INSTYTUT METROLOGII I INśYNIERII BIOMEDYCZNEJ POLITECHNIKI WARSZAWSKIEJ METROLOGIA TECHNICZNA STUDIA ZAOCZNE Instrukcje do ćwiczeń laboratoryjnych 1. Pomiary chropowatości powierzchni. Pomiary zbieŝności i kątów 3. Pomiary gwintów 4. Pomiary wybranych odchyłek kształtu Warszawa, październik 013
Ćwiczenie 1 POMIARY CHROPOWATOŚCI POWIERZCHNI 1. Cel ćwiczenia Zapoznanie się z metodami pomiaru chropowatości powierzchni, obsługą przyrządów pomiarowych i ich doborem w zaleŝności od wymagań stawianym badanym powierzchniom.. Mierzony element Jeden z elementów, wskazany przez prowadzącego ćwiczenie, przedstawiony na rys. 1.1. 1 3 4 Rys. 1.1. Mierzony element: 1-4 próbki wykonane za pomocą róŝnych technologii i z róŝnych materiałów 3. Sprzęt pomiarowy Mikroskop Schmaltza Mikroskop Linnika Profilometry Talysurf 4 i Talysurf 10 z komputerami 4. Podstawowe informacje 4.1. Optyczne pomiary chropowatości. Wysokość nierówności R w pomiarach na mikroskopach Linnika i Schmaltza określić z zaleŝności: R = (O - O 1 ) w e, gdzie: O i - odczyty w działkach elementarnych układu pomiarowego mikroskopu dla poło- Ŝeń kresy pokazanych na rys. 1., w e - wartość działki elementarnej układu pomiarowego. Uwagi: 1. Informację o zarysie chropowatości przenosi wyłącznie brzeg oświetlonego paska. Do odczytów naleŝy wybrać ten brzeg, który jest ostrzej widoczny.. Dla zastosowanych w ćwiczeniu obiektywów i okularów mikroskopów przyjąć: w e = 0,85 µm - dla mikroskopu Linnika. w e = 0,41 µm - dla mikroskopu Schmaltza. O 1 O Rys. 1.. Uproszczony widok w okularze mikroskopu Linnika i Schmaltza objaśniający połoŝenia kresy w stosunku do brzegu oświetlonego paska przy odczytach
4.. Pomiary profilometrem Wykorzystywany w ćwiczeniu profilografometr Talysurf 4 jest przyrządem stacjonarnym, pozwalającym na stykowe odwzorowanie profilu i rejestrację na specjalnej taśmie rejestracyjnej w powiększeniu od 500x do 100000x i pomiar parametru R a w zakresie do 10 µm. Głowica profilometryczna 1 zamontowana jest na kolumnie w podstawie 3. W skład profilometru wchodzi zespół pomiarowy 4 oraz rejestrator 5. Do przyrządu podłączony jest komputer 6 za pomocą przetwornika analogowo-cyfrowego 7. Program T4 zainstalowany w komputerze rozszerza moŝliwości przyrządu zwiększając liczbę mierzonych parametrów, a takŝe pozwala na przeprowadzenie analiz funkcyjnych. Sposób obsługi programu wyjaśnia szczegółowa instrukcja dostępna na stanowisku. 10 3 4 11 8 9 3 1 1 5 7 6 Rys.1.3. Stanowisko do pomiaru chropowatości powierzchni z profilometrem Talysurf i komputerem typu PC Przebieg pomiaru za pomocą profilometru. Włączyć zasilanie zespołu pomiarowego (4), komputera (6) i przetwornika AC (7). Uruchomić program T4.EXE i przejść do głównego menu programu. Ustawić najmniejsze powiększenie profilometru (x500). Pokrętło zmiany powiększenia znajduje się w panelu czołowym zespołu pomiarowego 4 Umieścić mierzony przedmiot 8 pod głowicą pomiarową. Do pomiaru przedmiotów walcowych wykorzystać pryzmę 9. Pokręcając korbką 10 opuścić głowicę pomiarową do zetknięcia ślizgacza (11) z mierzonym przedmiotem. Kontrolować opuszczanie głowicy, śledząc wskaźnik wyświetlany na monitorze. Opuszczanie zakończyć, gdy wskaźnik zajmie pozycję w okolicy połowy zakresu. Wybrać opcję Pomiar i zaakceptować maksymalny odcinek pomiarowy, tj. 10 mm. Następnie, przesuwając dźwignię 1 w prawo, uruchomić przesuw głowicy. Po rozpoczęciu ruchu głowicy, gdy nastąpi zmiana sygnału o ok. % zakresu, rozpoczyna się rejestracja profilu przez komputer. JeŜeli amplituda zarejestrowanego profilu nie osiąga 30% zakresu lub przekracza granice zakresu, pomiar naleŝy powtórzyć, odpowiednio regulując początkowe wskazanie oraz zmieniając powiększenie. Klawisz ESC przerywa pomiar. Wycofywanie głowicy odbywa się ręcznie przez przesunięcie dźwigni 1 w lewo. Wybrać długość odcinka elementarnego l e w zaleŝności od rodzaju obróbki powierzchni. Standardowe długości to,5, 0,8, 0,5 lub 0,08 mm. Odcinek elementarny powinien obejmować co najmniej 5 fal.
