SPRAWDZANIE NARZĘDZI POMIAROWYCH

Transkrypt

1 Zakład Metrologii i Systemów Pomiarowych P o l i t e c h n i k a P o z n ańska ul. Jana Pawła II POZNAŃ (budynek Centrum Mechatroniki, Biomechaniki i Nanoinżynierii) tel fax SPRAWDZANIE NARZĘDZI POMIAROWYCH POZNAŃ 015

2 1. CEL I ZAKRES ĆWICZENIA Celem ćwiczenia jest ocena charakterystyk metrologicznych wybranych przyrządów pomiarowych. W ćwiczeniu zostanie podany sprawdzaniu: mikromierz oraz sprawdzian do wałków i sprawdzian do otworów. W oparciu o otrzymane wyniki należy ocenić parametry metrologiczne sprawdzanych przyrządów.. ZAKRES OBOWIĄZUJĄCEGO MATERIAŁU rodzaje przyrządów mikrometrycznych [1, ], charakterystyki metrologiczne mikromierzy [1, ], sprawdziany do wałków i otworów [].. LITERATURA 1. Jakubiec W., Malinowski J., Metrologia wielkości geometrycznych. WNT, Warszawa 1999, str Paczyński P., Metrologia techniczna. Przewodnik do wykładów ćwiczeń i laboratoriów. Wyd. Zakład Metrologii i Systemów Pomiarowych, Politechnika Poznańska, Poznań 00. str SPRAWDZANIE MIKROMIERZA 4.1 OPIS STANOWISKA W skład stanowiska do sprawdzania charakterystyk metrologicznych mikromierza wchodzi (rys. 4.1): 1. komplet płytek wzorcowych,. komplet płytek interferencyjnych,. statyw, 4. mikromierz cyfrowy, zakres pomiarowy Rys Stanowisko do wyznaczania charakterystyk metrologicznych mikromierza

3 4. SPRAWDZENIE STANU OGÓLNEGO: stan powierzchni pomiarowych, poprawność i czytelność działek, prawność działania wyświetlacza płynność ruchów wrzeciona, zacisk wrzeciona, działanie sprzęgła, błąd wskazania dolnego zakresu pomiarowego. 4. SPRAWDZENIE DOKŁADNOŚCI WSKAZAŃ W CAŁYM ZAKRESIE POMIARO- WYM: uwzględniając dolną granicę zakresu pomiarowego mikrometru A określić punkty pomiarowe według tabeli 4.1, dobrać odpowiednie wymiary płytek wzorcowych, wykonać pomiary dla tak dobranych płytek wzorcowych, wyniki pomiarów umieścić w tabeli 4.1, przedstawić graficznie wykres odchyłek wskazań. Tabela 4.1. Sprawdzenie dokładności wskazań Wymiar płytki Lp. wzorcowej 1 A + 0,0 A +,5 10 A +,8 11 A + 5,0 Wymiar płytki wzorcowej W i Wskazanie mikromierza X i Błąd wskazań f i = X i W i 4.4 SPRAWDZENIE PŁASKOŚCI POWIERZCHNI POMIAROWYCH Płaskość powierzchni pomiarowych wrzeciona (rys. 4.) i kowadełka należy sprawdzić przy pomocy płaskiej płytki interferencyjnej, którą umieszcza się na sprawdzanej (bardzo starannie oczyszczonej) powierzchni z lekkim dociskiem, aby ukazał się obraz interferencyjny (rys. 4.). Rys. 4.. Sprawdzanie powierzchni pomiarowej wrzeciona

