Методы и принципы линейно- угловых геометрических измерений

ВВЕДЕНИЕ


Качества изделий машиностроения, микроэлектроники, оптоэлектроники и вычислительной техники определяется соблюдением заданных размеров, соответствием заданной форме и качеству поверхности. Соответствие размеров изделий требованиям конструкторской документации контролируется средствами измерения геометрических величин. К измерениям геометрических величин принято относить измерения длин и углов, отклонений размеров, формы и расположения поверхностей, параметров конусов, резьбы и зубчатых колес.
К измерениям отклонений формы и расположения поверхностей относятся измерения параметров шероховатости, отклонений от перпендикулярности и параллельности, измерения биений и т.п. Наибольшее число в линейно-угловых измерениях приходится на измерения длины. Диапазон измерений от долей микрометра (при измерении параметров шероховатости поверхности) до сотен миллиметров при измерении габаритов деталей в машиностроении.
Линейные и угловые измерения проводятся в соответствии с методикой измерений, изложенной в нормативном документе (методика измерений) МИ 88-76. Методика применения ГОСТ 8.050-73 Нормальные условия выполнения линейных и угловых измерений.
ГОСТ 8.050-73. Государственная система обеспечения единства измерений. Нормальные условия выполнения линейных и угловых измерений устанавливает требования к нормальным условиям выполнения линейных измерений в пределах от 1 до 500 мм и измерений углов с длиной меньшей стороны до 500 мм. Требования, установленные стандартом, рекомендуются для применения при проектировании, разработке и выполнении процессов измерения объектов, не имеющих внутренних источников тепла. Для избегания дополнительных погрешностей, вызываемых условиями измерений, в соответствии с вышеупомянутым ГОСТом установлены следующие нормальные значения основных влияющих величин:
1. Температура окружающей среды 20 °С (по ГОСТ 9249-59).
2. Атмосферное давление 101325 Па (760 мм рт. ст.).
3. Относительная влажность окружающего воздуха 58 % (нормальное парциальное давление водяных паров 1333 Па).
4. Ускорение свободного падения (ускорение силы тяжести) 9,8 м/с2.
5. Направление линии и плоскости измерения линейных размеров - горизонтальное (90° от направления силы тяжести).
6. Положение плоскости измерения углов - горизонтальное (90° от направления силы тяжести).
7. Относительная скорость движения внешней среды равна нулю.
8. Значения внешних сил, кроме силы тяжести, атмосферного давления, действия магнитного поля Земли и сил сцепления элементов измерительной системы (установки), равны нулю.
Стандартом также установлено, что результаты измерений для сопоставимости должны приводиться к указанным нормальным значениям влияющих величин. Пределы допускаемых отклонений от нормальных условий измерения нормированы в стандартах для различных видов измерений. Для обеспечения точности линейных и угловых измерений важно поддержание стабильной нормальной температуры в зоне измерения. Рекомендуется, чтобы измеряемые изделия выдерживали при нормальной температуре от 2 до 36 ч в зависимости от их массы и допусков на линейные размеры, а средства измерений должны находиться в условиях измерений не менее 24 ч до начала измерений.


1. Методы и принципы линейно-угловых геометрических измерений

1.1. Механические средства измерения длины

Измерение геометрических размеров, формы и показателей качества поверхности осуществляется с помощью механических и оптико-механических средств линейных и угловых измерений.
К механическим средствам измерения длины общего назначения относятся штангенприборы, штриховые и концевые меры длины, микрометрические приборы и измерительные головки. Выбор способа определения длины определяется необходимой степенью точности и условиями эксперимента.
Штриховыми мерами длины называются меры, у которых размер, выраженный в единицах длины, определяется расстоянием между осями двух соответствующих штрихов. Штриховыми мерами являются измерительные линейки, рулетки, брусковые штриховые меры. Для непосредственного измерения длины широко применяется масштабная линейка с сантиметровыми и миллиметровыми делениями.
Ценой деления любого прибора называется длина наименьшего деления. Для масштабной линейки она обычно составляет 1 мм. При измерении максимальная ошибка не превосходит половины цены деления шкалы, поэтому точность измерения масштабной линейкой не превышает, таким образом, половины цены деления, т.е. 0,5 мм.
Брусковые штриховые меры длины представляют собой металлические или стеклянные бруски различного сечения, с нанесенными на них штрихами или шкалами. Эти меры применяются как для непосредственного измерения линейных размеров, так и в качестве шкал приборов и станков.
Основные типы, параметры и размеры брусковых штриховых мер стандартизованы. Промышленностью выпускаются брусковые меры с номинальной длиной 60... 2000 мм. Допускаемые отклонения от номинальной длины нормируются шестью классами точности, обозначаемыми условно цифрами от 0 до 5. Наименьшая цена деления брусковых мер длины 0,01 мм.
Плоскопараллелъные концевые меры длины (ПКМД) воспроизводят единицу длины одного фиксированного размера и выполняются в виде прямоугольного параллелепипеда из стали или твердого сплава с двумя взаимно параллельными измерительными поверхностями. Расстояние между измерительными поверхностями определено с высокой точностью и известно (рис.1).