Способы измерения горизонтальных углов. Измерительный контроль угловых размеров Методы измерения углов в метрологии

Как пользоваться угломером самого простого вида, мы знаем еще со школы, но видов, областей назначения и конструкций этого инструмента намного больше, иногда принцип его действия даже не совсем понятен, хотя задача все та же – замерить угол наклона в плоскости или пространстве. Постараемся устранить пробелы в ходе прочтения данной статьи.

Угломер – устройство и назначение

Данный инструмент, как не сложно догадаться, существует для измерения углов, причем это могут быть не только плоскостные изображения, как в школьных тетрадках или производственных чертежах, но и наклон деталей по отношению друг к другу в каких-либо конструкциях. Имеется возможность измерять показатели даже в удаленных предметах, для чего успешно применяется оптический вариант прибора.

Мы привыкли, что для надежности лучше осязать то, что измеряем, то есть предназначенный для операции прибор прикладывается к исследуемой поверхности, но контактный способ хоть и превалирует, но является не единственным. Оптический метод позволяет вычислять углы, находясь относительно далеко от исследуемых объектов . Результат измерений всегда представлен в хорошо знакомых нам градусах, которые приходится считать самостоятельно или наблюдать на дисплеях, которыми обладает, например, угломер цифровой. Отличаются инструменты и шкалой, с которой следует снимать показания.

Она может быть линейчатой, а также включать в себя еще дополнительную круговую составляющую, ориентирование по которой облегчается с помощью стрелки. Шкала бывает представлена нониусом, этот отдельный вид приборов мы рассмотрим подробнее чуть ниже, а самой передовой можно считать электронную.

Устройство самого простого измерителя углов довольно примитивное: две линейки со шкалами, которые выставляются по углу и дают искомое значение. Другие же более замысловатые. Перед работой замерщик фиксирует некоторые углы прибора с известным значением, своего рода настройка инструмента. А вот, например, столярный угломер уже продается с намертво зафиксированным и измеренным углом, что удобно для быстрой оценки наклона поверхности, с которой работает мастер.

Виды инструмента для измерения углов

Самый актуальный для нас с вами – угломер строительный. Без него и его верных спутников (отвес и ) не обошлась бы ни одна площадка. Все оборудование устанавливается с четкой оценкой местности в трех измерениях, все монтажные работы, любая разметка – все это требует правильного ориентирования в пространстве, а человеческий глаз далеко не совершенен, поэтому даже горизонтальность плоскости взвесить тяжело, а что уже говорить об углах.

Угломер слесарный и столярный все время сопровождают специалистов, потому что их изделия служат потом в различных областях деятельности человека, и малейшие отклонения в осях или углах иногда могут стоить жизни. Для составления достоверных топографических схем также нельзя пользоваться нашим природным оптическим прибором, собственно, как невозможно им оценить и тонкие медицинские показатели. Поэтому топографу и ортопеду без такого инструмента работать нельзя.

Романтическая профессия астронома также не обходится без такого прибора. Школьники осваивают первые азы геометрии с таким приспособлением в руках, чаще это обычные угольники с уже фиксированными углами известной величины. Инженер, горняк, мореход – профессии, которые используют почти всю линейку возможных приборов для измерения углов. В каждой области нужны такие данные с различной степенью точности и достоверности. Все чаще применение находит высокотехнологичный лазерный угломер, особенно актуально это в военной промышленности (прицелы).

Если сферы применения почти безграничны, то классификация инструмента по устройству несколько скромнее: оптика, механика, лазер и электроника. Уже внутри этой классификации можно найти множество других параметров, которые влияют на выбор заказчика, например, допустимые погрешности. Также влияют на цену товара мобильность, функциональность, размеры самого прибора, его комплектация.

Механический измеритель углов – что это?

Привычным и доступным пока что считается механический прибор. Такой угломер универсальный, потому что позволяет приладить его практически к любой поверхности и снять показания внешнего и внутреннего угла. Бывает оптического типа и нониусного. Второй более распространен и удобен для контактного измерения. Нониус – это вспомогательная уточняющая шкала, которая комбинируется с основной и повышает точность значения на порядки. Ее роль может быть вам знакома из обращения со штангенциркулем, и другими механическими измерительными приборами.

При покупке прибора важно поинтересоваться, по какому нормативному документу (стандарту) изготавливался товар, потому что критическим параметром будет точность, а если нет никакого регламентирующего документа для ее проверки и настройки, то ваши измерения могут быть далеки от истины. Поэтому лучше всего избегать китайских производителей, которые редко настолько серьезно подходят к калибровке, но зато дешевле любых российских или европейских аналогов.

Механические виды приборов обладают самым замысловатым строением. Нониусный тип включает в себя следующие узлы: корпус, к которому прикреплен диск с помощью гайки, основание с основной шкалой и нониусом, а также имеется линейка и хвостовик, передвигающийся по ней в процессе фиксирования значения углов. Оптический вид состоит из корпуса, в котором находится диск со шкалой, к нему прикреплена неподвижная линейка, а на диске установлена лупа, подвижная линейка и ее рычаг. Под диском есть пластинка с указателем, который видим через окуляр. Вся эта система приводится в движение, потом фиксируется в выбранном месте, а через лупу снимается показание.

Как пользоваться угломером – примерный принцип действий

Чем более автоматизированный прибор, тем меньше нам нужно совершать работы. Например, угломер электронный требует лишь зафиксировать линейки в нужном положении и выдает результат на дисплей. Оптика уже потребует установки инструмента на ровную поверхность, чтобы избежать колебаний относительно горизонта. А механика потребует еще и минимального понимания самого устройства, чтобы найти способ правильно снять показания. Поэтому разберем самые капризные случаи, которые нас могут ожидать.