4 Błąd płaskości oblicza się ze wzoru: λ p = m (4.1) gdzie: m odchylenie prążka od prostoliniowości, jeśli za jedność przyjmie się odległość między sąsiednimi prążkami, lub liczba prążków, jeśli tworzą one krzywe zamknięte, λ długość fali światła stosowanego do badań; jeśli obserwacje prowadzi się w świetle dziennym, to przyjmuje się λ = 0,6 µm. Rys. 4.. Sprawdzanie płaskości powierzchni pomiarowych: a) powierzchnia płaska, b) powierzchnia wypukła, c) powierzchnia wklęsła, d) powierzchnia walcowa; 1 - płytka interferencyjna, - przedmiot mierzony 4.5 SPRAWDZENIE RÓWNOLEGŁOŚCI POWIERZCHNI POMIAROWYCH Do sprawdzania równoległości powierzchni pomiarowych mikromierza używamy całego kompletu płytek interferencyjnych (cztery sztuki). Wymiary płytek są tak dobrane, aby różniły się między sobą o 1/4 (w przybliżeniu) skoku śruby mikrometrycznej. Umożliwia to sprawdzenie równoległości powierzchni kowadełka i wrzeciona w czterech położeniach kątowych wrzeciona co 90. W celu przeprowadzenia sprawdzenia równoległości powierzchni pomiarowych mikromierza należy kolejno każdą z płytek interferencyjnych: umieścić płytkę między kowadełkiem i wrzecionem (rys. 4.4), zacisnąć płytkę siłą wynikającą z obrotu sprzęgła, przesuwając ją jednocześnie i lekko pochylając tak, aby uzyskać jak najmniejszą liczbę prążków interferencyjnych. Jeżeli prążki nie znikną całkowicie, to najmniejszą ich liczbę uzyskuje się gdy skrajny prążek tworzy linię zamkniętą. Należy wtedy przerwać ustawianie i policzyć liczbę prążków z obu stron płytki łącznie. Błąd równoległości wyznacza się z następującego wzoru: 4

5 r + ( m1 m λ ) = (4.) gdzie: m 1, m liczba prążków na powierzchni kowadełka, wrzeciona, λ długość fali użytego światła. Rys Sprawdzanie równoległości powierzchni pomiarowych wrzeciona i kowadełka za pomocą płytek interferencyjnych Jako błąd równoległości dla danego przyrządu przyjmuje się maksymalną wartość uzyskaną ze wszystkich czterech położeń kątowych wrzeciona! Tabela 4.. Mikromierze tolerancje i graniczne błędy dopuszczalne Dolna granica zakresu pomiarowego A Tolerancja płaskości Tolerancja równoległości Wartość błędu pary gwintowej Błąd dla dolnego zakresu Błąd graniczny Dopuszczalna różnica wskazań dla P = 10 N [µm/10 N] Nacisk Pomiarowy od do T p T r F = f i max - f i min ±f A ±f i min. maks. [µm] [N] (dla 100) 5 (dla 0,

6 5. SPRAWDZANIE SPRAWDZIANÓW DO OTWORÓW I WAŁKÓW 5.1 OPIS STANOWISKA DO MIERZENIE SPRAWDZIANÓW DO OTWORÓW W skład stanowiska do sprawdzania sprawdzianów do otworów wchodzi (rys. 5.1): 1. płytki wzorcowe do ustawiania wymiarów nominalnych,. czujnik z skalą mikrometryczną,. statyw, 4. sprawdzian tłoczkowy. 1 4 Rys Stanowisko do sprawdzania sprawdzianów do otworów 5. POMIAR SPRAWDZIANU DO OTWORÓW Wykonać pomiary strony przechodniej (S min ) i nieprzechodniej (S max ) sprawdzianu do otworów w punktach pomiarowych zaznaczonych na rys. 5.. I II I II Rys. 5.. Schemat rozmieszczenia punktów pomiarowych na sprawdzanie tłoczkowym 4 6

7 Zadania szczegółowe: ustawić stos płytek wzorcowych na wymiar nominalny sprawdzianu, ustawić czujnik za pomocą płytki (stosu płytek) wzorcowej na wskazanie zerowe, pomierzyć sprawdzian w wyznaczonych płaszczyznach i kierunkach, zapisać zmierzone odchyłki w formie tabeli (Tabela 5.1), sprawdzić ustawienia zerowe czujnika, wykonać niezbędne obliczenia, wykonać wykres rzeczywistych pól tolerancji S max i S min obok pola tolerancji wyników teoretycznych. Tabela 5.1. Tabela do zapisu zmierzonych odchyłek Pomiar sprawdzianu tłoczkowego Miejsce pomiaru 1 4 Wymiar nominalny z odchyłką S max S min I II I II 5. OPIS STANOWISKA DO MIERZENIE SPRAWDZIANÓW DO WAŁKÓW W skład stanowiska do sprawdzania sprawdzianów do otworów wchodzi (rys. 5.): 1. pierścienie wzorcowe do ustawiania wymiarów nominalnych,. długościomierz Abbego,. sprawdzian do wałków. 1 Rys. 5.. Stanowisko do badania sprawdzianów do wałków 7

