МЕТРОЛОГИЯ

Методы и средства измерений линейных и угловых размеров

Методы и средства измерений линейных и угловых размеров

Для воспроизведения единиц физических величин, как известно, служат эталоны, которые воспроизводят эти величины с максимально возможной точностью на основе физических принципов на специальных установках. При измерении линейных размеров за эталон единицы длины принят метр, равный 1650763,73 длин световых волн в вакууме излучения, соответствующего переходу между уровнями 2р10 и 5d5 атома криптона 86 (ГОСТ8.417-81). 1 метр – длина пути, проходимого светом в вакууме за 1/299792458 долю секунды.

От эталона физическая величина (метр) передается мерам, которые бывают образцовые и рабочие. От рабочих мер к измерительным приборам и инструментам. Для воспроизведения длины в промышленности широко используют штриховые и концевые меры. Штриховые - в виде образцов, линеек, рулеток и шкал с отчетными элементами.

Единицы измерения угловых единиц в СИ являются дополнительными и включают единицу плоского угла радиан (рад) – угол между двумя радиусами окружности, дуга между которыми по длине равна радиусу, и единицу телесного угла – стерадиан (ср) – телесный угол с вершиной в центре сферы, вырезающий на поверхности сферы площадь, равную площади квадрата со стороной, по длине равной радиусу сферы. Допускаются к применению (наряду с СИ) полный угол равный 2π рад, прямой угол равный π/2 рад, градус равный π/180 рад, минута 'равная π/10800 рад, секунда '' равная π/648000 рад. Для удобства выполнения арифметических действий удобно минуты и секунды переводить в доли градуса: 1' = 0,0166667° и 1'' = 0,0002777°.

Плоскопараллельные концевые меры длины – наборы параллелепипедов из стали длиной до 1000мм или твердого сплава, длиной до 100 мм, с двумя плоскими взаимнопараллельными измерительными поверхностями (ГОСТ9038-83). Они предназначены для непосредственного измерения линейных размеров, передачи размера единицы длины от первичного эталона концевым мерам меньшей точности, а также для поверки, градуировки и настройки измерительных приборов, инструментов, станков и др. Концевые меры длины обладают способностью притираемости (сцеплению) за счет действия межмолекулярных сил притяжения. Благодаря этому свойству можно собирать блоки любых размеров. Наборы выпускаются из различного числа концевых мер. Наиболее распространены наборы: №1 из 87 мер, №2 из 42 мер и №6 из 10 мер (но есть и из 2 и из 112 мер). Концевые меры длины изготавливают следующих классов точности: 00; 01; 0; 1; 2; 3 – из стали; 00; 0; 1; 2; 3 – из твердого сплава. К каждому набору прилагается паспорт с инструкцией по эксплуатации. Номинальные размеры мер в наборах составляют ряды арифметической прогрессии с разностями 0,001; 0,01; 0,1; 0,5 и 10 мм. При использовании наборов №1 и №6 любой блок размером до 100 мм можно составить не более чем из 4-х мер.

В машино- и приборостроении нашли широкое применение плоскопараллельные концевые и штриховые меры длины. К плоскопараллельным мерам длины условно могут быть отнесены установочные меры к микрометрам, калибры-пластины, щупы, установочные меры к микрометрическим нутромерам, калиброванные кольца. К штриховым мерам относят широко распространенные измерительные металлические рулетки и линейки, а также шкалы линейных размеров.

ПЛОСКОПАРАЛЛЕЛЬНЫЕ КОНЦЕВЫЕ МЕРЫ ДЛИНЫ (ПКМД)

Плоскопараллельные концевые меры длины (сокращенно ПКМД) выполняют в виде прямоугольного параллелепипеда с двумя плоскими взаимно параллельными измерительными поверхностями, с размерами поперечного сечения а и b .За длину концевой меры длины в любой точке принимают длину перпендикуляра АВ опушенного из данной точки измерительной поверхности концевой меры на противоположную измерительную поверхность. Обе измерительные поверхности отличаются от других поверхностей ПКМД малой шероховатостью.

