Измерительные инструменты и приборы

Штангенинструменты. Принцип действия нониуса основан на совмещении штрихов основной шкалы и шкалы нониуса. К штангенинструментам относятся штангенциркули, штангенрейсмасы (штангенвысотомеры), штангенглубиномеры, штангензубомеры.

Нониус представляет собой дополнительную шкалу, нанесенную на подвижную каретку, перемещающуюся свободно вдоль линейки. Чаще всего используется так называемый прямой нониус, у которого цены деления на 1/10 или 1/20 часть меньше цены деления основной шкалы. Отсчет показания штангенинструментов производится так: целую часть измеряемой величины считывают с меньшей по значению из отметок основной шкалы, между которыми остановился нуль нониуса, а десятые доли определяют по совпадению деления шкалы нониуса с делением основной шкалы.

Микрометрические приборы. Микрометры в зависимости от приспособленности к измерению размеров различных поверхностей делят на гладкие, рычажные, зубомерные, нутромеры, глубиномеры. Существует также ряд специальных измерительных средств, оснащенных микрометрической головкой. В микрометрических приборах увеличение разрешающей способности достигается использованием винтовой пары (микрометрический винта). Микрометрический винт имеет шаг резьбы 0,5 или 1,0 мм. Головка винта соединена с барабаном, на который нанесены 50 или 100 делений. Цена деления шкалы барабана определяется делением шага резьбы на число делений.

Рычажно-зубчатые приборы. К ним относятся головки измерительные и приборы на их основе: скобы; глубиномеры, стенкомеры, толщиномеры и нутромеры, а также различные специальные измерительные приспособления и приборы. В индикаторных и измерительных головках (в том числе в микаторах и оптикаторах) различного типа поступательное перемещение измерительного наконечника преобразуется во вращательное движение одной или двух стрелок с помощью механического передаточного механизма (например, зубчатой и/или рычажной передач). Минимальная цена деления шкалы индикатора зависит от передаточного отношения и размеров (диаметра) шкалы.

В пружинных измерительных приборах используют упругие передаточные (измерительные) механизмы, не имеющие пар с внешним трением, основу которых составляют плоские, прямые, изогнутые или скрученные упругие металлические ленты. Принцип действия микрокатора основан на зависимости между растяжением тонкой скрученной металлической ленты и поворотом ее среднего сечения со стрелкой относительно продольной оси и относительно шкалы. 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.

К оптико-механическим приборам относят: рычажно-оптические, проекционные и измерительные микроскопы и машины, длинномеры, 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 разделяют на малые (ММИ - малый микроскоп инструментальный) и большие. Цена деления микрометрического устройства - 0,005 мм. Цена деления окулярной мерной головки - 1 ' и 3'. Пределы измерения угловых размеров 0 - 360^о.

Принцип измерения микроскопами состоит в определении координат крайних точек на линии измерения, путем визирования их в объективе микроскопа. Измеряемую длину находят по разности отсчетов крайних точек объекта. Небольшие перемещения можно измерить объект - микрометром - окуляром, снабженным визирной сеткой, расположенной в фокусе окуляра. Объект - микрометры 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.

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

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 шкальных отсчетных устройств к цифровым.

Пневматические приборы реагируют на изменение зазора между деталью и выходным соплом или на изменение диаметра отверстия. Они могут быть низкого (до 0,5 МПа) и высокого (свыше 0,5 МПа) избыточного давления, манометрического и ротаметрического типа, дифференциального и недифференциального исполнения. В зависимости от значения зазора или площади отверстия изменяется расход воздуха, проходящего через прибор, что регистрируется по изменению перепада давления или давления на выходе.

Перечисленные средства измерений линейных размеров относят к универсальным. Погрешности измерения для различных условий их применения приведены в РД 50-98-86 «Выбор универсальных средств измерений линейных размеров до 500 мм. Методические указания». Указанный документ содержит 40 наименований СИ для измерения наружных размеров, биений и глубин и 10 наименований СИ для измерения внутренних линейных размеров. (Минимальная цена деления 0,00005 мм, погрешность 0,0001 мм)

В современных компараторах длин измерения проводятся сравнением размеров объекта с размером измерительной дифракционной решетки. Измерительная решетка представляет собой пару решеток, одна из которых может быть отражательной. За прозрачной решеткой располагается источник света и фоторегистрирующее устройство, например фотодиод. Перемещая одну из решеток, нужно регистрировать число проходящих в фокусе объектива максимумов или минимумов. Сравнивая это число для крайних точек объекта, легко найти его размеры, если известен шаг решетки.