4 Domyślnie profil jest filtrowany za pomocą filtru środkowo-przepustowego odcinającego zarówno fale o duŝej długości (traktowane jako falistość) oraz fale bardzo krótkie (szumy). Górna granica długości fali przepuszczanej przez filtr jest domyślnie równa długości odcinka elementarnego, a dolna granica długości fali l s wynosi 0,01 długości tego odcinka. JeŜeli profil falistości nie został usunięty, naleŝy odpowiednio zmniejszyć granicę górną długości fali przepuszczanej filtru górno-przepustowego. Klawisze strzałek pozwalają na obejrzenie skutków filtracji kolejno dla wszystkich odcinków elementarnych profilu. Wydrukować wyniki: Opcja D drukuje cały ekran, klawisze strzałek powodują drukowanie górnej lub dolnej części ekranu, zaś wciskając klawisz ENTER otrzymuje się wydruk fragmentu profilu widocznego na ekranie oraz parametrów chropowatości uśrednionych dla wszystkich odcinków elementarnych. W razie potrzeby zapisać profil na dysku. 5. Treść ćwiczenia Dobrać odpowiednie metody i sprzęt pomiarowy do pomiarów chropowatości powierzchni próbek. Pomiary chropowatości poszczególnych powierzchni przeprowadzić następującymi metodami: 1. Pomiar parametru R z na mikroskopie Linnika metodą przekroju świetlnego. Uwaga: Jeśli liczba wierzchołków obserwowanych w polu widzenia jest mniejsza niŝ 5, naleŝy pomiary przeprowadzić na kilku, kolejno po sobie następujących, odcinkach i wyznaczyć wartość średnią z uzyskanych wyników.. Pomiar parametru R z na mikroskopie Schmaltza metodą przekroju świetlnego lub metodą cienia. 3. Pomiar parametrów R a, R t, R p i S m profilometrem Talysurf 4 lub Talysurf 10 przy wykorzystaniu komputera i programu T4 (lub T10). 6. Treść sprawozdania 6.1. Protokół z wynikami pomiarów. 6.. Rysunek mierzonego elementu z naniesionymi wymiarami nominalnymi i oznaczeniami chropowatości. 6.3. Schematy pomiaru za pomocą mikroskopu Linnika i Schmaltza. 7. Bibliografia 1. Laboratorium pomiarów wielkości geometrycznych. Praca zbiorowa (skrypt). Wyd. II PW 1986, rozdz. 1 i 9.. Jakubiec W., Malinowski J.: Metrologia wielkości geometrycznych, WNT 1996, rozdz. 14. 3. Nowicki B.: Chropowatość i falistość powierzchni. WNT Warszawa, 1991. 4. Instrukcja programu T4 i T10.
5 Ćwiczenie POMIARY ZBIEśNOŚCI I KĄTÓW 1. Cel ćwiczenia Zapoznanie się z metodami i sprzętem pomiarowym uŝywanym do pomiaru kątów, zbieŝności i pochyleń oraz pogłębienie umiejętności przeprowadzania analizy błędów pomiarów pośrednich.. Mierzone elementy Mierzonymi elementami są wskazane przez prowadzącego ćwiczenie: klin, stoŝek zewnętrzny i stoŝek wewnętrzny. 3. Sprzęt pomiarowy Płytki wzorcowe, wałeczki, kulki pomiarowe, liniał sinusowy, płyta traserska Czujnik o wartości działki elementarnej w e = 0,00 mm Czujnik zegarowy o wartości działki elementarnej w e = 0,01mm Mikrometry, głębokościomierze mikrometryczne, długościomierz cyfrowy firmy Zeiss Mikroskop warsztatowy sprzęgnięty z komputerem 4. Podstawowe informacje 4.1. Pomiar kąta klina Schemat pomiaru kąta klina przy wykorzystaniu liniału sinusowego przedstawiono na rysunku 3.1. Za pomocą czujnika o w e = 0,00 mm dobrać taki stos płytek (stopniując co 0,01 mm), aby górna powierzchnia klina była równoległa do płyty traserskiej. Kąt pochylenia klina określić z zaleŝności: α = arc sin (H/L)+ α, α = 3437 (O - O 1 )/L 1, gdzie: α - poprawka w minutach kątowych, O - O 1 - róŝnica wskazań czujnika na krańcach klina (naleŝy podać ją w tych samych jednostkach co L 1 ). Odległość L 1 wystarczy zmierzyć za pomocą linijki milimetrowej. Uwaga: NaleŜy zwrócić uwagę na znak poprawki α, znak uzyskany z podanej zaleŝności jest prawidłowy, jeŝeli odczyt O 1 dokonywany jest od strony stosu płytek. O L 1 O 1 L H Rys. 3.1. Pomiar kąta pochylenia klina za pomocą liniału sinusowego
6 4.. Pomiary stoŝka zewnętrznego Przed pomiarem stoŝka za pomocą wałeczków (rys. 3.. a) zamocować go do płyty pomiarowej dociskając go od góry śrubą. Wymiary M 1 i M zmierzyć mikrometrem stosując interpolację przy odczycie. NaleŜy zastosować jak najwyŝszy stos płytek wzorcowych. ZbieŜność i kąt wierzchołkowy stoŝka zewnętrznego moŝna wyznaczyć z zaleŝności: z = (M M 1 )/H, α = arc tg (z/). Pomiary na mikroskopie warsztatowym (rys 3.. b, c) wykonuje się po zamocowaniu stoŝka w kłach. Pomiar zgodnie z rys.3..b wymaga takiego ustawienia stolika kłowego tak, aby jego oś była równoległa do kierunku przesuwu stołu. Odpowiednie wzory: z = (D - D1)/H, α = arc tg (z/). JeŜeli (warunek ten nie jest spełniony naleŝy zmierzyć wymiary y 1 i y (rys. 3..c) a następnie zastosować zaleŝności: α = arc tg ( y 1 / L)+arc tg ( y / L), z = tg (α /). a) M b) c) y 1 H D 1 D M 1 L Rys. 3.. Pomiary zbieŝności stoŝka zewnętrznego: a) za pomocą wałeczków i mikrometru, b) na mikroskopie przy załoŝeniu równoległości osi stoŝka i kierunku przesuwu stołu, c) na mikroskopie w przypadku niespełnienia warunku równoległości Pomiar kąta wierzchołkowego stoŝka za pomocą mikroskopu współpracującego z komputerem moŝna zrealizować przy wykorzystaniu procedury pomiaru prostej. Kąt ten naleŝy wyznaczyć jako róŝnicę kątów nachylenia tworzących stoŝka. W celu zwiększenia dokładności pomiaru naleŝy tworzącą stoŝka wyznaczać na podstawie pomiaru kilku punktów rozmieszczonych na całej długości tworzącej stoŝka. Kąt wierzchołkowy stoŝka moŝna takŝe wyznaczyć bezpośrednio za pomocą podziałki kątowej widocznej w okularze goniometrycznym mikroskopu warsztatowego jako róŝnicę odczytań kątów przy ustawieniu ramienia krzyŝa widocznego w okularze równolegle do tworzących stoŝka po jednej i drugiej stronie osi. 4.3. Pomiar stoŝka wewnętrznego Schemat pomiaru stoŝka wewnętrznego przedstawiono na rysunku 3.3. Pomiary odległości h 1 i h moŝna wykonać za pomocą głębokościomierza mikrometrycznego (rys.3.3.a). W razie potrzeby, gdy kulka wystaje ponad podstawę stoŝka, naleŝy przedłuŝyć stoŝek za pomocą płytek wzorcowych jak na rysunku. W przypadku, gdy górna podstawa stoŝka nie jest obrobiona moŝna wykorzystać długościomierz pionowy i wykonać pomiary bazując na dolnej podstawie stoŝka (rys. 3.3.b). L y
7 a) h b) d h 1 d h 1 d 1 d 1 h Rys. 3.3. Pomiar kąta stoŝka wewnętrznego za pomocą kulek pomiarowych oraz: a) głębokościomierza mikrometrycznego, b) długościomierza pionowego ZbieŜność i kąt wierzchołkowy stoŝka wewnętrznego określić z zaleŝności: d d z =, α = arc sin, h h d h d ( ) gdzie: d = d - d 1, h = h 1 - h. 4.4. Niepewnośc pomiaru kąta oszacować z zaleŝności: n α U = U gdzie wynik pomiaru pośredniego określa zaleŝność: α xi, i= 1 xi α = f(x 1, x,...,x n ) a x 1, x,...., x n są wynikami pomiarów cząstkowych wykonanych odpowiednio z niepewnościami U x1, U x,..., U xn. Niepewności pomiarów cząstkowych (bezpośrednich) naleŝy oszacować. Przebieg analizy błędów objaśniono na przykładach. Uwaga: niepewność pomiaru kąta α jest wyraŝona w radianach. W celu zmiany na stopnie naleŝy pomnoŝyć ją przez czynnik 180/π 1 rad = 57,3 = 3437 = 0665 4.4.1. Przykład analizy błędów pomiaru kąta klina za pomocą liniału sinusowego O L 1 O 1 Dane: L = 100±0,00 mm H = 17,40 mm (płytki wzorcowe 15, 1,, 1,04; kl. ) L 1 = 70 mm U H = 0,6 + 0,45 + 0,45 0,8 µm (linijka milimetrowa) U L1 = 1 mm L H O = O O 1 = 3 µm U O = 0,5 µm