ПКМД поставляют в наборах определенных номеров и россыпью по заказам. Наиболее распространенными являются наборы номеров 1,6 и 16 .

В зависимости от точности изготовления ПКМД, т. е. от отклонения длины концевой меры от номинальной и от отклонения от плоскопараллельности измерительных поверхностей, их относят к классам точности: 00; 01;

0; 1; 2 и 3 (меры из стали) η 00; 0; 1; 2 и 3 (меры из твердого сплава), После ремонта ПКМД могут быть отнесены к классам точности 4 и 5.

Отклонение длины от номинальной — наибольшая по абсолютному значению разность между длиной концевой меры в любой точке и номинальной длиной.

Отклонение от плоскопараллельности измерительных поверхностей концевой меры — разность между наибольшей и наименьшей длинами концевой меры.

Трудность изготовления ПКМД и быстрый износ определили особую систему их применения с учетом погрешности ПКМД по аттестату, выданному поверочными органами. В зависимости от точности аттестации в органах метрологической службы ПКМД подразделяют на пять разрядов: первый, второй, третий, четвертый и пятый. Высшим по точности является первый разряд. Особым свойством ПКМД является их пршпираемость — свойство измерительных поверхностей концевых мер, обеспечивающее прочное сцепление между собой, а также с плоской металлической, стеклянной или кварцевой пластинами при прикладывании или надвигании одной концевой меры на другую или концевой меры на пластину. Притираемость ПКМД обусловлена силами сцепления их измерительных поверхностей. Она характеризуется нормированными силами сдвига. При работе с ПКМД в общем случае, если в наборе нет меры требуемого номинального размера, составляют блок из возможно меньшего числа мер, для чего сначала рассчитывают и подбирают концевые меры длины. Определение номинальных размеров блока ПКМД начинают с концевой меры, у которой размер оканчивается на последнюю цифру требуемого номинального размера. Далее из размера блока вычитают размер первой ПКМД и операцию подбора повторяют по тому же правилу.

Пример. Составить блок ПКМД номинального размера 59,935 мм, используя имеющийся набор мер № 1. Для составления блоков ПКМД, размеры которых содержат тысячные доли миллиметра, дополнительно используют наборы номеров 4—7,16 и 17 с градацией размеров концевых мер через 0,001 мм.

Выбранные для составления блока ПКМД предварительно очищают от смазочного материала, промывают бензином и вытирают насухо чистой салфеткой. После этого прикасаться руками к измерительным поверхностям концевых мер длины не рекомендуется. Подготовленные для блока ПКМД притирают. Сначала притирают меры с номинальными размерами, выраженными целыми числами миллиметров, а затем притирают к ним концевые меры длины в порядке нарастания числа десятичных знаков в обозначении их размера. В рассмотренном выше примере сначала притирают меры 50 и 6 мм, а затем к блоку ПКМД добавляют концевые меры 1,9 и 1,03 мм. Мера 1,005 мм притирается последней. После окончания работы с блоком ПКМД его разбирают, а концевые меры длины вторично промывают бензином, протирают салфеткой и смазывают. Только после такой обработки концевые меры укладывают в футляр.

Плоскопараллельные концевые меры длины предназначены для хранения и воспроизведения единицы длины в соответствии с государственной поверочной схемой, для поверки и градуировки мер и измерительных приборов, для установки приборов на нулевые деления при измерениях методом сравнения с мерой, для непосредственных измерений наиболее точных размеров изделий, для разметки изделий; их используют также при лекальных, слесарных, сборочных и регулировочных работах.

ПКМД, служащие для поверки и градуировки средств измерения, называют образцовыми. По образцовым ПКМД 1-го разряда поверяют образцовые ПКМД 2-го разряда, затем по ПКМД 2-го разряда поверяют образцовые ПКМД 3-го разряда, по ПКМД 3-го разряда поверяют меры 4-го разряда и по ПКМД 4-го разряда поверяют меры 5-го разряда.