Нониусный прибор

На искомый угол на плоскости прикладывается прибор, его линейка и корпус должны совпасть со сторонами угла. Теперь считаем градусы по основной шкале, пока не достигнем уровня нуля на нониусе, так находят градусы. Теперь двигаемся по шкале нониуса, пока не найдем деление, которое совпадает с делением основной шкалы, как бы продлевая его в одну прямую. Так определяются минуты. В зависимости от точности прибора значения шкал могут отличаться, изучайте паспорт своего инструмента.

Оптический прибор

Подвижную линейку следует перемещать так, чтобы она и ее неподвижная партнерша образовали искомый угол. Затем фиксируется зажимное кольцо. Теперь следует вспомнить, что диск и лупа данного механизма зависимы в своем положении от подвижной линейки, значит, они и составляют своеобразный индикатор искомого значения. Через лупу можно наблюдать разметку на диске, которую соотносят с отметкой на пластине, и вычисляют показания прибора.

Угловые меры (концевые, листовые, призматические, угольники, шаблоны, калибры);

Угломерные приборы (штангенугломеры, оптические угломеры, угломерные головки, уровни, гониометры, теодолиты, делительные головки и столы, автоколлиматоры);

Приспособления для косвенных измерений – тригонометрические устройства (синусные линейки, конусомеры);

Контрольно-измерительные приспособления

Это специальные производственные средства для контроля объектов, представляющие собой конструктивное сочетание базирующих, зажимных и контрольно-измерительных устройств (элементов).

Основные требования к ним: необходимая точность и производительность. Кроме того, они должны быть удобными в эксплуатации, технологичными в изготовлении, износостойкими и экономичными.

Контрольно-измерительные приспособления подразделяют по следующим признакам:

По принципу работы и характеру используемых контрольно-измерительных устройств (с отсчетным устройством – шкальные с индикаторами часового типа, пневматическими измерителями и т.п.), с помощью которых определяют числовые значения контролируемых величин; бесшкальные (предельные) с использованием калибров, щупов и т.д., которые служат для разделения деталей на годные и брак (брак – «плюс», «брак – «минус»); комбинированные (электроконтактные датчики с отсчетной шкалой и т.п.), которые дают возможность не только разделять детали на годные и брак, но и оценивать числовые значения контролируемых параметров;

По габаритам и массе (стационарные и переносные);

По количеству контролируемых параметров (одно - и многомерные);

По этапу технологического процесса (операционные, приемочные);

По встроенности в технологическое оборудование (встроенные и невстроенные);

По непосредственности участия в техпроцессе (для контроля непосредственно в процессе изготовления изделия – активный и управляющий контроль; вне процесса изготовления);

По стадии техпроцесса (для контроля правильности наладки, контроля правильности хода техпроцесса, для статистического контроля).

Суммарная погрешность таких приспособлений не должна превышать 8 – 30% от допуска контролируемого параметра: для ответственных изделий, например, авиационной техники – 8%, для менее ответственных – 12,5…20%, для остальных – 25…30%.

ОСОБЕННОСТИ ОСНОВНЫХ РАБОЧИХ

СРЕДСТВ ИЗМЕРЕНИЙ

Меры длины и углов

Рабочие меры подразделяют по конструктивным признакам на штриховые и концевые .

К штриховым рабочим мерам длины относятся измерительные линейки, которые представляют собой, как правило, металлические полосы, на плоскостях которых нанесены шкалы. Выпускают линейки для измерения длин от 150 до 1000 мм. Линейки изготовляют с одной или двумя шкалами (по обеим продольным кромкам). Погрешность измерения линейкой суммируется из погрешности нанесения шкалы, погрешности параллакса, погрешности совмещения нулевой отметки шкалы с кромкой измеряемой детали и погрешности отсчета.

Погрешность измерения, в зависимости от длины, находится в пределах 0,2 - 0,5 мм при условии наличия острой кромки детали и тщательном измерении. Чаще погрешность измерений доходит до 1 мм.

Рабочие концевые меры применяют для непосредственных измерений точных изделий, для установки других рабочих средств измерений на нуль или на размер при относительных измерениях, для проверки точности и градуирования других средств измерения, для особо точных разметочных работ, наладки станков и т.д. К концевым мерам относят концевые плоскопараллельные меры длины и угловые меры.

Концевые плоскопараллельные меры длины (рис. 4) изготовляют в виде плиток, брусков и цилиндров (с торцевыми измерительными плоскостями). Их изготавливают из стали и из твердого сплава, которые имеют в 10 – 40 раз большую износостойкость, чем стальные. На мере маркируют ее номинальный размер. У плиточных мер более 5,5 мм номинальный размер без указания единиц измерения, маркируют на нерабочей боковой поверхности, а у мер 5,5 мм и менее маркируют на одной из рабочих (измерительных) плоскостей.

Рис.4 Концевые плоскопараллельные меры длины

За размер меры принимается ее срединная длина, которая определяется длиной перпендикуляра, опущенного из середины одной из рабочих плоскостей на противоположную. Длина в данной точке определяется длиной перпендикуляра, опущенного из этой точки одной рабочей плоскости на противоположную. Наибольшая разность между срединной длиной и длиной меры в любой другой точке принимается за отклонение от плоскопараллельности меры. Причем зона на рабочих плоскостях шириной 0,5 мм от кромок во внимание не принимается.

