Источник: Кострицкий В.Г., Кострицкий В.Г., Кузьмин А.И. Контрольно-измерительные инструменты и приборы в машиностроении: Справочник. – К.: Техника, 1986 г., 4-13 с.
Глава I
МЕТРОЛОГИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ТЕХНИЧЕСКИХ ИЗМЕРЕНИЙ
КЛАССИФИКАЦИЯ ИЗМЕРИТЕЛЬНЫХ СРЕДСТВ И МЕТОДОВ ИЗМЕРЕНИЯ
Измерение — процесс сравнения какой-либо физической величины с помощью специальных технических средств с однородной величиной, условно принятой за единицу (например, метр — единица длины). Результатом измерения является число, выражающее отношение измеряемой величины к величине, принятой за единицу. К техническим измерениям в машиностроении относят линейные и угловые измерения, т.е. измерения геометрических параметров деталей, сборочных единиц и изделий, отклонения расположения и формы, волнистость и шероховатость поверхностей.
Контроль — более широкое понятие, охватывающее как количественную, так и качественную оценку годности продукции. Различают контроль точности изготовленной продукции, при котором определяется соответствие действительных значений параметров качества продукции (геометрических, механических и др.) допустимым значениям этих параметров, установленным техническими условиями и заданными допусками (как правило, без определения числовых значений контролируемой физической величины), а также контроль точности технологических процессов. Задачей последнего является технологическое обеспечение требуемой точности, т. е. профилактика брака.
По числу параметров, проверяемых при одной установке детали, различают одномерные и многомерные средства измерения, по степени автоматизации процесса — ручного действия, механизированные, полуавтоматические и автоматические. По характеру применения средства измерения делятся на универсальные и специального назначения.
Универсальные средства измерения линейных и угловых величин в зависимости от конструкции и принципа действия подразделяются на следующие группы:
1) механические — штриховые инструменты с линейным нониусом (штангенинструменты, универсальные угломеры и т. д.); микрометрические инструменты (микрометры гладкие, микрометрические нутромеры и глубиномеры и т. д.); 2) рычажно-механические — рычажные, зубчатые, рычажно-зубчатые, пружинные (индикаторы, микрокаторы и т. д.); 3) оптические (инструментальные и универсальные измерительные микроскопы, проекторы, интерферометры и т. д.); 4) оптико-механические (оптиметры, длиномеры и т. д.); 5) пневматические; 6) электрофицированные.
Средства измерения специального назначения применяются для контроля следующих параметров: 1) отклонений формы и расположения поверхностей (поверочные линейки, плиты, угольники, уровни); 2) шероховатости поверхности (профилометры, профилографы, приборы светового и теневого сечения); 3) резьб (резьбовые микрометры, шагомеры); 4) зубчатых передач (зубомеры, нормалемеры, межцентромеры и т. д.).
МЕТРОЛОГИЧЕСКИЕ ПОКАЗАТЕЛИ СРЕДСТВ ИЗМЕРЕНИЯ
Метрологическими показателями средств измерения являются их характеристики, которые позволяют судить о пригодности этих средств для измерений в известном диапазоне с известной точностью.
Из метрологических показателей средств измерения наибольшее значение имеют следующие:
диапазон измерений прибора L+l — область значений измеряемой величины, для которой нормированы допускаемые погрешности средств измерения;
пределы измерений прибора—наибольшее и наименьшее значения диапазона измерений;
диапазон показаний — область значений шкалы, ограниченная ее начальным и конечным значениями;
интервал деления шкалы — расстояние между осями двух соседних отметок шкалы;
цена деления шкалы — значение измеряемой величины, соответствующее одному делению шкалы;
измерительное усилие — усилие воздействия измерительного наконечника прибора на поверхность измеряемой детали в зоне контакта;
погрешность измерения — суммарная погрешность
обусловливающая разность между результатом измерения и действительным значением
измеряемой величины. В качестве действительного значения величины принимается
результат измерения, полученный
при помощи более точных методов и средств измерения;
погрешность средства измерения — составляющая погрешности измерения, вызываемая погрешностью изготовления, юстировки прибора, несовершенством его конструкции, износом в процессе эксплуатации;
погрешность метода измерения — составляющая погрешности измерения, вызываемая несовершенством метода измерения. Определяется инструментальной погрешностью, погрешностью блока концевых мер или установочной образцовой детали, погрешностью установки измеряемой детали, отклонением условий измерения от нормальных и т. д.;
основная погрешность — погрешность значения меры или показания прибора, соответствующая нормальным условиям измерения;
дополнительная погрешность — погрешность, вызываемая воздействием внешних условий на средство измерения, при отклонении условий измерения от нормальных.