К концевым мерам длины поставляются наборы принадлежностей, расширяющих область применения ПКМД. Принадлежности предназначены для составления блоков ПКМД с целью обеспечения удобного пользования ими при измерении размеров и выполнении разметочных работ.

Державка № 2 в сборе с блоком ПКМД и боковиками для измерения наружных размеров снабжена стабилизатором силы прижима блока ПКМД, которая должна быть не менее 350 Н. Стабилизатор устанавливают между блоком ПКМД и прижимной планкой. При измерении внутренних размеров, например, диаметра отверстия, собирают блок ПКМД с радиусными боковиками. При расчете блока ПКМД следует к сумме номинальных размеров концевых мер прибавлять сумму радиусов двух боковиков. Размеры боковиков указаны. Измерение наружных и внутренних размеров с помощью блоков ПКМД особенно рационально при изготовлении изделий высокой точности. В этом случае размер блока ПКМД должен соответствовать номинальному или предельному размерам изделия.

Приспособления к ПКМД используют при разметочных работах для вычерчивания окружности или прямых, параллельных базе. В последнем случае основание устанавливают на плиту, а державку с блоком ПКМД закрепляют к основанию путем ввода нижнего вкладыша державки под вкладыш основания.

При измерении размеров с помощью блока ПКМД необходимо знать силу при измерении, которая возникает между соприкасающимися поверхностями ПКМД и изделием.

Эта сила должна обеспечивать сравнительно плотное соприкосновение поверхностей, но в то же время — легкость и плавность их относительного перемещения. С этой целью из двух концевых мер длины составляют блок ПКМД с притертыми к нему двумя боковиками. Собранный блок помещают в державку и после зажима гайки прижимают его с помощью винта. Перемещая ПКМД номинального размера между боковиками , получают представление о силе при измерении.

Щупы-пластины (с параллельными измерительными плоскостями) применяют для измерения зазоров между двумя плоскостями. Щупы комплектуют в

Зубчатые приборы

Индикаторы часового типа ИИ и ИТ, предназначенные для относительных измерений наружных размеров, отклонений формы и расположения поверхностей, а также в качестве измерительного элемента в индикаторной скобе, стенкомере, глубиномере, толщиномере и др. приборах.

Методы и средства измерений линейных и угловых размеров

Методы и средства измерений линейных и угловых размеров

Нутромеры типов НИ-700 и HИ-1000 имеют корпус 5, выполненный по форме скобы, с одной стороны которой установлен неподвижный измерительный стержень 3, а с другой стороны — индикатор 2 часового типа, на который передается перемещение подвижного измерительного стержня. На этой же стороне скобы смонтирован центрирующий мостик 4.

Подготовка к измерениям внутренних размеров включает подбор требуемого измерительного стержня по номинальному размеру изделия, установку его в нутромер, создание для индикатора часового типа натяга, равного 1 мм (один оборот большой стрелки) при установке нутромера на номинальный размер изделия.

Настройку нутромера на требуемый номинальный размер осуществляют по аттестованным кольцам или по блокам ПКМД с боковиками, установленными в соответствующие державки. Иногда нутромеры настраивают по гладкому микрометру класса точности 0.

Поджав центрирующий мостик, нутромер вводят внутрь аттестованного кольца соответствующего диаметра так, чтобы линия измерения совпала с диаметром кольца. Наклоняя нутромер (рисунок) в вертикальной плоскости, фиксируют максимальное отклонение большой стрелки нутромера, т. е. момент, когда стрелка изменяет направление своего движения. В этом положении нутромера поворачивают шкалу индикатора до совпадения ее нулевого деления со стрелкой и затягивают стопор, чтобы шкала индикатора не сместилась во время измерений. При измерении внутреннего размера, после настройки, нутромер вводят в контролируемое отверстие изделия и повторяют операции, которые выполнялись при настройке нутромера. Покачивая нутромер в вертикальной плоскости, фиксируют наибольшее отклонение стрелки индикатора, которое соответствует диаметру отверстия. При отсчете отклонений размера отверстия изделия от номинального размера руководствуются следующим правилом. Отклонение принимают со знаком «—» минус, если стрелка индикатора перешла за нулевое деление. В этом случае диаметр отверстия меньше диаметра аттестованного кольца. Отклонение от номинального размера принимают со знаком «+» плюс, если стрелка индикатора не дошла до нулевого деления. Значение отклонения подсчитывают умножением числа делений на цену делений, равную 0,01 мм.

