Podstawowe wiadomości dotyczące pomiarów sprawdzania Metrologia dziedzina wiedzy dotycząca pomiarów. Obejmuje ona swoim zakresem takie zagadnienia, jak: teoria jednostek miar i sposoby ich praktycznego odtwarzania, metody pomiarów, dokładność pomiarów, właściwości i stosowane narzędzia pomiarowe. Pomiary część kaŝdego procesu poznawczego opartego na eksperymencie oraz związane z procesami produkcyjnymi. Prowadzi do otrzymania informacji o wartości wielkości mierzonej w formie najdogodniejszej do wykorzystania z punktu wiedzenia celu, jakiemu ma słuŝyć. Błąd pomiaru obejmuje błąd związany z dokładnością przyrządu pomiarowego i odczytu Źródła błędów pomiaru: 1. Wielkość mierzona błąd nieokreśloności wartości wielkości mierzonej. 2. Metoda błąd metody 3. Narzędzie pomiarowe błąd wskazań narzędzia pomiarowego (tarciowy, histerezy, bezwładnościowy wzorcowania, temperaturowy), 4. Obserwacja błąd obserwacji (błąd odczytu paralaktyczny, interpolacyjny), 5. Obliczenia błąd obliczeniowy Jednostki miar jako wielkości podstawowe są na ogół przyjmowane wielkości, z którymi człowiek najczęściej i bezpośrednio się styka. W dziedzinie pomiarów geometrycznych i mechanicznych jako podstawowe wielkości przyjmuje się długość, czas i masę. Jednostki podstawowe w układzie SI i ich wzorce: jednostka długości metr m jednostka masy kilogram kg jednostka czasu sekunda s jednostka prądu elektrycznego amper A jednostka temperatury termicznej kelwin K KaŜda jednostka jest ściśle zdefiniowana; dla kaŝdej jednostki przewidziano w celu zapewnienia jednolitości miar wzorzec odtwarzający tę jednostkę z moŝliwie największą dokładnością, w sposób trwały i niezmienny. Pierwotna definicja metra była odniesiona do wymiarów ziemi (1 / 40 000 000 długości południka ziemskiego). Metr jest długością równą 1 650 763,73 długości fali w próŝni promieniowania odpowiadającego przejściu między poziomami 2p 10 i 5d 5 atomu kryptonu 86 Kr. Kilogram jest masą międzynarodowego wzorca tej jednostki, przechowywanego w Międzynarodowym Biurze Miar w Sevres. Sekunda jest to czas równy 9 192 631 770 okresów promieniowania odpowiadającego przejściu między dwoma poziomami podstawowego stanu atomu cezu 133. 1 dm = 0,1 m 1 dm 2 = 0,01 m 2 1 dm 3 = 0,001 m 2 1 cm = 0,01 m 1 cm 2 = 0,0001 m 2 1 cm 2 = 0,000 001 m 2 1 mm = 0,001 m 1 mm 2 = 0,000 001 m 2 1 µm = 0,000 001 m 1 km = 1000 m 1 km 2 = 1 000 000 m 2
Przedrostek Znaczenie Zapis skrócony Oznaczenie tera giga mega kilo hekto deka 1 000 000 000 000 1 000 000 000 1 000 000 1 000 100 10 10 12 10 9 10 6 10 3 10 2 T K M k h da decy centy mili mikro nano piko 0,1 0,01 0,001 0,000 001 0,000 000 001 0,000 000 000 001 10 1 10-1 10-2 10-3 10-6 10-9 10-12 d c m µ n p Metody pomiarowe: Metoda pomiaru bezpośredniego występuje wówczas, gdy wartość wielkości mierzonej jest otrzymywana wprost (odczytywana z narzędzia pomiarowego), bez konieczności wykonywania obliczeń. Metoda pomiarowa pośrednia polega na tym, Ŝe poszukiwana wartość jest obliczana na podstawie zaleŝności wiąŝącej ją z wielkościami, których wartości były mierzone bezpośrednio. Przygotowanie pomiaru: Faza ta obejmuje szereg czynności, których celem jest zapewnienie poprawnego merytorycznie wykonania zadania i właściwej organizacji pomiaru. wybór metody pomiarowej uzaleŝniony od narzędzi pomiarowych i potrzebnej dokładności, wybór narzędzia pomiarowego, ustalenie warunków pomiaru, opracowanie instrukcji postępowania w czasie pomiarów i przygotowanie wzorów protokołów w czasie czynności pomiarowych, montaŝ i przygotowanie stanowiska pomiarowego. Pomiar właściwy: Jest to faza, w której realizuje się podstawowy cel pomiaru. porównywanie wartości mierzonej ze znaną wartością tej wielkości, odczytywanie wyniku pomiaru, zapisywanie wyniku pomiaru w protokole. Opracowanie wyników: obliczanie wyników pomiarów (gdy była stosowane metoda pośrednia), wyznaczanie granicznych błędów pomiaru, matematyczne wyróŝnianie wyników pomiaru, opracowanie wyników pomiaru. Wymienione wyŝej czynności nie będą wchodziły, do kaŝdego pomiaru. Jednak kaŝdy pomiar będzie zawierał przynajmniej niektóre z podanych elementów. Rodzaje wymiarów: Wymiar zewnętrzny jest to odległością pomiędzy powierzchniami lub ich elementami, na zewnątrz których nie ma materiału (np. średnica wałka).
