Раздел
4 Методы и средства измерения геометрических величин
4.1 Измерение линейных размеров
К методам измерения линейных размеров, нашедшим наибольшее применение на практике, относятся следующие:
1. Метод непосредственной оценки.
2. Методы сравнения с мерой - дифференциальный и совпадения.
Несмотря на то, что методы сравнения с мерой потенциально могут иметь меньшую погрешность измерения, все же метод непосредственной оценки более удобен для восприятия, поэтому он имеет большее распространение на практике. Следует отметить, что современные измерительные преобразователи (ИП) совмещают в себе оба метода (имеют в своем составе встроенные эквиваленты эталонов, а также используют дифференциальное, уравновешивающее преобразование), выдают информацию в цифровом виде на табло, дисплеи, т. е. обеспечивают высокую точность измерений, и наглядную форму представления информации (удобный пользовательский интерфейс).
Особое место среди методов измерений занимают бесконтактные прецизионные методы, в частности, поверка концевых мер.
Среди множества
способов и устройств для поверки концевых мер длины
интерференционные лазерные методы занимают самое значительное место, так как
наряду с высочайшей точностью (порядка 10-2 мкм) обеспечивают
оптический контакт с рабочими поверхностями мер, что существенно продлевает их
ресурс работы и не вносит дополнительной погрешности измерений благодаря
отсутствию механического контакта.
Наиболее эффективен двусторонний способ измерения (аналогичен действию измерительной скобы), при котором снимаются жесткие требования к базированию поверяемой меры на измеряемой позиции. Для защиты интерферирующих пучков от влияния изменений условий окружающей среды (турбулентность воздушных потоков, рефракция воздуха от тепловых потоков и др.) в плечах интерферометра применяют волоконно-оптические световоды.
Методы измерения геометрических величин не отделимы от СИ, которые используют в процессе изготовления и испытаниях различных ИП. При этом наиболее используемым на практике является штангенинструмент (рис. 4.1 - 4.3).
Их отличительной чертой является наличие двух шкал: основной и
дополнительной (нониусной), сдвинутой по отношению к
основной на величину от 0,05 до
Пример отсчета по основной и дополнительной (нониусной) шкале микрометра: суммарный размер=37,0 (основная шкала) + 0,05(дополнительная нониусная шкала) =37,05.
Рисунок 4.1–Отсчеты линейных размеров с использованием нониусных шкал
Типичными представителями таких СИ являются различные штангенциркули, штангенглубиномеры, микрометры, часовые индикаторы и головки, толщиномеры, нутромеры. Они выпускаются различных типов, диапазонов измерения, точности, вида измерения (наружных и внутренних размеров, глубин, отклонения формы и пр.).
Результаты измерения размеров микрометрическими инструментами получают путем суммирования показаний основной и дополнительной (нониусной) шкал.
Рисунок 4.2–Штангенциркуль ШЦ-1): 1-штанга, 2-измерительные губки, 3-зажим рамки, 4- рамка, 5 –нониус, 6-линейка глубиномера
а
б
Рисунок 4.3 –
Рычажные микрометры: а-устройство,
б-внешний вид:
1-микрометрических винт, 2-микрометрическая головка, 3-подвижный упор,
4-индикатор, 5-колпачек
4.2 Методы и средства измерения угловых размеров.
При измерении угловых размеров используются три ранее рассмотренных метода:
непосредственной оценки;
сравнения с мерой;
тригонометрический.
В первом методе измерения в искомый угол вписывается или описывается круговая или линейная угломерная шкала (рис. 4.4).
Рисунок 4.4 – Измерение
углов методом непосредственной оценки
(aх – измеряемый угол)
При втором методе измеряемый угол апроксимируется (заменяется) угловой мерой, при этом разницу стараются минимизировать.
Третий метод сочетает в себе первый и второй методы измерения, так как предполагает одновременное использование угловых мер и угломерных инструментов. Пример – измерение с помощью синусной линейки, которая представляет собой стальную измерительную плиту с роликами, дополненную концевыми мерками и квадратом. При этом измеряемый угол определяется через тригонометрические величины (синус или тангенс измеряемого угла). Отсюда и название – «синусная линейка».
В качестве основных СИ при угловых измерениях являются угловые концевые меры, которые также используются для поверки угломеров, координатно-измерительных машин и проч. СИ (рис. 4.5)
Угловые концевые меры выпускаются наборами из 24, 33 и 93 шт., содержащими меры с одним или с четырьмя рабочими углами.
Точность изготовления угловых мер варьируется в зависимости от класса мер и составляет:
-0-класс ±3";
-1 класс ±10";
-2 класс ±30".
Диапазон углов от 3" до 90о через 1о и через 10".
Рисунок 4.5– Угловые призматические меры (типа УМ):
1-с одним рабочим углом/со срезанной вершиной, 2- с одним рабочим углом остроугольные, 3- с четырьмя рабочими углами, 4-многогранные с равномерным угловым шагом, 5-с тремя рабочими углами
Угловые меры при угловых измерениях выполняют те же функции, что и плоско-параллельные меры при измерении длин. По измеряемому углу составляются блоки угловых мер. Проверку соответствия измеряемого угла и блока проводят методом световой щели (на просвет).
4.3 Универсальные методы измерения линейных
и угловых размеров
Прогрессивными методами измерения линейных и угловых размеров являются бесконтактные оптические методы измерения. В качестве СИ при этом широко применяются большие и малые инструментальные микроскопы (рис. 4.6) и измерительные проекторы (рис. 4.7).
а б
Рисунок 4.6 – а-малый инструментальный микроскоп, б - автоматизированный измерительный проектор