При работе с нутромером следует оберегать его от ударов, влаги и масел.

Индикаторные нутромеры с ценой деления 0,001 и 0,002 мм предназначены для измерений внутренних размеров методом сравнения с мерой. В нутромерах мод. 106, 109, 154, 155 и 156 используется рычажно-зубчатая головка с ценой деления 0,002 мм. Подвижный стержень 1 имеет скос под углом 45°. Перемещение стержня 1 через шарик 3 передается штоку 2 и измерительной головке 4. Центрирующий мостик 5 аналогичен центрирующему мостику нутромера типа НИ-50, описанному выше.

В нутромерах мод. 103 и 104 использована конусно-шариковая передача от подвижного измерительного стержня к рычажно-зубчатой головке. Измерительными и центрирующими элементами нутромеров являются диаметрально расположенные шарики 7 и 6.• Диаметр центрирующих шариков на 0,01 мм меньше диаметра измерительных шариков. Плоскости центрирования и измерения развернуты под углом 90° друг к другу. Шарики расположены в отверстиях сменной измерительной вставки и соприкасаются с коническим концом иглы (штоком) 2.

При введении нутромера в контролируемое отверстие изделия шарики будут перемещаться в радиальном направлении. Это перемещение шариков преобразуется в осевое перемещение конической иглы (штока) 2, воздействующего на измерительный стержень рычажно-зубчатой головки 5. Глубина измерения диаметра отверстия зависит от расположения в упоре 3 корпуса нутромера, фиксируемого с помощью винта 4.

Настройка на размер и методика измерения диаметров отверстий аналогичны настройке нутромеров типа НИ.

Для установки на требуемый размер нутромеров с ценой деления 0,001 и 0,002 мм завод «Калибр» выпускает наборы установочных колец с различными номинальными размерами.

Рычажно-зубчатые приборы

Измерительные цепи рычажно-зубчатых приборов состоят из сочетаний механических рычагов и зубчатых пар. Рычаги в этих приборах являются элементами синусного и тангенсного механизмов.

Синусный механизм получается при плоской поверхности контакта поступательно движущегося элемента, а тангенсный при сферической его поверхности. Погрешность синусного механизма в 2 раза меньше, чем у тангенсного.

 

Стойки типов C-I (мод. 07101) и С-II (мод. 07201) предназначены для закрепления измерительных головок с ценой деления 0,1—0,5 и 1—5 мкм. Стойки унифицированной конструкции имеют основание 1 с цилиндрической колонкой 2, по которой может перемещаться кронштейн 4 с помощью гайки 3. Гайка 3 соединена с кронштейном 4, что исключает возможность его передвижения в незакрепленном состоянии. Кронштейн закрепляют на колонке винтом 5. Измерительную головку 9 устанавливают в кронштейне, ее закрепляют с помощью винта 6. Измеряемое изделие устанавливают на ребристый стол 7, жестко скрепленный с основанием стойки тремя винтами. В кронштейн встроен механизм микроподачи, осуществляемой винтом 8.

Стойка C-III предназначена для закрепления в кронштейне 1 измерительных головок или индикаторов часового типа 3 с присоединительным размером 8 мм. Колонка 2 — цилиндрическая.

Стойка C-IV отличается от стойки C-III формой стола 1 и кронштейна со стержнем 2, закрепляемым в нем с помощью хомутика 3.

Штативы предназначены для закрепления измерительных головок с ценой деления 0,01 мм. Они имеют основание 1 с вертикально установленной колонкой 2, по которой возможно перемещение муфты 3 со стержнем 4 и с закрепленной на его конце измерительной головкой 5. Штатив типа Ш-П имеет устройство (винт 6 микроподачи) для тонкой установки головки на размер. Для поднятия головки микровинт вращают по часовой стрелке, а для опускания — против.