Wymiar wewnętrzny jest odległością pomiędzy powierzchniami lub ich elementami, które na zewnątrz, w najbliŝszym sąsiedztwie, otoczone są materiałem (np. średnica otworu). Wymiar mieszany jest odległością pomiędzy powierzchniami lub ich elementami, gdy na zewnątrz jednego jest materiał, a na zewnątrz drugiego materiału nie ma (np. głębokość). Proste narzędzia pomiarowe. Cel i technika pomiarów Pojęcia podstawowe. Uzyskanie wymiarów rysunkowych na obrabianym przedmiocie i ich zmierzenie jest moŝliwe tylko w pewnym przybliŝeniu. KaŜdy załoŝony wymiar ma dopuszczalne błędy wykonania. Pomiar ma na celu stwierdzenie zgodności wykonania obrabianego przedmiotu z jego rysunkiem technicznym. Mierzenie jest to czynność polegająca na porównaniu jakiegoś wymiaru (lub kilku wymiarów) mierzonego przedmiotu z wymiarem (lub wymiarami), którego wartość liczbową ustala się wg wskazania narzędzia pomiarowego. Sprawdzenie jest to zbiór czynności potrzebnych do stwierdzenia czy sprawdzany przedmiot odpowiada stawianym wymaganiom, bez potrzeby ustalania szczegółowych wartości liczbowych. Do pomiaru i sprawdzania wymiarów uŝywa się sprzętu pomiarowego. Dane techniczne narzędzi pomiarowych określają ich przydatność do odpowiednich rodzajów pomiarów: Zakres pomiarowy narzędzia wskazuje największe i najmniejsze graniczne wymiary, które mogą być tym narzędziem mierzone. Obszar pomiarowy podziałki jest to liczba wskazująca wielkość obszaru, w którego obrębie mogą być odczytywane wskazania na podziałce. Działka elementarna jest to wartość liczbowa, którą przedstawia najkrótsza odległość między sąsiednimi kreskami danej podziałki. Dla łatwiejszego i jednoznacznego określenia narzędzi pomiarowych w dokumentacjach technicznych oznaczono je symbolami wg PN. Przymiar kreskowy sztywny o zakresie pomiarowym 400 mm oznaczono symbolem MLPa 400; przymiar kreskowy półsztywny o zakresie pomiarowym 400 mm oznaczono symbolem MLPd 400, gdzie MLPa symbol narzędzia pomiarowego, a 400 jego zakres pomiarowy. Rodzaje pomiarów. Podział narzędzi pomiarowych. Ze względu na sposób wykonywania pomiary mogą być bezpośrednie lub pośrednie. Pomiar bezpośredni jest wtedy, gdy wartość liczbową zmierzonego wymiaru uzyskuje się bezpośrednio jako wynik dokonania czynności pomiarowych, np. mierzenie średnicy wałka suwmiarką, mierzenie kąta kątomierzem. Pomiar pośredni jest wtedy, gdy wartość liczbowa nie jest mierzona bezpośrednio (trudno dostępna), lecz mierzone są inne wielkości, z których moŝna wyliczyć poszukiwaną wielkość. Narzędzia pomiarowe dzieli się na wzorce miar i przyrządy pomiarowe. Wzorcem miar nazywamy ciało fizyczne odtwarzające miarę danej wielkości z określoną dokładnością, np. przymiar kreskowy, promieniomierz, szczelinomierz, kątownik. Przyrządem pomiarowym nazywamy przyrząd do bezpośredniego lub pośredniego wykonania pomiarów. Przyrządami pomiarowymi uŝywanymi przez ślusarza są: suwmiarka, mikrometr, czujnik zegarowy, głębokościomierz itp. Ze względu na sposób wykonywania pomiarów narzędzia pomiarowe dzieli się na: narzędzia pomiarowe do pomiarów bezpośrednich, narzędzia pomiarowe do pomiarów pośrednich. Pomiary bezpośrednie są dokonywane następującymi narzędziami pomiarowymi: przymiarami kreskowymi, suwmiarkami, głębokościomierzami, wysokościomierzami, mikrometrami,