Концевые меры комплектуются в наборы, обеспечивающие возможность получения блоков (соединений) разных размеров. Разные наборы состоят из разного количества мер. Например, изготавливают наборы из 42, 87, 112 мер и др. в одной коробке. В основных наборах одна мера имеет номинальный размер 1,005 мм, часть мер имеют номинальные размеры через 0,01мм, часть через 0,1 мм, одна мера 0,5 мм, часть мер через 0,5 мм и часть через 10 мм. В так называемый микронный набор, состоящий из 9 мер, входят меры с номинальными размерами 1,001; 1,002; и т.д до 1,009 мм или с размерами 0,991; 0,992 и т. д. до 0,999 мм. При помощи основного и микронного наборов можно собрать большое количество блоков разных размеров с интервалом в 0,001 мм.

Большой набор позволяет получать размеры с меньшим количеством мер в блоке, чем малый, что обеспечивает большую точность блока (чем меньше количество мер в блоке, тем меньше накопленная погрешность от количества мер). В каждый набор дополнительно входят две пары защитных мер. Защитные меры, в отличие от основных, имеют срезанный угол. Защитные меры служат для установки по концам блока с целью предохранения основных мер от интенсивного износа и повреждений.

Точность каждой меры определяется точностью ее изготовления и точностью поверки (калибровки). Рабочие концевые меры подразделяются на классы точности и являются наиболее точными рабочими СИ.

При сборке мер в блок используют эффект их притираемости рабочими плоскостями. Притираемость заключается в том, что при прикладывании и надвигании одной меры на другую с небольшим усилием, они сцепляются между собой. Сила сцепления новых мер столь велика, что для того, чтобы их разделить в направлении, перпендикулярном притертым плоскостям, требуется достаточно большое усилие (до 300 – 800 Н). Явление притираемости до конца еще не изучено. Одни считают, что оно объясняется действием сил межмолекулярного сцепления, другие – за счет микровакуумирования. Скорее всего, имеет место то и другое. Рабочие плоскости мер изготовляют с очень малыми отклонениями формы и очень малой шероховатостью, а поэтому молекулы одной меры оказываются на столь близком расстоянии от молекул другой меры, что проявляется действие сил межмолекулярного сцепления. Сцепление значительно усиливается в присутствии тончайшей пленки жировой смазки (0,1 – 0,02 мкм), которая остается на поверхностях меры после ее удаления сухой тканью и даже после обычной промывки в бензине. Усилие межмолекулярного сцепления в присутствии смазочной пленки объясняется двояко. Во-первых, тем, что впадины неровностей шероховатости заполняются смазкой и молекулы смазки сцепляются с молекулами мер, увеличивая общее количество взаимодействующих молекул. Полное удаление смазки ведет к значительному уменьшению силы сцепления мер. Второе объяснение притираемости мер заключается в том, что при прижатии рабочими плоскостями одной меры к другой, за счет выдавливания смазки из пор, трещин, впадин, неровностей шероховатости с плоскостей к кромкам мер, происходит микровакуумирование впадин внутри пространства между мерами, с одновременным заполнением жидкой смазкой периметра кромок, что изолирует пространство между мерами от окружающей среды, усиливая вакуумирование. Доказывается это тем, что твердосплавные меры сцепляются сильнее, т.к. твердый сплав более порист, чем сталь.

При подборе концевых мер в блок, нужно стремиться к тому, чтобы блок состоял из возможно меньшего количества мер, которые есть в данном наборе (при этом будет меньше накопленная погрешность от количества мер в блоке и меньшее количество мер будет изнашиваться).

Порядок подбора мер заключается в последовательном выборе дробной части требуемого размера, начиная с последней цифры. Подобрав первую меру, ее размер вычитают из заданного и следуя тому же правилу, определяют размер следующей меры. Например, нужно подобрать блок с номинальным размером 45,425 мм при наборе мер из 87 штук:

1-я мера 1,005 мм

2-я мера 1,42 мм

3-я мера 3 мм

4-я мера 40 мм

Сумма: 45,425 мм.

Допуски на изготовление мер группируются по классам точности: 00, 0, 1, 2, 3 – для эталонных мер, 4, 5 – для рабочих мер. Меры до 4 класса точности подразделяют по разрядам в зависимости от точности поверки. Эталонные меры, поверенные по высоким разрядам, как правило, не рекомендуется собирать в блоки, т.к. на каждом промежуточном слое между мерами добавляется 0,05 – 0,10 мкм, что может превысить саму погрешность поверки. Для того, чтобы исключить погрешности поверки каждой меры, необходимо выполнять поверку уже собранного блока.

Для повышения возможностей использования концевых мер выпускают специальные наборы принадлежностей (приспособлений) к ним (рис.5).

В коробке набора могут быть державки (струбцины) или стяжки (для мер более 100 мм, имеющих два отверстия), основание, разного назначения боковички и др. принадлежности.

По аналогии с концевыми плоскопараллельными мерами длины применяют угловые призматические меры, которые так же комплектуются в наборы и могут использоваться с принадлежностями (рис. 6, 7). Их выпускают пяти типов:

С одним рабочим углом со срезанной вершиной (рис. 6а);

С одним рабочим углом, остроугольные треугольные (рис. 6б);

С четырьмя рабочими углами (рис. 6в);

Шестигранные с неравномерным угловым шагом (рис. 6г);

Многогранные с равномерным угловым шагом (8 и 12 граней) (рис. 6д и 6е).

Проверку углов с помощью угловых мер обычно производят на просвет. Погрешность измерения углов зависит от протяженности и прямолинейности сторон проверяемого угла, освещенности рабочего пространства, класса точности мер и квалификации работника. При наиболее благоприятных условиях измерения погрешность измерения, без учета погрешности самой меры, не превышает 15 угловых секунд.

