Основы метрологии

Для устранения указанных недостатков в нашей  стране создана Государственная система обеспечения единства измерений (ГСИ). Основные задачи ГСИ: установление единиц физических величин, методов и средств воспроизведения единиц, рациональной системы передачи единиц от эталонов к рабочим средствам измерений; определение номенклатуры,

так как они  являются ошибками второго порядка  малости.

Для контроля точных процессов производства и повышения  качества машин и других изделий  необходимо не только непрерывно повышать точность, производительность и надежность средств измерения, но и правильно  применять и систематически поверять средства измерения в процессе эксплуатации. Ошибочные результаты измерения из-за некачественного выполнения собственно измерений столь же часты, как при применении неточных средств измерения. Как в том, так и в другом случае возникает необнаруженный брак, который приводит к браку на последующих этапах процесса производства или к снижению качества изделий, их точности, надежности и долговечности.

Государственная система обеспечения  единства измерений (ГСИ).

Для устранения указанных недостатков в нашей  стране создана Государственная система обеспечения единства измерений (ГСИ), Основные задачи ГСИ: установление единиц физических величин, методов и средств воспроизведения единиц, рациональной системы передачи единиц

от эталонов к рабочим средствам измерений; определение номенклатуры и способов выражения метрологических показателей средств измерении.

Для обеспечения  единства измерений введены обязательные испытания новых типов измерительных  средств и надзор за состоянием и  правильным использованием измерительной техники, применяемой в народном хозяйстве. Систематическая поверка приборов – это одна из главных гарантий их точности. Важное значение имеют также соблюдение нормальных условий измерений, установленных стандартами. Особо необходимо соблюдать требования к температуре объекта измерения и рабочего пространства. Например, на ВАЗе в метрологических центрах (термоконстантных помещениях с отдельным фундаментом) механосборочных цехов в зависимости от требуемой точности измерений поддерживают температуру в пределах 20 ± 0,15 – 20 ± 0,5°С.

Для обеспечения  и наблюдения за единством измерений  в систему Госстандарта СССР входят метрологические институты и  сеть лабораторий государственного метрологического надзора; на большинстве заводов для этой цели есть отделы главного метролога и измерительные лаборатории.

В систему ГСИ  включены ГОСТ 8.001-71-8.098-73, а также  ГОСТ 8.050-73 на нормальные условия выполнения линейных и угловых измерений.

Mеры  длинны и угловые  меры.

Меры длины  по конструктивным признакам делят  на штриховые и концевые.

Штриховые меры длины используют в качестве эталонов, образцовых и рабочих штриховых мер, в виде шкал измерительных приборов, а также в инструментах, предназначенных для грубых измерений (измерительные

Штриховые меры длины используют в качестве эталонов, образцовых и рабочих штриховых мер, в виде шкал измерительных приборов, а также в инструментах, предназначенных для грубых измерений (измерительные линейки, рулетки и др.).

Плоскопараллельные  концевые меры длины составляют основу современных линейных измерений в машиностроении. Их применяют для передачи размера от рабочего эталона единицы длины до изделия включительно, широко используют в лабораторной и цеховой практике линейных измерений; применяют для установки измерительных инструментов и приборов на нуль, для проверки точности и градуирования измерительных инструментов и приборов, а также для особо точных разметочных работ, наладки станков и т.д.

Плоскопараллельные  концевые меры длины представляют собой  бруски из закаленной стали или твердого сплава, имеющие форму прямоугольных параллелепипедов. Две противоположные измерительные поверхности каждой концевой меры весьма точно обрабатывают путем шлифования и доводки.

Концевые меры обладают способностью притираться (сцепляться) при их надвигании одну на другую. Благодаря этой способности их можно собирать в блоки разных размеров. Притираемость и высокая точность — главные свойства концевых мер, определяющие их ценность как измерительных средств. Притираемость мер объясняется их молекулярным притяжением (сцеплением), когда они покрыты тончайшей пленкой смазывающей жидкости (толщина пленки не превышает 0,02 мкм, что незначительно влияет на точность размера полученного блока концевых мер).

За длину концевой меры (в любой точке) принимают  длину перпендикуляра, опущенного из точки измерительной поверхности меры на ее противоположную измерительную поверхность. Концевые меры выпускают наборами, состоящими из 112, 83 шт. и др. Они позволяют составить блок из минимального числа мер (4-5 шт.) с дискретностью 1 мкм.

На каждой концевой мере гравируют ее номинальный размер. На мерах размером до 5,5 мм номинальный  размер наносят на одной из измерительных поверхностей, на мерах размером свыше 5,5 мм — на боковой нерабочей поверхности.

Меры по точности изготовления делят на четыре класса: 0, 1, 2 и 3-й (ГОСТ 9038—73). Для мер, находящихся в эксплуатации, предусмотрены дополнительно 4-й и 5-й классы (ГОСТ 8.166—75). В зависимости от предельной погрешности аттестации размеров мер их делят на пять разрядов: с 1-го по 5-й. В аттестате указывают номинальный размер концевой меры, отклонение от номинального размера в микрометрах и разряд, к которому отнесен поверяемый набор мер. При пользовании аттестованными мерами за размер каждой из них принимают действительный размер, указанный в аттестате. В этом случае отклонения размера мер не будут влиять на точность измерения независимо от их принадлежности к тому или иному классу точности. Применение мер по разрядам с учетом их действительных размеров позволяет производить более точные измерения.