Различают погрешность измерения и погрешность показания. Предельная погрешность показания прибора (наибольшая без учета знака погрешность средства измерения, при которой она может быть признано годным и допущено к применению) представляет собой погрешность измерений, проведенных в условиях, определяемых стандартом на методы и средства поверки.
При использовании прибора в производственных условиях нормативная предельная погрешность измерения значительно (в 1,3—2,6 раза) превышает предельную погрешность показаний прибора.
НОРМАЛЬНЫЕ УСЛОВИЯ ВЫПОЛНЕНИЯ ЛИНЕЙНЫХ И УГЛОВЫХ ИЗМЕРЕНИЙ
Нормальные условия выполнения линейных измерений в пределах от 1 до 500 мм и измерений углов с длиной меньшей стороны до 500 мм установлены ГОСТ 8.050—73 (СТ СЭВ 1155—78). Нормальные условия должны обеспечиваться с целью практического исключения дополнительных погрешностей при измерениях. Стандартом приняты следующие нормальные значения основных параметров, влияющих на точность измерения:
Допускаемые отклонения от нормального значения составляют для атмосферного давления ±4 кПа (±30 мм рт. ст.) и для относительной влажности воздуха +22 ... - 18 %.
Наибольшее влияние на точность измерения оказывает температурная погрешность. В зависимости от допусков и диапазона измеряемых размеров установлены пределы допускаемого отклонения температуры измеряемой детали и рабочего пространства от нормального значения в процессе измерения.
При угловых измерениях пределы допускаемого отклонения температуры объекта измерения и рабочего пространства от нормального значения составляют ±3,5 °С.
ГОСТ 8.050—73 нормирует нормальное направление линии измерения. При измерении линейных размеров до 160 мм для наружных поверхностей направление линии измерения — вертикальное, более 160 мм, а также размеров отверстий, глубины и ширины пазов направление линии измерения — горизонтальное. Положение плоскости при измерении углов — горизонтальное.
Допускаемые отклонения от нормального направления линии измерения должны быть не более ±1° — для деталей 01 и 0 квалитетов точности; ±2° — для 1—5-го; ±5° — для 6—10-го.
С целью уменьшения погрешности измерения целесообразно, чтобы нормальная ориентация линий измерений совпадала с соответствующей ориентацией установочных мер и установочных образцовых деталей.
Поддержание нормальных условий в рабочем пространстве должно обеспечиваться в течение всего процесса измерения.
ВЫБОР СРЕДСТВ ИЗМЕРЕНИЯ
Выбор средств измерения определяется объемом выпуска измеряемой детали, ее конструктивными особенностями (габаритные размеры, масса, материал детали, жесткость конструкции), необходимой точностью изготовления детали, экономическими показателями средств измерения (стоимость и надежность прибора, стоимость его ремонта и эксплуатации; продолжительность работы до ремонта; время, затрачиваемое на настройку и процесс измерения; необходимая квалификация контролера).
Средства измерения выбираются таким образом, чтобы их допускаемая погрешность в заранее установленных условиях применения (т. е. с учётом всех дополни-
тельных погрешностей) не превышала допускаемой погрешности измерения, а трудоемкость и себестоимость измерений были возможно более низкими.
Порядок выбора измерительных средств следующий. Вначале устанавливается значение допускаемой погрешности измерения. Зависимость между пределом допускаемой погрешности измерений б, допусками на изготовление детали Т и номинальными размерами регламентирована ГОСТ 8.051—81 (СТ СЭВ 303—76) «ГСИ. Погрешности, допускаемые при измерении линейных размеров до 500 мм». Установленные ГОСТом погрешности измерения являются наибольшими, которые можно допускать при измерениях; они включают как случайные, так и неучтенные систематические погрешности измерения (погрешности показаний прибора, установочных мер, по которым производится настройка прибора; температурные, погрешности базирования детали при измерении и т. д.).
По расчетной предельной погрешности измерения бр определяются измерительные средства, с помощью которых может быть осуществлен процесс измерения. Для этого используются общемашиностроительные типовые руководящие материалы РДМУ 98—77, в которых указаны значения нормативных предельных погрешностей измерения | бт | различными измерительными средствами, выпускаемыми отечественными инструментальными заводами.
При выборе средств измерения следует учитывать неравенство | бт | < бр. Из тех средств измерения, табличные значения предельных погрешностей которых | бт | удовлетворяют этому неравенству, выбирается то, при котором обеспечиваются наименьшие трудоемкость и стоимость измерений. Если данные о трудоемкости и стоимости измерений отсутствуют, то наиболее приемлемым следует считать средство с табличной погрешностью | бт |, наиболее близкой к расчетной бр.