а. Струбцина

Рис. 5 Концевые меры длины и различные держатели к ним (струбцины – а.)

Рис. 6а Рис. 6б

Рис. 6в Рис. 6г

Рис. 6д Рис. 6е

Рис. 6 Призматические меры для контроля углов

Штангенприборы

Штангенприборы (штангенинструменты) являются наиболее распространенными средствами измерения. Их неоспоримые преимущества: доступность, простота в применении и достаточно высокая точность. Они представляют большую группу СИ, используемых для измерений линейных размеров и разметки. Отличительной особенностью их является наличие штанги, на которой нанесена основная шкала с отметками, через 1 мм, и нониуса с дополнительной шкалой для отсчета долей деления основной шкалы. Основными приборами являются: штангенциркули, штангенглубиномеры, штангенрейсмасы, штангензубомеры. Штангенциркули выпускают трех типов: ШЦ-1 с двусторонним расположение губок для наружных и внутренних измерений с глубиномерной линейкой; ЩЦ-2 двусторонним расположение губок для наружных и внутренних измерений и для разметки (без глубиномера), ЩЦ-3 с двусторонним расположение губок для наружных и внутренних измерений (без глубиномера и губок для разметки). Наибольшее применение находят штангенциркули типов ШЦ – 1, ШЦ – 2 (рис. 7, 8). Самый малый штангенциркуль предназначен для измерения размеров 0 – 125 мм, самый большой 0 – 2000 мм (Раньше их производили для размеров 0 – 4000 мм). Штангенциркули имеют цену деления шкалы нониуса 0,1 и 0,05 мм.

Рис. 7 Штангенциркуль типа ШЦ – 1

Современные электронные штангенциркули всех типов позволяют выполнять измерения размеров деталей в метрической или дюймовой системе измерений. Показания штангенциркуля могут настраиваться на «Ноль» в любой точке шкалы, что позволяет контролировать отклонения размеров от заданного значения. Чаще всего такие штангенциркули снабжены разъемом для вывода данных на персональный компьютер, принтер или другое устройство. Также они могут снабжаться приводным колесиком, облегчающим работу одной рукой.

Рис. 8 Штангенциркуль типа ШЦ – 12

1 – штанга, 2 – рамка, 3 – зажимающий элемент, 4 - нониус, 5 – рабочая поверхность штанги, 6 – шкала штанги, 7 - губки с плоскими измерительными поверхностями для измерения наружных размеров, 8 - губки с кромочными измерительными поверхностями для измерения внутренних размеров.

Рис. 8а Основные приемы работ со штангенциркулями

а, б – измерение наружных размеров, в – измерение внутренних размеров

Перед началом работы со штангенциркулем рекомендуется проверить установку нуля, совместив измерительные губки. Проверку нуля (начальной настройки) штангенциркулей и выполнение измерений необходимо проводить с одним и тем же усилием. Рекомендуется располагать измеряемую деталь как можно ближе к штанге для уменьшения погрешности измерения (рис. 8а). Поверка штангенциркулей производится по ГОСТ 8.113-85 «ГСИ. Штангенциркули. Методика поверки».

Штангенглубиномер служит для измерений глубин отверстий, канавок, пазов, высот уступов, расстояний между параллельными поверхностями, которые штангенциркулем без глубиномера измерить невозможно (рис. 9а). Штангенглубиномеры выпускают для измерений размеров до 400 мм (ранее выпускались для размеров до 500 мм). Цена деления шкалы нониуса 0,1 – 0,05 мм.

Штангенрейсмас служит для измерений высот и для разметки (рис.9б). Штангенрейсмасы выпускают для измерения размеров до 2500 мм с ценой деления шкалы нониуса 0,1 и 0,05 мм.

Штангензубомер служит для измерения толщины зубьев зубчатых колес по постоянной хорде (рис.10). Штангензубомеры выпускают двух типоразмеров: для измерения зубчатых колес с модулем зубьев 1 – 18 мм и 5 – 36 мм с ценой деления нониуса 0,02 мм.

Рис. 9а Глубиномер Рис. 9б Штангенрейсмас (разметка)

1 – рамка

2 – шкала

3 – рамка

4 – шкала нониуса

Рис. 10 Штангензубомер

Микрометрические приборы

Микрометры являются одними из самых массовых видов измерительных инструментов и используются для точных измерений размеров изделий. Основными микрометрическими приборами являются микрометры разных типов (обычные гладкие, листовые, трубные, зубомерные, резьбовые, настольные) микрометрические нутромеры, микрометрические глубиномеры.

Эти приборы основаны на применении винтовой пары, преобразующей вращательное движение микрометрического винта

(выполненного с микрометрической точностью) в поступательное движение одного из измерительных стержней. Все микрометрические приборы имеют цену деления шкалы нониуса 0,01 мм.

Обычные гладкие микрометры служат для наружных измерений (рис.11). Их выпускают с пределами измерений от 0 – 25 мм до 500 – 600 мм. Установку на нуль микрометра для измерения размеров св. 25 мм выполняют с помощью специальной установочной меры. Микрометры имеют устройство для обеспечения постоянного измерительного усилия («трещотку»). Погрешность измерения микрометром возникает из-за погрешностей: изготовления самого микрометра, установочной меры (при измерении размеров более 25 мм), разгиба скобы под действием усилия измерения, отсчета показаний, температурных и контактных деформаций.

Рис. 11 Микрометр

1 – корпус (скоба); 2 – пятка; 3 – микрометрический винт; 4 – стопорный винт;

5 – стебель; 6 – втулка направляющая; 7 – барабан; 8 – регулировочная гайка;

9 – колпачок; 10 – трещотка.

Рис. 11а-в Примеры отсчета показаний по шкале микрометра и глубиномера

Листовые микрометры служат для измерений толщины листового и широкополосного материала (рис.12). Для обеспечения возможности измерений материала подальше от кромок, листовой микрометр имеет вытянутую скобу.

Трубные микрометры служат для измерений толщины стенок труб. Такой микрометр имеет сферическую пятку и срез скобы для обеспечения возможности измерения толщины стенок труб с внутренним диаметром от 12 мм.

Микрометры зубомерные (нормалемеры) служат для измерения длины общей нормали зубьев зубчатых колес (рис. 13). Они имеют измерительные губку и пятку тарельчатой формы. Микрометр с тарельчатыми измерительными поверхностями применяется для измерения мягких материалов, т.к. он оказывает наиболее низкое удельное давление на измеряемые поверхности при одинаковом измерительном усилии. Диаметр измерительных поверхностей 60 мм.

Резьбовые микрометры со вставками применяют для измерений среднего диаметра наружных резьб (рис.14).

Рис.12 Листовой микрометр

Рис 13. Микрометр зубомерный

Рис. 14 Схема измерения зубчатого колеса зубомерным микрометром

Для измерений внутренних размеров от 50 до 6000 мм применяют микрометрические нутромеры с ценой деления шкалы нониуса 0,01 мм (рис.15). Для работы с этими приборами требуется значительный навык. Они неудобны для измерений глубоких отверстий. Выпускаются как индивидуальные нутромеры с диапазоном перемещений микрометрической измерительной головки 25 мм, так и сборные нутромеры с прецизионными удлинителями, увеличивающими диапазон измерений нутромера и не требующими дополнительной настройки после сборки с микрометрической головкой. Нутромеры могут настраиваться на измеряемый размер по установочным скобам, кольцам, микрометрам, блокам концевых мер, длинномерам и др., что позволяет повысить точность измерений. Измерения глубоких отверстий рекомендуется проводить не менее чем в трех сечениях, перпендикулярных к оси отверстия, в двух взаимно перпендикулярных направлениях в каждом из сечений.

Рис. 15 Элементы микрометрического нутромера - микрометрическая головка:

1 – втулка; 2 – измерительный наконечник; 3 – стебель; 4 – стопор; 5 – втулка;

6 – барабан; 7 – регулировочная гайка; 8 - микрометрический винт; 9 – гайка.

Для измерения глубин пазов, глухих отверстий и высот уступов применяю микрометрические глубиномеры (рис.16). Сменные прецизионные стержни 14 имеют плоские или сферические измерительные поверхности, благодаря чему глубиномеры не требуют дополнительной настройки после смены измерительных стержней.

Рис.16 Микрометрический глубиномер

1 – траверса; 2 – стебель; 3 – барабан; 4 – микрометрический винт; 5 – втулка;

6 – регулировочная гайка; 7 – колпачок; 8 – пружина; 9 – зуб трещотки; 10 – трещотка;

11 – винт крепления трещотки; 12 – стопорный винт; 13 – установочная мера (втулка);

14 – измерительные стержни.

Рычажные приборы

Основными рычажными приборами являются рычажный микрометр (рис. 17) и рычажная скоба (рис. 18). У рычажного микрометра в отличие от обычного гладкого микрометра, кроме основной шкалы и шкалы нониуса, есть стрелочное отсчетное устройство с ценой деления 0,001 или 0,002 мм и нет устройства для обеспечения постоянного измерительного усилия (силовое замыкание создается усилием механизма стрелочной отсчетной головки). Пределы измерений по шкале стрелочной отсчетной головки ± 0,02 мм или ±0,03 мм.

У рычажных скоб, в отличие от рычажных микрометров, нет микрометрической головки. Они предназначены только для относительных измерений, т.е. перед измерением скобу устанавливают на размер по блоку концевых мер длины. Цена деления отсчетного стрелочного устройства 0,002 мм, пределы измерений по шкале ± 0,08 или ± 0,14 мм.

Рис.18 Рычажный микрометр

Индикаторные приборы

Многие измерительные приборы оснащаются измерительными устройствами в виде индикаторных головок часового типа (с зубчатой передачей). Слово «индикатор» латинского происхождения. В переводе на русский язык означает указатель, определитель. Индикаторная головка представляет собой стрелочный прибор (рис. 19). Цена деления шкалы 0,01 мм, пределы измерений по шкале 0 – 5 или 0 – 10 мм.

Такими индикаторами оснащают, например, центровые приборы (биениемеры), нутромеры, скобы (рис. 20), различные стойки (рис. 21).

Рис.19 Индикаторная головка

Рис. 20 Индикаторная скоба

Рис. 21 Стойкии

1 - основание, 2 - предметный стол для установки изделия; 3- колонка; 4 - кронштейн;

5 - винт крепления измерительной головки; 6 - маховик перемещения кронштейна (кремальера), 7 - винт зажима кронштейна; 8 - гайка; 9 - стержень; 10 - хомут;

11 - зажимной винт; 12 - державка; 13 - винт крепления державки; 14 - пружинное кольцо; 15 - винт микроподачи для точной установки измерительной головки на размер

Измерительные машины

В измерительных лабораториях для точных измерений больших длин абсолютным или сравнительным методами применяют измерительные машины (рис. 22). Отечественные измерительные машины выпускаю с диапазоном измерений 1, 2 и 4 м (внутренние размеры на 200 мм меньше). Цена деления наиболее точной шкалы оптиметра, установленного на машине, составляет 0,001 мм.