8 5.4 POMIAR SPRAWDZIANU DO WAŁKÓW Wykonać pomiary strony przechodniej (S max ) i nieprzechodniej (S min ) sprawdzianu do wałków w punktach pomiarowych zaznaczonych na rys I II I II 1 4 Rys Schemat rozmieszczenia punktów pomiarowych na sprawdzanie do wałków Zadania szczegółowe: wybrać pierścień wzorcowy o wymiarze nominalnym sprawdzianu, ustawić długościomierz za pomocą pierścienia wzorcowego na wskazanie zerowe, pomierzyć sprawdzian w wyznaczonych płaszczyznach i kierunkach, zapisać zmierzone odchyłki w formie tabeli (tabela 5.), sprawdzić ustawienia zerowe długościomierza, wykonać niezbędne obliczenia, wykonać wykres rzeczywistych pól tolerancji S max i S min obok pola tolerancji wyników teoretycznych. Tabela 5.. Tabela do zapisu zmierzonych odchyłek Pomiar sprawdzianu szczękowego Miejsce pomiaru 1 4 Wymiar nominalny z odchyłką S min S max I II I II 8

9 5.5 TABELE I WZORY DO WYZNACZANIA TOLERANCJI SPRAWDZIANÓW DO WAŁKÓW I OTWORÓW Sprawdziany są to narzędzia pomiarowe, które umożliwiają stwierdzenie, czy kontrolowany wymiar zawarty jest w granicach pola tolerancji, bez wyznaczenia wartości tego wymiaru. Sprawdziany do wałków i otworów są najczęściej sprawdzianami dwugranicznymi. Mają one dwa konstrukcyjnie podobne, choć nieco różne wymiarowo elementy, nazywane stroną przechodnią i nieprzechodnią (rys. 5.5). Rys Przykład sprawdzianu granicznego z częścią przechodnią Sp i nieprzechodnią Sn Poprawnie wykonany przedmiot o wymiarze mieszczącym się w granicach pola tolerancji powinien bez nacisku przechodzić przez stronę przechodnią sprawdzianu, natomiast nie mieścić się w stronie nieprzechodniej. Dla bezbłędnego wykonania sprawdzenia wymiary obu stron sprawdzianu - przechodniej i nieprzechodniej, powinny być równe wymiarom granicznym sprawdzanego przedmiotu. Ten postulat jest jednak fizycznie niemożliwy do zrealizowania, w związku z czym sprawdziany są wykonywane w określonej, wąskiej tolerancji (rys. 5.6). Rys Tolerowanie sprawdzianu 9

10 Stosuje się następujące symbole określające położenie pól tolerancji sprawdzianów: y y 1 z z 1 H H s H 1 różnica pomiędzy wymiarem dolnym A otworu i wymiarem granicy zużycia G z sprawdzianu przechodniego S min do otworów, różnica pomiędzy wymiarem górnym B wałka i wymiarem granicy zużycia G z sprawdzianu przechodniego S max do wałków, odległość pomiędzy osią symetrii pola tolerancji sprawdzianu przechodniego S min do otworów i linią odpowiadającą wymiarowi dolnemu A otworu, odległość pomiędzy osią symetrii pola tolerancji sprawdzianu przechodniego S max do wałków i linią odpowiadającą wymiarowi górnemu B wałka, tolerancja sprawdzianu do otworów o powierzchni pomiarowej walcowej, tolerancja sprawdzianu do otworów o powierzchni pomiarowej kulistej, tolerancja sprawdzianu do wałków. Sprawdziany do wałków i otworów używa się do sprawdzania przedmiotów wykonanych w klasach dokładności IT6 - IT16, sprawdziany wymiarów mieszanych w klasach IT9 - IT16. Tolerancje sprawdzianów do wałków i otworów przyjmuje się zgodnie z zasadami podanymi w tabeli 5.. W tabelach 5.4 i 5.5 podano wzory do obliczania sprawdzianów. W tabeli 5.6 podano wartości parametrów, niezbędnych do wyznaczania tolerancji przedmiotu i sprawdzianu. Obliczone wymiary sprawdzianów zaokrągla się do tysięcznych części milimetra: wymiary stron S max i S min zaokrągla się na zewnątrz materiału sprawdzianu, wymiar granicy zużycia G z zaokrągla się w głąb materiału sprawdzianu. Tabela 5.. Tolerancje sprawdzianów do wałków i otworów Przedmiot sprawdzany Otwór wałek Tolerancja przedmiotu Sprawdzian IT6 IT7 IT8- IT11- IT1- IT10 IT1 IT16 Tolerancja sprawdzianu z powierzchnią pomiarową walcową H IT IT IT IT5 IT7 z powierzchnią pomiarową kulistą H s IT IT IT IT4 IT6 pierścieniowy lub szczękowy H 1 IT IT IT4 IT5 IT7 10