Штативы с магнитным основанием отличаются от штативов других типов постоянными магнитами, встроенными в основания штативов. Посредством этих магнитов штативы удерживаются на стальных и чугунных изделиях без дополнительного их закрепления. Сила отрыва штативов с магнитным основанием составляет 300—1000 Н. Включение магнитов в основании штатива проводится рычагом 7.

Индикаторы часового типа с ценой деления 0,01 мм являются наиболее распространенными измерительными головками. Они предназначены для использования в цеховых условиях при выполнении операций технологических процессов изготовления, сборки и испытания изделий.

Индикаторы часового типа выпускают двух исполнений: типа ИЧ — с перемещением стержня параллельно шкале и типа ИТ — с перемещением измерительного стержня перпендикулярно шкале.

По исполнению корпуса индикаторы часового типа подразделяют на обыкновенные, брызгозащищенные и пылезащищенные. При обыкновенном исполнении механизм индикатора защищен от загрязнений и механических повреждений. Брызгозащищенное исполнение обеспечивает защиту индикатора от попадания в механизм брызг во время нахождения индикатора в брызгонесущей среде. Пылезащищенное исполнение предохраняет механизм индикатора от проникновения пыли во время его пребывания в среде с повышенной концентрацией пыли.

На лицевой стороне индикаторов часового типа имеются две шкалы: большая шкала 1 с нанесенными на ней 100 делениями с ценой деления 0,01 мм и малая шкала 3 с миллиметровыми делениями. Перемещение измерительного стержня 5 на величину, равную 1 мм, вызывает поворот большой стрелки 2 на 360° (полный оборот) и малой стрелки 4 на одно деление, т. е. на 1 мм. При настройке индикатора на размер шкала может быть повернута от руки и закреплена в требуемом положении с помощью стопора 6.

Измерения с помощью индикатора основаны на преобразовании рычажно-зубчатой передачей линейных перемещений измерительного стержня 5 в угловые перемещения стрелок 2 и 4 относительно их шкал. На измерительном стержне 5 нарезаны зубья рейки 3, находящейся в зацеплении с зубчатым колесом гг = 16, на одной оси с которым размещено зубчатое колесо г2 = = 100 большего диаметра. От этого колеса вращение передается центральному зубчатому колесу г3 = 10, на одной оси с которым укреплена большая стрелка 2, расположенная над шкалой. С центральным зубчатым колесом находится в зацеплении второе большое зубчатое колесо z4 = 100. К оси этого колеса одним концом присоединена спиральная пружина 4, второй конец которой закреплен в корпусе индикатора. Пружина обеспечивает работу шкалу до совпадения нулевой отметки со стрелкой 2 индикатора. Приподняв измерительный стержень 5, устанавливают на стол стойки измеряемое изделие и опускают стержень. Под воздействием пружины 6 стержень 5 опустится (переместится) до соприкосновения с изделием. Результат измерений отсчитывают по малой шкале 5 (вычитая ранее созданный натяг 1 мм) и по круговой шкале, каждое деление которой соответствует 0,01 мм.

Методы и средства измерений линейных и угловых размеровПри измерении размеров относительным (сравнения с мерой) методом по значению номинального размера изделия составляют блок 4 ПКМД, который устанавливают на стол 6 стойки. При необходимости кронштейн 2 с индикатором 3 поднимают и закрепляют его винтом 5. Индикатору 3 сообщают натяг 1 мм, после чего устанавливают большую стрелку на нулевую отметку. Измерительный стержень индикатора поднимают и заменяют блок 4 ПКМД соответствующим измеряемым изделием. Измерительный стержень опускают и фиксируют результат измерений.

В процессе измерения изделия цилиндрической формы его необходимо перемещать по столику, чтобы найти наибольшее отклонение стрелки индикатора часового типа.