8 Podstawowe zaleŝności: α = α 1 + α gdzie: α 1 = arc sin (x) x = H/L α = 3437 (O O 1 )/L 1 Przebieg obliczeń: 1. Wyznaczenie niepewności rozszerzonej względnej U x /x sinusa kąta nachylenia liniału sinusowego x (x = sin α) U x x = U H H U + L. Wyznaczenie niepewności rozszerzonej U α1 kąta nachylenia liniału sinusowego α 1 α 1 1 Ux U α1 = ( arcsin x) Ux = Ux = x 1 x cosα 3. Wyznaczenie niepewności rozszerzonej względnej U α / α poprawki α U α U O UL1 = + α O L1 1. Wyznaczenie niepewności rozszerzonej U α kąta klina α (α = α 1 + α stąd pochodne cząstkowe względem α 1 i α są równe 1) Obliczenia: U α = U + U 1. x =17,4/100 = 0,174. α 1 = arc sin 0,174 = 9 55,643 = 9 55 38,6 3. α = 3437. 0,003/70 = 0,147 = 8,8 4. α = 9 55 38,6 + 8,8 = 9 55 47,4 = x 0,0008 /17,4 + 0,00 /100 L α1 α 5 6 5. Ux ( ) ( ) = 0,174 5,0 10 8,7 10 6. U α1 =8,7 10-6 /cos 9,974 =8,7 10-6 /0,98 = 8,9 10-6 rad = 0,030 = 1,8 7. U α = α ( 0,5/3 ) + ( 1/70) = 8,8" 0,17 = 1,5 " 8. U α = 1,8 + 1,5, 3 Wynik końcowy: α = 9 55 47,4 ±,3 4.4.. Przykład analizy błędów pomiaru kąta stoŝka zewnętrznego za pomocą wałeczków M M 1 Podstawowe zaleŝności: H z = (M -M 1 )/H Dane: H = 50 mm (pł. wzorcowe kl. ) U H = 1 µm M 1 = 65,375 mm (mikrometr) U M1 = 7 µm M = 75,875 mm (mikrometr) U M = 7 µm Dla pomiaru mikrometrem: U L = 0,005 + 0,001L/36 L mierzony wymiar w mm α = arc tg (z/)
9 Przebieg obliczeń: 1. Wyznaczenie niepewności rozszerzonej U M róŝnicy wymiarów M ( M = M - M 1 stąd pochodne cząstkowe względem M 1 i M są równe ±1) U M = UM 1 + UM. Wyznaczenie niepewności rozszerzonej względnej U z /z zbieŝności stoŝka z = M/H Uz UM UH = + z M H 3. Wyznaczenie niepewności rozszerzonej U α kąta wierzchołkowego stoŝka. Obliczenia: 1. M = 75,875 65,375 = 10,5 mm. z = 10,5/ 50= 0,1 3. U M = 7 + 7 10 µm 4. Uz z = α z 1 U α = Uz = arctg Uz = Uz = U z z z 1+ (0,01 /10,5) + (0,001 / 50) 5. U z = 0,1. 0,00095 0,0000 6. α = arc tg(0,105) =. 5,99409 = 11,988186 = 11 59 17 11 59,3 7. U α = U z cos (α/) = 0,0000 cos (5,994 )= 0,0000. 0,994 0,0000 rad 41 0,7 Wynik końcowy: α = 11 59,3 ± 0,7 5. Treść ćwiczenia 5.1. Zmierzyć kąt pochylenia klina z uŝyciem liniału sinusowego, płytek wzorcowych, czujnika i płyty traserskiej. 5.. Wyznaczyć zbieŝność i kąt wierzchołkowy stoŝka zewnętrznego: a) z uŝyciem wałeczków, płytek wzorcowych i mikrometrów, b) mikroskopem warsztatowym przez pomiar wymiarów liniowych, c) przez pomiar kąta głowicą goniometryczną na mikroskopie warsztatowym, d) mierząc kąty nachylenia tworzących stoŝka przy wykorzystaniu komputera. 5.3. Zmierzyć kąt wierzchołkowy stoŝka wewnętrznego za pomocą kulek i głębokościomierza lub długościomierza cyfrowego. 6. Treść sprawozdania 6.1. Protokół z pomiarów z obliczonymi podstawowymi wymiarami stoŝków i klina. 6.. Rysunki mierzonych elementów. 6.3. Schematyczne przedstawienie stosowanych metod pomiarów. 6.4. Oszacowanie niepewności pomiarów pośrednich kąta. 7. Bibliografia 1. Laboratorium pomiarów wielkości geometrycznych. Praca zbiorowa (skrypt). Wyd. PW 1986, rozdz. 1 i 10.. Jakubiec W., Malinowski J.: Metrologia wielkości geometrycznych. WNT 1996, rozdz. 11. 3. Poradnik metrologa warsztatowego. Praca zbiorowa. WNT, W-wa 1973, Część III, rozdz. 5. 0,00095 z cos α
10 Ćwiczenie 3 POMIARY GWINTÓW 1. Cel ćwiczenia Zapoznanie się z przemysłowymi metodami pomiaru tych parametrów gwintu, które wpływają na dokładność współpracy złącza gwintowego. Mierzone elementy Wkręt i nakrętka wskazane przez prowadzącego ćwiczenie oraz śruba wzorcowa. 