Рис. 22 Контрольно-измерительные машины

1 – основание, 2 – передняя бабка, 3 - стойки, 4 – столик измерительный,

Основным параметром, контролируемым при обработке углов и конусов, является плоский угол, за единицу которого принят градус. Градусом называется 1/360 часть окружности, он состоит из 60 угловых минут, а минута состоит из 60 угловых секунд. Особенность угловых размеров состоит в том, что точность их изготовления и контроля зависит от длины сторон, образующих угол. Чем короче сторона, тем труднее изготовить и измерить угол. Методы измерения углов можно разделить на три основных вида:

1) метод сравнения с жесткими угловыми мерами;

2) абсолютный метод, основанный на применении измерительных инструментов с угловой шкалой (угол при этом отсчитывают непосредственно по шкале прибора в угловых единицах);

3) косвенный метод, состоящий в измерении линейных размеров, связанных с углом конуса тригонометрическими зависимостями.

Угловые меры и угольники

Угловые меры (рис. 1.19, а) изготавливают в виде прямых призм и применяют для контроля углов и градуировки угломерных инструментов и угловых шаблонов. Угловые меры аналогичны рассмотренным ранее плоскопараллельным концевым мерам длины. Угловые меры выпускают в виде наборов с градацией углов через 2°, 1°,15′ и различными номинальными значениями углов. Изготавливают угловые меры четырех классов точности (00, 0, 1, 2) и аттестуют на разряды. Угловые меры могут притираться друг к другу, но их сцепление менее надежно, чем у плоскопараллельных концевых мер длины, поэтому блоки угловых мер соединяют друг с другом при помощи специальных приспособлений. Плитки в блоки соединяют при помощи державок (рис. 1.19, б-г), винтов и конических штифтов. Державки (см. рис. 1.19, б, в) позволяют собирать блоки из двух и трех угловых мер. Для получения дополнительных углов применяют державки со специальными лекальными линейками (см. рис. 1.19, г). Контроль углов угловыми мерами производят обычно на просвет. В случае отсутствия угловой меры с необходимыми значениями угла или в случае, когда изделие не позволяет использовать угловую меру, изготавливают специальный угловой шаблон.

Для контроля и разметки прямых углов (90 °) предназначены проверочные угольники (рис. 1.20), которые применяют также для контроля взаимного расположения поверхностей деталей при сборке. Изготавливают угольники следующих типов УЛ, УЛП, УЛШ, УЛЦ, УП, УШ.

Угольники типов УЛ, УЛП и УЛШ предназначены для точных лекальных работ, они имеют две острые рабочие грани.

Угольники типа УП и УШ используют при слесарной сборке, обработке и ремонте.

Угольники типа УЛЦ представляют собой отрезок вала с торцами, перпендикулярными образующей цилиндрической поверхности. Эти угольники используют для проверки других угольников, так как они позволяют получить точное значение угла 90°.

Угломеры

Для контроля углов методом непосредственной оценки в машиностроении широко применяют угломеры с нониусом . Эти угломеры выпускают двух типов: УН — для измерения наружных и внутренних углов (рис. 1.21, а) и УМ — для измерения только наружных углов (рис. 1.21, б).

Угломер типа УН состоит из основания 2 с нанесенной по окружности градусной шкалой, которое жестко соединено с линейкой 3. Линейка имеет снаружи доведенную измерительную поверхность. По основанию 2 перемещается сектор 5 с нониусом 1 и стопором 4. К сектору крепят угольник 6 при помощи державки 9. К угольнику 6 крепят съемную линейку 7 при помощи державки 8. Варианты измерений показаны на рис. 1.22. Угломер позволяет измерять углы в диапазоне от 0 до 50° (рис. 1.22, а). Для измерения углов в диапазоне от 50 до 140° с угломера снимают угольник, а на его место устанавливают линейки (рис. 1.22, б). Чтобы измерить наружные углы в диапазоне от 140 до 230°, необходимо снять линейку, измерения в этом случае ведут с использованием угольника. Если с угломера снять угольник, линейку и державки, то с его помощью можно будет контролировать размеры углов в диапазоне от 240 до 320°. Следовательно, общий диапазон измерений угломером УН составляет от 0 до 320 ° для наружных углов.

При измерении углов деталей сложных контуров необходима установка угломера на заданную величину длины прямолинейного контура. Такая установка осуществляется при помощи блока концевых мер длины 2, который устанавливается на съемную линейку 3, а основание угломера перемещают по угольнику 1 так, чтобы измерительная линейка была установлена на блоке концевых мер. Схема такой установки приведена на рис. 1.22, в.

Если с угломера снять угольник и линейку, то им можно измерять внутренние углы в диапазоне от 40 до 180° (рис. 1.22, г).

Измерение углов в труднодоступных местах производят по схеме, показанной на рис. 1.22, д.

Угломер типа УМ (см. рис. 1.21, б) широко применяется при обучении слесарному делу. Он состоит из основания 4 со шкалой, проградуированной в градусах. На основании закреплена линейка 3. Подвижная линейка 10 с сектором 9 и нониусом 7 может поворачиваться на оси А, фиксация линейки в момент измерения осуществляется стопорным винтом 5. Угломер имеет винт 6 для микрометрической подачи измерительной подвижной линейки 10 с сек- , тором 9. На подвижной линейке крепится угольник 2 при помощи державки 1. Угломер обеспечивает измерение углов в диапазоне от О до 180°. Для измерения углов свыше 90° угольник 2 необходимо снять, в этом случае для получения значения угла к показаниям по шкалам угломера прибавляют 90°.