ПРАВИЛА ЭКСПЛУАТАЦИИ И ХРАНЕНИЯ ИЗМЕРИТЕЛЬНЫХ СРЕДСТВ
Для обеспечения высокой точности и надежности измерительных средств необходимо выполнять определенные правила их хранения и эксплуатации. После длительного хранения измерительных приборов перед началом измерений необходимо удалить защитную смазку и пыль со всех наружных поверхностей прибора слегка смоченной в чистом авиационном бензине тканью, затем протереть поверхности чистой сухой салфеткой из мягкой льняной или хлопчатобумажной ткани. Необходимые сменные измерительные стержни, установочные образцы (калибр-кольцо, блок концевых мер с боковиками и т. п.) следует промыть в чистом авиационном бензине и тщательно протереть измерительные поверхности чистой салфеткой из мягкой хлопчатобумажной или льняной ткани. При промывке следует пользоваться маслобензостойкими перчатками. При небольших перерывах в работе ограничиваются протиркой измерительных поверхностей прибора чистым сухим полотенцем или салфеткой из мягкой ткани. Промывка должна выполняться в специальном помещении, оборудованном вытяжным шкафом, с включенной вентиляцией. В помещении, где производится промывка, запрещено пользоваться открытым огнем, курить, а также применять электронагревательные приборы, пылесосы и полотеры. Измеряемые детали также должны тщательно протираться, очищаться от масла и абразивной пыли. При измерении не допускается попадание на приборы эмульсии, масла, абразивной пыли, стружки. Измерение следует выполнять чистыми, сухими руками.
Не следует прикасаться пальцами к поверхности линз оптических приборов во избежание их загрязнения. Для очистки внешних поверхностей линз надо первоначально удалить пыль очень мягкой кисточкой, хорошо промытой в эфире. Если после удаления пыли поверхность линз все еще остается недостаточно чистой, то ее нужно протереть мягкой, много раз стиранной (в последний раз без мыла) полотняной салфеткой, слегка смоченной бензином или эфиром.
В перерыве между измерениями инструменты должны лежать на сухой чистой поверхности; не рекомендуется их класть на металлические поверхности станков.
Перед измерением производится проверка нулевого показания прибора. Измерительные головки приборов должны крепиться надежно, но без перетяга, чтобы не было заклинивания измерительного стержня. Нельзя поворачивать измерительную головку, когда она закреплена в стойке; для поворота головка должна быть освобождена. При установке в стойку пружинную и пружинно-оптическую головки следует держать за корпус. Прикасаться к гильзе прибора не рекомендуется, так как после этого необходима длительная температурная стабилизация. Установка головки должна производиться осторожно без ударов, особенно по измерительному стержню.
Лампу осветителя оптических приборов необходимо включать за 20—30 мин до начала работы.
При измерении необходимо осторожно касаться детали измерительными поверхностями прибора, не применяя усилий. Для исключения ударов в конце хода рекомендуется измерительный стержень придерживать рукой или арретиром. Не допускается проводить измерительными поверхностями прибора по измеряемой детали или протаскивать деталь, если не отведена арретиром подвижная пятка.
При снятии и установке измерительный наконечник следует перемещать только вдоль оси измерительного стержня пружинных головок, во избежание повреждения пружинной подвески не допускается поворот наконечника.
Измерение деталей запрещается производить при включенном станке. Это опасно для рабочего и вызывает ускоренный износ измерительных поверхностей.
При измерении микрометрическими инструментами необходимо соблюдать следующие правила: не пользоваться микрометром с застопоренным микрометрическим винтом как жесткой скобой; не забывать перед вращением микрометрического винта ослаблять стопор, чтобы не вызвать чрезмерный износ и деформацию резьбы винта; измерение производить всегда с помощью трещотки, медленно и равномерно вращая ее (вращение барабана допускается только для предварительного подвода микрометрического винта к детали).
При применении штангенинструментов микрометрической подачей следует пользоваться только при установке разметочных губок на размер. В случае измерения внутренних размеров не следует базироваться на опорные поверхности губок штангенциркуля. Не рекомендуется производить измерения разметочными губками штангенциркуля.
После окончания измерений приборы необходимо тщательно протереть сухой мягкой тканью, затем масляной тряпкой и уложить в футляр.
Для длительного хранения прибора производится его консервация: измерительные и другие поверхности, подлежащие защите, очищаются тканью, смоченной в бензине, тщательно протираются сухой мягкой тканью, смазываются антикоррозионным составом и укладываются в футляр.
Хранить измерительные инструменты следует в футляре в сухих отапливаемых помещениях при температуре воздуха от +10 до +35 °С и относительной влажности не более 80 %. Воздух в помещении не должен содержать примесей агрессивных газов.