Действительный размер изделия равен номинальному размеру блока ПКМД, сложенному с показаниями по шкале индикатора с учетом знака «+» или «-» отклонения от нулевой отметки шкалы индикатора.

Рычажно-зубчатые индикаторы отличаются от индикаторов часового типа наличием измерительного рычага.

Они выпускаются двух модификаций; боковые типа ИРБ со шкалой, расположенной параллельно оси измерительного рычага (при его среднем положении), и торцовые типа ИРТ со шкалой, расположенной перпендикулярно оси измерительного стержня (при его среднем положении) и к плоскости оси его поворота. Эти индикаторы предназначены для измерения линейных размеров в труднодоступных местах, а также в случаях, требующих малой силы измерения. Измерительный наконечник укреплен на малом плече рычага. Большое плечо рычага имеет зубчатый сектор, находящийся в зацеплении с зубчатым колесом, на одной оси с которым установлено торцовое зубчатое колесо, передающее вращение колесу со стрелкой 2. Малое плечо рычага может быть повернуто на угол ±90° от его среднего положения. Индикатор типа ИРБ имеет переключатель 3 для изменения направления линии измерения.

Многооборотные индикаторы применяют для измерения размеров, используя стойки и различные контрольно-измерительные приспособления. Цена деления индикаторов 0,001 и 0,002 мм. Измерительный механизм индикатора состоит из двухрычажного механизма и двухступенчатой зубчатой передачи. Опоры механизма установлены в корундовых подшипниках. Индикатор снабжен арретиром и винтом 2 установки на нуль с пределами регулирования не менее 20 делений шкалы.

Рычажно-зубчатые головки предназначены для измерений линейных размеров с помощью измерительной стойки или контрольных приспособлений. Кинематическая схема головки типа ИГ содержит две неравноплечие рычажные и одну зубчатую пары. При измерении измерительный стержень с наконечником 1 воздействует на малое плечо рычага 2, длинное плечо которого контактирует с сектором 9, находящимся в зацеплении с зубчатым колесом 5. На оси колеса 5 укреплены стрелка 3 и спиральная пружина 6, обеспечивающая зацепление зубчатого сектора с зубчатым колесом по одной из сторон профиля. Силу измерения создает пружина 7. Измерительный стержень с наконечником поднимается и опускается арретиром 8 на величину до 2 мм, что превышает пределы измерения головки. Точная установка стрелки 3 на нулевую отметку шкалы 4 обеспечивается винтом с пределами регулирования не менее 10 делений шкалы. При этом погрешность показаний не увеличивается, так как при установке происходит поворот всего передаточного механизма вокруг своей оси. На корпусе головки имеются переставные указатели 2 пределов поля допуска контролируемого изделия.

Методы и средства измерений линейных и угловых размеровРычажно-зубчатые головки бокового действия по принципу работы аналогичны рычажно-зубчатым индикаторам. Головки комплектуются измерительными рычагами 1 со сферами диаметром 1; 2 и 3 мм, а также державками для крепления и переходными втулками. Для подъема измерительного наконечника рычажно-зубчатые головки снабжены арретирами, а для установки на нулевую отметку указателя — соответствующими регулировочными элементами, например винтами.

Рычажно-зубчатые микрометрические приборы

МЕТОДЫ ИЗМЕРЕНИЯ УГЛОВ И КОНУСОВ

Для измерения углов и конусов применяют следующие методы:

Сравнения. Измерение углов методами сравнения осуществляют сравнением их с угловыми мерами (призматическими угловыми мерами (ГОСТ 2875-75), угловыми шаблонами, угольниками и конусными калибрами).

Тригонометрические методы. При измерении углов тригонометрическим методом образцами служат углы прямоугольных треугольников, две стороны которых измеряют или воспроизводят с помощью средств и методов линейных измерений. Стандартными средствами измерения углов этим методом являются синусные линейки (ГОСТ 4046-80).