Концевые меры длины можно использовать совместно  с различными приспособлениями для  измерения наружных и внутренних размеров, разметочных работ, контроля высот и др. Основными приспособлениями являются струбцины (державки) разных размеров, основания, боковики,

центры и др.

Угловые меры выполняют  в виде призм; они предназначены  для хранения и передачи единицы плоского угла, для поверки и градуировки угломерных приборов и угловых шаблонов, а также для контроля углов изделий. Угловые меры  выпускают в виде отдельных мер или комплектных наборов, позволяющих составить любой угол с градацией в 1⁰, 10', 30" и др. Их изготовляют трех классов точности: 0 - с предельной погрешностью рабочих углов от ±3" до ±5"; 1 —с предельной погрешностью ± 10"; 2 - с предельной погрешностью ±30". Угловые меры можно применять как отдельно, так и блоками из нескольких мер. Блоки мер крепят специальными державками.

При большой  длине и ширине угловые меры можно  собирать в блоки путем притирания (без применения державок). Поворачивая такие меры срезанной вершиной вниз или вверх, можно суммировать или вычитать углы мер, входящих в блок. Это позволяет обходиться небольшим числом мер в наборе. Выпускают также угловые меры в виде многогранных призм, предназначенных для поверки оптических делительных головок и гониометров.

Измерительные средства.

Средства измерения, применяемые в машиностроении, по назначению можно разделить на универсальные  и специальные. Специальные средства предназначены для измерения  одного или нескольких параметров деталей определенного типа (они описаны в главах, где рассмотрен контроль типовых соединений деталей). По числу параметров, проверяемых при одной установке детали, различают одномерные и многомерные измерительные и контрольные средства, а по степени механизации процесса измерения — неавтоматические (ручного действия), механизированные, полуавтоматические и автоматические.

Универсальные измерительные инструменты  и приборы.     

Измерительные инструменты. К этим инструментам относятся штангенциркули, предназначенные для измерения наружных и внутренних размеров, штангенглубиномеры, служащие для контроля глубины отверстий и пазов, штангенрейсмусы и микрометрические измерительные инструменты.

В штангенинструментах  применяют отсчетное приспособление в виде линейки с основной шкалой, по которой перемещается линейка со шкалой нониуса. Нониус позволяет отсчитывать дробные доли деления основной шкалы. Нониусы изготовляют с ценой деления 0,1 и 0,05 мм.

Нониус рассчитывают следующим образом. По заданной длине деления с основной шкалы, цене деления нонинуса i, числу у делений основной шкалы, соответствующему одному делению шкалы нониуса (модуль нониуса), определяют число n делений нониуса, длину деления b шкалы нониуса и длину l шкалы нониуса:

Например, при i = 0,1 мм, с = 1 мм и у == 2 число делений п = 10, длина деления b = 1,9 мм и длина шкалы l = 19 мм. Погрешность измерения штангенинструментом при измерении размеров от 1 до 500 мм составляет 50—200 мкм.

Штангенциркули  выпускают следующих трех типов: с двусторонним расположением губок  для наружных и внутренних измерений  и с линейкой для определения  глубин (цена деления нониуса составляет 0,1 мм); с двусторонним расположением губок для измерения и для разметки (цена деления нониуса 0,05 или 0,1 мм); с односторонними губками для наружных и внутренних измерений с ценой деления нониуса 0,05 или 0,1 мм.

Штангенрейсмусы предназначены для разметочных  работ и определения высоты деталей. В мировой практике для определения высот известно применение прибора с цифровым отсчетом показаний (с ценой деления 0,05 и 0,01 мм). На штанге такого прибора нарезана зубчатая рейка, по которой перемещается зубчатое колесо ротационного фотоэлектрического счетчика импульсов, закрепленного на рамке, связанной с измерительной губкой. Величина перемещения (высота) фиксируется счетчиком с цифровым отсчетным устройством.

Микрометрические  измерительные инструменты основаны на использовании винтовой пары (винт — гайка), которая преобразовывает вращательное движение микровинта в поступательное. Цена деления таких инструментов - 0,01 мм. Микрометрические пары используют в конструкциях многих измерительных приборов.

Механические  измерительные приборы. К ним относятся приборы с зубчатой передачей – индикаторы часового типа.

Оптико-механические приборы. В одних приборах этого типа (измерительных микроскопах, проекторах, длинометрах) повышение точности отсчета и точности измерений достигается благодаря значительному оптическому увеличению измеряемых объектов; в других (оптиметрах, ультраоптиметрах) — сочетанием механических передаточных механизмов с оптическим автоколлимационным устройством. Все эти приборы широко применяют в измерительных лабораториях и в цехах. Они могут быть контактными (оптиметры, длиномеры), так и бесконтактными ( микроскопы, проекторы) и позвляют измерять детали по одной (оптиметры, длиномеры), двум( микроскопы, проекторы) и трем (универсальные измерительные микроскопы) координатам.