конца стрелки с увеличением в 157 раз.
Поскольку цена деления индикатора принята за 0,01 мм, то на шкале должно содержаться 100 делений. Тогда для определения интервала деления шкалы необходимо длину окружности, описываемой концом стрелки индикатора, разделить на 100 частей, т.е.
Погрешность измерения индикатором
Погрешности индикатора нормируются в зависимости от используемого диапазона показаний (в зависимости от перемещения измерительного стержня). Обычно на участке до 1 мм погрешность находится в пределах 5-8 мкм; на участке 1-2 мм – 10-15 мкм; на участке до 3 мм – до 15 мкм; на участке до 5-10 мм – 18-22 мкм.
Таким образом, на небольшом участке погрешность индикатора находится в пределах цены деления.
При измерении колебаний размера погрешность измерения зависит от используемого перемещения измерительного стержня, не жесткости установочных узлов (штативов и стоек), от погрешности параллакса.
При использовании перемещения измерительного стержня до 10 мм погрешность измерения биения составит до 15 мкм; до 20 мкм – для размеров 350-500 мм.
При измерении биений в пределах 0,1 мм погрешность измерения равна 10 мкм и практически не зависит от размера детали.
При измерении размеров деталей сравнением с размерами концевых мер длины, погрешность измерения зависит также от точности используемых концевых мер длины и от температурных условий, при которых производится измерение. В зависимости от этих факторов погрешность измерения может составлять от 5 до 40 мкм.
(отклонение плеч первого рычага R и l последнего рычага).
Поверка индикаторов
Производят обычно с помощью концевых мер длины. Используют также и микрометры, у которых вместо пятки делают державку для установки индикатора; используют и оптические приборы (микроскоп, длиномер), которые имеют оптическую шкалу. Принцип поверки – это сравнение показаний по индикатору с показаниями по оптической шкале.
Измерительные головки с рычажно-зубчатым механизмом
В связи с большой погрешностью индикаторов часового типа (5-10 мкм) были созданы передаточные механизмы для измерительных головок, в которых сочетаются рычажные и зубчатые передачи, при чем рычажные передачи установлены на входе передаточного механизма (взамен рейки и первого триба), а зубчатые передачи – на выходе.
Рычажно-зубчатые измерительные головки
- измерительные головки осевого действия, в которых передаточный механизм состоит из рычажных и зубчатых передач.
В этих головках входные пары являются рычажными, а конечные пары – зубчатыми, что представляет возможность повысить точность измерительной головки по сравнению с индикатором, т.к. рычажную передачу можно сделать более точно, чем зубчатую передачу, а кроме того принципиально возможны конструктивные решения, при которых осуществляется регулировка размеров рычажной передачи и не только для устранения погрешности изготовления этой передачи, но и для уменьшения части погрешностей изготовления даже последующих зубчатых передач.
Цена деления их – 0,001 мм
0,002 мм.
В зависимости от диапазона показаний рычажно-зубчатые головки разделяют на:
Однооборотные рычажно-зубчатые головки имеют механизм, состоящий из двух рычажных и одной зубчатой пары.
Многооборотные рычажно-зубчатые головки отличаются от однооборотных добавлением на конце кинематической цепи еще одной дополнительной передачи (лучше добавить рычажную пару – выше точность).
Однооборотные головки обычно имеют на шкале 100 делений (±50) с нулевым штрихом по середине. Следовательно, диапазон показаний составляет ± 0,05 мм при цене деления 0,001 мм и ±0,1 мм при цене деления 0,002 мм.
Измерительное усилие однооборотных головок – 100 сН и колеблется в пределах 30 сН, а у многооборотных – 200 сН с колебанием 50-70 сН.
Масса однооборотных головок не более 100 г, а у многооборотных несколько больше.
Погрешность измерения рычажно-зубчатых головок
Для однооборотных головок на небольшом диапазоне показаний (обычно ±30 делений) погрешность головок составляет не более 0,5 цены деления. На всем диапазоне показаний этой головки погрешность не превышает цены деления.
Для многооборотных головок погрешность головок составляет 1,5-2 значения цены деления при использовании диапазона показаний на одном обороте; 2-3 значения цены деления при диапазоне показаний до 1 мм и 3-4 до 2 мм.
Для размеров 1-250 мм погрешность измерения однооборотных головок может колебаться от 1-4 мкм у головок с ценой деления 0,001 мм и от 1 до 6 мкм – с ценой деления 0,002 мм.
Для размеров 1-250 мм погрешность измерения многооборотных головок может колебаться от 1,5-4,5 мкм для цены деления 0,001 мм и от 2 до 6 мкм – с ценой деления 0,002 мм.
При измерении биения погрешность измерения:
однооборотных головок составляет 1,5-2,5 мкм при значении измеряемого биения 0,02-0,04 мм и при размерах деталей до 250 мм практически вне зависимости от цены деления измерительной головки.
многооборотных головок – 2,5-4 мкм при биении от 0,05 до 0,2 мм.
Поверка точности рычажно-зубчатых головок
- производят по концевым мерам длины 3-4 го разрядов. Отдельно проверяют погрешность головок при измерении биения с помощью оправки. аттестацию оправок производят с помощью более точных измерительных головок (микрокаторов).
Измерительные головки с пружинным механизмом.
- это группа головок в конструкции, которых передаточным механизмом является пружина (плоская или свернутая) и используются ее упругие свойства.
Передаточный механизм пружинной головки можно представить себе в виде полоски металлической ленты, которая закручена на среднюю часть при неподвижных концах. В средней части укрепляется стрелка, поворот которой характеризует величину осевого перемещения одного из концов пружины.
В общем можно сказать, что принцип действия современных пружинных головок (ПГ) основан на использовании упругих свойств скрученной пружинной ленты.
Виды ПГ:
Микрокаторы изготавливат с ценой деления от 0,01 до 0,0001 мм, а иногда делают высокоточные уникальные головки с ценой деления 0,00005 и 0,00002 мм. Обычно микрокаторы имеют на шкале ±20; ±30 или ±40 делений.
Оптикаторы. У оптикаторов, в отличии от микрокаторов, увеличено последнее плечо благодаря использованию оптического рычага. Поэтому оптикаторы выпускаются в основном с ценой деления 0,0001; 0,0002 и 0,0005 мм, т.е менее 0,001 мм и при значительно большем диапазоне показаний (0,024; 0,050 и 0,100 мм).
Микаторы изготавливают с ценой деления 0,0002; 0,0005; 0,001 и 0,002 мм. Все головки имеют на шкале по 100 делений (±50), что и определяет их диапазон показаний.
Миникаторы относятся к головкам бокового действия (как Р-З. И). миникатор выпускают с ценой деления 0,001 мм, но снабжают сменным узлпихенным наконечником, при использовании которого цена деления у той же головки в два раза больше (0,002 мм). На шкале головки 80 (±40) делений.
Погрешность измерения.
Микрокаторами и оптикаторами с ценой делений (0,0001 и 0,0002 мм) колеблется в пределах 2-5 цен делений.
Для микрокаторов с ценой деления от 0,0005 до 0,01 мм и оптикаторов с ценой деления 0,0005 мм погрешность при измерении малых размеров не превышает половины цены деления, а для больших размеров – одной цены деления.
Для микаторов погрешность измерения составляет от 1 до 2 цен деления.
Поверка происходит с помощью концевых мер длины.
Измерительные головки с электронным цифровым отсчетным устройством (ЭЦОУ)
Из-за трудности отсчета измеряемых значений по шкале со стрелкой и относительно колебаний диапазон измерения при малой цене деления вызвал развитие измерительных головок с ЭЦОУ, имеющим обычно цену деления 0,001; 0,002; 0,005 и 0,010 мм с диапазоном измерения 10, 30, 60 (50) и 100 мм.
Принципиальная схема практически всех этих головок базируется на широкодиапазонном растровом фотоэлектрическом преобразователе.
Многие измерительные головки имеют вход для подключения к внешним устройствам с целью обработки результатов измерения на ЭВМ или для подключения к управляющим устройствам, если головка применяется на станке или в контрольном автомате.
На распечатке указываются наибольшие и наименьшие размеры, разброс размеров, их среднее арифметическое значение и среднее квадратическое отклонение.
Недостаток – их большая сложность по сравнению с механическими головкам, а следовательно, и высокая стоимость.
Достоинство – быстрота и безошибочность отсчета измеренных значений.
Для измерительных головок изготавливаются универсальные приспособления (установочные узлы). Они разделяются на 2 группы:
Стойкой называется установочный узел, на который устанавливается как измерительная головка, так и измеряемая деталь.
Штативов называется установочный узел, на котором устанавливается только измерительная головка.
Лекция № 4
Измерительные средства с корпусом в виде скобы
Конструкция этих измерительных средств представляет скобу, на концах которой расположены измерительные элементы, контактирующие с измеряемой деталью. При этом реализуется так называемая двухточечная схема измерения линейных размеров.
При двухточечной схеме измерения за измеряемый размер принимается расстояние между 2 точками.
Это понятие относится к деталям различной геометрической формы. Этот размер называют размером, соответствующим минимуму материала или непроходному пределу.
С точки зрения собираемости деталей, наиболее важное значение имеют размеры условной детали номинальной формы. Этот размер называют размером, соответствующим максимуму материала или проходному пределу.
При отсутствии одного значения размера у измеряемой детали определяют значения текущих размеров детали и деталь признается годной, если ни один из измеренных размеров не выходит за пределы допускаемых значений.
Двухточечная схема измерения линейных размеров принята потому, что она дает более полную информацию о текущих размерах измеряемой детали, но при анализе полученных результатов необходимо оценивать возможные значения действующего размера, т.е. размера, действующего в реальном сопряжении для выполнения поставленной цели для этого сопряжения.
В измерительных средствах с корпусом в виде скобы реализуется номинально двухточечная схема измерения, которая в большинстве случаев несколько отличается тем, что вместо двух точек используется две небольшие плоскости в виде круга диаметром 6-12 мм.
К измерительным средствам с корпусом в виде скобы относят:
Микрометры гладкие
Микрометром называется измерительное средство с корпусом в виде скобы и двухточечной схемой измерения, в котором перемещение одной из точек определяется с помощью резьбовой пары-винта и гайки.
Известно, что если повернуть болт на один оборот, когда гайка неподвижна, то болт переместится в направлении оси на величину, равную шагу резьбы. Но для того, чтобы отсчитывать величины перемещения болта, не только кратные шагу резьбы, но и значения, меньшие, чем шаг, в микрометры введены дополнительные шкалы.
Схема и конструкция микрометра.
Шаг резьбы 0,5 мм и тогда на барабане наносят 50 интервалов, т.е. при повороте на один интервал осевое перемещение винта будет равно 0,5/50=0,01 мм.
Резьбовую пару также часто называют сокращенно микропарой. трещотка представляет собой храповой механизм. При вращении в направлении соприкосновения измерительных поверхностей с деталью будет происходить с усилием, обеспечиваемым пружиной (усилие – 500-900 сН).
Типоразмеры микрометров в значительной мере предопределяются длиной микровинта, обеспечивающего диапазон измерений. В результате многолетней практики установлено, что оптимальной длиной резьбы микровинта является длина 25 мм. Поэтому обычно типоразмеры микрометров изготавливают с диапазоном измерения через 25 мм, т.е. 0-25; 25-50; 50-75 и т.д. Наибольший размер, определяемый микрометрами, обычно 600 мм.
Все микрометры, кроме 0-25 мм, снабжены так называемыми установочными мерами, представляющими собой цилиндр, у которого размер между торцовыми поверхностями равен нижнему пределу измерения микрометра. С помощью этой меры микрометр устанавливают на начало отсчета (на нуль).
Микрометрический глубинометр – пределы измерения обычно до 100 мм, иногда до 200 мм и весь диапазон обеспечивается сменными стержнями, вставляемыми в отверстие в торце микровинта.
Микрометрические высотометры предназначены для установки измерительных средств на требуемый размер и отсчета измерительного размера при работе от плиты.
Погрешности измерения микрометром
Возникают от погрешности микрометра, установочной меры или блока концевых мер, отклонений от параллельности измерительных поверхностей, разгиба скобы под действием усилия, погрешности от отсчета показаний, погрешности от температурных и контактных деформаций.
δ≤в-а
погрешность при плоскостном перекос обеих
при точечном контакте поверхностей
контакте (перекос поверхности
микровинта)
Погрешность измерения микрометром с учетом влияния рассмотренных составляющих погрешности измерения находятся в пределах от 5 до 50 мкм в зависимости от типоразмера микрометра (первая 0-25 мм, а вторая от 400-500 мм).
Поверка микрометров
Производят с помощью концевых мер длины. При этом выясняется погрешность измерения микрометром размера детали с плоскими поверхностями. В связи с этим отдельно поверяют плоскость и параллельность измерительных поверхностей с помощью плоскопараллельных стеклянных пластин.
Микрометры рычажные
Называется измерительное средство с корпусом в виде скобы с 2-х точечной схемой измерения, в котором перемещение одной из точек определяется с помощью резьбовой пары, т.е. винта и гайки, а другой – с помощью стрелочного устройства (измерительной головки). При этом механизмом стрелочного отсчетного устройства может быть либо встроен в корпус скобы, либо установлен в виде сменной измерительной головки.
В рычажном микрометре при двухточечной схеме измерения обе измерительные поверхности связаны с отсчетными устройствами. При этом величина перемещения измерительной поверхности 1 связана с микровинтом и отсчетом по микропаре, а измерительная поверхность 2 связана с механизмом отсчетного устройства.
При определении размера детали, находящейся между двумя измерительными поверхностями (1 и 2) необходимо алгебраическое суммирование показаний по микропаре и по стрелочному отсчетному устройству.
Конструкция микропары отличается тем, что в ней отсутствует устройство для стабилизации измерительного усилия, поскольку в нем нет необходимости, т.к. силовое замыкание обеспечивается усилием, создаваемым в механизме стрелочной отсчетной головки. В настоящее время в конструкции рычажного микрометра встраивается механизм рычажно-зубчатой головки, состоящей из рычажной и зубчатой передач.
При работе с рычажным микрометром обычно перемещениям микровинта добиваются положения, при котором совпадают штрихи на стебле и барабане, соответствующие целому значению размера. При этом стрелка отсчетного устройства находится в положении, при котором можно отсчитывать значение размера по его шкале. После этого отсчитывают целое значение размера по микропаре до значений 0,001 мм, а по стрелочному отсчету устройству с ценой деления 0,002 мм – для размеров до 500 мм и 0,01 мм – свыше 500 мм.
Типоразмеры рычажных микрометров
Основные технические характеристики
Изготавливают для размеров до 2 000 мм. Микропара имеет отсчет 0,01 мм. Для размеров до 150 мм стрелочное отсчетное устройство встраивается в скобу. Это устройство имеет цену деления 0,002 мм с пределом измерения не менее 0,06 мм (±0,03 мм). Остальные типоразмеры имеют съемное отсчетное устройство с ценой деления 0,002 мм для размеров до 500 мм и 0,01 мм до 2 000 мм.
Измерительное усилие рычажных микрометров находится в пределах 6-10 Н при этом колебание усилия в пределах ± (100-200) сН.
Погрешность измерения рычажных микрометров
Составляющие погрешности измерения аналогичны как для микрометра. Погрешность отсчета у рычажных микрометров по микропаре приблизительно в 2 раза меньше, чем у гладкого микрометра, т.к. при правильном пользовании рычажного микрометра необходимо совмещать штрихи барабана и стебля, а не отсчитывать степень несовпадения.
Для малых диапазонов измерения погрешность измерения при цене деления отсчетного устройства 2 мкм составляет 3 мкм, а для больших диапазонов доходит до 6 мкм.
Поверка рычажных микрометров
Производят по концевым мерам длины.
Скобы с отсчетным устройством (кассаметры)
Называется измерительное средство с корпусом в виде скобы и двухточечной схемой измерения, у которой перемещение одной из точек определяется с помощью стрелочного отсчетного устройства (измерительной головкой).
Скобы со встроенным стрелочным устройством называют скобы рычажные (кассаметры). Скобы, оснащенные съемными измерительными головками, называют индикаторными скобами.
Принципиальное отличие в использовании скоб с отсчетным устройством заключается в том, что перед измерением скоба должна быть настроена на измеряемый размер с помощью установочных мер (концевых мер длины).
Скобы со встроенным отсчетным устройством обычно имеют механизм стрелочного отсчетного устройства такой же, как у рычажных микрометров.
У скоб со сменной отсчетной головкой схема неподвижной пятки в принципе одинаково, а в торец подвижной щетки устанавливают индикатор часового типа или рычажно-зубчатую головку.
Типоразмеры скоб. Основные технические характеристики.
Изготавливают для измерения размеров до 150 мм с ценой деления отсчетного устройства 0,002 мм и диапазоном показаний до ±0,14 мм (0,28 мм). Типоразмеры этих скоб обычно изготавливают через 25 мм (0-25; 25-50 и т.д.).
Скобы со съемным отсчетным устройством предназначены для размеров 0-1000 мм с ценой деления головки 0,01 мм (индикатор часового типа) и диапазоном показаний 3 или 5 мм. У этих скоб переставная пятка может устанавливаться на 50 мм, а следовательно диапазон измерений составляет 50 мм.
Погрешность измерения скобами
Основные составляющие погрешности измерения так же, как и при измерении измерительными головками.
При этом добавляется погрешность от нагрева корпуса теплом рук оператора, погрешность от разного положения скобы в пространстве, если она была настроена на размер в положении, которое отличается от положения при измерении, а также погрешность от нежесткости конструкции.
Поверку скоб обычно производят по концевым мерам длины, как и измерительных головок.
Погрешность равна цене деления на всем диапазоне показаний. У скоб для измерения больших размеров (свыше 500) погрешность составляет 1,5-2 цены деления.
При работе на всем диапазоне показаний шкалы погрешность измерения скобами со встроенным механизмом может быть обеспечена от 4 до 25 мм (до 150 мм), а при работе на участке шкалы в пределах 10 делений - соответственно от 2 до 5 мкм.
Для скоб со съемным отсчетными устройствами не более 10 мкм для малых размеров (до 50) и не более 60 мкм для больших размеров (400-500 мм).
Скобы с цифровым электронным отсчетным устройством
У обычных скоб недостаток:
Два вида скоб:
В обоих видах приборов реализуется установка нулевого отсчета в любом месте диапазона измерения, запоминание измеренного размера, возможность предварительной установки значения измеряемого размера, который необходимо получить с отсчетом на табло отклонений измеренного размера от заданного, а также предусмотрена сигнализация от повышении скорости перемещения измерительного стержня.
Особенности измерения внутренних размеров
Измерение внутренних размеров значительно сложнее, чем измерения наружных.
При измерении внутренних размеров приходится практически всегда пользоваться двухточечной схемой измерения.
Особенность измерений внутренних размеров заключается в том, что измерительные наконечники средств измерения должны находится внутри детали, иногда на большой глубине, а измерительное средство должно обладать устройством, выводящим показание прибора в место, удобное для отсчета.
Виды измерительных средств
Разделяются на:
Накладные называются приборы, которые при измерении находятся на измеряемой детали; такие приборы для внутренних измерений чаще всего называют нутромерами.
Станковыми называются приборы, у которых деталь устанавливается на приборе и весь процесс совмещения линии измерения с измеряемым размером осуществляется перемещением детали относительно наконечников с помощью специальных механизмов прибора.
К специфическим составляющим погрешности измерения относятся погрешности, возникающие от смещения линии измерения относительно измеряемого диаметра.
1. Погрешность от совмещения линии измерения в плоскости, перпендикулярна оси измеряемого отверстия – возникает от того, что при смещении линии измерения относительно измеряемого диаметра на величину C измеряется не диаметр, а хорда, т.е. меньший размер.
Погрешность измерения
Чем больше радиус (диаметр) измеряемого отверстия, тем меньше влияет смещение линии измерения на погрешность измерения.
2. Погрешность от совмещения линии измерения в плоскости, проходящей через ось – возникает из-за того, что линия измерения оказывается наклоненной к измеряемому диаметру и измеряется размер, больший чем действительный. При наклоне линии измерения на угол α погрешность измерения ∆αd будет
Для малых углов наклона с достаточной точностью можно принять и тогда .
С увеличением радиуса измерительного наконечника погрешность измерения уменьшается.
3. Погрешность от динамики процесса совмещения линии измерения – возникает от того, что оператор неоднократно проводит относительные смещения детали и прибора и на момент кажущегося совмещения оказывает влияние много факторов:
оператор при поиске размера, как правило, при совмещении проходит размер на 3-5 делений, чтобы убедиться в положении этого размера в значительной мере зависит от амплитуды относительно перемещения детали и измерительных наконечников.
Установка в приборах измерения для внутренних размеров головок с малой ценой деления позволяет уменьшить погрешность измерения прежде всего из-за более точного совмещения линий измерения с измеряемым диаметром.
На увеличение амплитуды перемещения при измерении внутренних размеров оказывают влияние также поверхностные неровности детали, случайные погрешности отсчетной головки, субъективные особенности оператора, погрешность формы измеряемого отверстия, малое измерительное усилие и т.д.
4. Погрешность от настройки прибора имеет место всегда у приборов для измерения внутренних размеров, поскольку практически все приборы работают методом сравнения с установочной мерой.
При установке прибора на размер, возникают те же погрешности совмещения линии измерения, которые присущи процессу измерения внутренних размеров.
Наиболее часто установку приборов при измерении производят по установочным кольцам и блокам концевых мер длины, а нутромеров – еще и по гладким микрометрам.
Настройка на размер по установочным кольцам наиболее простой и точной, т.к. в этом случае процесс настройки близок к условиям измерения. Погрешность аттестации находится в пределах 0,3-1 мкм.
Настройка на размер по блоку концевых мер длины является универсальной (струбцина, боковики, блок мер).
Поскольку винт струбцины часто скрепляют воротком, то усилие сжатия блока доходит до 2 000 Н и это приводит к деформациям которые можно рассчитывать по формуле:
F- сила сжатия, Н;
l – размер блока, см;
s – опорная площадь меры, см2;
Е – модуль упругости, Н/ см2
Для блока размером l =100 мм; F=1000 Н
мм
Помимо деформации концевых мер изменяется параллельность боковиков до 0,001-0,003 мм.
Погрешность настройки по блокам концевых мер длины можно уменьшить, если аттестовать толщину боковиков, а после собранного блока аттестовать наружный размер по боковикам и вычесть размеры боковиков.
Настройка на размер по микрометру – производится только у нутромеров. В этом случае микрометр устанавливают на размер и микровинт стопорят. Настройка будет более точной, если настраивать микрометр по блоку концевых мер. Настройка по микрометру менее точна, чем по концевым мерам, так как размеры измерительных поверхностей микрометра небольшие. Особенно велика погрешность установки (до 0,02 мм) при настройке нутромера на размер свыше 100 мм.
Накладные средства измерения внутренних размеров. Нутромеры
Нутромером микрометрическим называется накладной прибор для измерения внутренних размеров с 2-х точечной схемой измерения, в котором перемещение одной из точек определяется с помощью винтовой пары, т.е. винта и гайки.
Микрометрический нутромер включает помимо микрометрической головки (головки с индикатором часового типа) комплект так называемых удлинителей, из которых составляется длина измеряемого размера.
Микрометрическая головка состоит из корпуса 3, на который установлена муфта 2 с внутренней резьбой для навертывания корпуса удлинителя. Внутри этой муфты на торце корпуса установлен сферический наконечник 1 с которым контактирует стержень удлинителя. С другой стороны крепиться стебель 4 с микропарой.
Удлинители, из которых составляется размер, представляют собой стержень со сферическими кольцами, радиусом 12-60 мм. Стержень расположен внутри корпуса, имеющего на одном конце наружную, а на другом конце внутреннюю резьбу. Внутри корпуса располагается пружина 3, которая обеспечивает основное замыкание стержней удлинителя между собой и поджим к упору микрометрической головки.
По типу удлинителя делан и измерительный наконечник (небольшого размера), который устанавливается на конце собранного нутромера.
Настройку нутромера на необходимый размер производят установкой микрометрической головки на нуль с помощью специальной скобы входящей в комплект прибора. Затем подбирают из комплекта прибора удлинители необходимого размера.
Типоразмеры микрометрического нутромера определяются диапазоном измерения. Общий диапазон измерения этих нутромеров от 50 до 10 000 мм. Обеспечение диапазона измерений в основном достигается набором удлинителей (50-75; 75-175; 75-600; 150-1250…4000-10 000).
Погрешность измерения микрометрического нутромера
Дополнительная погрешность возникает от усилия свинчивания удлинителей. Поэтому рекомендуется для повышения точности измерения размер собранного нутромера аттестовать на измерительной машине, тогда вместо погрешности от свинчивания в общую погрешность измерения войдет только погрешность аттестации, которая значительно меньше.
При использовании микрометрической головки оператор дискретно изменяет размер нутромера и по ощущению движения нутромера в отверстии определяет соответствие этого размера измеряемому диаметру.
Экспериментально установлено, что погрешность от перекоса микрометрического нутромера даже для небольших размеров составляет 0,01-0,02 мм.