średnicówkami. Do pomiarów pośrednich są uŝywane: macki, cyrkle, kątowniki, czujniki zegarowe, kątomierze, szczelinomierze, poziomnice, grzebienie do gwintów. Przymiary kreskowe naleŝą do grupy wzorców uŝytkowych. Wykonywane są jako: sztywne MLPa, półsztywne MLPd oraz wstęgowe (taśmowe) MLKc. RóŜnica między przymiarem kreskowym sztywnym i półsztywnym polega na grubości taśmy stalowej, na której nacięta jest podziałka. Przymiar kreskowy moŝe mieć jedną lub dwie podziałki. Przymiary kreskowe wykonywane są o następujących zakresach pomiarowych: sztywne MLPa: 400; 630; 1000; 1600 mm półsztywne MLPd: 160; 250, 400; 630; 1000; 1600 mm taśmowe MLKc: 1000; 2000 mm. Dokładność mierzenia przymiarami kreskowymi wynosi l mm. Suwmiarki naleŝą do grupy przyrządów pomiarowych. SłuŜą do pomiaru wymiarów zewnętrznych, wewnętrznych i głębokościowych. Dokładność pomiaru suwmiarką zaleŝy od rodzaju noniusza. Suwmiarki wyposaŝone są w noniusze umoŝliwiające odczytywanie wymiarów z dokładnością 0,02; 0,05 i 0,1 mm. Noniusz z dokładnością mierzenia 0,02 mm jest nacięty na długości 48 mm i ma 50 działek. Noniusz z dokładnością mierzenia 0,05 mm moŝe być nacięty na długości l9 mm i mieć 20 działek, lub na długości 39 mm i mieć 20 działek. Noniusz z dokładnością mierzenia 0,1 mm moŝe być nacięty na długości 9 mm i mieć 10 działek, lub na długości 19 mm i mieć 10 działek. Przy pomiarach suwmiarką naleŝy postępować następująco: 1. oczyścić (szmatką) powierzchnie pomiarowe części, 2. zluzować śrubę zaciskową (w przypadku posługiwania się suwmiarką ze śrubą zaciskową), 3. odsunąć suwak suwmiarki w prawo, objąć rozsuniętymi szczękami marzona część, 4. dosunąć suwak suwmiarki do mierzonych płaszczyzn części, dokręcić śrubę zaciskową, 5. dokonać odczytu wyniku. Sposób dokonania odczytu wyniku jest następujący: 1. kreska zerowa noniusza odcina pełne milimetry na podziałce prowadnicy. 2. naleŝy odszukać, która kreska noniusza znajduje się na przedłuŝeniu którejkolwiek kreski podziałki prowadnicy. Kreska noniusza wskazuje dziesiętne lub setne części milimetra. Głębokościomierze słuŝą do pomiaru wymiarów głębokościowych. RozróŜnia się głębokościomierze suwmiarkowe i mikrometryczne. Głębokościomierze suwmiarkowe produkowane są w trzech odmianach. Sposób odczytywania wyniku pomiaru głębokościomierzem. jest taki sam jak w suwmiarce. Wysokościomierze uŝywane są do pomiaru wysokości, odległości punktów lub płaszczyzn oraz do trasowania. Sposób odczytywania wyniku pomiaru jest taki sam jak w suwmiarce Mikrometry słuŝą do pomiarów zewnętrznych i wewnętrznych z dokładnością mierzenia do 0,01 mm. Macki naleŝą do najprostszych narzędzi pomiarowych. Ze względu na małą dokładność pomiaru (do l mm) stosowane są w sporadycznych przypadkach. RozróŜnia się dwa rodzaje macek: zewnętrzne i wewnętrzne.
Kątowniki są narzędziami pomiarowymi z grupy wzorców. SłuŜą do sprawdzania, kąta prostego. Ślusarz uŝywa głównie kątowników płaskich i krawędziowych. Liniały krawędziowe naleŝą takŝe do narzędzi pomiarowych z grupy wzorców. SłuŜą one do sprawdzania prostoliniowości i płaskości przez obserwację szczelin w świetle przechodzącym. Szczelinomierze naleŝą do narzędzi pomiarowych z grupy wzorców. SłuŜą do pomiaru wielkości szczelin lub ustalenia luzów między sąsiadującymi powierzchniami. Produkowane są jako: szczelinomierze pojedyncze i komplety szczelinomierze. Komplety szczelinomierzy składają się z 11, 14 i 20 sztuk, w zaleŝności od stopnia grubości płytek. Ustalenie szczeliny lub luzu za pomocą szczelinomierza polega na znalezieniu płytki nie mieszczącej się w szczelinie, przez kolejne wkładanie ich w szczelinę. Wartość luzu jest ustalana w sposób następujący: np. płytka o grubości 0,7 mm nie mieści się w szczelinę, zaś płytka o grubości 0,65 mm mieści się, wówczas moŝemy określić wielkość szczeliny obliczając średnią arytmetyczną grubości płytek Czujnik zegarowy jest narzędziem pomiarowym o dokładności mierzenia do 0,01 mm. W budowie czujnika wykorzystano zasadę działania mechanizmu zębatkowego. Podzielnia czujnika najczęściej uŝywanego, o zakresie pomiarowym 10 mm, ma 100 działek elementarnych. Przesunięcie wskazówki o l działkę odpowiada przesunięciu końcówki pomiarowej o L = 0,01 mm. Czujniki zegarowe są stosowane do pomiaru mimośrodowości (bicia), równoległości płaszczyzn, sprawdzania wymiarów. Czujnik o zakresie pomiarowym 10 mm ma drugą podziałkę z małą wskazówką pomocniczą rejestrującą pełne obroty wskazówki duŝej. Czujnik zegarowy 1 korpus, 2 podziemia ruchoma, 3 wskazówka główna, 4 końcówka pomiarowa, 5 wskazówka pomocnicza,6 wskaźniki tolerancji Kątomierze są narzędziami pomiarowymi przeznaczonymi do mierzenia wartości kątów. Odczytanie wskazania odbywa się podobnie jak w przypadku przyrządów suwmiarkowych, tzn. zerowa kreska podziałki noniusza wskazuje na podziałce podzielni (tarczy) liczbę stopni, a jedna z pozostałych kresek podziałki noniusza, będąca przedłuŝeniem którejkolwiek z kresek podziałki podzielni, wskazuje liczbę minut. Podzielnia kątomierza ma podziałkę czterokrotną 0 90 0. Zakres pomiarowy wynosi 360.
Tolerancja i pasowanie Zagadnienia związane z dokładnością wykonania pojedynczych części maszynowych są ujęte normami, obejmującymi tzw. układ tolerancji. Dokładność wykonania przedmiotu objęta jest obszarem zwanym Tolerancją. T = B A gdzie: T = e s e i (E s - E i ) T tolerancja A wymiar graniczny dolny B wymiar graniczny górny e s odchyłka górna wałka (E s otworu) e i odchyłka dolna wałka (E i otworu) Tolerancja jest zawsze wartością dodatnią!!!! Kojarzenie otworu z wałkiem Kojarzenie wałka z otworem
Dla dowolnego pasowania luzy i wciski oblicza się następująco: luz L wcisk W maksymalny L max = B o A w = ES e i W max = A o B w = EI e s minimalny L min = A o B w = EI e s L max = B o A w = ES e i Pasowania normalne uprzywilejowane dla wymiarów nominalnych do 500mm. Grupy pasowań Luźne Zasada stałego otworu H8/d9, H9/d9, H11/d11 H7/e8, H8/c8 H7/f7 H7/g6 H7/h6, H8/h7, H8/h8, H11/h11 Zasada stałego wałka E9/h8 F8/h6 H7/h6, H8/h7, H8/h8, H11/h11 H7/j s 6 J s 7/h6 Mieszane Ciasne H7/k6 H7/n6 H7/p6 H7/r6 H7/s6 K7/h6 N7/h6 P7/h6