Абсолютный способ определения размера

Метрология

Методы и средства измерений физических величин

Как и чем производят измерения?

В результате измерения определяют числовое значение измеряемой величины, равное отношению измеряемой величины к единице измерения или эталону.
В зависимости от конкретных условий, применяемых измерительных средств и приемов их использования измерения могут производиться различными способами или методами. С точки зрения общих приемов получения результатов измерения различают измерения непосредственные , т. е. прямые и косвенные .

Прямые измерения

При прямых измерениях искомая величина определяется непосредственно показаниями прибора или измерительной шкалы инструмента.
К прямым измерениям относятся измерения длин линейками, штангенинструментом, микрометрами, широкодиапазонными инкрементными измерительными головками с цифровым отсчетом, высотомерами, измерения углов — угломерами и др.

Косвенные измерения

При косвенных измерениях искомая величина (размер или отклонение) определяется по результатам прямых измерений одной или нескольких величин, связанных с искомой величиной определенной функциональной зависимостью, т. е. после определения косвенных величин, влияющих на искомую, определяют искомую величину, используя математические методы вычислений или преобразований.
Примером косвенных измерений могут служить измерения диаметра вала по длине его окружности с помощью рулетки или обкатного ролика, измерения на координатно-измерительных машинах (КИМ) , и др.
На рисунке представлен пример косвенного измерения диаметра вала с помощью рулетки, при этом измеряется длина окружности и с помощью известной зависимости D = L/π определяется ее диаметр.

Прямые измерения более просты и сразу приводят к результату измерения, поэтому они имеют преимущественное распространение в машиностроении.
Однако в ряде случаев прямые измерения не могут быть осуществлены, например, при измерении штангенциркулем расстояния между осями отверстий, при измерениях на КИМ, при измерении валов большого диаметров и др.
Прямые измерения иногда уступают по точности косвенным измерениям, как это имеет место при измерении углов угломерами, погрешности которых в десятки раз превышают погрешности синусных линеек.
Косвенные измерения широко применяют при координатных измерениях, потому что результат измерения всегда получают расчетом по определенным при измерении координатам двух или нескольких точек.

Каждое измерение может производиться абсолютным или относительным методом .

Абсолютный метод измерения

При абсолютном методе весь измеряемый размер определяется непосредственно по показаниям прибора. В настоящее время большинство приборов и инструментов измеряют абсолютным методом – штангенинструмент, микрометры, широкодиапазонные индикаторы и преобразователи, высотомеры, КИМ, угловые энкодеры и др.

Относительный метод измерения

Относительный (сравнительный) метод измерения дает только отклонение размера от установочной меры или образца, по которым прибор был установлен на ноль. Определение размера в этом случае производится алгебраическим суммированием размера установочной меры и показаний прибора при измерении.

Приборы для относительных измерений требуют дополнительной затраты времени для предварительной настройки прибора по установочной мере, что существенно снижает производительность измерений при небольших партиях проверяемых деталей. Снижение производительности становится несущественным, если после настройки прибором производят большое число измерений.
Приборы для относительных измерений в ряде случаев позволяют получить более высокую точность, а при измерении больших партий деталей и более высокую производительность контроля, благодаря удобству отсчета отклонений размера по шкале прибора.

Относительный метод измерения применяется на контрольных приспособлениях и автоматах, в приборах активного контроля.

Кроме того, методы измерения делятся на комплексные и дифференцированные .

Комплексный метод измерения

Комплексный метод измерения заключается в сопоставлении действительного контура проверяемого объекта с его предельными контурами, определяемыми величинами и расположением полей допусков отдельных элементов этого объекта.
Комплексный метод измерения обеспечивает проверку накопленных погрешностей взаимосвязанных элементов объекта, ограниченных суммарным допуском. Этот метод измерения является наиболее надежным с точки зрения обеспечения взаимозаменяемости и обычно осуществляется проходными калибрами, сконструированными по принципу подобия.
Примером комплексного метода измерения может служить проверка резьбы гайки проходной резьбовой пробкой.

Дифференцированный метод измерения

Дифференцированный метод измерения сводится к независимой проверке каждого элемента отдельно. Этот метод не может непосредственно гарантировать взаимозаменяемости изделий.
Например, при дифференцированной проверке среднего диаметра, шага и половины угла профиля резьбы необходимо дополнительно подсчитать приведенный средний диаметр резьбы, включающий отклонения перечисленных выше элементов резьбы, и убедиться, что он находится в заданных пределах.