Погрешность нутромера:
Погрешность измерения микрометрического нутромера не более 0,015-0,030 мм при настройке по установочной мере и 0,01-0,02 мм при аттестации собранного нутромера.
Поверка микрометрического нутромера для измерения небольших размеров обычно производится на горизонтальном оптиметре или измерительной машине. Нутромеры с большим диапазоном измерения поверяют на измерительной машине в собранном виде.
Нутромеры со стрелочной отсчетной головкой
Называется накладной прибор для измерении внутренних размеров, в котором перемещение измерительного наконечника определяется с помощью стрелочной отсчетной головки (индикаторный нутромер).
Схема нутромера чаще всего состоит из двух измерительных стержней, из которых стержень 1 в процессе измерения неподвижен, а стержень 2 перемещается по направляющим скольжения. Перемещение стержня 2 механизмом 3 (угловым рычагом) передается на шток, а через него на отсчетное устройство.
Принципиальная особенность, присущая нутромера, заключается в наличии устройства, предназначенного для обеспечения расположения линии измерения в плоскости, проходящей через ось измеряемого отверстия (центрирующее устройство - мостик).
При наличии мостика поиск измеряемого диаметра необходимо производить только, покачивая нутромер в плоскости, проходящей через ось, и находя минимальное значение размера.
Это устройство представляет собой планку, имеющую скругленные поверхности 8 (опоры), с помощью которых планка контактирует с поверхностью измеряемой детали 11.
Основное требование к этой планке заключается в том, чтобы опоры 8 контакта поверхности мостика с деталью 11 были симметричны относительно линии измерения, образуемого стержнями 1 и 2. планка 9 под действием пружины 12 поднимается к детали 11. При введении нутромера в деталь он базируется внутри цилиндра с помощью трех точек – 2 точки (опоры 8) центрирующего мостика и одна точка стержня 1. Эти три точки принадлежат вершинам равнобедренного треугольника, а линии измерения совпадает с высотой этого треугольника и ее продолжением.
В подавляющем большинстве нутромеров используется именно такая трехточечная схема базирования.
Нутромеры различаются в основном:
Используемые в нутромерах отсчетные головки должны иметь обратную оцифровку шкалы, так как опускание наконечника головки при измерении показывает увеличение размера. Поэтому шкалы многих измерительных головок снабжают двойной оцифровкой (по часовой стрелке) – прямой (для наружных измерений) и обратной (для внутренних измерений).
Принцип клиновой передачи для определения глубины проникновения конуса используется в конструкциях нутромеров (от 0,95 мм).
Типоразмеры нутромеров с отсчетной головкой.
Диапазон измерения обычно составляет 6-1000 мм. Наиболее часто применяют типоразмеры: 6-10; 10-18; 18-50; 50-100; 100-160; 160-250; 250-450; 450-700; 700-1000 мм.
Для обеспечения заданных диапазонов нутромеры снабжают комплектом сменных измерительных стержней.
Наибольшую глубину измерения принимают от 100 (диапазон измерения от 10 мм) до 500 мм (диапазон измерения 250-400 мм).
Измерительное усилие нутромеров находится в пределах от 200-250 до 500-900 сН в зависимости от диапазона измеряемых размеров.
Погрешность измерения нутромерами
Зависит от:
При измерении нутромером от нагрева рукой изменяется в основном длина корпуса, находящегося в непосредственном контакте с рукой.
1 минута нагрева – изменение результата на 0,004 мм. При чем знак противоположный знаку погрешности от нагрева непосредственно по линии измерения.
Погрешность нутромеров обычно нормируется равной 1,5-2,5 цены деления отсчетной головки. Так для нутромеров с отсчетной головкой 0,01 мм погрешность устанавливается от 0,012 (для размеров 6-18 мм) до 0,025 мм (для размеров 160-1000 мм). Для нутромеров с ценой деления 0,001 и 0,002 мм погрешность устанавливается от 0,003 (для размеров 3-6 мм) до 0,005 мм (для размеров 18-50).
Погрешность измерения нутромером с ценой деления 0,01 мм при измерении размеров от 3 до 500 мм можно обеспечить в пределах 0,005-0,015 мм для небольших размеров (3-18) и 0,01-0,025 мм для относительно больших размеров (120-260).
Погрешность уменьшается при настройке по установочным кольцам и использовании отсчетного устройства на небольшом диапазоне (0,01 мм).
Погрешность измерения, например, для размера 3-50 мм можно обеспечить в пределах 1,5-2,5 мкм при соответствующей точности аттестации колец 0,5 мкм.
Поверка нутромеров
Заключается в поверке точности механизма и точности центрирования. Поверку наиболее полно производят по образцовым кольцам.
Более часто поверку нутромеров с отсчетным устройством производят по набору концевых мер длины с боковинами и другими принадлежностями к концевым мерам длины.
Для поверки нутромеров изготавливают различного рода приспособления, особенно для нутромеров с отсчетной головкой с ценой деления 0,01 мм, в которых в качестве устройства, задающего образцовые перемещения измерительному стержню, используется аттестованная микрометрическая пара.
Для нутромеров предусмотрена поверка погрешности центрирования, которая определяется по разности показаний нутромера при настройке на размер по блоку концевых мер (центрирующее устройство не участвует) и измерении кольца того же размера, что и блок (центрирующее устройство не участвует). Обычно погрешность центрирования нормируется величиной, не превышающей цены деления отсчетной головки.
Помимо точностных данных при поверке определяют величину измерительного усилия измерительного стержня и усилия центрирующего устройства.
Станковые приборы для измерения внутренних размеров
Особенности станковых приборов в отношении совмещения линии измерения с измеряемым диаметром.
а) совмещение линии измерения в плоскости, перпендикулярно к оси измеряемого отверстия:
Этот метод обеспечивает погрешность измерения от центрирования не менее 0,50,7 мкм, так как влияет случайная погрешность отсчетного устройства, случайная погрешность от положения измерительных наконечников, трения по поверхностям наконечника и детали, знакопеременное усилие на измерительных наконечниках, стабильность работы механизма прибора, масса и положение детали на столике прибора.
Для случая, когда R-v=0,5 мм (радиус наконечника всего на 0,5 мм меньше радиуса измеряемого отверстия) погрешность от совмещения методом хорды будет составлять всего 0,05 мкм.
б) совмещение линии измерения в плоскости, проходящей через ось измерительного отверстия:
Поверка станковых средств измерения внутренних размеров производится аналогично нутромерам по образцовым кольцам, но чаще всего по концевым мерам длины.
Высокоточные приборы практически невозможно проверять кольцом и концевыми мерами. В этом случае при поверке приборов приходится поверять отдельные его функциональные узлы, влияющие на погрешность измерения. Исходя из этих предпосылок и нормируется требование к этим узлам, а к прибору в целом – только в отношении случайной погрешности.
Станковый прибор с электронным индикатором контакта
Для измерения внутренних размеров.
Принцип электронного индикатора контакта заключается в том, что измерительный наконечник и измеряемая деталь включены в электрическую цепь и момент контакта наконечника с деталью определяется по специальному электронно-световому индикатору.
Погрешность определения контакта и наконечника с деталью находится в пределах 0,01-0,02 мкм.
Лекция 5
Измерительные средства с оптико-механическим преобразованием (ИСОМП)
Представляют собой средства измерения, в которых при измерении главную функцию выполняют комплексы оптических и механических элементов:
Все оптические элементы соединяются направляемыми потоками лучей, несущими в себе информацию об измеряемой детали.
Оптиметры – принято называть оптико-механические приборы для измерения линейных размеров с равнением с мерой, с преобразователем в виде рычажно-оптического устройства, которое малые перемещения измерительного наконечника преобразует в большие наблюдаемые перемещения шкалы.
Оптиметры состоят из:
Окулярная трубка оптиметра.
Элементы оптико-механической схемы трубки разделяют на группы:
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 шарнир, на который опирается нижняя поверхность зеркала 6, а на нижний участок стержня 8 надевается измерительный наконечник. В пластину 9 сверху запрессованы два опорных шарнира, на которые опирается также нижняя поверхность зеркала 6. Линия, соединяющая вершины этих двух шарниров, является осью поворота зеркала 6 при перемещениях стержня 8 вдоль оси присоединительной трубки В. Расстояние l между осью шарнира в торце стержня 8 и общей осью опорных шарниров в пластине 9 является механическим плечом рычага передачи трубки оптиметра.
Оптическая группа состоит из стеклянной пластины 3 и окуляра 7. Пластина3 имеет две зоны а и б, расположенные по разные стороны оси горизонтальной трубки А. Зона а окрашена. В окраске вычищено окно, в котором нанесена шкала из 200 делений (±100). Ось этой шкалы смещена относительно оси горизонтальной трубки А на расстояние в. 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 Y, преломляются в ней под углом 50ْ и попадают вместе с изображением шкалы в объектив 5.
Здесь происходит автоколлимация лучей. При автоколлимации лучи, а с ним и изображение шкалы проходят через объектив 5, падают на зеркало 6, отражаются обратно в объектив 5 и выносят из него изображение шкалы на 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 соответствующий поворот на угол α зеркала 6, а значит, и пропорциональное ему перемещение изображения шкалы Y относительно неподвижного штриха-указателя.
По расположению линии измерения оптиметры разделяют на:
Благодаря одному присоединительному размеру (Ø28 мм) трубки их взаимозаменяемы. Различие состоит в устройствах базирования измеряемых деталей.
Цена деления – 1 мм.
Диапазон показаний - ±100 мкм.
Расчет передаточного числа трубки оптиметра
Схема головки представляет собой оптико-механическую рычажную передачу, в которой оптическое плечо рычага состоит из потока лучей, падающего на зеркало, и потока, отраженного на пластину 3 в зависимости от положения зеркала, и потока, отраженного на пластину 3 в зависимости от положения зеркала 6. Механическое плечо – расстояние l между осью измерительного стержня и осью шарнира зеркала.
Передаточное число up определяется отношением величины смещения Y луча при повороте зеркала на угол α к перемещению измерительного стержня на величину x.
Перемещение х весьма мало по сравнению с величиной l, поэтому можно заменить tgα≈α и tg2α≈2α тогда
Полная величина передаточного числа трубки будет равна
где - увеличение окуляра
для трубки оптиметра
F=200 мм; l=5 мм; = 12х
Получим , т.е. перемещение наконечника увеличивается на отсчетном устройстве в 960 раз.
Для обеспечения цены деления головки 0,001 мм шкала на пластине 3 имеет интервал 0,08 мм, а с учетом увеличения окуляра в 12х видимый интервал составляет 0,96 (0,08*12), а общее передаточное число
Погрешность измерения
К составляющим погрешностям следует отнести:
1. Погрешность, вносимую при отсчете показаний – не более 0,1 мкм
Погрешность из-за параллакса трубки оптиметра – не более 0,1 мкм.
2. Погрешность расположения измерительной поверхности плоскости наконечника относительно плоскости стола для вертикального оптиметра:
отклонение от параллельности наконечников для горизонтального оптиметра
отклонение от соосности – 0,3-0,4 мкм
погрешность из-за смещения наконечника при передвижении кронштейнов по колонке или валу – до 4 мкм
3. Погрешность из-за нестабильной работы подвижной части стола – до 0,2 мкм у горизонтального оптиметра.
4. Погрешность от концевых мер длины.
5. Погрешность из-за температурных деформаций.
Погрешность измерения наружных размеров
вертикальным оптиметром от 0,3 до 1 мкм;
горизонтальным оптиметром от 0,4 до 2 мкм.
Погрешность измерения внутренних размеров горизонтальным оптиметром составляет от 1,5 до 5 мкм для размеров до 500 мм.
Поверку оптиметров с ценой деления 1 мкм производят по концевым мерам 3-го разряда.
Длинномеры
Называются оптико-механические контактные приборы, оснащенные подвижной шкалой, расположенной на линии измерения. Ими измеряют наружные размеры деталей по методу непосредственной оценки или сравнения с мерой.
Принципиальной особенностью этих приборов является полное соблюдение принципа Аббе.
Длинномеры разделяются на:
Вертикальные длинномеры:
1. Осветительная группа: свет от лампочки 1 собирается конденсором 2 в пучок параллельных лучей.
2. Измерительная группа: подвижная николь 5 (касающаяся измерительным наконечником 4 детали на предметном столе 3) несет в себе основную шкалу 6. Основная шкала нанесена на стеклянной пластине через 1 мм и имеет 100 делений (погрешность нанесения интервала обычно не превышает 0,1-0,2 мкм).