Гониометрические методы. При гониометрических методах измеряемый угол определяют с помощью прибора, имеющего угломерную шкалу (рамные и брусковые уровни (ГОСТ 9392–75), контрольные уровни (ГОСТ 3059–75), уровни с микрометрической подачей ампулы (ГОСТ 11196–74), индуктивные уровни, измерительные микроскопы, оснащённые угломерными штриховыми головками, делительные столы, гониометры (ГОСТ 10021–84), теодолиты (ГОСТ 10529–86), интерференционные автоколлимационные приборы и др.); результат измерений получают непосредственно в угловых величинах.

ИЗМЕРЕНИЕ УГЛОВ ГОНИОМЕТРОМ

Если на измерительном приборе угломерной шкалой является круговая шкала (лимб), то основным фактором, вызывающим погрешность отсчета при гониометрических методах измерений, является эксцентриситет — расстояние между осью вращения и центром круговой шкалы.

Определим математическую зависимость погрешности отсчета угла поворота лимба от эксцентриситета.

Рассмотрим случай, когда центр О лимба и ось его вращения О1 лежат на диаметре АВ окружности, на которой нанесена круговая шкала, (рисунок). При повороте лимба на угол АО1С = φ линия АО1 станет в положение CO1 и отсчет производят в точке С. Если эксцентриситет е=0, то при повороте лимба на угол φ линия АО займет положение ЕО и отсчет производят в точке Е. Следовательно, при наличии эксцентриситета е погрешность выразится величиной угла СОЕ = δφ.

Методы и средства измерений линейных и угловых размеров

На основании теоремы синусов из треугольника CОО1 следует, что

Методы и средства измерений линейных и угловых размеров

Методы и средства измерений линейных и угловых размеров

Учитывая малость угла φ, можно написать

Методы и средства измерений линейных и угловых размеровИз этой формулы видно, что погрешность показаний δφ, обусловленная наличием эксцентриситета, прямо пропорциональна эксцентриситету е и синусу угла поворота лимба и обратно пропорциональна радиусу R диска. Практически полностью устранить эксцентриситет невозможно, а чрезмерно увеличивать радиус лимба нельзя, так как это вызывает увеличение габаритов прибора.

Необходимо учитывать, что через 180° синус меняет знак. Это означает, что если после поворота лимба на угол φ сделать на нем два отсчета на участках, отстоящих один от другого на 180°, то в оба отсчета войдет ошибка δφ, но с разными знаками. Если затем определить среднее арифметическое из этих отсчетов, то получим результат измерений, из которого ошибка δφ, вызванная наличием эксцентриситета, автоматически исключается.

Для облегчения отсчета круговую шкалу градуируют так, чтобы оба отсчета имели одинаковое количество градусов (рисунок), а также через систему призм и линз совмещают в одно поле зрения оба участка отсчета.

ИЗМЕРЕНИЕ УГЛОВ С ПОМОЩЬЮ КОЛЛИМАЦИОННЫХ И АВТОКОЛЛИМАЦИОННЫХ ТРУБОК ГОНИОМЕТРА

На рисунке показана схема измерений на гониометре угла α у угловой меры 3. Две коллимационные трубки 7 и 6 с главным фокусным расстоянием F установлены так, что угол между главными оптическими осями их объективов равен φ. Диск 2 с нанесенной на нем круговой шкалой может поворачиваться вокруг оси О.

Методы и средства измерений линейных и угловых размеров

Отсчетные устройства I и II могут быть конструктивно оформлены в виде нониусов или микроскопов с окулярными винтовыми микрометрами.

Измеряемую угловую плитку укрепляют на диске 2 так, чтобы ребро измеряемого двухгранного угла было направлено параллельно оси вращения диска.

В фокальной плоскости коллимационной трубки 7 помещается крестообразная щель 1, освещаемая источником света S. Расходящийся от крестообразной щели 1 поток лучей, преломившись в объективе, выходит в виде пучка параллельных лучей, которые, отразившись от доведенной поверхности аб угловой меры, проходят через объектив трубки 6, преломляются в нем и сходятся в фокальной плоскости этой трубки. Эти лучи дадут изображение крестообразной щели трубки 7.