При работе с угломером типа УМ необходимо:

Определить способ измерения угла (с использованием угольника или без него);

Убедиться в плавности перемещения сектора угломера;

Убедиться в точности установки угломера на ноль;

При измерении прочно удерживать угломер за корпус;

Измерительная поверхность должна плотно прилегать к поверхности детали (без просвета и перекоса);

Обратить внимание на достигаемую точность измерений, которая выбита на нониусе.

Углы и конусы измеряют с помощью угловых мер, шаблонов, угольников, конусных калибров, шариков, синусных и тангенсных линеек, универсальных микроскопов (координатным методом), оптических делительных головок, угломеров с нониусом и др.

Наиболее распространенным методом является измерение углов и конусов угловыми мерами и угольниками . Угловые меры (плитки) комплектуют в наборы по 5, 19, 36 и 94 шт., из которых выбирают соответствующие плитки или блоки для измерения заданных углов (не менее 10°). Они представляют собой трех- или четырехгранные призмы с одним или четырьмя рабочими углами.

Измерение с помощью плиток основано на установлении размера наибольшего просвета между сторонами измеряемого утла и угловой меры пли полного отсутствия просвета между ними. Просвет сравнивают на глаз с набором просветов, размеры которых известны (5... 10 мкм), или же оценивается с помощью щупов (свыше 30 мкм). По точности изготовления угловые плитки 1-го класса имеют допуск рабочего угла ±10", 2-го класса ±30".

Для измерения прямых углов в зависимости от требуемой точности применяют угольники различных типов. Метод измерения, так же как и у плиток, основан на измерении просвета между измерительной и измеряемой поверхностями и протяженности касания этих поверхностей.

Углы у конических валов и втулок измеряют угломерами. Для повышения точности отсчета угломеры снабжены нониусами или оптическими приспособлениями.

Для проверки угла конусности вала применяют конусные калибры-втулки (полные и неполные), а для проверки угла конусных втулок - конусные калибры - пробки . Для проверки угла конусности вала вдоль образующей конуса наносят карандашом прямую линию и осторожно вводят вал внутрь конусного калибра-втулки. Приложив некоторое осевое усилие для плотного прилегания конических поверхностей вала и втулки, поворачивают их относительно друг друга на небольшой угол. Если образующая конуса вала прямолинейна и угол конуса выполнен правильно, то графит карандаша равномерно распределится по всей длине конуса, в противном случае образуются только отдельные пятна. При проверке внутренней конической поверхности детали карандашную линию наносят на калибр-пробку.

Контроль резьбы

Точность резьбы определяется точностью исполнения основных элементов резьбы болта и гайки: наружного диаметра, среднего диаметра, внутреннего диаметра, шага, угла профиля. Контроль резьбы болта и гайки можно произвести комплексным методом по всем элементам одновременно или поэлементно с помощью калибров или специальных приспособлений. Для точных резьб и калибров обычно применяют поэлементную проверку резьбы на приборах.

Наиболее простым является контроль наружного диаметра болта и внутреннего диаметра гайки. Эти элементы резьбы измеряют гладкими скобами и пробками , а. также с помощью микрометра или штангенциркуля.

Измерение внутренних диаметров резьбы болта может быть произведено резьбовым микрометром , устройство которого сходно с устройством обыкновенного микрометра, только вместо гладких наконечников он снабжен специальными вставками, позволяющими измерять внутренний и средний диаметры болта. Резьбовые вставки делают сменными в зависимости от шага проверяемой резьбы. Для измерения внутреннего диаметра резьбы болта применяют две призматические вставки такой формы, чтобы вершины их касались впадин резьбы.

Для измерения среднего диаметра резьбы болта применяют вставки, которые касаются боковыми гранями боковых сторон профиля резьбы

вблизи от среднего диаметра. Эти вставки выполняют с укороченным профилем. Вставки могут поворачиваться в опорах измерительных пяток и самоустанавливаться относительно наклонной части профиля резьбы.

У резьбового микрометра с интервалом измерений 0...25 мм проверку правильности отсчета производят сводя обе вставки до упора; при этом показание нашкале микрометра должно быть равным нулю. При пользовании резьбовым микрометром необходимо проверяемый болт установить между резьбовыми вставками и дальше производить измерение, как на обычном микрометре; нужно только следить, чтобы ось измерительных наконечников проходила через ось болта. Рисунок 1.35

Резьбовым микрометром измеряют средний диаметр болта прямым методом, т. е.результаты измерений отсчитывают непосредственно по шкале прибора. Цена деления шкалы барабана резьбового микрометра 0,01 мм. Средний диаметр резьбы можно измерить также косвенным методом трех проволочек. Этот метод заключается в том, что во впадины резьбы болта по обе его стороны закладывают три проволочки одинакового известного диаметра, затем микрометром с плоским наконечником определяют расстояние М между внешними поверхностями проволочек (рис. 1.35). Последующим расчетом по значению этого расстояния определяют значение среднего диаметра резьбы. Три проволочки применяют для того, чтобы предотвратить перекос измерительных наконечников микрометра. Зная диаметр проволочек d, шаг резьбы S и расстояние между внешними поверхностями заложенных проволочек М, средний диаметр метрической резьбы d cp болта определяют по формуле

d cp = M-3d+ 0,866S

Этот метод измерения дает более высокую точность, чем измерение посредством резьбового микрометра. Поэтому его применяют для измерения среднего диаметра калибров и других точных резьбовых деталей.