3. Sprzęt pomiarowy Transametr i wałeczki pomiarowe Mikrometry, mikrometry do gwintów Przyrządy czujnikowe do pomiaru średnic gwintów Mikroskop uniwersalny C. Zeiss Jena 4. Podstawowe informacje 4.1. Średnicę podziałową wzorca mierzona metodą trójwałeczkowa obliczyć z zaleŝności: M = N + (O - O 1 ), d wz = M - 3d w + 0,866 P, gdzie: M- wymiar zmierzony za pomocą transametru N- wymiar płytki wzorcowej słuŝącej do ustawienia transametru. Dla wykorzystywanego w ćwiczeniu wzorca M16x moŝna uŝyć płytki N = 17 mm, O 1 - odczyt wskazania transametru na płytce wzorcowej, O - odczyt wskazania transametru dla wymiaru M (rys. 5.1), d w - średnica wałeczków pomiarowych. Dla gwintu M16x d w = 1,350 mm, P - podziałka gwintu wzorca (skok dla gwintu jednozwojnego). d w M Rys. 5.1. Wymiar M w pomiarach metodą trójwałeczkową Rys. 5.. Wymiar wzorca D wz na tle tolerancji sprawdzianu T R i gwintu T d 4.. Średnicę podziałową gwintu mierzoną przyrządami czujnikowymi obliczyć z zaleŝności: d = d wz + (O O), D = D wz + (O - O 1 ), gdzie: O i - odczyt wskazania czujnika przyrządu na wzorcu, O - odczyt wskazania czujnika przyrządu na mierzonym elemencie.
11 4.3. Średnicę podziałową wykorzystywanego jako wzorzec sprawdzianu gwintowego pierścieniowego przechodniego do gwintu M16-6h określić z zaleŝności (rys. 5.): D wz = d + es - Z R ± T R /, gdzie: d - nominalna wartość średnicy podziałowej gwintu sprawdzanego, es - górna odchyłka średnicy podziałowej gwintu sprawdzanego, Z R - zapas na zuŝycie nowego sprawdzianu, T R - tolerancja sprawdzianu. Dla sprawdzianu pierścieniowego przechodniego do gwintu M16-h6 przyjąć: d = 14,701, es = 0, Z R = 0,008, T R = 0,019 mm. 4.4. Pomiary półkątów zarysu za pomocą mikroskopu uniwersalnego O O 1 O 4 O 3 Rys. 5.3. Pomiar półkątów zarysu W pomiarach półkątów zarysu α gwintu wkręta na mikroskopie skorzystać z zaleŝności: α 1 = (O - O 1 )/, α =(O 3 -O 4 )/, gdzie: O 1, O oraz O 3, O 4 - odczyty kątów dla jednoimiennych boków zarysu gwintu po obu stronach osi. Uwaga: Do pomiaru półkątów zarysu naleŝy wykorzystać podziałkę kątową głowicy goniometrycznej. Dla ułatwienia ustawienia skręcić częściowo śrubę z nakrętką i tak uzyskaną parę poło- Ŝyć na stoliku mikroskopu - zapewnia to równoległość osi gwintu do płaszczyzny stolika. 4.5. Pomiary podziałki i średnicy podziałowej gwintu za pomocą mikroskopu uniwersalnego Pomiar podziałki za pomocą mikroskopu uniwersalnego wymaga ustawienia osi gwintu równolegle do kierunku przesuwu stolika mikroskopu. Ewentualne skręcenie moŝna wyeliminować poprzez dwukrotny pomiar na przeciwległych bokach zarysu gwintu i wyznaczenie wartości średniej (rys 5.4. a). Pomiar średnicy podziałowej odbywa się w kierunku prostopadłym do osi gwintu (rys 5.4. b). Dla wyeliminowania skręcenia osi gwintu podobnie jak dla podziałki naleŝy wykonać dwukrotny pomiar na obu bokach zarysu gwintu. a) P 1 b) c) d d P Rys 5.4. Pomiary za pomocą mikroskopu uniwersalnego: a) pomiar podziałki, b) pomiar średnicy podziałowej, c)widok w okularze mikroskopu odczytowego ze spiralą Archimedesa dla odczytu X=5,6917
1 Zasadę odczytu z mikroskopu odczytowego ze spiralą Archimedesa wyjaśnia rysunek 5.4.c. Poprawny odczyt wymaga takiego obrócenia płytki, na którą jest naniesiona spirala, aby jej zwoje objęły kresę milimetrową (na rysunku oznaczoną liczbą 5). 5. Treść ćwiczenia 5.1. Zmierzyć średnicę podziałową śruby wzorcowej metodą trójwałeczkową. Pomiar wykonać transametrem. 5.. Wyznaczyć wartości odchyłek (f d, f d ) tolerowanych parametrów gwintu badanego wkręta wykonując następujące pomiary: a) średnicy zewnętrznej d mikrometrem, b) średnicy podziałowej d przyrządem czujnikowym uwzględniającym błędy podziałki i kąta na długości skręcenia (jako wzorzec wykorzystać śrubę wzorcową zmierzoną w p. 5.1), c) średnicy podziałowej w dowolnych trzech przekrojach mikrometrem do gwintów. 5.3. Zmierzyć półkąty zarysu α 1, α gwintu śruby na mikroskopie uniwersalnym kompensując błąd wynikający z niepokrywania się osi śruby z zerowym wskazaniem kątomierza. 5.4. Zmierzyć podziałkę gwintu śruby P przy pomocy mikroskopu uniwersalnego. 5.4. Określić odchyłki (f D1, f D ) tolerowanych parametrów gwintu nakrętki wykonując następujące pomiary: a) średnicy otworu nakrętki D 1 mikrometrem szczękowym, b) średnicy podziałowej D przyrządem czujnikowym uwzględniającym błędy podziałki (skoku) i kąta na długości skręcenia (jako wzorzec wykorzystać sprawdzian gwintowy pierścieniowy przechodni do gwintu M16-h6). 6. Treść sprawozdania 6.1. Protokół z wynikami pomiarów. 6.. Wymiary nominalne i odchyłki górne i dolne dla mierzonych parametrów gwintów wkręta i nakrętki (odczytane z normy). 6.3. Obliczenia średnicy podziałowej d wz śruby wzorcowej na podstawie pomiarów z p. 5.1 6.4. Obliczenia odchyłki f d średnicy podziałowej mierzonego wkręta na podstawie pomiarów z p. 5..b i obliczeń z p. 6.3. Uzyskane wyniki porównać z wynikami pomiarów z p. 5..c i wyjaśnić przyczyny występujących róŝnic. 6.5. Obliczenia średnicy podziałowej sprawdzianu gwintowego pierścieniowego przechodniego do gwintu M16-6h. 6.6. Obliczenia odchyłki f D średnicy podziałowej mierzonej nakrętki na podstawie pomiarów z p. 5.4.b i obl. z p. 6.5. 6.7. Sprawdzić zgodność wkręta i nakrętki z podanymi oznaczeniami, tj. zgodność wyników w punktach 6.4, 6.6 i 6.. 7. Bibliografia 1. Laboratorium pomiarów wielkości geometrycznych. Praca zbiorowa (skrypt). Wyd. PW 1986, rozdz. 1, 3, 10.1 i 11.. Jakubiec W., Malinowski J.: Metrologia wielkości geometrycznych. WNT 1996, rozdz. 15. 3. PN-ISO 74. Wymiary nominalne (dawniej PN-83/M-0013). PN/M-0001 Gwinty. Terminologia. PN/M-0113 Tolerancje. PN/M-0130 Tolerancje sprawdzianów.
13 Ćwiczenie 4 POMIARY WYBRANYCH ODCHYŁEK KSZTAŁTU 1. Cel ćwiczenia Zapoznanie się z metodami pomiaru odchyłek kształtu na przykładzie odchyłki: okrągłości i prostoliniowości. Mierzone elementy Wałek o średnicy φ30 wskazany przez prowadzącego ćwiczenie. 3. Sprzęt pomiarowy Czujnik indukcyjny zamocowany w podstawie i pryzmy o kącie rozwarcia 60 o, 90 o i 10 o Przyrząd kłowy wyposaŝony w czujnik Okrągłościomierze Talyrond 100 i PIK-1 współpracujące z komputerem 4. Podstawowe informacje 4.1. Metoda odniesieniowa pomiaru odchyłki okrągłości. Do metod odniesieniowych zalicza się metody dwu i trójpunktowe. Wybór wariantu metody naleŝy uzaleŝnić od kształtu wykresu otrzymanego metodą bezodniesieniową. W wypadku przewagi w badanym profilu harmonicznych parzystych (np. owalność, czwórgraniastość) zastosować metodę dwupunktową, umieszczając wałek bezpośrednio na płaskim stoliku wyposaŝonym w uchwyt z czujnikiem; wałek obraca się pod czujnikiem ręcznie. W wypadku przewagi w badanym profilu harmonicznych nieparzystych (np. trójgraniastość, pięciograniastość) trzeba zastosować metodę trzypunktową, umieszczając badany wałek w ustawionej na stoliku pryzmie. Kąt rozwarcia pryzmy dobrać tak spośród typowych (60 o, 90 o, 10 o ), by zapewnić dobrą wykrywalność poszukiwanej odchyłki okrągłości. Wartość odchyłki okrągłości określić z zaleŝności: Omax Omin Z =, F gdzie: O max, O min - maksymalne i minimalne wskazanie czujnika zaobserwowane podczas obrotu mierzonego elementu, F - współczynnik korekcyjny, zaleŝny od kąta rozwarcia pryzmy i przewaŝającej harmonicznej (tab. 4.1). Tab. 4.1. Wartości współczynnika korekcyjnego F (wg PN-93/M-0461) Kąt rozwarcia Numer przewaŝającej harmonicznej pryzmy 3 4 5 6 7 8 9 60 o - *) 3 - *) - *) 3 - *) - *) 3 90 o 1 0,41 1 - *),41 - *) 10 o 1,58 1 0,4 0,15 0,4 1 Płaski stolik (180 o ) - *) - *) - *) - *) *) w tym wypadku wykrycie odchyłki okrągłości nie jest moŝliwe