11 D Tabela 5.4. Wzory do obliczania sprawdzianów do otworów S min S max powierzchnia pomiarowa G z powierzchnia pomiarowa walcowa kulista walcowa kulista Ponad Do wzory (A+z)±0,5H (A+z)±0,5H s A - y B ± 0,5H B ± 0,5H s D Tabela 5.5. Wzory do obliczania sprawdzianów do wałków S max G z S min Ponad Do wzory (B-z)±0,5H 1 B + y 1 B ± 0,5H 1 Tabela 5.6. Wartości parametrów T, y, y 1, z, z 1 [µm] D do T Z 1 1,5 1,5,5,5 4 IT6 z 1 1,5,5, Y ,5 1,5 y 1 1,5 1,5 1,5 4 4 T IT7 z, z 1 1,5,5, y, y 1 1,5 1,5 1,5 4 4 T IT8 z, z y, y IT9 T z, z

12 POLITECHNIKA POZNAŃSKA Instytut Technologii Mechanicznej Zakład Metrologii i Systemów Pomiarowych LABORATORIUM METROLOGII... (Imię i nazwisko) Wydział...Kierunek...Grupa... Rok studiów... Semestr... Rok akad. 0.../0... Data wykonania ćw. Data oddania spr. Uwagi SPRAWOZDANIE Z ĆWICZENIA LABORATORYJNEGO TEMAT: SPRAWDZANIE NARZĘDZI POMIAROWYCH SPRAWDZANIE MIKROMIERZA O ZAKRESIE POMIAROWYM: 0 5 mm 1. SPRAWDZENIE STANU OGÓLNEGO: brak zarysowań i wykruszeń na powierzchniach pomiarowych; podzielnia na korpusie i bębnie wyraźna i czytelna; słaba widoczność cyfr na wyświetlaczu; wrzeciono obraca się płynnie, zacisk i sprzęgło działa prawidłowo; błąd wskazania dolnego zakresu pomiarowego zauważono błąd + µm.. SPRAWDZENIE DOKŁADNOŚCI WSKAZAŃ W CAŁYM ZAKRESIE POMIAROWYM: Tabela.1. Sprawdzenie dokładności wskazań; A = 0 Lp. Wymiar płytki wzorcowej Wymiar płytki wzorcowej W i Wskazanie mikromierza X i Błąd wskazań f i = X i W i 1 A + 0,0 0,0 0,00 0,00 A +,5,5,499-0,001 A + 5,1 5,1 5,10 0,00 4 A + 7,7 7,7 7,70 0,00 5 A + 10, 10, 10,04 0,004 6 A + 1,9 1,9 1,897-0,00 7 A + 15,0 15,0 15,004 0,004 8 A + 17,6 17,6 17,600 0,000 9 A + 0, 0, 0,194-0, A +,8,8,80 0,00 11 A + 5,0 5,0 4,998-0,00 bład wskazań f i 0,006 0,004 0,00 0-0,00-0,004-0,006-0,008 wykres błędów wskazań mikromierza punkt sprawdzania f i max = 6 µm 1

