Основные понятия о технических измерениях, методах и средствах измерения.

План

1. Технические измерения, контроль и его виды;
2. Методы измерения.
3. Средства измерения и их типы.
4. Точность и погрешность измерения.

 {spoiler=Подробнее}

Меры длины концевые плоскопараллельные. Широко используются плоскопараллельные концевые меры длины в форме прямоугольного параллелепипеда с двумя плоскими взаимно параллельными измерительными поверхностями. Меры выпускаются по ГОСТу 9038 - 90 из стали марок X, ШХ15, ХГ, 12ХГ и из твердого сплава, а также из кварца классов точности 00; 01; 0; 1; 2; 3. Допуски на размер в зависимости от класса точности находятся в пределах от 0,06 до 1 мкм, а на плоскостность – от 0,05 до 1 мкм. Шероховатость измерительных поверхностей должна быть Rz £ 0,063 мкм.

За длину l концевой меры принимают длину перпендикуляра, опущенного из данной точки измерительной поверхности концевой меры на ее противоположную поверхность (рис. 4.1, а). Наибольшая по абсолютному значению разность между длиной меры в любой точке и ее номинальной длиной, которая маркируется на боковой поверхности меры (рис. 4.1, 6), составляет отклонение длины меры. Разность между наибольшей и наименьшей длинами определяет отклонение от плоскопараллельности.

Меры поставляются в наборах и россыпью по заказам. Градация: 0,001; 0,005; 0,01; 0,5; 1; 10; 25; 50; 100 мм. Используя свойство притираемости, обеспечивающее прочное сцепление концевых мер, их можно собирать в различные блоки (рис. 4.1, б). Блок следует составлять из возможно меньшего количества мер. Для закрепления блоков мер и удобного пользования при наружных и внутренних измерениях, для проведения точных разметочных работ выпус-

каются наборы принадлежностей к плоскопараллельным концевым мерам типа ПК-1, ПКО-1, ПК-2 и ПК-3 (ГОСТ 4119 - 76).

По допустимой погрешности измерения, допуску на плоскопараллельность и результатам поверки определяют разряд меры. По ГОСТу 166 – 75 предусмотрено пять разрядов (1, 2, 3, 4, 5).

В некоторых случаях измерительные поверхности концевых мер длины выполнены цилиндрическими или сферическими.

Меры длины штриховые. К штриховым мерам длины относятся: брусковые (ГОСТ 12069 - 90), ленточные рулетки (ГОСТ 7502 - 98), линейки измерительные металлические (ГОСТ 427-- 75), складные металлические метры, объект-микрометры, стеклянные штриховые линейки и шкалы.

Брусковые штриховые меры длины применяются для непосредственных измерений в качестве шкал приборов и станков, а также как образцовые для поверки измерительных приборов линейных измерительных преобразователей.  Брусковые меры выполняются одно- и многозначными. Однозначные меры имеют два штриха, расстояние между которыми определяет длину меры, многозначные - шкалу штрихов с деци-, санти- и миллиметровыми интервалами. Некоторые меры имеют интервалы между штрихами 0,1 или 0,2 мм. В этом случае в комплект входят лупы с увеличением не менее 7^х. Меры изготовляются из инвара, оптического стекла и стали.

По ГОСТу 12069 – 90 предусмотрено девять  типов поперечного сечения брусковых мер классов точности 0, 1, 2, 3, 4, 5.

В зависимости от условий аттестации штриховые меры длины могут быть 1, 2 и 3-го разрядов.

Измерительные металлические рулетки выполняются из инвара, нержавеющей стали и светлополированной стальной ленты длиной 1, 2, 5, 10, 20, 30, 40, 50, 75, 100 м. Они выпускаются 2-го и 3-го классов точности. Допускаемые отклонения действительной длины миллиметровых делений рулеток должны быть не более ±0,15 и ±0,20 мм, сантиметровых - не более ±0,20 и ±0,30 мм, дециметровых и метровых - не более ±0,30 и ±0,40 мм для 2-го и 3-го классов точности соответственно.

Измерительные металлические линейки изготовляются из стальной пружинной термообработанной ленты со светлополированной поверхностью длиной до 1 м и с ценой деления 1 мм.

Складные металлические метры изготовляются длиной 1 м и состоят из 10 стальных упругих пластин, соединенных шарнирно. Металлические измерительные линейки должны иметь отклонения между любыми штрихами не более ±0,10 мм для линеек длиной до 300; ±0,15 мм - для линеек длиной от 300 до 500 мм и ±0,20 мм - для линеек длиной от 500 до 1000 мм.

Объект-микрометры вставляются в микроскопы для определения увеличения. Они представляют собой металлическую оправу длиной 76, шириной 76 и толщиной 2 мм. В центр оправы вклеена стеклянная пластина со шкалой, имеющей интервалы между делениями 0,01.

Стеклянные штриховые линейки имеют пять интервалов по 25 мм общей длиной 125 мм. Интервал 60 - 61 мм имеет 10 делений через 0,1 мм.

Ширина штрихов - 0,006 мм; допускаемое отклонение на расстоянии между любыми штрихами ± 0,002 мм; точность аттестации не ниже 0,0005 мм.

Линейка применяется для поверки инструментальных микроскопов.

Шкалы стеклянные. Существуют несколько типов: штриховые, шкалы с крестом, шкалы с крестом и контрольными штрихами. Стеклянные шкалы применяют для поверки измерительных микроскопов, компараторов и проекторов.

Штангенинструменты представляют собой две измерительные губки, одна из которых связана с направляющей штангой, имеющей основную шкалу, а другая - с подвижной рамкой, не-сущей нониус. Принцип действия  нониуса   основан на совмещении штрихов основной шкалы и шкалы нониуса. К штангенинструментам относятся штангенциркули, штангенрейсмасы (штангенвысотомеры), штангенглубиномеры, штангензубомеры.

Штангенциркули выпускаются нескольких типов: ШЦ-1 - двусторонние с глубиномером (рис. 4.2, а); ШЦТ-I – односторонние из твердого сплава; ШЦ-II - двусторонние (рис. 4.2, б); ШЦ-III - односторонние (рис. 4.2, в).

Фирмами "Теза" (Швейцария), "Маузер" (ФРГ) и рядом других зарубежных фирм выпускается штангенциркуль со стрелочным отсчетным устройством с ценой деления 0,01 и 0,02 мм (рис. 4.3).

Глубиномер 3 и рамка 2 жестко связаны с зубчатой рейкой 4, передающей движение через трибку 6 стрелке 1 отсчетного устройства 5.

Штангенрейсмасы и штангенглубиномеры. Штангенрейсмасы (штангенвысотомеры) (рис. 4.4, а) предназначены для измерения высот и разметочных работ. Штангенглубиномеры (рис. 4.4, 6) предусмотрены для измерения глубин отверстий и пазов, а также для измерения выступов.

Микрометрические приборы. К микрометрическим приборам относятся микрометры гладкие (рис. 4.5, а), рычажные (рис. 4.5, д), зубомерные (см. рис. 4.49, V), нутромеры (рис. 4.6), глубиномеры (рис. 4.7). Некоторыми зарубежными фирмами выпускаются микрометры с цифровым отсчетом (рис. 4.5, г). Существует также ряд специальных измерительных средств, оснащенных микрометрической головкой.

У микрометрических нутромеров (рис. 4.6) в микрометрическую головку запрессована  неподвижная  пятка  1;  подвижная пятка 6  соединена  с микровинтом 5, который крепится в исходном положении стопором 4. Пятки выполнены из твердого сплава и имеют сферические поверхности. К нутромерам с диапазоном измерения от 150 до 6000 мм прикладываются удлинители, которые навинчиваются на резьбу стебля 3, защищенную колпачком 2.

Рычажно-зубчатые приборы. К ним относятся: головки измерительные; скобы с отсчетным устройством; глубиномеры, стенкомеры, толщиномеры и нутромеры индикаторные. На базе измерительных головок создано большое количество различных специальных измерительных приспособлений и  приборов.

Рычажно-зубчатые измерительные головки в большинстве случаев имеют общий принцип построения. Технические характеристики приведены в [42].

На рис. 4.8, а приведена кинематическая схема индикатора часового типа ИЧ-2, а на рис. 4.9 - рычажно-зубчатая измерительная головка 1ИГ. Существуют индикаторные головки  с цифровым (электронным) отсчетом показаний (рис. 4.10).

Приборы с рычажно-зубча-тыми механизмами. Рычажно-зубчатые головки и механизмы применяются в качестве отсчетных устройств в универсальных измерительных приборах в многомерных и переналаживаемых приспособлениях, на станках.

По ГОСТу 11098 - 75 выпускаются скобы с отсчетным устройством  типа СИ, оснащенные измерительными головками, и типа СР - со встроенным в корпус отсчетным устройством. По ГОСТу 11358 – 89 выпускаются индикаторные толщиномеры настольного типа ТН и ручные – типа ТР; по ГОСТу 7661 – 67 изготавливаются глубиномеры; по ГОСТу 11358 – 89 – стенкомеры; по ГОСТу 868 – 82, ГОСТу 9244 – 75 – индикиторные нутромеры.

Оптико-механические приборы широко применяют в производственных лабораториях, а также в цеховых условиях при изготовлении изделий, требующих точных линейных и угловых измерений. Оптико-механические приборы разнообразны по конструктивному выполнению и принципу действия. К таким приборам относятся: рычажно-оптические, проекционные и измерительные  микроскопы и машины, длиномеры, интерференционные приборы. Повышение точности отсчета и измерений этих приборов достигается либо сочетанием механических передаточных механизмов с оптическим автоколлимационным устройством (оптиметры), либо благодаря значительному увеличению измеряемых объектов или шкал (микроскопы, проекторы и др.), либо измерением параметров интерференционных картин.

Инструментальные и универсальные микроскопы предназначены для измерения длин, углов, элементов резьб, зубчатых передач, конусов и различных профилей изделий. Методы измерений - проекционный и осевого сечения в прямоугольных и полярных координатах.

Инструментальные микроскопы разделяются на малые (рис. 4.13, а) ММИ (малый микроскоп инструментальный) и большие (рис. 4.13, б).

Цена деления микрометрического устройства - 0,005 мм. Цена деления окулярной мерной головки - 1' и 3'. Пределы измерения угловых размеров 0 - 360^о.

Рис. 4.13. Инструментальные микроскопы:

а – малый (ММИ); б – большой (БМИ)

Более совершенной моделью является бинокулярный инструментальный микроскоп БИМ (рис. 4.14). Микроскоп имеет предел измерения в поперечном  направлении до 75 мм и точность  отсчета 0,002 мм, увеличение микроскопа:10, 20, 30, 60 и 90^х.

Наибольшую точность и пределы измерения в продольном направлении до 200 мм и в поперечном - до 100 мм имеют универсальные микроскопы УИМ-21 (рис. 4.15, а), УИМ-23 (рис. 4.15, б) и УИМ-24

Оптиметры предназначены для линейных измерений контактным относительным методом. В их схеме используется принцип автоколлимации, оптического и механического рычага. Основным узлом оптиметра является трубка с ценой деления  шкалы 0,001 мм, пределом измерения ±0,1 мм, увеличение 960^х . Механическая часть прибора преобразует перемещение измерительного стержня в угловое перемещение зеркала, а оптическая трубка создает изображение шкалы, которое смещается относительно его исходного положения в зависимости от угла поворота зеркала. Оптиметры выпускают (в зависимости от установки трубки) с вертикальным и горизонтальным расположением оси (рис. 4.16).

Рис. 4.15. Универсальные измерительные микроскопы: а – УИМ-21: 1 и 12 - микрометрические винты, 2 и 11 каретки, 3 – центровые бабки, 4 и 5 – отсчетные микроскопы, 6 – кремальера, 7 – стойка, 8 – визирный микроскоп, 9 – механизм поворота стойки, 10 – кольцо для фокусировки, 13 – станина, 14 и 15 – стопорные винты; б – УИМ-23: 1, 2 и 3 – проекционные устройства

а)                                                       б)

Рис. 4.16. Оптиметры: а – вертикальный типа ИКВ;

б – горизонтальный типа ИКГ

Микролюкс, микрозил и оптотест являются разновидностями оптико-механических приборов, в которых используются механические и оптические рычаги в сочетании с качающимся зеркалом или указателем [34].

Вертикальный оптический длиномер ИЗВ предназначен для наружных линейных измерений по шкале (абсолютным методом) от 0 до 100 мм и от 0 до 250 мм. Цена деления шкалы 1 мм. Цена наименьшего деления микроскопа со спиральным нониусом 0,001 мм. Увеличение отсчетного микроскопа 62^х. Измерительная сила 1,2 - 2,5 Н.

Для точных наружных и внутренних линейных измерений больших длин, расстояний между осями непосредственно по точным линейным шкалам (абсолютным методом) или сравнением с образцовыми мерами (относительным методом) применяют измерительные машины. Измерительные машины ИЗМ подразделяют по верхним пределам измерения: до 1000 мм (ИЗМ-1), до 2000 мм (ИЗМ-2), до 4000 мм (ИЗМ-4) и до 6000 мм (ИЗМ-6). Пределы измерения внутренних размеров от 13,5 до 150 мм. Цена деления шкал: метровой - 100 мм, стомиллиметровой - 0,1 мм, трубки оптиметра - 0,001 мм. Увеличение трубки оптиметра – 960^х.

Характерной особенностью развития современной измерительной техники является переход от экранных к цифровым отсчетным устройствам.

Пневматические приборы могут реагировать на изменение зазора между деталью и выходным соплом, а также на непосредственное изменение диаметра. Они могут быть низкого (до 0,5 МПа) и высокого (свыше 0,5 МПа) избыточного давления, манометрического и ротаметрического типа, дифференциального и недифференциального исполнения.

Дифференциальные средства менее чувствительны к колебаниям давления и обладают лучшими метрологическими возможностями. На рис. 4.17 представлена схема пневматического дифференциального прибора манометрического типа. От пневмосети воздух через фильтр 1, стабилизатор давления 2 с манометром 3 и входные сопла 4 и 10 поступает к выходным соплам 6 и 9, установленным над измеряемыми деталями 7 и 8. Чувствительным элементом является дифференциальный манометр 5, показания которого зависят от разности зазоров S₁ и S₂ и, следовательно, от разности d₁ и d₂. Если одно из сопл, например 10, заменяется вентилем противодавления 11, через который воздух выходит в атмосферу, производится измерение одного размера, например d₁. По такой схеме созданы приборы моделей 318 и 319. В приборе имеется дополнительный оптический рычаг, в качестве манометра использованы сильфоны.

Контрольные вопросы

1. Для чего применяется технические измерения?
2. Как осуществляется технический контроль в машиностроении?
3. Методы измерения.
4. Средства измерения и их типы.
5. Как определяется погрешность измерения?
6. Принцип работы пневматических приборов?

{/spoilers}