Процесс измерения легко автоматизировать, т. е. нет нужды пользоваться зрительной трубой, что для массовых измерений утомительно. Вторая причина - высокая точность измерения, определяемая только периодом решетки. При этом высокая точность получается как для малых перемещений, так и для больших (порядка 1 м и более). Измерительные решетки в линейных измерениях используются как универсальные меры, т. е. носители размера физической величины.

Измерение углов. Значение угла при измерении определяют следующими методами:

1) сравнением с жесткой мерой (угловые меры, угольники, шаблоны, конические калибры, многогранные призмы);

2) сравнением со штриховой мерой (различные виды круговых и секторных шкал, гониометры – например, транспортир);

3) тригонометрическими методами (по значениям линейных размеров).

ГОСТ 2875 " Меры плоского угла призматические. Общие технические условия" предусмотривает пять типов угловых мер: 1 - со срезанной вершиной угла и значениями рабочих углов до 9^о; 2 - с острой вершиной рабочего угла, диапазон от 10 до 79^о; 3 - с четырьмя рабочими углами в диапазоне 80 – 100^о; 4 - призматические с равномерным угловым шагом; 5 – с тремя рабочими углами: a = 15^о, b = 30^о, j = 45^о. Кл. точности 00, 0, 1, 2, 3.

Угольники служат для проверки взаимной перпендикулярности поверхностей и имеют угол 90^о. Существует два вида угольников: лекальные, обеспечивающие контакт по линии (для этого одной из сторон придана форма кромки с радиусом закругления 0,1 – 0,3 мм); с плоскими рабочими поверхностями. Классы точности 0, 1, 2.

Механические угломеры предназначены для контактных измерений углов. Выпускают угломеры: с отсчетом по нониусу 2^¢ , 5^¢; и 10^¢ , а также с оптическим отсчетным устройством (оптический угломер). В угломерных инструментах применяется круговой нониус. Принципиально он ничем не отличается от линейного нониуса, только деления на нем нанесены на небольшую дуговую линейку (алиаду), свободно перемещающуюся вдоль основной шкалы (лимба).

Гониометры - приборы для угловых измерений - в большинстве своем представляют собой зрительные трубы или лазеры, оптическая ось которых снабжена отсчетным угловым лимбом. Таким прибором можно измерять углы, последовательно наводя оптическую ось на два раздельных объекта. Сюда же можно отнести и оптические дальномеры, использующие измерения углов наблюдения одного и того же объекта двумя зрительными трубами.

Делительные головки применяются для измерения углов при использовании устройств, фиксирующих требуемое угловое положение граней или других элементов детали. Отсчетные устройства делительных головок бывают как механическими (лимб с нониусом), так и оптическими.

Уровни служат для измерения малых угловых отклонений от горизонтальной плоскости.

Выпускаются брусковые и рамные уровни с ценой деления 4", 10", 20", 30", которые на приборе представлены в радианах (0,1 мм/м соответствует 20"). В микрометрических уровнях показания снимают по микрометрическому винту, перемещающему ампулу. Микрометрические уровни выпускаются типа 1 с ценой деления 2" и типа 2 с ценой деления 20".

Средства измерений, основанные на тригонометрическом методе. Типичными примерами реализации тригонометрических методов измерений углов являются измерения с помощью так называемых синусных линеек (рис. 47) и координатные методы.

Рис. 47. Измерение с помощью синусной линейки

Измерение угла a заключается в определении отклонения в положениях I и II от указанной параллельности, что делают чаще всего с помощью контактной измерительной головки (оптиметра, пружинной головки и т. д.), укрепленной на универсальной стойке.