14 4. Metoda bezodniesieniowa pomiaru odchyłki okrągłości Okrągłościomierze Talyrond 100 (rys 4.) i PIK realizują pomiary bezodniesieniowe w układzie obracającego się stołu. Komputery osobiste współpracujące z przyrządami wyznaczają automatycznie parametr Z q (inaczej P+V). Jest to odchyłka okrągłości względem okręgu średniego. Mierzony element ustawiany jest na obrotowym stole wyposaŝonym w pokrętła oznaczone Cx, Cy (rys. 4.3), umoŝliwiające pozycjonowanie elementu tj. przesuwanie elementu w płaszczyźnie prostopadłej do osi obrotu oraz jego pochylanie (Px, Py). Czujnik okrągłościomierza wskazuje zmiany bieŝącego promienia w stosunku do osi obrotu. Warunkiem wykonania pomiaru jest to, aby wskazania czujnika mieściły się w jego zakresie pomiarowym. Wymagania dokładnościowe zmuszają do zastosowania moŝliwie małego zakresu pomiarowego czujnika, a więc dokładnego wycentrowania elementu w płaszczyźnie pomiaru. Konieczne jest równieŝ zapewnienie równoległości osi elementu do osi obrotu, gdyŝ niezachowanie tego warunku powoduje powstanie pozornej owalności w przybliŝeniu proporcjonalnej do średnicy i kwadratu kąta pochylenia, zniekształcającej rzeczywisty zarys elementu. Poprawne ustawienie elementu jest warunkiem koniecznym dla wykonania pomiaru odchyłki okrągłości. e P y C x P x e x e y C y Rys. 4.. Rozmieszczenie pokręteł centrowania C x i C y oraz poziomowania P x i P y stołu okrągłościomerza; e x, e y składowe niewycentrowania Rys. 4.1. Przyrząd Talyrond 100: 1- pokrętło przesuwu czujnika, - kolumna, 3- czujnik, 4- stolik, 5- pisak rejestratora analogowego, 6- pokrętło poziomowania stolika, 7- lampka kontrolna wyłącznika sieciowego, 8- sygnalizacja trwania rejestracji zarysu, 9- przycisk włączenia rejestracji, 10- wyłącznik napędu stolika, 11- wyłącznik sieciowy, 1- pokrętło zmiany powiększenia, 13- wskaźnik czujnika, 14- pokrętło zerowani czujnika, 15- pokrętło centrowania stolika.
Przebieg pozycjonowania elementu na stole przyrządu Talyrond 100 współpracującym z komputerem składa się z następujących czynności. Ustawić pokrętłem 1 (rys. 4.1) najmniejsze powiększenie (lub największy zakres pomiarowy) czujnika. Ustawić pokrętło zmiany wskazania zerowego czujnika 14 w połoŝeniu środkowym. Ustawić pokrętła regulacji połoŝenia stołu 6 i 15 w środku zakresu. Ustawić element moŝliwie centrycznie, korzystając z współśrodkowych rowków na naniesionych na powierzchni stołu. Ustawić końcówkę czujnika 3 na wysokości około 5 mm nad powierzchnią stołu. Włączyć obrót stołu przełącznikiem 10. Po zbliŝeniu końcówki czujnika do elementu, przy pomocy pokrętła 1, zaobserwować zmiany szczeliny. JeŜeli zmiana szczeliny jest wyraźnie widoczna to naleŝy zatrzymać stół, gdy jest ona największa i przesunąć element po powierzchni stołu w kierunku końcówki. Gdy nie obserwuje się zmian szczeliny, dosunąć czujnik kontrolując wychylenia wskaźnika czujnika (widocznego w dolnej części ekranu) tak, aby maksymalne wskazanie nie przekraczało górnej granicy zakresu pomiarowego. JeŜeli wskazanie minimalne nie mieści się w zakresie, to po zatrzymaniu stołu w punkcie najwyŝszego wskazania odsunąć element na stole o połowę zakresu wskazań czujnika, a następnie dosunąć czujnik tak, aby maksimum wskazań było w pobliŝu górnej granicy zakresu wskazań. JeŜeli podczas obrotu elementu wskazania czujnika mieszczą się w zakresie pomiarowym, naleŝy wykorzystać opcję Centrowanie z menu Pomiary. W tym celu naleŝy zatrzymać stół w takim połoŝeniu, Ŝe pokrętło centrowania 15 (Cx lub Cy) znajduje się w płaszczyźnie pomiaru czujnika. Następnie wybrać opcję Centrowanie i wcisnąć klawisz ENTER, co spowoduje pojawienia się okna z napisem czujnik wyzerowany. Następnie po obróceniu stołu o 180 stopni wcisnąć ponownie klawisz ENTER. W oknie pojawi się wskaźnik niewycentrowania w danej osi. Wybranym poprzednio pokrętłem centrowania doprowadzić do wyzerowania wskaźnika. Po wyzerowaniu, wcisnąć klawisz ENTER co spowoduje zakończenie centrowania w danej osi i