В фокальной плоскости трубки 6 помещено стекло с изображением креста 4, являющееся экраном, воспринимающим действительное изображение крестообразной щели 1 трубки 7. В поле зрения наблюдатель через окуляр 5 видит совмещенные крест 4 и изображение крестообразной щели 1. В таком положении на круговой шкале делают первый отсчет по отсчётным устройствам I и II.

Затем диск 2 вместе с угловой плиткой 3 поворачивают в направлении против часовой стрелки до появления в поле зрения изображения крестообразной щели 1, совмещенного с крестом 4. После этого на круговой шкале делают второй отсчет по отсчетным устройствам I и II.

Разности между первыми и вторыми отсчетами определят величины углов γI и γII. По среднему арифметическому находят угол γ поворота диска 2 с плиткой 3. Искомый угол α=180-γ. Угол α может быть измерен также на приборе типа гониометра, но с одной автоколлимационной трубкой рисунок . В этом случае отражающую плоскость объекта измерений 8 устанавливают перпендикулярно главной оптической оси объектива автоколлимационной трубки 9. Щель 10 в этом случае расположена в фокальной плоскости, но не на главной оптической оси, а на некотором расстоянии вниз от нее. Изображение световой щели появляется также в фокальной плоскости, но выше главной оптической оси на то же расстояние.

При такой схеме наблюдатель через окуляр видит совмещенные крест 11 и изображение крестообразной щели 10 в верхней половине поля зрения. Нижняя половина поля зрения заэкранирована.

Щель может быть крестообразной или прямоугольной формы, причем ширину щели можно регулировать с помощью микровинта.

Крестообразные линии или одну линию наносят на стекло в виде рисок или в фокальную плоскость вводят натянутые нити.

Предельная погрешность поверки угловых плиток зависит от типа применяемого гониометра. Она не превышает 30'' у гониометров простейшего лабораторного типа и колеблется в пределах 2—6'' у гониометров прецизионного типа.

Гониометры-спектрометры предназначены для измерений двухгранных углов между плоскими полированными гранями твердых прозрачных и непрозрачных тел, способными отражать световые лучи, а также для спектрометрических измерений.

В ГОСТе 10021-84 приведена норма точности изготовления гониометров типов ГС-30, ГС-10, ГС-5, ГС-2 и ГС-l (обозначение типа гониометра составлено из начальных букв слов «гониометр-спектрометр» и цифр, указывающих допускаемую погрешность измерений, выраженную в секундах).

За допускаемую погрешность измерений принимается наибольшая погрешность измерения угла за один прием на любом участке лимба. За отсчет при одном приеме принимается среднее арифметическое из отсчетов при трех наведениях на каждую грань.

На рисунке изображен гониометр ГС-10. На основании 1, выполненном в виде треножника с тремя винтами 2 для установки прибора по уровню 13, укреплены колонка 3 с коллиматором 4 и вертикальная ось, на которой установлены вращающаяся алидада 5 и стеклянный лимб с круговой шкалой с ценой деления 20’.

Методы и средства измерений линейных и угловых размеров

На алидаде 5 укреплены зрительная труба 6 и отсчетный микроскоп 7 с ценой деления 1". Алидаду можно вращать от руки вокруг вертикальной оси и фиксировать стопорным винтом 8 в определенном положении, которое затем уточняют с помощью микрометрического винта 9. Таким же образом можно вращать стол 10.

В отличие от гониометра ГС-30 в конструкции гониометра ГС-10, а также ГС-5, ГС-2 и ГС-1 имеется возможность одновременно наблюдать два отсчета по двум диаметрально противоположным штрихам лимба. Это достигается тем, что лимб делают стеклянным и через него в двух местах проходит луч света от одного источника.

Совмещение в одном поле зрения двух отсчетов позволяет производительнее и точнее произвести измерение.

Методы поверки гониометров и нормы устанавливаются Инструкцией Комитета 111-58.

Поверка погрешности показаний гониометров сводится к измерению аттестованных многогранников (рисунок).

Методы и средства измерений линейных и угловых размеров

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *