Технические измерения (стр. 1 из 14)
4. Технические измерения4.1. Линейные измерения
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 7х. 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 осно-
ван 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-зубчатыми 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.
На рис 4.11, а приведена схема индикаторного нутромера для измерения отверстий свыше 18 мм. Внутри трубки 5 перемещается шток 4, на который через рычаг 3 действует подвижная пятка, контактируемая с измеряемым кольцом 7, вторая пятка 6 - неподвижная. Шток 4 соединен со штоком измерительной головки 2. В нутромерах для измерения диаметров отверстий менее 18 мм нижний конец штока 4 выполнен в виде конуса, который действует на подвижные пятки, шарики или подпружиненные сферические поверхности разжимной цанги 8 (рис. 4.11, б).
Пружинные измерительные приборы. В пружинных приборах используются упругие передаточные
(измерительные) механизмы, не имеющие пар с внешним трением. Применение плоских пружин и мембран взамен обычных опор скольжения и вращения обеспечивает их надежную работу в условиях скопления пыли и большой влажности. В пружинных передачах приборов для преобразования малых перемещений измерительного наконечника в значительно большие перемещения указателя используют плоские, прямые, изогнутые или скрученные упругие металлические ленты. Цена деления шкал измерительных головок находится в пределах 0,02 – 10 мкм.
В настоящее время отечественной промышленностью выпускаются микрокаторы типа ИГП, микаторы типа ИПМ, миникаторы типа ИРП и оптикаторы типа 15301.
Базовой моделью пружинных приборов является измерительная пружинная головка (микрокатор) типа ИГП (рис. 4.12). Принцип действия микрокатора основан на зависимости между растяжением тонкой скрученной металлической ленты 5 и поворотом ее среднего сечения со стрелкой 17 относительно продольной оси и относительно шкалы.
С принципиальными схемами остальных пружинных приборов и их метрологическими характеристиками можно познакомиться в [42].
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.