zamknięcie okna. Procedurę centrowania powtórzyć dla drugiego pokrętła centrowania. Wykorzystując pokrętło zerowania czujnika, doprowadzić zmiany wskazań do symetrii względem środka zakresu. Zwiększyć maksymalnie powiększenie. Wykonać wstępny pomiar. JeŜeli niewycentrowanie e x lub e y przekroczy wartość odchyłki P+V to naleŝy ponowić centrowanie. Po wycentrowaniu w danym przekroju ponownie ustawić maksymalny zakres wskazań czujnika. Podczas obrotu stołu przesunąć czujnik moŝliwie wysoko, jednak na taką wysokość, aby jego wskazania nie przekraczały zakresu pomiarowego. Wykorzystując pokrętła pionowania 6 (Px i Py) i opcję Centrowanie doprowadzić do wyśrodkowania elementu w danym przekroju. Po ustawieniu maksymalnego powiększenia wykonać ponownie pomiar i w zaleŝności od relacji wartości e x i e y w stosunku do P+V operację pionowania powtórzyć. Sprawdzić wycentrowanie w połoŝeniu początkowym i w razie potrzeby powtórzyć centrowanie i pionowanie aŝ do uzyskania poprawnego wycentrowania w obu przekrojach. Ustawić czujnik na odpowiedniej wysokości i wykonać właściwy pomiar odchyłki okrągłości 15
16 Interpretacja wykresów biegunowych otrzymanych bez pomocy komputera. Mierząc bez pomocy komputera (tj. stosując przyrząd kłowy z czujnikiem lub przyrząd Talyrond 100 z rejestratorem analogowym), dysponuje się jedynie wykresem zarysu. W takim wypad ku naleŝy wyznaczyć parametr Z c odchyłkę okrągłości względem okręgu przylegającego, który moŝna znaleźć stosunkowo łatwo, posługując się cyrklem bądź firmowym przezroczystym wzornikiem z rysunkiem przedstawiającym koncentryczne okręgi. NaleŜy pamiętać o zanotowaniu wartości działki elementarnej wykresu lub zastosowanego powiększenia rysunkowego. W rejestratorze biegunowym przyrządu Talyrond 100 jest: Le we = 1000 ; k gdzie: w e wartość działki elementarnej wykresu (i wzornika) w µm, L e długość działki elementarnej wykresu (i wzornika), tj. róŝnica promieni sąsiednich okręgów, równa mm, k powiększenie wykresu, ustawione przełącznikiem wzmocnień, znajdującym się na płycie czołowej przyrządu (100, 00, 500, 1000, 000 lub 5000 razy). 5. Treść ćwiczenia 5.1. Wyznaczyć odchyłkę okrągłości środkowego przekroju wałka metodą bezodniesieniową: a) na przyrządzie kłowym z czujnikiem - wykonać ręcznie wykresy R = f(ϕ), przyjmując takie powiększenie, by uzyskać R max = (1,5,5) R min b) na przyrządzie Talyrond 100 - przy zastosowaniu rejestratora analogowego, a następnie komputera. W razie potrzeby wykorzystać moŝliwość filtracji zarysu. Wyznaczyć widmo prąŝkowe zarysu. Wyniki pomiarów zapisać na dysku. Wydrukować wykresy na drukarce połączonej z komputerem c) na przyrządzie PIK-1. Wydrukować wykresy. 5.. Na podstawie wykresów biegunowych oraz widma prąŝkowego zarysu dobrać odpowiedni dla kaŝdego z mierzonych wałków wariant odniesieniowej metody pomiaru odchyłki okrągłości (dwu- lub trzypunktową) i wykonać pomiary w tych samym co poprzednio przekroju. 6. Treść sprawozdania 6.. Wykresy badanych zarysów i wartości odchyłek wyznaczonych metodą bezodniesieniową (p. 5.1). 6.3. Wartości odchyłki okrągłości wyznaczone w pomiarach wałków metodami odniesieniowymi (p. 5.). 6.4. Wnioski z porównania wyników pomiaru odchyłki okrągłości metodą odniesieniową i bezodniesieniową. 7. Bibliografia 1. Laboratorium pomiarów wielkości geometrycznych. Praca zbiorowa (skrypt). Wyd. PW 1986, rozdz. 1, 3 i 7.1.. Jakubiec W., Malinowski J.: Metrologia wielkości geometrycznych, WNT 1996, rozdz. 13. 3. PN-93/M-0460 Pomiar okrągłości. Terminy, definicje i parametry okrągłości. 4. PN-93/M-0461 Metody oceny odchyłki okrągłości. Pomiar metodami dwu- i trzypunktowymi. 5. PN-93/M-046 Metody oceny odchyłki okrągłości. Pomiar zmian promieni.