13 . SPRAWDZENIE PŁASKOŚCI POWIERZCHNI POMIAROWYCH Obraz prążków interferencyjnych powierzchni pomiarowych: wrzeciona kowadełka = =0 m=1 Zgodnie z rysunkiem 4. odchyłka płaskości dla wrzecion wynosi P=0, a dla kowadełka: λ = m P, dla λ = 0,6 µm; P k = 0, µm 4. SPRAWDZENIE RÓWNOLEGŁOŚCI POWIERZCHNI POMIAROWYCH Obraz prążków interferencyjnych powierzchni pomiarowych dla płytki nr 1 (1,00 mm): wrzeciona kowadełka r = + ( m1 m λ ) r = ( + ) 0, = 1,5 µm m 1 = m = Obraz prążków interferencyjnych powierzchni pomiarowych dla płytki nr (1,1 mm): wrzeciona kowadełka r = + ( m1 m λ ) r = ( + ) 0, = 1,8 µm m 1 = m = 1

14 Obraz prążków interferencyjnych powierzchni pomiarowych dla płytki nr (1,5 mm): wrzeciona kowadełka r = + ( m1 m λ ) r = ( + ) 0, = 1, µm m 1 = m = Obraz prążków interferencyjnych powierzchni pomiarowych dla płytki nr 4 (1,7 mm): wrzeciona kowadełka r = + ( m1 m λ ) r = ( + ) 0, = 1,5 µm m 1 = m = Maksymalna odchyłka równoległości wynosi: 1,8 µm 5. OCENA MIKROMIERZA wymagania wg normy wartości uzyskane Płaskości powierzchni pomiarowych 0,9 µm 0, µm Równoległości powierzchni pomiarowych,0 µm 1,8 µm Wartość błędu pary gwintowej F= f i max - f i min,0 µm 10,0 µm Błąd dolnego zakresu f A = f 0,0 µm,0 µm Błąd wskazań maksymalny f i max 4,0 µm 6,0 µm ocena spełnia wymagania normy spełnia wymagania normy nie spełnia wymagania normy spełnia wymagania normy nie spełnia wymagania normy V V V 14

15 SPRAWDZANIE SPRAWDZIANU TŁOCZKOWEGO 1. POMIAR SPRAWDZIANU DO OTWORÓW Wykonano pomiary strony przechodniej (S min ) i nieprzechodniej (S max ) sprawdzianu do otworów (powierzchnia pomiarowa walcowa) 50F7 w 8-miu punktach pomiarowych, wyniki przedstawiono w tabeli 1.1. Tabela 1.1. Zmierzone odchyłki sprawdzianu do otworów Miejsce pomiaru Pomiar sprawdzianu tłoczkowego S max [µm] S min [µm] I II I II Wymiar nominalny z odchyłką, 50,, 50,. OBLICZENIA Dla otworu 50 F7 wymiary graniczne wynoszą: EI = 5 µm; T o = 5 µm; ES = EI + T o = = 50 µm Stąd wymiary graniczne: A o = D + EI = 50, ,05 = 50,05 mm B o = D + ES = 50, ,050 = 50,050 mm Tolerancja wykonania sprawdzianu z tabeli 5.: H = IT = 0,004 mm Z tabel 5.6 dobrano współczynniki: z = 0,005, y = 0,00, na podstawie których obliczono wartości: strony nieprzechodniej S max = (B o + 0,5 H) = (50, ,00) = 50,050±0,00 =,, 15

16 strony przechodniej S min = (A o + z)±0,5h = (50,05 + 0,005) ± 0,00 = 50,085±0,00 =,, Granicę zużycia strony przechodniej: G z = A o y = 50,05 0,00 = 50,0 mm 50,051 mm H = 4 µm 50,048 mm Smin = 50,085 ± 0,00 mm Gz = 50,0 mm Ao = 50,05 mm Bo = 50,050 mm To = 5 µm 50,00 mm H = 4 µm 50,04 mm y =,0 µm z =,5 µm y z Smax = 50,050 ± 0,00 mm, Ø50,, Ø50, S max SN S min 16