3. Отсчетная группа: поток лучей от лампы 1 с изображением штрихов шкалы проходит через объектив 7, неподвижный диск 3 с прямой шкалой 1 (с=0,1 мм), вращающийся рукояткой 9 диск 10 с круговой шкалой 2 с отсчетом 0,001 мм и двойной спиралью 3, имеющей шаг 0,1 мм. Вместе с изображениями штрихов неподвижной шкалы 1, круговой шкалы 2 и витков двойной спирали 3 поток лучей попадает в окуляр 11.
В поле окуляра деления подвижной основной шкалы 4 (с=1 мм) оказываются разделенными на 10 частей делениями неподвижной шкалы 1 (с=0,1 мм). Для удобства отсчета ось неподвижной шкалы продлена в виде штриха-указателя.
На деления этих шкал в поле зрения наложены и витки двойной спирали. Спираль 3 нанесена на вращающемся диске вместе с круговой шкалой 2 (с=0,001 мм). За один оборот диска в поле зрения мимо штриха-указателя проходят 100 делений круговорот шкалы и радиус спирали увеличивается на 0,1 мм. Если же повернуть диск на часть оборота, например на 67 делений круговой шкалы 2, то радиус двойной спирали увеличиться соответственно на ∆R=0,67*0,1=0,067 мм.
Полное значение отсчета размера по микроскопу состоит из:
1- значение штриха основной шкалы Y в мм, видимого в поле зрения в зоне витков двойной спирали (размер 73);
2- значения штриха неподвижной шкалы 1 (с=0,1 мм) ближайшего меньшему к штриху основной шкалы (размер 0,2 мм);
3- значение штриха круговой шкалы 2 (с=0,001 мм), оказавшегося против указателя при расположении витка двойной спирали по бокам штриха основной шкалы (размер 0,067 мм).
Полный отсчет - 73,267 мм.
В конструкцию вертикального длинномера ИЗВ-1 входят:
Горизонтальные длинномеры представляют собой приборы с той же измерительной системой, что и горизонтальные оптиметры со станиной, но вместо трубки оптиметра установлено длинномерное устройство.
Основные типы и технические характеристики
Вертикальные - ИЗВ-1, ИЗВ-2, ИЗВ-3 и ИЗВ-5.
Горизонтальные -ИКУ-2 и ИЗГ-5.
Диапазон измерения: ИЗВ-1 – 250 мм;
ИКУ-2 – от 1 до 400 мм.
Величина отсчета по шкалам длинномеров – 1мкм.
Дискретность отсчета по цифровой индикации ИЗГ-5 – 0,2 мкм.
Погрешность длинномеров нормируется в зависимости от измеряемого размера L.
ИЗВ-1
ИКУ-2
В число составляющих погрешность измерения входят:
1-погрешность отсчета по спиральному микроскопу – при двукратном отсчете эта погрешность составляет не более 1 мкм;
2- погрешность из-за измерительного усилия;
3- погрешность от температурных деформаций.
Предельные погрешности измерения длинномерами – от 1,5 до 2,5 мкм.
Поверка длинномеров
Применяют концевые меры длины 4-го разряда.
Особенностью поверки является необходимость выравнивания температур концевых мер и поверяемых приборов.
Выравнивание температур выполняют вылежкой мер на металлической плите для размеров до 100 мм не менее 1 часа, для размеров 150 и 250 мм – не менее 2 часов.
Интерферометры
Называются оптико-механические приборы для измерения линейных размеров, в которых оптико-механические преобразование происходит с использованием интерференции света.
Основным назначением их является измерение и аттестация концевых мер длины, измерение контркалибров, аттестация образцовых деталей.
Картиной интерференции называется наблюдаемая совокупность интерференционных полос, возникающих при сложении и вычитании волн конкретных световых лучей.
Интерференция возникает при прохождении лучей света через клин между двумя отражающими поверхностями прозрачных пластин.
Лучи света проходят через плоскопараллельное стекло на нижней поверхности А, разделяются на два пучка. Первый пучок, отразившись от плоскости А вверх, выходит наружу из стекла. Второй пучок проходит в клин между поверхностями А и Б, отражается от плоскости Б снова на А, проходит сквозь нее внутрь стекла и вместе с первым пучком выходит наружу.
При этом второй пучок на своем пути через клин получает оптическую разность хода по сравнению с первым по фазе, а потому интерферирует с ним при выходе из стекла, и мы видим в итоге картину интерференции, состоящую из ряда темных и светлых полос.
Первая от ребра клина темная полоса возникает в том сечении клина, где его толщина равна половине длины волны света х/2, вторая темная полоса – там, где толщина сечения клина равна длине волны λ, третья полоса – там, где толщина клина равна 3/2λ и т.д.
Как видно, темные полосы возникают в ряде сечений с разностью хода лучей, равной нечетному числу полуволн. Для белого света полосы возникают в сечениях с разностью хода 0,3; 0,6; 0,9 мкм и т.д.
Важно усвоить, что каждая полоса возникает в сечении с определенной толщиной, т.е. разностью хода, и если клин изменится и эта толщина переместится в другое место по сечению клина, то полоса интерференции переместится по клину за своей толщиной.
При уменьшении угла клина расстояние между полосами интерференции увеличиться, а при увеличении угла шаг полосы уменьшиться, т.е. они сблизятся. Значит, если мы видим шаг полос большой, то угла клина малый и наоборот.
По характеру взаимодействия с поверхностью измеряемого объекта интерферометры разделяются на:
по расположению оси измерения на:
По типу устройства для отсчета показаний на:
По типу оптического луча на:
Схема контактного интерферометра
Лучи от лампы 1 собираются конденсором 2 в параллельный поток и проходят диафрагму 3. Для работы в монохроматическом свете (одноцветном) на пути лучей после диафрагмы может установиться светофильтр 4, пропускающий только зеленые лучи. Длина волны лучей, пропускаемых светофильтром, установленным на данной трубке, аттестуется и маркеруется на трубке. (Если нужно работать в белом свете, то светофильтр убирается с пути лучей).
Затем лучи падают на разделительную пластину 6, имеющую на нижней поверхности полупрозрачное покрытие. Здесь поток лучей разделяется на два пучка.
Первый пучок идет в горизонтальном направлении, доходит до регулировочного зеркала 5, отражается от него, возвращается на пластину 6, проходит через нее и сквозь объектив 7 попадает на пластину 8 со шкалой.
Второй пучок идет в вертикальном направлении, проходит через компенсатор 11 до зеркала 12, соединенного со стержнем 13, отражается от этого зеркала на той высоте, которая будет определена положением наконечника, т.е. размером объекта, установленного на столе под трубкой. Отраженный луч вновь проходит сквозь компенсатор 11 и, преломившись от нижней поверхности пластины 6, пройдя через объектив 7, тоже приходит на пластину 8. Компенсатор 11 служит для уравнения оптической длины хода обоих пучков лучей света – без компенсатора горизонтальный пучок проходит дважды через стеклянную среду, тогда как вертикальный идет только в воздушном пространстве.
В плоскости пластины 8 оба пучка интерферирует, и через окуляр 9, 10 на фоне шкалы видна картина интерференции. Если на пути лучей поставить светофильтр 4, то поток будет состоять из лучей одной длины волны и картина интерференции будет иметь вид ряда темных полос с зелеными промежутками; если же светофильтр убрать с пути потока, то лучи будут белого цвета, т.е. будут состоять из лучей разной длины волны, и тогда картина интерференции будет иметь вид ряда радужных полос с одной черной полосой в середине.
При изменении размера детали под наконечником стержня переместиться весь стержень 13, а вместе с ним и зеркало 12, из-за чего измениться величина оптической разности хода вертикального и горизонтального пучка света, которая была до изменения размера детали. Это вызовет сдвиг картины интерференции, что будет видно по смещению черной полосы картины на фоне шкалы в поле зрения окуляра трубки интерферометра.
Преимуществом рассмотренной схемы является наличие при белом свете в картине интерференции черной полосы, которая используется при работе трубки в виде индекса (стрелки). Ее устанавливают на нулевой штрих шкалы и по ней затем читают отклонение от установленного размера.
Технические характеристики вертикального интерферометра
Характеристики трубки:
Характеристика прибора:
где n – число делений от нулевого штриха до поверяемого;
c – цена деления;
λ – длина волны светофильтра;
- относительная погрешность аттестации длины волны.
Случайная погрешность не более 0,02 мкм.
Погрешность измерения контактными интерферометрами
- погрешность блока концевых мер длины;
- погрешность от температурных деформаций (доминирующая).
Погрешность измерения наружных размеров:
для размеров от 1 до 18 мм – 0,25 мкм;
от 18 до 80 – 0,3 мкм;
от 20 до 120 – 0,4мкм
Поверка
Применяют концевые меры длины, аттестованные по 1-му разряду. При этом применяют так называемый парный метод, т.е. для поверки пользуются парами концевых мер длины, имеющими специальную разность размеров, требуемую для поверки определенных делений шкалы.
Лекция 6
Оптические средства измерения больших размеров
Измерительными машинами называют оптико-механические контактные приборы, оснащенные шкалами и устройствами отсчета для измерения деталей с большими размерами методом непосредственной оценки или сравнения с мерой.
Оптическая схема
Конструкция измерительной машины
Основанием измерительной машины является станина 8, по которой перемещаются бабки – упорная 1 и измерительная 22. На направляющих размещены предметный стол 24 (аналогичен столу горизонтального оптиметра) и призматические люпеты 25. на правом краю направляющих станины 8 укреплен узел микроподачи измерительной бабки 22 с винтом микроподачи 12 и зажимом 13. Упорная бабка 1 оснащена пиполью, перемещаемой рукояткой 3, такого же типа, как пиполь горизонтального оптиметра, и маховиком 26 для перестановки этой бабки по направляющим станины 8. Измерительная бабка 22 оснащена отсчетным микроскопом 15, трубкой оптиметра 23, стопором микроподачи и рукояткой для перестановки бабки 22 по направляющим станины 8 в пределах шкалы 11.
Типоразмеры и технические характеристики
Диапазон измерения для наружных размеров: 1, 2 и 4 метра.
Наибольший диаметр детали, укладываемой на стол, до 50 мм.
Наибольшая масса детали, укладываемой на стол, до 10 кг.
Допускаемая погрешность биссекторной шкалы ± (0,3+9·10-3L) мкм, шкалы с отсчетом с=0,1 мм ± (0,7+5·10-3L), где L – номинальный размер в мм.
Погрешность измерения измерительной машины
При измерении методом непосредственного сравнения со шкалами машины – основной составляющей погрешности измерения является погрешность, вносимая температурными деформациями.
Двухкоординатные измерительные приборы
Измерительными микроскопами называется бесконтактные оптические приборы, на которых, наблюдая в увеличенном виде контуры детали, измеряют линейные и угловые размеры элементов этих контуров в прямоугольных координатах.
Процесс измерения на них осуществляется только непосредственной оценкой по линейным и угловым шкалам этих приборов.
Ход лучей и работа оптической схемы БМИ
Лучи от лампы 1 через конденсоры 2 и 4 и светофильтр 3 проходит через присовую диафрагму 5, размер которой устанавливается в зависимости от размера измеряемой детали. Затем пучок лучей падает на поворотное зеркало 6 и через конденсор 7 освещает снизу контур предмета, лежащего на предметном столе 8. после этого поток лучей, несущий в себе контур предмета, попадает в объектив 9, который увеличивает изображение контура в 1,5*, а также превращает его в обратное. Это обстоятельство крайне неудобно для оператора, т.к. он видит в поле зрения обратное изображение деталей. Для устранения этого дефекта установлена оборотная призма 10
С помощью которой обратное изображение становится прямым.
После призмы 10 лучи попадают в наблюдательную часть окулярной головки на пластину 15 со штриховой сеткой, которая расположена в фокусной плоскости объектива 9. Линзы окуляра 18 увеличивают изображение предмета еще в 20*, и оператор наблюдает через окуляр 18 прямое изображение предмета увеличенным в 30 раз и наложенным на штриховую сетку.
Линейные размеры измеряются на БМИ в двух прямоугольных координатах непосредственно по отсчетным устройствам кареток стола, а угловые размеры – с помощью оптической схемы угломерной головки.
В этой схеме пластины 15 со штриховой сеткой конструктивно жестко соединена с диском лимба 12, на котором нанесена круговая шкала из 360 делений с ценой деления 1ْ , причем центральный штрих сетки пластины 15 совпадает с нулевым и 180-м штрихами круговой шкалы лимба.
Ориентируя центральный штрих сетки поворотом всего угла по элементу контура детали, оператор поворачивает пластину 15 и лимб 12 вместе. Значит, положение штриха определяет положение лимба и отсчет по шкале лимба дает информацию о положении линии контура элемента детали по отношению к осям оптической системы микроскопа.
Лучи света от зеркала 11 проходят через диск с лимбом и светофильтр 13 в объектив 14, по пути освещая пластину 16 с минутной шкалой, которая находится в фокусной плоскости объектива 14. Через окуляр 17 оператор наблюдает штрихи лимба 12 на фоне минутной шкалы пластины 16 и отсчитывает показание угломерного микроскопа.
Погрешности измерения
Составляющие погрешности измерения:
одна из основных составляющих – погрешность наведения штриха сетки на контур детали. Эта погрешность связана с увеличением объектива и составляет: при увеличении 1х – 2,5 мкм;
1,5+ - 1,7 мкм;
3х – 0,8 мкм;
5х – 0,5 мкм.
- погрешность отсчета по микропаре – не более 1,4 мкм.
Предельные погрешности измерения наружных размеров для размеров от 1 до 150 мм – от 5 до 10 мкм.
Предельные погрешности измерения внутренних размеров для размеров от 1 до 200 мм – от 3 до 10 мкм.
Поверка микроскопов
Поверка угломерной головки микроскопов производят по угловым мерам первого класса точности.
Погрешность измерений кареток проверяют по образцовой шкале.
Лекция 7
Выбор универсальных средств измерения
При правильном выборе всех видов измерительных средств необходимо учитывать ряд взаимосвязанных факторов:
1) предельную погрешность измерения и ее составляющие в зависимости от условий измерения;
2) влияние погрешности измерения на результат;
3) допускаемую погрешность измерения.
1. Предельная погрешность измерения и ее составляющие
Когда решается вопрос выбора конкретных универсальных измерительных средств и оценивается ожидаемая погрешность измерения, необходимо руководствоваться двумя принципиальными положениями:
1. Измерительными средствами одного вида можно выполнять измерения с различной погрешностью в зависимости от методов и условий проведения измерений.
2. Для решения вопроса выбора конкретных видов измерительных средств и условий проведения измерений необходимо оценить возможные предельные погрешности измерения.
В общем можно сказать, что на погрешность измерения оказывает влияние погрешность средств измерения и те условия, в которых производятся измерения.
Ряд слагаемых погрешностей:
1. Погрешности, зависящие от средств измерения.
Нормируемую допустимую погрешность измерительного средства следует рассматривать как погрешность измерения при одном из возможных вариантов использования этого измерительного средства.
2. Погрешности, зависящие от установочных мер.
Погрешность измерения будет меньше, если установочная мера будет максимально подобна измеряемой детали по конструкции, массе, материалу. Погрешности от концевых мер длины возникают из-за погрешности их изготовления, включая измерение (классы), или погрешности аттестации (разряды), а также из-за погрешности от притирки.
3. Погрешности, зависящие от измерительного усилия.
При оценке влияния измерительного усилия на погрешность измерения необходимо выделять упругие деформации установочного узла и деформации в зоне контакта измерительного наконечника с деталью.
4. Погрешности, происходящие от температурных деформаций.
Для оценки влияния температурных деформаций на погрешность измерения необходимо выделять упругие деформации установочного узла и деформации в зоне контакта измерительного наконечника с деталью.
Температурный режим есть условная, выраженная в градусах Цельсия разность температур объекта измерения и измерительного средства, которая при определенных идеальных условиях вызовет ту же температурную погрешность, что и весь комплекс реально существующих причин.
При этом предполагается, что прибор и деталь имеют постоянную по объему температуру и коэффициент линейного расширения материалов, из которого они изготовлены, равен 11,6·10-6 1/градус.
В соответствии с данными определения погрешность, зависящую от температурных деформаций, при известном температурном режиме определяют по формуле:
где - погрешность, зависящая от температурных деформаций;
l – измеряемый размер;
Q – температурный режим.
Если известна составляющая погрешности измерения, зависящая от температурных деформаций, то температурный режим в градусах можно определить по формуле:
Существуют два основных источника, обуславливающих погрешность от температурных деформаций:
Максимальное влияние отклонений температуры.
На погрешность измерения можно рассчитать по формуле:
где - отклонение температуры от 20º С;
– максимально возможная разность значений коэффициентов линейного расширения материала прибора и детали.
5. Погрешности субъективные.
Из перечисленных погрешностей представляется возможным учесть только субъективную погрешность отсчитывания.
Общие положения сводятся к тому, что во всех случаях, когда обеспечиваются погрешности измерения, не превышающие цены деления, необходимо принимать меры для уменьшения погрешностей отсчитывания от параллакса, т.е. более тщательно снимать отсчет и по возможности под одним углом к указателю.
Погрешность присутствия проявляется в виде влияния теплоизлучения оператора на температуру окружающей среды, а тем самым и на измерительное средство.
Погрешность действия – погрешности, вносимые оператором при настройке прибора, подготовке объекта измерения или установочных мер; погрешности от притирки концевых мер длины; при перемещении прибора относительно детали или детали относительно элементов прибора (при измерении внутренних размеров).
Профессиональные погрешности связаны с квалификацией оператора, с отношением его к процессу измерения. Профессия создает оператора определенный навык, ответственность за производимые измерения. Характер и точность выполняемых работ определяют тот объем информации, который оператор воспринимает от измерительных средств.
6. Определение предельной погрешности измерения.
Определяют числовое значение погрешности измерения от всех составляющих.
2.Влияние погрешности измерения на результаты разбраковки.
При приемочном контроле погрешность измерения «взаимодействует» с истинными размерами и оказывает качественное влияние на окончательные результаты измерения только тех деталей, у которых размеры находятся близко к границам поля допуска, т.е. оценивает брак или годен.
Таким образом, при приемочном контроле оказывает влияние на результаты не только погрешность измерения, но и фактический размер, который имела в этот момент контролируемая деталь.
Сочетание погрешности измерения и истинного размера контролируемой детали является событием случайным и определить результаты неправильной разбраковки при определенном сочетании можно только вероятностным путем.
Для общих расчетов удобнее выражать погрешность измерения как часть от контролируемого допуска, т.к. принимать относительную величину:
где - относительная погрешность измерения (коэффициент точности измерения);
– среднее квадратическое отклонение погрешности измерения;
Т – допуск контролируемого параметра.
Влияние точности изготовления контролируемых объектов на результаты разбраковки удобнее выразить через относительную величину, связанных как с допуском контролируемых объектов, так и с характеристикой распределения погрешности изготовления, т.е.
На рисунке показана взаимосвязь распределения отклонений размеров изготовленных деталей, нормируемого допуска и погрешности измерения.
Если бы применяемый метод измерения совершения не обладал погрешностью, то на кривой распределения контролируемых деталей на границах поля допуска все действительно бракованные детали оказались бы забракованными, а все детали с размерами не выходящими за границу поля допуска, были бы признаны годными.
Распределение измеренных деталей графически можно изобразить в виде усеченной кривой распределения (заштрихованная площадь).
На рисунке показан характер искажения кривой распределения отклонений размеров деталей, измеренных с определенной погрешностью.
Для оценки влияния погрешности измерения на результаты разбраковки установлена связь между:
Значения m, n и c называются параметрами разбраковки.
Для того чтобы деталь, имеющая отклонения размера, выходящие за границу поля допуска, была признана по результатам измерения годной, необходимо, чтобы в тот момент, когда контролируется деталь с отклонениями, выходящими за границу поля допуска на величину х, погрешность измерения проявилась с обратным знаком и величиной большей, чем это отклонение.
Разработаны графики по определению параметров разбраковки при распределении контролируемых размеров по нормальному закону.
Анализ полученных данных о параметрах разбраковки дает возможность установить ряд особенностей, имеющих практическое и теоретическое значение.
1. При уменьшении относительной точности изготовления возрастет число неправильно принятых и неправильно забракованных деталей.
2. Для распределения погрешностей изготовления размеров по нормальному закону и закону существенно-положительных величин графики параметров m и n имеют экстремальное значение.
3. На параметры разбраковки оказывают влияние точность технологического процесса изготовления в большей мере, чем погрешность измерения.
4. Соотношение между числом неправильно принятых и неправильно забракованных деталей не значительно меняется с изменением погрешности измерения. Более существенное влияние оказывает точность изготовления. Чем точнее технологический процесс, тем меньше неправильно принятых деталей по сравнению с неправильно забракованными.
5. При симметричных законах распределения погрешности измерения значения параметров разбраковки практически одинаковы для разных законов при равенстве .
6. Систематические погрешности измерения во многих случаях оказывают на параметры разбраковки большее влияние, чем случайные.
3. Допускаемая погрешность измерения.
Существуют нормативные документы по нормированию погрешности, допускаемой при измерении линейных размеров от 1 до 500 мм.
В этих документах устанавливаются:
1 – значения пределов допускаемых погрешностей измерения;
2 – приемочные границы с учетом нормируемых пределов допускаемых погрешностей измерения.
Значения пределов допускаемых погрешностей измерения
Приняты равными от 20% (для грубых допусков)
До 35% - от значения допусков с соответствующими округлениями, учитывающими реальные значения погрешности измерения существующими измерительными средствами.
Нормируемая погрешность измерения относится к предельной погрешности, т.е. с учетом влияния всех составляющих погрешности измерения.
Допускаемая погрешность относится к случайным и неучтенным систематическим погрешностям измерения. Случайная погрешность принимается равной 2.
Приведенные в нормативных документах допускаемые погрешности измерения являются наибольшими значениями, которые можно допустить при измерении. Меньше этих величин погрешности могут быть сколько угодно малыми, даже практически нулевыми, если это не вызывает дополнительных затрат по сравнению с измерением с допускаемой погрешностью.
Приемочные границы с учетом нормируемых пределов допускаемых погрешностей измерения
Приемочными границами называются значения размеров, по которым производится приемка изделий.
Они должны устанавливаться с учетом возможного влияния предельной допускаемой погрешности измерения.
Допуск на размер следует рассматривать как допуск на сумму погрешностей технологического процесса, которые не дают возможности получить абсолютно точное значение размера, в том числе из-за погрешности измерения.
Для учета влияния погрешности измерения возможны 2 варианта.
При первом варианте приемочные границы устанавливают совпадающими с нормируемыми предельными значениями проверяемого изделия, т.е. возможное влияние погрешности измерения учитывается конструктором при выборе квалитета и вида посадок. Этот вариант можно считать основным, так как он принят в отечественной и зарубежной практике (без производственного допуска).
При втором варианте приемочные границы устанавливают с введением так называемого производственного допуска, т.е. нормируемые предельные значения размера смещают внутрь допуска с учетом возможного влияния погрешности измерения.
Смещение не должно превышать половины нормируемой допускаемой погрешности измерения. Этот вариант менее предпочтителен.
Рекомендуется при введении производственного допуска смещать приемочные границы на значение возможного выхода размера за границу поля допусков в зависимости от точности технологического процесса и погрешности измерения. Значения этих величин (вероятностный производственный допуск).
При нормировании допускаемой погрешности измерения устанавливаются требования к так называемой арбитражной препроверке, которая должна осуществляться с погрешностью измерения, не превышающей 30% предельной погрешности измерения, допускаемой при приемке.
При этом разрешается обнаружение среди годных определенного числа деталей, размеры которых выходят за границы поля допуска, но не более чем на половину значения допускаемых погрешностей измерения.
Методика выбора измерительных средств
В выборе измерительных средств должны участвовать: конструкторская, технологическая, метрологическая службы в пределах выполняемых ими служебных обязанностей.
Лекция 8
Специальные средства измерения
Называются средства измерения, предназначенные для измерения специальных физических элементов у деталей определенной геометрической формы или для измерения значений специальных параметров у деталей вне зависимости от их геометрической формы.
К специальным средствам измерений деталей определенной геометрической формы относятся:
К специальным средствам измерения значений специальных параметров относятся:
Калибры
Называются средства измерения в виде меры, имеющие форму поверхности, противоположную (обратную) контролируемому объекту.
Две группы:
Нормальными называются калибры, размеры которых соответствуют номинальным размерам контролируемого объекта.
В настоящее время нормальные калибры практически не используются для контроля (подгонки) гладких цилиндрических деталей, а используют некоторые их виды, как:
Шаблоном называют нормальный калибр для проверки отклонения от формы и положения в сечении плоскостью поверхности проверяемой детали. Обычно шаблоны применяют при изготовлении деталей со сложной поверхностью. Прикладывая шаблоны к поверхности детали, определяют либо по просвету, либо вспомогательными средствами степень совпадения шаблона и проверяемого объекта.
Радиусные шаблоны для проверки радиусов кривизны выпуклых и вогнутых поверхностей.
Радиусы закругления от 1 до 25 мм.
Резьбовые шаблоны.
Щупом называется нормальный калибр для проверки зазора между плоскостями. Толщина от 0,02 до 1 мм.
Предельные калибры для гладких цилиндрических деталей
Называются калибры, размеры которых соответствуют предельным размерам контролируемых объектов.
Проходным калибром (ПР) называют калибр, контролирующий предельный размер, соответствующий максимуму материала проверяемого объекта (у вала – наибольший, а у отверстия – наименьший).
Непроходным калибром (НЕ) называют калибр, контролирующий предельный размер, соответствующий минимуму материала (у вала - наименьший, а у отверстия - наибольший) – ограничивает границы неисправимого брака.
Размеры калибров.
Для изготовления калибров назначают допуски, которые, естественно, зависят от допуска детали для которой они предназначены.
Отклонения размеров всех калибров задаются от предельных размеров изделий, т.е. от контролируемых границ, а не от номинальных размеров.
Схемы расположения полей допусков калибров
Проходной калибр имеет допуск на износ.
Измерительной поверхностью калибра называется поверхность калибра, непосредственно контактирующая с контролируемой поверхностью в процессе контроля (рабочая поверхность калибра).
Размер калибра с односторонним отклонением называется исполнительным размером.
Контрольный калибр – калибр, применяемый для контроля калибров. Применяется только для калибров, предназначенных для контроля валов.
Помимо рабочих и контрольных калибров, на некоторых производствах выделяют еще приемные калибры, а иногда – калибры контролера.
Калибром приемным называется калибр, применяемый для контроля объектов заказчиков, т.е при приемке.
Калибром контролера называется калибр, применяемый для контроля объектов работниками ОТК завода-изготовителя.
Рабочие калибры по мере износа передаются работникам ОТК и приемщикам.
Такая система направлена на то, чтобы рабочий мог изготовлять точнее, а контролеры не могли признать годные детали бракованными.
Конструкции калибров
В основу конструкций калибров положен принцип, заключающийся в том, что проходной калибр должен быть прототипом сопрягаемой детали и определить ее собираемость, а непроходной – проверять каждый элемент в отдельности.
До 100 мм – полные пробки.
От 100 до 250 мм – неполные пробки.
Маркировка калибра
Указывают:
Контроль с помощью калибров
При изготовлении объекта рабочий обычно пользуется только проходным калибром (проходной размер появляется первым при обработке), а непроходным пользуются только для дополнительной проверки после окончательной обработки (не ошибся ли).
Требования предъявляемые к калибрам
1. Точность размера, которая достигается как способом обработки, так и способом измерения при изготовлении и поверке.
2. Высокая износостойкость, твердость и качество измерительных поверхностей, которые достигаются закалкой этих поверхностей, армированием твердым сплавом, хромированием и т.д.
3. Стабильность рабочих размеров, которая достигается снятием внутренних напряжений.
4. Наибольшая жесткость при наименьшей массе, которая достигается конструктивными решениями.
5. Быстрота и удобство контроля, которое достигают выбором конструкции калибров.
6. Антикоррозийность, которая бывает наиболее эффективна при хромировании рабочих поверхностей.
Поверка калибров
Поверка осуществляется в основном универсальными измерительными средствами.
Для измерения колец и скоб – горизонтальный оптиметр; пробок - оптиметр, пружинные головки.
В качестве установочных мер применяют концевые меры длины.
Достоинства и недостатки
Достоинства:
Недостатки:
Лекция 9
Методы и средства измерения углов
За единицу измерения плоского угла в системе СИ принят радиан - называется угол между двумя радиусами (сторонами угла), вырезающий на окружности дугу, длина которой равна радиусу.
В машиностроении вместо радиан используют градусы, минуты и секунды, которые допускаются СИ к применению наравне с радианом.
Классификация методов и средств измерения углов
Методы:
1 – сравнения угла с мерой, имеющей постоянное значение угла;
2 – сравнение с углом, на который настраивается измерительное средство;
3 – сравнение с углом на угловой шкале прибора.
Меры СИ углов, основанные на сравнении угла с мерой
1. Виды средств измерения – относится вся совокупность угловых мер, которые в принципе представляют собой нормальные калибры. Наибольшее применение имеют меры в виде:
Призматические угловые меры
Называются меры постоянного значения угла, представляющие собой геометрическую фигуру в виде прямой призмы.
Наибольшее распространение имеют 4 разновидности угловых мер:
- мера со срезанной вершиной
- островершинная мера
- мера с четырьмя рабочими углами
- многогранная мера
В отношении угловых мер можно провести полную аналогию с плоскопараллельными концевыми мерами длины.
Их изготавливают наборами с различной грацией значений угла (через 2º, 1º, 1', 15'') при различных номинальных значениях до 90º.
Как и концевые меры длины, угловые меры изготавливают нескольких классов точности (00; 0; 1 и 2).
Угловые меры аттестуются разрядами.
Для угловых мер при образовании блоков предусмотрены струбцины.
Применение угловых мер
Два способа:
1 – меру с номинальным значением угла контролируемой детали прикладывают к одной стороне проверяемого угла и определяют совпадение по другой стороне.
В этом случае измеряемый просвет сравнивают визуально с набором образцовых просветов и оценивают его значение.
При достаточном навыке можно добиться точности 1-1,5 мкм при просветах до 5 мкм и 2-3 мкм при просветах до 10 мкм. Свыше использовать щупы.
2 – жесткая мера используется в качестве установочной меры и отклонение измеряемого угла от угла меры определяется по показателям измерительной головки с учетом ее положения.
Р – показания измерительной головки;
m – расстояние от неподвижной точки контакта до вершины угла.
Поверка угловых мер
Угловые меры с одним рабочим углом при невысокой точности поверяют по мерам более высокой точности методом сравнения.
Меры более высокой точности поверяются с помощью гониометра или сличением с многогранными образцовыми призмами при разных способах сличения.
Угольники
Называется угловая мера с рабочим углом 90º.
3 основные конструктивные формы:
Применение угольников аналогично применению угловых мер, т.е. определяют погрешности по величине просвета.
Поверка осуществляется в основном методом сравнения с образцовыми угольниками с оценкой отклонения на просветили по измерительной головке.
Конусные калибры
Относятся к группе нормальных калибров.
Существует 2 способа использования конусных калибров:
1. Контроль калибрами по базорасстоянию – заключается в определении осевого положения калибра относительно изделия. Для этих целей на конусных калибрах указаны пределы допускаемого осевого смещения.
На калибр – втулках делают уступы.
На калибр – пробках вместо уступа делают две риски.
У годного изделия торец его при сопряжении с калибром не должен выходить за пределы уступа или рисок.
При этом методе контроля определяют в основном диаметральные размеры конуса.
2. 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 ¾ оборота.
После извлечения калибра по пятнам краски на поверхности изделия судят о степени прилегания калибра к изделию.
Нормы точности обычно задают в процентах от поверхности изделия. Для точных сопряжений могут быть требования 90-95% прилегания поверхностей. Толщина слоя краски в пределах 1-5 мкм.
Метод контроля в большей мере – субъективный.
Поверка калибров
- относительно невысокой точности производится с помощью контрольных калибров. Калибры приписывают по краске.
Для точных сопряжений контроль дополняется измерениями отдельно:
Методы и средства измерения углов, основанные на сравнении с углом, на который направляется измерительное средство
- синусные линейки;
- тангенсные линейки.
Синусной линейкой называют специальную линейку в виде прямоугольного параллепипеда с двумя цилиндрическими рамками на концах.
С помощью такой линейки воспроизводят углы обычно не более 45º как при измерении, так и при изготовлении деталей су Гловыми размерами.
Поверку синусных линеек осуществляют обычно с помощью специальных образцовых угловых мер(измерением этих мер).
Методы и средства измерения углов, основанные на сравнении с углом на угловой шкале прибора
Гониометры – называется оптико-механический прибор для измерения углов, образованных плоскими поверхностями, способными отражать световые лучи.
Принцип измерения на гониометре заключается в том, что осуществляют последовательную фиксацию положения плоских поверхностей измеряемого угла и при каждой фиксации отсчитывают значение угла по лимбу гониометра.
Два способа измерения:
- коллимационный;
- автоколлимационный.
При коллимационном способе измерения деталь 1 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 цепи 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 от коллиматора в трубу от другой грани измеряемого угла и производят второй отсчет.
Разность отсчетов равна дополнительному измеряемому углу, т.е α=180-β, где β – разность значений угла, полученная двумя отсчетами.
Одной из доминирующих составляющих погрешности измерения при использовании лимбов является погрешность от установки лимба относительно оси.
Отечественные гониометры изготавливают с ценами делений:
1'', 2'', 5'', 10'', 30''. Погрешность гониометров составляет не более цены деления.
Основное назначение гониометров состоит в аттестации призматических угловых мер, угловых призм из стекла и металла.
Угломеры
Называется накладной прибор для измерения углов, в котором отсчет угла по шкале производят с помощью нониуса.
В принципе механический угломер в какой то мере аналогичен штангенциркулю, так как имеет 2 измерительные поверхности, из которых одна связана со шкалой, а другая с нониусом.
Прикладывая поверхности к сторонам измерительного угла без просвета, по шкале и нониусу, отсчитывают значение измеряемого угла.
Угломеры имеют отсчет по нониусу – 2', 5' или 15'.
Погрешность угломеров обычно не превышает величины отсчета по нониусу, а поверку осуществляют по угловым мерам.
Уровни
Называется средство определения горизонтальности поверхности и измерения небольших отклонений от нее.
- ампульные уровни;
- рамный уровень;
- брусовые уровни;
- микрометрические уровень.
Методы и средства измерения координат, образующих угол, и расчет угла с использованием тригонометрических функций
Принцип измерения 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 (поэтому и называют тригонометрический).
Лекция 10
Координатно-измерительные устройства
Это приборы для измерения положения точек на поверхности элементов в системе плоских или пространственных координат.
Универсальные средства измерения – однокоординатные измерительные средства – с их помощью определяется значение размера по прямой линии (определяются координаты точек, расположенные на одной прямой).
Инструментальные и универсальные измерительные микроскопы – двухкоординатные измерительные устройства – в которых определяется значение линейных размеров на плоских поверхностях по результатам измерения положения отдельных точек на плоскости, т.е. в системе двух координат x и y.
КИМ – приборы, в которых определяются линейные размеры по результатам измерения в пространстве координат отдельных точек в системе трех координат, т.е. по осям, расположенным в пространстве под прямым углом друг к другу.
Такие приборы называют 3-х координатными измерительными машинами (КИМ).
КИМ – прибор для измерения координат положения точки в пространстве.
Принципиальная основа измерения на КИМ заключается в том, что любую поверхность или профиль можно представить состоящей из бесконечного числа отдельных точек и если известно положение в пространстве какого-то ограниченного числа этих точек, т.е. определены их координаты, то по соответствующим алгоритмам можно рассчитать размеры этих поверхностей, а также расположение поверхностей в пространстве и между собой.
Принципиальная схема всех КИМ одинакова.
Она состоит из трех взаимно перпендикулярных устройств для измерения линейных величин и датчика контакта, который может перемещаться в пространстве с отсчетом этих перемещений одновременно по трем линейным измерительным устройствам.
При касании датчика контакта с точкой на измеряемой поверхности датчик выдает команду для отсчитывания значений координат x, z, y в момент касания.
Конструктивная схема КИМ состоит из:
Типы координатно-измерительных машин
Конструктивная схема механической части всех КИМ построена таким образом, что деталь, например, в виде параллепипеда, находящаяся на измерительной позиции машины, может быть измерена по всем поверхностям, кроме поверхности, на которой она установлена.
Измерения на КИМ осуществляются при относительных перемещениях детали и датчика контакта.
Чаще всего – деталь при измерении неподвижна, а датчик касания перемещается. Такая компоновка используется при измерении крупногабаритных деталей с большой массой.
При измерении небольших деталей стол с деталью часто перемещается по одной координате.
Всю совокупность конструктивных решений КИМ можно разделить на 3 группы в зависимости от конструкции узла и его расположения, на котором находится датчик касания:
Консольные КИМ – это машины, в которых датчик касания расположен на консоли (стоечного типа). При консольном расположении датчика касания устанавливается одна стойка, которая может быть как неподвижной, так и перемещаться.
Портальные КИМ – прибор, в котором датчик касания расположен в портале (П – образуется конструкция).
В КИМ портального типа датчик касания расположен на верхней части портала, т.е. балки, и перемещается с сунпортом вдоль портала вместе с николью.
Мостовые КИМ – приборы, в которых подвижный элемент располагается на колоннах (стойках) и при измерении датчик касания перемещается по всем координатам.
В принципе, мостовые КИМ аналогичны по конструкции портальным машинам с неподвижным порталом.
Конструкции функциональных узлов КИМ
Как бы ни отличались друг от друга конструктивные схемы КИМ каждая из них имеет всегда набор определенных конструктивных узлов:
Составляющие погрешности измерения на КИМ
На погрешность измерения при использовании КИМ влияют следующие погрешности:
Погрешность от механической части – связана с тем, что перемещение по координатным осям осуществляется в действительности не по прямым линиям и не перпендикулярно друг к другу. Эта погрешность зависит от точности изготовления направляющих, от точности монтажа, трения в направляющих, наличия люфтов, прогиба под действием собственного веса подвижных частей, инерционности движущихся масс и т.д.
Погрешность эта носит систематический и случайный характер.
Погрешность от измерительных систем – зависит от погрешности используемых масштабов (шкал), от преобразований для получения дискретных более мелких значений, чем на шкале, с помощью дополнительных устройств, от отклонений от параллельности расположения отсчетных систем относительно координатных осей. Погрешность носит систематический характер.
Погрешность от контактирования – возникает от погрешности датчика контакта, от динамических условий измерения, т.е. измерения в процессе движения.
Погрешность от влияния окружающей среды – возникает от деформаций элементов машины и измеряемой детали под действием температуры, от влажности воздуха и вибраций в месте установки машины (20º С).
Методическая погрешность измерения – а более точно под методической составляющей погрешности измерения понимают погрешность, связанную с используемой методикой измерения, в результате которой не выявляется размер, действующий при сборке измерительного элемента. В связи с этим при измерении предусмотрена возможность измерять большое число точек на одной поверхности (до 1000).
Другая часть методической погрешности связана с алгоритмом обработки результатов измерения координат точек, расположенных на реальной поверхности, т.е. имеющей отклонения формы.
Прилегающие поверхности – стандарт средние поверхности - КИМ
В общем случае оси прилегающих цилиндров и средних цилиндров не совпадают, а следовательно, в результаты математической обработки войдет методическая ошибка, в данном случае из-за неточности алгоритма, по которому ведется расчет.
Перспективы развития КИМ
Использование КИМ в технологическом процессе обеспечивает его высокую эффективность и прежде всего при измерении отклонений расположения поверхностей. Использование КИМ повышает производительность измерений до 10 раз при разных видах измерений. Особенно необходимо применение КИМ при использовании станков с ЧПУ, в том числе гибких модулей при гибком производстве.
Погрешность измерения (ВЕ-200Е). Разработчик – ЭНИМС.
По координатной оси: ± (2,5+3,5L·10-3).
В пространстве, т.е. при использовании всех трех координат: ± (3,5+5L·10-3), где L – длина измеряемого размера.
По сравнению с зарубежными управляющий вычислительный комплекс имеет несколько большие размеры и массу, не снабжается графопостроителем и меньше объем оперативной памяти.
Датчик контакта
- датчики касания, контактные головки, щупы.
Датчик выдает сигнал о том, что подвижные части КИМ коснулись какой-то точки измеряемой поверхности, т.е. осуществилась связь между точкой на измеряемой поверхности и системой координат прибора.
Датчики разделяют на:
жесткие (механические) – конус, точечный, сферический, с отсчетным устройством;
электронные;
оптические;
лазерные.
Механические датчики определяют только положение измеряемой точки, (не выдают никакого сигнала) причем выводятся на эту измеряемую точку оператором. Только грубые измерения. Отсчетные головки для повышения точности измерения.
Электронные датчики касания – датчики, которые в момент касания наконечника с точкой на измеряемой поверхности выдают электронный сигнал в электронную систему прибора. Этот сигнал используется как для управления работой машины (остановки ее подвижных частей), так и в виде команды для считывания значений координат по всем используемым осям координат.
Стабильность измерений в пределах 0,1-0,3 мкм.
Оптические датчики касания – (нет механического контакта с измеряемой поверхностью) – редко применяют, в основном при измерении деталей, которые невозможно измерить при помощи контактных датчиков (это печатные платы, чертежи, хрупкие детали).
Лазерные бесконтактные датчики – принципиальная схема работы в определенной мере аналогична работе измерительных датчиков в режиме сканирования. Погрешность до 10 мкм. Для измерения контуров автомашин.
Лекция 11
Средства автоматизации измерения размеров
Под автоматическим измерением понимается процесс измерения, при котором действия оператора полностью заменяются действием механизмов измерительного средства. Такие измерения осуществляют с помощью приборов, которые называют контрольными автоматами.
Автоматизированным процессом измерения называется процесс, в котором некоторые вспомогательные функции при измерении выполняет оператор, а выдачи информации осуществляется автоматически. (КИМ - оператор устанавливает деталь на измерительной позиции, а потом КИМ может в автоматическом режиме осуществлять измерение всех параметров по подготовленной программе).
К автоматизированным могут быть отнесены штангенциркули, приборы с корпусом в виде скобы и измерительной головки с электронным цифровым отсчетным устройством. При их использовании автоматизирован процесс отсчета, так как не надо отсчитывать значение размера по нониусу или определять положение стрелки на шкале. Это приборы обычно снабжаются внешним электронным выходом для подключения к ЭВМ. В этом случае оператор только осуществляет перемещение детали или средства измерения, а результат измерений выдается в виде числовых значений. Обработка полученных значений осуществляется автоматически.
Наиболее совершенными и прогрессивными автоматическими и автоматизированными средствами измерения являются приборы активного контроля (приборы для измерения в процессе обработки) – это средства измерения деталей в процессе обработки на станке и использовании результатов измерения для изменения режимов резания, в том числе для остановки станка, когда размер детали достигнет требуемого значения.
К этому виду приборов относятся так называемые «подналадчики», т.е приборы, измеряющие деталь после окончания ее обработки непосредственно на станке, где эта деталь обрабатывалась, или около этого станка, и прибор выдает команду на станок, если по результатам измерения необходима подналадка станка.
Средства измерения деталей в процессе обработки
Использование приборов для измерения в процессе обработки наибольшее распространение получило на шлифовальных станках для окончательной (финишной) обработки.
В зависимости от вида станков, для которых они предназначаются, приборы разделяют на:
По способу выдачи измерительной информации приборы разделяют на:
Для создания гаммы приборов активного контроля, создаются типовые отсчетно-командные устройства, работающие в основном на электрическом принципе индуктивного действия, которые можно использовать в разных приборах для активного контроля и на разных станках.
Отсчетно-командным устройством, которое часто называют блоком управления, называют устройство, предназначенное для усиления и преобразования измерительной информации, поступающей в виде аналогово-электрического сигнала от индуктивных преобразователей в дискретные команды управления исполнительными органами станка.
Во многих отечественных приборах активного контроля используют типовое отсчетно-командное устройство БВ-6230 на всех видах шлифовальных станков при обработке круглых и шлицевых валиков.
В зависимости от числа дискретных команд отсчетное устройство имеет цену деления: 0,01 мм (2 и 4 команды);
0,001 мм (5 команд).
Диапазон измерения по шкале соответственно: 0,6 и 0,06 мм.
Погрешность показаний по шкале в диапазоне: ±10 делений от нулевой отметки не более половины цены деления.
Погрешность настройки предварительных команд: 0,4 мкм в диапазоне 10 делений от нулевой отметки, а окончательной команды в пределах 0,2-0,35 мкм.
Допускаемое смещение уровня настройки после 1,5 тыс. циклов срабатывания, но не более 4 часов работы равно 0,85 мкм.
Приборы для измерения в процессе обработки на круглошлифовальных станках
Приборы основаны на индуктивном способе преобразования, в которых необходимый диапазон измерения и способ базирования обеспечивается с помощью сменных измерительных узлов, непосредственно воспринимающих изменение размера детали в процессе ее обработки.
Эти измерительные узлы чаще всего называют скобами.
Приборы со сменными скобами
Используются в основном так называемые:
- настольные двухконтактные скобы;
- трехконтактные навесные скобы.
Двухконтактные скобы (рис. 17.4) охватывают диапазон размеров от 2,5 до 200 мм (6 интервалов). Измерительные ножки 3, 6 скобы своими наконечниками 4 и 5 контактируют с измеряемой деталью. Для уменьшения износа наконечники имеют на конце кристаллы синтетического алмаза. Измерительные ножки подвешены на пружинных параллелограммах 1 и 8. На измерительной ножке 6 установлен индуктивный датчик 7, а на измерительной ножке 3 — микрометрический винт 2, которым осуществляется настройка прибора на требуемый размер, с помощью установочной меры или предварительно обработанной без прибора и измеренной универсальными средствами детали. Двухконтактную скобу устанавливают на столе станка или на его станине. Подвод скобы к детали и отвод осуществляются с помощью специального подводящего устройства, чаще всего гидравлического, в автоматическом режиме по циклу работы станка. Приборы с двухконтактными скобами предназначены для условий автоматической и полуавтоматической обработки методом врезания и при продольной подаче.
В процессе измерения наконечники 4 и 5 постоянно прижимаются к детали; их сближение измеряется с помощью датчика 7, контактирующего своим наконечником с микровинтом 2. Для обеспечения полного диапазона измерения в некоторых приборах, например БВ-4270, БВ-4270-25, в комплект скобы входят две базовые двухконтактные скобы и пять исполнений измерительных ножек. Поэтому в характеристиках приборов обычно указывается общий диапазон измерения с учетом сменных скоб и сменных измерительных ножек. На рис. 17.5 показан общий вид прибора БВ-4270 с диапазоном измерения от 2,5 до 200 мм с отсчетно-командным устройством БВ-6230.
Трехконтактная скоба (рис. 17.6) располагается на измеряемой детали с помощью трех измерительных наконечников, из которых 1 и 2 неподвижны при измерении, а наконечник 3 смещается при изменении размера обрабатываемой детали. Измерительный наконечник 3 установлен на планке 4, которая подвешена к корпусу прибора на плоских пружинах 7 и 9, образующих параллелограмм. Смещение измерительного наконечника 3 в процессе изменения размера обрабатываемой детали воспринимается индуктивным датчиком 5, который, как и в двухконтактной скобе, своим наконечником контактирует с торцом микрометрического винта 6. Как и при использовании двухконтактных скоб, настройку прибора на необходимый размер осуществляют по установочной мере или по обработанной на этом станке детали. Предварительную установку скобы на размер выполняют смещением скобы 10 с неподвижными измерительными наконечниками 1 и 2 с установкой по шкале 8. Прибором охватывается диапазон размеров, как и при двухконтактной скобе, от 4 до 200 мм (4 интервала). Скобу устанавливают на станке, чаще всего на кожухе шлифовального круга, с помощью специального кронштейна, обеспечивающего шарнирную подвеску. Спиральная пружина, установленная в корпус кронштейна, обеспечивает поджим скобы к измеряемой детали с определенным усилием и обеспечивает удержание скобы в определенном положении при снятии ее с детали. Все манипуляции по установке скобы на обрабатываемую деталь и снятие ее с детали после окончания обработки осуществляет рабочий. Прибор в связи с этим предназначен для использования на станках с полуавтоматическим шлифованием методом врезания.
Схема работы (БВ-3254)
Одноконтактные измерительные устройства (прибор, управляющий осевой ориентацией)
При обработке на круглошлифовальных станках цилиндрических деталей, состоящих из нескольких цилиндров разного диаметра (ступенчатые валы), необходимо, чтобы при автоматическом режиме обработки деталь останавливалась при смещении непосредственно перед шлифовальным кругом той своей частью, которая должна быть обработана в данный момент. Для этой цели служит прибор для осевой ориентации (это индуктивный датчик со специальным измерительным наконечником, который устанавливают на станке с возможностью контактирования наконечника с торцевой поверхностью какой либо ступени).
Работа станка вместе с прибором осуществляется в следующий последовательности:
При осевом перемещении детали на позицию обработки при касании торца с измерительным наконечником выдается первая и вторая команды, требующие снижения скорости осевого перемещения. Когда деталь достигнет заданного положения, выдается третья команда, по которой дальнейшее осевое перемещение детали должно быть прекращено. Если же последняя команда оказалась не выполнена, то выдается четвертая блокировочная команда, по которой выключается станок. Погрешность срабатывания третьей команды не более 0,001 мм, предварительных команд (первой и второй) – 0,004, четвертой (блокировочной) – 0,0015 мм.
Прибор для осевой ориентации обычно работает вместе с приборами двухконтактными для управления процессом обработки диаметров валов.
Контрольные автоматы
По количеству групп, на которые разделяются контролируемые детали, контрольные автоматы бывают двух видов.
Автоматы первого вида выделяют одну группу годных деталей, размеры которых находятся внутри допуска, и одну или две группы бракованных деталей (брак неисправимый).
Автоматы второго вида разделяют годные детали на несколько разных групп в пределах допуска для использования в последующем при селективной сборке.
Лекция 12
Измерительные средства с электрическим преобразованием (электрические приборы)
Измерительными средствами с электрическим преобразованием для измерения линейных размеров или, как их чаще всего называют, электрическими или электронными приборами, называются измерительные средства, в которых преобразование измерительной информации, т.е. информации, содержащей сведения об измеряемом размере, осуществляется через преобразование рода или параметров электрического тока.
Функциональная схема любого прибора с электрическим преобразованием (рис. 6.1) включает в себя первичный преобразователь – датчик, воспринимающий механические перемещения (линейные или угловые) и совместно с входной цепью вырабатывает сигнал, содержащий информацию об измеряемой физической величине; преобразователь, обрабатывающий поступающую информацию и вырабатывающий аналоговый сигнал, который передается в выходную цепь. Последняя может быть в виде отсчетного или регистрирующего устройства — шкалы со стрелкой, цифрового отсчетного устройства или самописца. Выходная цепь может включать в себя дискриминатор, т. е. устройство, выдающее сигнал о годности или браке измеряемого объекта или отнесении его к определенной размерной группе. В качестве выходной цепи может быть и АЦП — аналого-цифровой преобразователь, преобразующий сигнал в вид сигнала, который может принять ЭВМ для обработки. В некоторых электронных приборах имеются все перечисленные выходные цепи, а у некоторых только одна из них в зависимости от назначения прибора. Схемы всех электронных приборов обязательно включают блок питания, получающий ток от электрической сети или от автономного источника — аккумулятора, батареи.
Первичный преобразователь — датчик выделяется в электрических приборах в отдельный конструктивный узел, который располагается непосредственно на измерительной позиции, а остальные конструктивные элементы схемы выводятся от измерительной позиции в места, удобные для размещения, или даже монтируются непосредственно в устройстве, где используется измерительная информация (например, активного контроля). Часто все элементы электрической цепи, кроме датчика, конструктивно оформляются в виде отдельного узла, называемого электронным блоком. В некоторых приборах отдельно конструктивно оформляются несколько узлов: блок питания, отсчетное устройство, самописец и т. д.
Рис. 6.1. Принципиальная схема прибора с электрическим способом преобразования измерительной информации.
Изменяющиеся параметры электрического тока, которые несут информацию о значении измеряемой величины, часто входят в название прибора, а чаще всего в название датчика, хотя принципиально датчик может быть использован только совместно с остальными перечисленными выше элементами. Поэтому, говоря об электронном приборе, имеют в виду прибор с индуктивным датчиком или индуктивный прибор и т. д.
Наибольшее распространение в последние годы в промышленности получили приборы с индуктивным способом преобразования (приборы с индуктивным датчиком). Реже применяют приборы с емкостным датчиком.
Приборы с индуктивным датчиком
Под приборами с индуктивным датчиком понимают измерительные средства с электрическим преобразованием, в которых линейные или угловые перемещения вызывают изменения индуктивности электрической цепи.
Индуктивность (от латинского слова inductivo – наведение, побуждение) – 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. Коэффициент пропорциональности L называют индуктивностью или коэффициентом самоиндуктивности контура.
Электрическая схема этого вида приборов состоит из датчика, в котором механические перемещения вызывают изменение индуктивности, и элементов цепи, представляющих собой электрическую цепь измерения индуктивности.
Виды индуктивных датчиков
Индуктивным датчиком называют устройство для преобразования механических перемещений в электрический сигнал, представляющее собой одну или несколько катушек индуктивности с магнитопроводом и подвижным якорем, который при измерении линейного или углового размера перемещается и изменяет индуктивность катушки.
Схема индуктивного датчика (ИД) состоит из катушек индуктивности, т.е. проводника, свернутого в спираль, магнитопровода, состоящего из сердечника и якоря, который при изменении размера смещается относительно катушки и этим самым изменяет сопротивление сердечника, а следовательно, изменяет индуктивность катушки.
Изменение индуктивности происходит либо в результате изменения зазора между подвижной частью магнитопровода – якоря и сердечником, либо в результате изменения площади (б,г).
Индуктивные датчики бывают:
Дифференциальный механизм – механизм, который позволяет получить результирующее движение как сумму или разность составляющих движений.
Индуктивность зависит от изменения параметров зазора:
ω – число витков катушки;
Son, lon – площадь и длина n-го воздушного участка магнитной цепи;
Sk, lk – площадь и длина k-го ферромагнитного участка магнитной цепи;
μо, μk - магнитная пропускаемость соответственно воздуха и материала k-го участка магнитной цепи;
N – число воздушных участков магнитной цепи;
k – число ферромагнитных участков магнитной цепи.
Датчики, работающие по принципу изменения зазора используются для малых перемещений (от долей микрометра до 50-100 мкм).
Датчики, работающие по принципу изменения площади – для перемещений от 0,5-100 мм.
Частота питания – 3 до 15 кГц.
Магнитопроводы из феррита (хорошая магнитная проницаемость, малые потери, хорошая температурная стабильность).
Конструкции индуктивных датчиков
В зависимости от области применения
- датчики осевого действия;
- датчики бокового действия.
Датчики осевого действия
Присоединительный………. – 8 (наибольшее распространение до 1 мм) или 28 (малая цена деления 0,02 мкм; 1 до 4 мм) мм.
В корпусе 2 установлены 2 катушки индуктивности 6 и сердечник, который вместе с ферритовыми шайбами 4 образует замкнутую неподвижную часть магнитопровода. Внутри катушек проходит ферритовый якорь 7, установленный на измерительном стержне3, оканчивающийся наконечником 1.
Измерительный стержень 3 установлен на направляющих 9 шариковых. В нижней части корпуса 2 установлено уплотняющее устройство 10 для предохранения о проникновения влаги и пыли внутрь датчика.
Измерительное усилие создается силой тяжести подвижных частей дополнительной пружиной 8, электромагнитными усилиями, возникающими между катушкой и якорем.
Выводы от катушек индуктивности 6 и подключение выходного шнура осуществляется с помощью планки 5.
Масса датчика – Ø 8 мм – 0,3 кг;
- Ø 28 мм – 0,5 кг.
Электрические схемы приборов с индуктивными датчиками
В связи с преимуществом дифференциальных схем датчиков будем рассматривать только их.
Схема включения датчика с трансформатором (а)
В этой схеме катушки датчика с индуктивностями L1 и L2 образуют матовую схему вместе с первичными обмотками трансформатора Тр1. Эти области трансформатора имеют ω1= ω2 . В исходном положении, т.е. в среднем положении якоря, L1 = L2 , поэтому токи протекающие по первичным обмоткам трансформатора, равны и магнитные поля обмоток ω1 и ω2 взаимно компенсируются, а поэтом напряжение на выходе Тр1 =0.
При перемещении якоря изменяются индуктивности L1 и L2 , и тогда ток в одном плече уменьшится, а в другом увеличится. По трансформатору пройдет ток ∆I, который вызовет отклонение стрелки на приборе Пр, пропорциональное перемещение измерительной стрелки датчика. Дополнительный трансформатор Тр2 установлен в качестве усилителя тока от датчика, и он питается обычно от сети с частотой 50 Гц.
Погрешность составляет 2-3% от измеряемой величины.
Схема включения датчика с реостатом
Погрешность 1-3% от измеряемой величины.
Дифференциальные схемы
Вторичные обмотки трансформатора Тр являются плечами моста вместе с индуктивностями катушки L1 и L2 датчика.
Номенклатура приборов с индуктивным датчиком и основные технические характеристики. В приборах с индуктивным датчиком в отличие от приборов с механическим преобразованием можно иметь 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. Сочетание цен делений и диапазонов показаний в одном приборе встречается самое разнообразные и во многих приборах, даже образующих целую гамму, имеет место перекрытие.
По количеству используемых датчиков приборы выпускаются либо с одним, либо с двумя датчиками. При использовании двух датчиков осуществляется одна из простейших операций — 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.
Известны специальные приборы, в которых может быть использовано одновременно до 10 датчиков с одним электронным блоком и специальный переключатель для поочередного включения («опроса») датчиков. Такие устройства используют в автоматизированных контрольных приспособлениях.
Питание у большинства индуктивных приборов осуществляется от сети напряжением 127/220 В с частотой 50 Гц . Имеются приборы с питанием от встроенных в них аккумуляторов. В некоторых приборах предусмотрено питание и от сети, и от аккумуляторов или батареи.
Определение измеряемых значений у большинства приборов осуществляется по шкале и стрелке. Однако большинство приборов, как правило, снабжают дополнительными выходами электронного блока, к которым можно подключать записывающее устройство, систему цифрового отсчета (например, трехразрядный цифровой вольтметр), стандартную цифропечатную машину или другие устройства, работающие с цифровым кодом (например, для дальнейшей обработки данных), устройство для амплитудных измерений (т. е. измерений колебаний размера, например биения с отсчетом непосредственного значения биения вместо запоминания максимальных и минимальных отклонений), светофорный блок, указывающий отклонения размера за границы допуска загоранием соответствующих ламп, или даже устройство, предназначенное для разделения деталей на размерные группы для осуществления селективной сборки.
Унификация и агрегатирование являются одним приемов, используемых для создания приборов с индуктивным датчиком. Обычно создают одну или две базовые модели, которые включают в себя минимально необходимые функциональные узлы. На основе этих базовых моделей создают гамму (ряд) индуктивных приборов с добавлением к ним функциональных узлов, в том числе выпускаемых в виде отдельных приборов (например, самописцы).
Погрешность большинства индуктивных приборов, выявлена в условиях их поверки, обычно не превышает цены деления при использовании одного датчика и двух цен делений при использовании двух датчиков.
Поверка точности приборов с индуктивным датчиком аналогична поверке точности измерительных головок, т. е. осуществляется по концевым мерам длины, точность которых устанавливается в зависимости от нормируемой точности приборов. Иногда разрабатывают специальные установки для осуществления поверки приборов высокой точности, которые используются и для механических измерительных головок, и для приборов с индуктивным датчиком.
Приборы с емкостным датчиком
Под прибором с емкостным датчиком понимается измерительное средство с электрическим преобразованием, в котором линейные (или угловые) перемещения преобразуются в изменения электрической емкости электрической цепи.
Электрическая емкость—это электрическая характеристика проводника или системы проводников. Электрической емкостью одного проводника называется физическая величина С, равная отношению электрического заряда q, который сообщается проводнику, к его электрическому потенциалу φ, т.е. .
Датчик в этих приборах в принципе является электрическим конденсатором.
Электронный блок представляет собой устройство, предназначенное для измерения электрической емкости. Схемы эти аналогичны и для емкостных и для индуктивных датчиков.
Виды емкостных датчиков
Емкостными датчиками называется 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 площадью их взаимного перекрытия.
Достоинства приборов с емкостным датчиком:
1. Высокая линейность выходной характеристики (отклонение от линейности можно обеспечить в пределах 0,0001-0,00001%).
2. Высокая чувствительность, т.е. может быть получена цена деления.
Недостатки приборов с емкостным датчиком.
Достоинства приборов с электрическим принципом действия:
Недостатки приборов с электрическим принципом действия:
Высокая относительная стоимость приборов.
Перспективы развития измерительных средств с электрическим преобразованием
Дальнейшее совершенствование приборов с индуктивными датчиками, видимо, пойдет по пути устранения отмеченных недостатков электрических приборов и расширения указанных достоинств. Развитие электронных схем для космонавтики, одно из требований к которым заключается в миниатюризации функциональных блоков с малым потреблением энергии, будут способствовать совершенствованию приборов для измерения линейных размеров.
В дальнейшем большинство индуктивных приборов, предназначенных для универсального применения, будут изготовляться с питанием от малогабаритных батарей или аккумуляторов с большим запасом энергии. В ближайшее время будет освоен выпуск индуктивных приборов с так называемыми взаимозаменяемыми датчиками. В этом случае потребитель может приобретать датчики и электронные блоки в отдельности.
I
10
а
а
35
9
l
в
α
δ
l
h
l
L
∆
Разрабатывает техническое задание на проектирование специального измерительного средства с учетом допускаемой погрешности и условий измерения
Выбирает конкретные измерительные средства и условия измерения
Принимает решение о сохранении допуска или введении производственного допуска
Оценивает экономические показатели в связи с погрешностью измерения
Определяет по таблицам или графикам возможное количество неправильно бракованных деталей
Технологическая служба
Принимает решение об оставлении первоначального производственного допуска
Определяет по таблицам или графикам возможное количество неправильно принимаемых деталей и выход за границы допуска
Определяет по таблицам допускаемую погрешность измерения
Устанавливает предварительно допуск без учета погрешности измерения
Конструкторская служба
Метрологическая служба
Участие технических служб в выборе измерительных средств