Шаг резьбы измеряют резьбовыми шаблонами, которые представляют собой наборы плоских стальных пластинок с вырезанным профилем резьбы разных шагов. Профиль проверяемой резьбы (по образующей) совмещают с одной из пластинок шаблона. При правильном изготовлении шага совмещение профиля резьбы и шаблона не дает световой щели.

Существует несколько способов измерения горизонтальных углов: способ приемов, способ круговых приемов, способ повторений, способ всех комбинаций. Наиболее простым и распространенным является способ приемов. Способ круговых приемов используется тогда, когда на одной точке требуется измерить несколько углов. Способ повторений рекомендуется использовать, если точность теодолита недостаточна и требуется измерить угол с более высокой точностью. Измерение горизонтального угла способом повторений может быть выполнено только повторительным теодолитом. Способ комбинаций характеризуется трудоемкостью и применяется только при высокоточных измерениях нескольких углов в одной точке, когда ошибки измерения углов должны находиться в пределах 1".

Измерение угла способом приемов состоит в его измерении двумя полуприемами. Каждый полуприем заключается в выполнении следующих действий:

• 1) наведение вертикальной нити сетки нитей на правую визирную цель;
• 2) взятие отсчета я, по горизонтальному кругу;
• 3) запись в журнал отсчета я,;
• 4) наведение вертикальной нити сетки нитей на левую визирную цель;
• 5) взятие отсчета Ь ] по горизонтальному кругу;
• 6) запись в журнал отсчета Ь{,
• 7) вычисление значения горизонтального угла = а { - Ь { .

Визирные цели представляют собой

Вид сверху

Рис. 5.11. Визирный цилиндр

предмет или устройство, на которое наводят зрительную трубу. При наблюдении на пункты триангуляции визирной целью обычно является малофазный визирный цилиндр (рис. 5.11) геодезического знака. На данном рисунке представлено изображение, видимое в поле зрения трубы теодолита с прямым изображением. Вертикальную нить сетки нитей при этом наводят на воображаемую ось симметрии визирного цилиндра. При наблюдении на точки теодолитного хода в качестве визирных целей используют вертикально устанавливаемые на этих точках вехи или шпильки из комплекта мерного прибора для измерения расстояний.

После измерения угла первым полуприемом изменяют положение лимба. Изменить положение лимба горизонтального угломерного круга можно двумя способами:

• 1) сделать 2-3 оборота наводящим винтом лимба, положение лимба при этом может измениться на 2-3°;
• 2) при закрепленном закрепительном винте алидады открепить закрепительный винт лимба, повернуть лимб на произвольный угол (рекомендуется примерно на 90°), закрепить закрепительный винт лимба.

После выполнения описанных действий трубу переводят через зенит и выполняют измерение угла вторым полуприемом (при другом положении вертикального круга). Вычисление значения горизонтального угла из второго полуприема осуществляется аналогичным образом:

Р2 = я2 - Ь2.

Таким образом, угол будет измерен дважды. Результаты измерения угла двумя полуприемами соответственно равны р| и р 2 . Р ас_

хождение значений угла из двух полуприемов не должно превышать удвоенной погрешности измерения угла данным теодолитом, т.е. должно выполняться условие

где t - среднеквадратическая погрешность измерения угла одним приемом. Для теодолита 2Т30 данный допуск составляет Г.

Измерение углов двумя полуприемами осуществляется в целях:

• 1) контроля измерений ;
• 2) повышения точности измерений: ошибка среднего значения из нескольких измерений всегда меньше ошибки отдельного измерения.

Результаты измерения горизонтальных углов фиксируются в соответствующем журнале (табл. 5.1).

Таблица 5.1

Журнал измерения горизонтальных углов

		по горизонтальному		Значение в полуприеме		значение

При измерении горизонтальных углов важно понимать различие между наводящими винтами лимба и алидады. При вращении любого из этих винтов зрительная труба поворачивается в горизонтальной плоскости, или, как говорят, «по горизонту». Хотя со стороны действия наблюдателя при этом кажутся совершенно одинаковыми, различие между ними принципиальное. Если лимб закреплен и наведение зрительной трубы на различные точки осуществляется только с помощью винтов алидады, то отсчеты будут различаться, так как лимб при этом остается неподвижным. Если действовать противоположным образом, т.е. закрепить алидаду, и при наведении трубы на различные точки использовать только винты лимба, отсчет на любые точки будет один и тот же, так как лимб и находящаяся на нем алидада со зрительной трубой будут поворачиваться вместе с лимбом как единое целое. Отсюда следует, что если при измерении горизонтального угла трубу навели на правую точку и взяли отсчет, а при наведении на левую точку случайным образом повернули наводящий или закрепительный винт лимба, то дальнейшие действия выполнять не имеет смысла, так как нулевой диаметр горизонтального круга изменит свое положение. И в таком случае необходимо начинать выполнение полуприема заново. Путаница между винтами лимба и винтами алидады является наиболее распространенной ошибкой начинающих изучение теодолита.

Если точность измерения углов одним приемом с помощью имеющегося теодолита несколько ниже требуемой, то возможны два варианта действий:

• воспользоваться теодолитом более высокой точности;
• измерять угол не одним приемом, а п приемами. Тогда в качестве окончательного значения угла берется среднее из п приемов, среднеквадратическая погрешность М измерения угла при этом будет равна

где т - среднеквадратическая погрешность измерения угла одним приемом.

Следует обратить внимание, что погрешность многократного измерения угла убывает пропорционально квадратному корню из числа измерений. Например, чтобы уменьшить ошибку измерения угла в 3 раза, необходимо измерить угол девятью приемами. Поэтому многократное измерение угла в целях повышения точности измерений оправдано только тогда, когда требуемая точность незначительно отличается от точности используемого прибора.