Комплексный метод измерения применяется преимущественно при проверке изделий, а дифференцированный метод — при проверке инструментов, настройке станков и при выявлении причин размерного брака изделий.

При проверке изделий предельными калибрами обычно сочетаются комплексные и дифференцированные методы измерений.
Каждый из перечисленных выше методов измерения может осуществляться контактным или бесконтактны м способом.

Контактный метод измерения

Контактный метод измерения осуществляется путем непосредственного соприкосновения измерительных поверхностей (наконечников) прибора или инструмента с поверхностью контролируемого объекта.

Бесконтактный метод измерения

Бесконтактный метод измерения характеризуется отсутствием измерительного контакта прибора с проверяемым объектом (например, при пневматическом методе измерения, при измерении на проекторах, микроскопах, лазерных приборах, лазерных итерферометрах и т.п.) .
В последнее время получил большое распространение бесконтактный метод измерения с помощью лазерного сканирования, в том числе 3D сканирования и лазерных триангуляционных измерениях.

Измерительные средства

Измерительные средства, применяемые в металлообрабатывающей промышленности, можно разделить на три основные группы:

• меры и калибры;
• универсальные инструменты и приборы, специальные средства измерений — контрольные приспособления, контрольные автоматы, приборы активного контроля;
• координатно-измерительные машины.

Мерами называются средства измерения, служащие для воспроизведения одного или нескольких известных значений данной величины.

Калибрами называются меры, служащие для проверки правильности размеров, форм и взаимного расположения частей изделия.
Калибры долгое время являлись одними из наиболее распространенных измерительных средств, но с повышением точности металлообработки, распространением станков с ЧПУ, появлением индикаторов, электронных приборов и инструментов с цифровым отсчетом и КИМ применение калибров существенно снизилось.

Универсальные инструменты и приборы служат для определения значений измеряемой величины.
Они различаются по конструктивным признакам, по целевому назначению, по степени механизации, пределам измерения, цене деления аналогового или цифрового отсчета и прочим показателям.

Классификация средств измерения

Универсальные измерительные инструменты и приборы классифицируются по конструктивным признакам на:

• механические инструменты, снабженные штриховой шкалой и нониусом — штангенинструменты и (штангенциркули, штангенглубиномеры, штангенрейсмасы и др.) и универсальные угломеры;
• электронные штангенинструменты с цифровым отсчетом (штангенциркули, штангенглубиномеры, штангенрейсмасы) ;
• микрометрические инструменты, основанные на применении микропар (микрометры, микрометрические нутромеры, глубиномеры и др.) ;
• электронные микрометрические инструменты с цифровым отсчетом (микрометры, нутромеры, глубиномеры и др.) ;
• механические индикаторы со шкалой и стрелкой;
• электронные индикаторы с цифровым отсчетом;
• оптические приборы (длиномеры, интерферометры, проекторы, микроскопы, лазерные приборы и др.) ;
• индуктивные приборы;
• широкодиапазонные приборы (емкостные, индуктивные и фотоэлектрические) ;
• пневмоиндуктивные приборы;
• высотомеры;
• координатно-измерительные машины (КИМ) .

Кроме того, существуют специальные приборы — контрольные приспособления, контрольные автоматы и приборы активного контроля, предназначенные для контроля одной или нескольких однотипных деталей после их обработки на станке или в процессе обработки.

По числу одновременно проверяемых размеров приборы разделяются на одномерные и многомерные.
По установившейся на производстве терминологии простейшие измерительные средства — калибры, линейки, штангенинструмент, микрометры, уровни — именуются измерительным инструментом.

Источник

Методы измерения

В зависимости от задачи измерения, условий измерения, от количества одновременно выявленных размеров могут быть использованы различные методы и средства измерений.

Метод измерения – это совокупность правил и приемов использования средств измерений, позволяющих решить измерительную задачу (ГОСТ 16263-70).

Дифференцированный (поэлементный) метод измерения – последовательное измерение каждого элемента у детали сложной формы.

Например, при измерении резьбовой детали отдельно определяют значения диаметра наружного, диаметра среднего, размер шага, угол профиля.

Дифференцированные методы и средства наиболее удобны при изготовлении деталей или даже машин (технологический контроль), т.к. позволяют выявить, какой из элементов детали или машины вышел за пределы допускаемых значений и установить причины, т.е. определить, какой параметр технологического процесса повлиял на погрешность изготовления этого параметра.

Комплексный метод измерения позволяет определить соответствие размеров детали предписанным техническими условиям.

При приемке изготовленных деталей или машин удобны комплексные методы и средства измерений, при которых определяется влияние комплекса элементов, из которых состоит деталь (изделие) сложной формы и выявляются эксплуатационные показатели. В этом случае выявляется влияние всех элементов вместе, в их связи.

Так, резьбу можно проверить, взяв точно изготовленную специальную гайку (калибр). При свинчивании выявляется соответствие допускаемым значениям комплекса размеров отдельных элементов резьбы (диаметров, шага, угла профиля).

Прямой метод измерения – метод, при котором значение измеряемой величины устанавливают прямо по показанию прибора.

Косвенный метод измерения – метод, при котором измеряют не искомую величину, а другие величины, связанные с ней известной функциональной зависимостью. Например: зазор до сборки можно определить, измеряя последовательно вал и отверстие образующих соединение.

По способу настройки и определению размера различают следующие методы измерения:

Абсолютный метод измерения – метод, при котором по шкале прибора считывают действительный размер измеряемого объекта с допускаемой точностью (микрометры гладкий, рычажный, штангенциркуль). Приборы абсолютного метода измерения настраиваются на нижний предел измерения.

Относительный метод измерения – метод, при котором с прибора считывают отклонения измеряемой величины от установленной меры или образца (микрокатор, скоба рычажная, индикатор часового типа).

Приборы относительного метода измерения настраивают (как правило) на номинальный размер измеряемой величины по КМД или по образцовой детали.

По характеру взаимодействия средств измерения с поверхностью измеряемой детали методы и средства измерения разделяют на контактные, при которых измерительное средство имеет контакт с поверхностью измеряемого объекта, и бесконтактные, при которых измерительное средство не имеет механического контакта с поверхностью измеряемого объекта (проекционные приборы).

Источник

Работа № 3. Измерение размеров абсолютным методом

Под абсолютным методом измерения понимают измерения, когда значение всей измеряемой величины (размера) оценивают непосредственно по показаниям измерительного средства. Примерами абсолютного метода измерения являются измерения размеров деталей при помощи штангенциркуля, микрометра, рычажного микрометра, длиномера и других измерительных средств.

Штангенциркуль (рис. 7) представляет собой штангу, жестко соединенную с измерительной губкой 1 (штангоузел). На штанге нанесена шкала в целых миллиметрах (основная шкала).

По штанге, как по направляющей, может перемещаться рамка 3 с другой измерительной губкой 2 (рамкоузел). Для осуществления микроподачи на штанге 3 установлен микродвижок 6.

Рис. 7. Штангенциркуль

Микродвижок 6 стопорится винтом 7. Вращая гайку 4, перемещают рамкоузел 3 с измерительной губкой 2.

На рамке 3 закреплен нониус – дополнительная линейка со шкалой, служащая для отсчета дробных долей интервала деления основной шкалы. Величина отсчета по нониусу

где а – интервал деления основной шкалы (чаще всего ), n – число делений шкалы нониуса от 0 до ближайшего, совпадающего с каким-либо делением основной шкалы.

После сдвига измерительных губок до соприкосновения с измеряемой поверхностью определяют число делений (рис. 8), расположенных между нулевыми штрихами основной шкалы и нониуса, например мм. Затем находят дробные доли (размер X), равные порядковому номеру штриха нониуса, совпадающего с каким-либо штрихом шкалы штанги, умноженному на цену деления шкалы нониуса

мм.

Измеряемый размер получают сложением целых и дробных значений

мм.

Рис. 8. Пример отсчета

Технические характеристики штангенциркуля приведены в табл. 3.

Технические характеристики штангенциркуля

Основные показатели	Единица измерения	Числовое значение
Пределы измерения	мм	0. 250
Цена деления шкалы нониуса	мм	0,05; 0,1
Предельная погрешность измерения	мм	±0,1; ±0,2

Микрометр гладкий (рис. 9) состоит из полого стебля 5, жестко связанного со скобой 1. Внутри стебля 5 находится микрометрический винт, торец которого является измерительной поверхностью. Второй измерительной поверхностью является торец пятки 2, запрессованной в скобу 1.

На стебле нанесена продольная линия, по обе стороны ее нанесены шкалы, сдвинутые по отношению друг к другу на 0,5 мм. Цена деления каждой шкалы 1 мм.

На стебель 5 одет корпус барабана 6, жестко связанный с микровинтом 3, имеющим шаг 0,5 мм. Конец барабана имеет скос, на котором нанесена круговая шкала из 50делений. Цена одного деления 0,01 мм. За один полный оборот барабан перемещается вдоль стебля на величину мм.

Измерительное усилие при измерении детали должно быть 700…200 г, поэтому вращение микровинта должно выполняться только при помощи трещотки 8, рассчитанной на передачу этого усилия.

Пример отсчета по шкалам микрометра приведен ниже.

Показание шкалы стебля (рис. 10) равно 8,5 мм, так как скошенный край барабана прошел через деление 8 нижней шкалы и 0,5 верхней шкалы.

Показание по шкале барабана равно 37, а так как цена деления шкалы барабана 0,01 мм, то отсчет по шкале барабана определится как

мм. Полный отсчет по шкалам стебля и барабана будет равен мм.

Рис. 9. Микрометр гладкий

Перед измерением необходимо проверить правильность установки барабана в нулевое положение. Порядок проверки приведен в прил. 1. Технические характеристики микрометра гладкого приведены в табл. 4.

Технические характеристики микрометра гладкого

Основные показатели	Единица измерения	Числовое значение
Цена деления шкалы барабана	мм	0,01
Цена деления шкалы стебля	мм
Пределы измерения шкалы барабана	мм	0…0,5
Пределы измерения микрометра (в целом)	мм	0…25; 25…50; 50…75; 75…100 и т. д. до 1000
Погрешность показаний микрометра	мм	±0,005

Предельные погрешности при измерении микрометром указывают в аттестате прибора (ориентировочно предельная погрешность микрометра ±0,005 мм).

Микрометр рычажный (рис. 11) состоит из микрометрической головки и рычажно-зубчатого механизма, передающего перемещение подвижной пятки 2 микрометра на стрелку отсчетной шкалы 1. Измерительное усилие равно 200…400 г.

Перед началом измерения проверяют нулевой отсчет. Проверка правильности нулевого отсчета дана в прил. 1.

Рис. 10. Пример отсчета

Рис. 11. Микрометр рычажный

Измерение рычажным микрометром

Измеряемое изделие вводят между измерительными поверхностями пятки и микрометрического винта и вращением барабана приводят в соприкосновение измерительные поверхности прибора с поверхностью изделия. Вращение барабана прекращают, когда стрелка шкалы 1 (см. рис. 11) окажется вблизи нуля (в пределах ±4 деления), а продольный штрих стебля 4 совпадет с каким-либо штрихом барабана микровинта. За действительный размер принимают алгебраическую сумму отсчетов по шкалам стебля, барабана и рычажного устройства. Отсчет по барабану производится так же, как у гладкого микрометра. Технические характеристики микрометра рычажного приведены в табл. 5.

Технические характеристики микрометра рычажного

Основные показатели	Единица измерения	Числовое значение
Цена деления шкалы барабана	мм	0,01
Цена деления шкалы рычажно-зубчатого механизма	мм	0,002
Пределы измерения микрометра (в целом)	мм	0. 25; 25. 50
Пределы показаний по шкале рычажно-зубчатого механизма	мм	±0,02
Погрешность показаний микрометра	мм	±0,002

Порядок выполнения работы

1. Выполнить в журнале эскиз заданной детали.

2. Занести в журнал чертежные размеры измеряемых поверхностей. По таблицам ГОСТ 25346–89 определить предельные отклонения проверяемых размеров, указать их на эскизе детали и подсчитать предельные размеры.

3. Ознакомиться с имеющимся инструментом и занести в журнал его характеристики.

4. В зависимости от заданной точности поверхности и допустимой погрешности измерения приборов подобрать для каждой измеряемой поверхности инструмент (погрешность измерения не должна превышать 20…35% допуска на размер поверхности).

5. Произвести замеры всех заданных поверхностей. Для самой точной поверхности произвести замеры в трех сечениях в двух взаимно-перпендикулярных направлениях (рис. 12), для остальных – по одному сечению в двух направлениях.

Рис. 12. Схема измерения

6. Дать заключение о годности по каждой измеряемой поверхности.

7. Определить наибольшие отклонения от правильной геометрической формы для самой точной из поверхностей.

Источник