Использование роликов и шариков для измерения наружных и внутренних конусов. При известных диаметрах шариков и роликов, а также высоте h блока плоскопараллельных концевых мер измеряют размеры l₁ и l₂ (рис. 48) и рассчитывают искомый угол конуса.

Рис. 48

Для измерения линейных и угловых размеров используют их взаимосвязь с электрическими величинами, реализованную в измерительных преобразователях (см. раздел 3.1). Метод преобразований выбирают в зависимости от значения измеряемого размера и требуемой точности результата. Реостатные преобразователи применяют в диапазоне измерений от 0,1 мм до 100 мм, погрешность измерений 0,05%. Емкостные – в диапазоне 0,001 … 100 мм, погрешность 0,5%. Индуктивные - в диапазоне 0,0001 … 100 мм, погрешность 0,5%. Цифровые - в диапазоне 0,01 … 100 мм, погрешность 0,05%. Цифры ориентировочные, так как конструкции приборов непрерывно совершенствуются.

В микрометрах кроме вышеперечисленных преобразователей находят применение ионизационные и фотоэлектрические преобразователи.

Емкостные преобразователи эффективны для измерения уровня жидких диэлектриков (например, бензина).

При измерении размеров находят применение лазерные приборы.

В станках с числовым программным управлением используют кодирующие измерительные преобразователи линейных и угловых перемещений. Пределы допустимых погрешностей для наиболее точных преобразователей составляют 1’’ для угловых размеров и 0,03 мкм для линейных размеров.

Измерение шероховатости. При контроле и измерении шероховатости поверхностей пользуются методом визуальной оценки, контактными и бесконтактными профильными методами, к которым относятся: методы светового сечения, теневой проекции, микроинтерференционный и растровый методы..

При визуальной оценке поверяемую поверхность сравнивают с образцами шероховатости поверхности, которые выпускают по ГОСТу 9378 - 93 (ИСО 2632-1 – 85 и ИСО 2632-2 - 85).

К приборам, которые производят измерение контактным профильным методом, относятся профилографы и профилометры. Профилографы сканируют поверхность детали остро заточенной алмазной иглой и регистрируют неровности профиля поверхности на записывающем приборе. Профилометры отображают оцененные параметры шероховатости в цифровом виде.

В бесконтактных приборах, принцип действия которых основан на измерении параметров проекции светового сечения исследуемой поверхности с помощью наклонно направленного к ней светового пучка. Высоту микронеровностей измеряют с помощью окуляра-микрометра.

Принцип действия приборов теневого сечения аналогичен принципу действия приборов светового сечения. В приборах теневого сечения рассматривается тень, искривленная неровностями поверхности.

Визуальным неконтактным профилометром является микроскопом Линника. В этом приборе шероховатая поверхность освещается под углом 45° через объектив микроскопа пучком света, имеющем вид узкой щели. Если объект имеет неровности в виде ступенек или шероховатостей, то изображение краев щели будет неровным. Принцип регистрации поясняется рис. 5.8.

Наблюдаемое в окуляр смещение изображения будет равно размеру неровности, умноженному на увеличение микроскопа и на косинус угла наблюдения, равного 1,41 для угла в 45°, т. е.

Принцип действия интерферометров основан на использовании явления интерференции света, отраженного от образцовой и исследуемой поверхностей. Форма образующихся интерференционных полос зависит от вида и высоты (до 1 мкм) неровностей контролируемой поверхности.

Интерферометрами называют приборы, в которых основной измеряемой характеристикой является не амплитуда световой волны и связанная с ней энергия, а фаза электромагнитного колебания. Именно такой подход позволил создать самые точные на данный момент средства измерения, реально позволяющие измерять величины с погрешностями в 11-12 знаке.

Принцип действия растровых микроскопов основан на явлении образования муаровых полос при наложении изображений элементов двух периодических структур (направленных следов обработки и дифракционной решетки). Высоту микронеровностей определяют по степени искривления муаровых полос.

Для измерения шероховатости применяют методы, основанные на рассеянии светового пучка, измерении сопротивления воздуха, вытекающего из сопла, закрытого шероховатой поверхностью и другие.

Поиск по сайту: