SPRAWDZANIE NARZĘDZI POMIAROWYCH

POZNAŃ III.2017

© ZMiSP

Zakład Metrologii i Systemów Pomiarowych P o l i t e c h n i k a P o z n a ń s k a

ul. Jana Pawła II 24 60-965 POZNAŃ (budynek Centrum Mechatroniki, Biomechaniki i Nanoinżynierii)

www.zmisp.mt.put.poznan.pl tel. +48 61 665 35 70 fax +48 61 665 35 95

2

1. CEL I ZAKRES ĆWICZENIA

Celem ćwiczenia jest ocena charakterystyk metrologicznych wybranych przyrządów po-

miarowych.W ćwiczeniu zostanie podany sprawdzaniu: mikromierz oraz sprawdzian do wał-

ków i sprawdzian do otworów.

W oparciu o otrzymane wyniki należy ocenić parametry metrologiczne sprawdzanych

przyrządów.

2. ZAKRES OBOWIĄZUJĄCEGO MATERIAŁU

• rodzaje przyrządów mikrometrycznych [1, 2],

• charakterystyki metrologiczne mikromierzy [1, 2],

• sprawdziany do wałków i otworów [2].

3. LITERATURA

1. Jakubiec W., Malinowski J., Metrologia wielkości geometrycznych. WNT, Warszawa

1999, str. 140 – 144.

2. Paczyński P., Metrologia techniczna. Przewodnik do wykładów ćwiczeń i laboratoriów.

Wyd. Zakład Metrologii i Systemów Pomiarowych, Politechnika Poznańska, Poznań

2003. str. 19 – 34

4. SPRAWDZANIE MIKROMIERZA

4.1 OPIS STANOWISKA

W skład stanowiska do sprawdzania charakterystyk metrologicznych mikromierza

wchodzi (rys.4.1):

1. komplet płytek wzorcowych,

2. komplet płytek interferencyjnych,

3. statyw,

4. mikromierz cyfrowy, zakres pomiarowy 0-25 [mm].

Rys. 4.1. Stanowisko do wyznaczania charakterystyk metrologicznych mikromierza

1

2

4

3

3

4.2 SPRAWDZENIE STANU OGÓLNEGO:

• stan powierzchni pomiarowych, poprawność i czytelność działek, prawność działania

wyświetlacza

• płynność ruchów wrzeciona, zacisk wrzeciona, działanie sprzęgła,

• błąd wskazania dolnego zakresu pomiarowego.

4.3 SPRAWDZENIE DOKŁADNOŚCI WSKAZAŃ W CAŁYM ZAKRESIE POMIARO-WYM:

• uwzględniając dolną granicę zakresu pomiarowego mikrometru A określić punkty pomiarowe według tabeli 4.1,

• dobrać odpowiednie wymiary płytek wzorcowych, • wykonać pomiary dla tak dobranych płytek wzorcowych, • wyniki pomiarów umieścić w tabeli 4.1, • przedstawić graficznie wykres odchyłek wskazań.

Tabela 4.1. Sprawdzenie dokładności wskazań

Lp.

Wymiar płytki wzorcowej

[mm]

Wymiar płytki Wzorcowej Wi

[mm]

Wskazanie mikromierza Xi

[mm]

Błąd wskazań fi= Xi – Wi

[mm] 1 A + 0,0 2 A + 2,5

… 10 A + 22,8 11 A + 25,0

4.4 SPRAWDZENIE PŁASKOŚCI POWIERZCHNI POMIAROWYCH

Płaskość powierzchni pomiarowej wrzeciona (rys. 4.2)

należy sprawdzić przy pomocy płaskiej płytki interferencyj-

nej, którą umieszcza się na sprawdzanej (bardzo starannie

oczyszczonej) powierzchni z lekkim dociskiem, aby ukazał

się obraz interferencyjny (rys. 4.3).

Według tej samej procedury należy sprawdzić po-

wierzchnię kowadełka.

Uwaga: obserwowane prążki są kolorowe, jako poje-

dynczy prążek traktujemy zestaw kolorów tęczy.

Rys. 4.2. Sprawdzanie powierzchni

pomiarowej wrzeciona

4

Błąd płaskości oblicza się ze wzoru:

2

λmp = (4.1)

gdzie:

m – odchylenie prążka od prostoliniowości, jeśli za jedność przyjmie się odległość

między sąsiednimi prążkami, lub liczba prążków, jeśli tworzą one krzywe

zamknięte,

λ – długość fali światła stosowanego do badań; jeśli obserwacje prowadzi się

w świetle dziennym, to przyjmuje się λ = 0,6 µm.

Rys. 4.3. Sprawdzanie płaskości powierzchni pomiarowych:

a) powierzchnia płaska, b) powierzchnia wypukła,

c) powierzchnia wklęsła, d) powierzchnia walcowa;

1 - płytka interferencyjna, 2 - przedmiot mierzony

4.5 SPRAWDZENIE RÓWNOLEGŁOŚCI POWIERZCHNI POMIAROWYCH

Do sprawdzania równoległości powierzchni pomiarowych mikromierza używamy całego

kompletu płytek interferencyjnych (cztery sztuki). Wymiary płytek są tak dobrane, aby różni-

ły się między sobą o 1/4 (w przybliżeniu) skoku śruby mikrometrycznej. Umożliwia to spraw-

dzenie równoległości powierzchni kowadełka i wrzeciona w czterech położeniach kątowych

wrzeciona co 90°.W celu przeprowadzenia sprawdzenia równoległości powierzchni pomiaro-

wych mikromierza należy kolejno każdą z płytek interferencyjnych:

• umieścić płytkę między kowadełkiem i wrzecionem (rys. 4.4),

• zacisnąć płytkę siłą wynikającą z obrotu sprzęgła, przesuwając ją jednocześnie

i lekko pochylając tak, aby uzyskać jak najmniejszą liczbę prążków interferencyjnych.

Jeżeli prążki nie znikną całkowicie, to najmniejszą ich liczbę uzyskuje się gdy skrajny prą-

żek tworzy linię zamkniętą. Należy wtedy przerwać ustawianie i policzyć liczbę prążków

z obu stron płytki łącznie. Błąd równoległości wyznacza się z następującego wzoru:

5

2

)(21

λmmr += (4.2)

gdzie:

m1,m2– liczba prążków na powierzchni kowadełka, wrzeciona,

λ – długość fali użytego światła.

Rys. 4.4. Sprawdzanie równoległości powierzchni pomiarowych wrzeciona i kowadełka za pomocą płytek in-

terferencyjnych

Jako błąd równoległości dla danego przyrządu przyjmuje się maksymalną wartość uzyskaną ze wszystkich czterech położeń kątowych wrzeciona !

Tabela 4.2. Mikromierze – tolerancje i graniczne błędy dopuszczalne

Dolna granica zakresu

pomiarowego A

Tolerancja płaskości

Tolerancja równoległo-

ści

Wartość błędu pary gwintowej

Błąd dla dolnego zakresu

Błąd graniczny

Dopuszczalna różnica wskazań

dla P = 10 N Δ

[µm/10 N] (sztywność kabłąka)

Nacisk Pomiarowy

od do Tp Tr F = fi max - fi min ±fA ±fi min. maks.

[mm] [µm] [N]

0 25

0,9

2

3

2 4 2

5 10

50 75 3 3 5 3

100 125 4 4 6 4(dla 100)

5(dla 125)

150 175 5 5 7 6

200 225 6 6 8 8

250 275 7 7 9 9

6

5. SPRAWDZANIE SPRAWDZIANÓW DO OTWORÓW I WAŁKÓW

5.1 OPIS STANOWISKA DO MIERZENIE SPRAWDZIANÓW DO OTWORÓW

W skład stanowiska do sprawdzania sprawdzianów do otworów wchodzi (rys.5.1):

1. płytki wzorcowe do ustawiania wymiarów nominalnych,

2. czujnik z skalą mikrometryczną,

3. statyw,

4. sprawdzian tłoczkowy.

Rys. 5.1. Stanowisko do sprawdzania sprawdzianów do otworów

5.2 POMIAR SPRAWDZIANU DO OTWORÓW

Wykonać pomiary strony przechodniej (Smin) i nieprzechodniej (Smax) sprawdzianu do

otworów w punktach pomiarowych zaznaczonych na rys. 5.2.

Rys. 5.2. Schemat rozmieszczenia punktów pomiarowych na sprawdzanie tłoczkowym

2

4

3

1

1

2

3

4

1

2

3

4

I II

I II

7

Zadania szczegółowe: • ustawić stos płytek wzorcowych na wymiar nominalny sprawdzianu,

• ustawić czujnik za pomocą płytki (stosu płytek) wzorcowej na wskazanie

zerowe,

• pomierzyć sprawdzian w wyznaczonych płaszczyznach i kierunkach,

• zapisać zmierzone odchyłki w formie tabeli (Tabela 5.1),

• sprawdzić ustawienia zerowe czujnika,

• wykonać niezbędne obliczenia,

• wykonać wykres rzeczywistych pól tolerancji Smaxi Smin obok pola tolerancji wy-

ników teoretycznych. Tabela 5.1. Tabela do zapisu zmierzonych odchyłek

Pomiar sprawdzianu tłoczkowego

Miejsce pomiaru Smax Smin

I II I II

1 2 3 4

Wymiar nominalny z odchyłką

5.3 OPIS STANOWISKA DO MIERZENIE SPRAWDZIANÓW DO WAŁKÓW

W skład stanowiska do sprawdzania sprawdzianów do otworów wchodzi (rys. 5.3):

1. pierścienie wzorcowe do ustawiania wymiarów nominalnych,

2. długościomierz Abbego,

3. sprawdzian do wałków.

Rys. 5.3. Stanowisko do badania sprawdzianów do wałków

2

3

1

8

5.4 POMIAR SPRAWDZIANU DO WAŁKÓW

Wykonać pomiary strony przechodniej (Smax) i nieprzechodniej (Smin) sprawdzianu do wałków w punktach pomiarowych zaznaczonych na rys. 5.4.

Rys. 5.4. Schemat rozmieszczenia punktów pomiarowych na sprawdzanie do wałków

Zadania szczegółowe:

• wybrać pierścień wzorcowy o wymiarze nominalnym sprawdzianu,

• ustawić długościomierz za pomocą pierścienia wzorcowego na wskazanie

zerowe,

• pomierzyć sprawdzian w wyznaczonych płaszczyznach i kierunkach,

• zapisać zmierzone odchyłki w formie tabeli (tabela 5.2),

• sprawdzić ustawienia zerowe długościomierza,

• wykonać niezbędne obliczenia,

• wykonać wykres rzeczywistych pól tolerancji Smaxi Smin obok pola tolerancji wy-

ników teoretycznych.

Tabela 5.2. Tabela do zapisu zmierzonych odchyłek

Pomiar sprawdzianu szczękowego

Miejsce pomiaru Smin Smax

I II I II

1 2 3 4

Wymiar nominalny z odchyłką

I I

II II

1 2 3 4

1 2 3 4

9

5.5 TABELE I WZORY DO WYZNACZANIA TOLERANCJI SPRAWDZIANÓW DO WAŁKÓW I OTWORÓW

Sprawdziany są to narzędzia pomiarowe, które umożliwiają stwierdzenie, czy kontrolowa-

ny wymiar zawarty jest w granicach pola tolerancji, bez wyznaczenia wartości tego wymiaru.

Sprawdziany do wałków i otworów są najczęściej sprawdzianami dwugranicznymi. Mają one

dwa konstrukcyjnie podobne, choć nieco różne wymiarowo elementy, nazywane stroną prze-

chodnią i nieprzechodnią (rys. 5.5).

Rys. 5.5. Przykład sprawdzianu granicznego z częścią przechodnią Sp i nieprzechodnią Sn

Poprawnie wykonany przedmiot o wymiarze mieszczącym się w granicach pola tolerancji

powinien bez nacisku przechodzić przez stronę przechodnią sprawdzianu, natomiast nie mie-

ścić się w stronie nieprzechodniej. Dla bezbłędnego wykonania sprawdzenia wymiary obu

stron sprawdzianu - przechodniej i nieprzechodniej, powinny być równe wymiarom granicz-

nym sprawdzanego przedmiotu. Ten postulat jest jednak fizycznie niemożliwy do zrealizowa-

nia, w związku z czym sprawdziany są wykonywane w określonej, wąskiej tolerancji

(rys. 5.6).

Rys. 5.6. Tolerowanie sprawdzianu

10

Stosuje się następujące symbole określające położenie pól tolerancji sprawdzianów:

y – różnica pomiędzy wymiarem dolnym A otworu i wymiarem granicy zużycia Gz

sprawdzianu przechodniego Smin do otworów, y1 – różnica pomiędzy wymiarem górnym B wałka i wymiarem granicy zużycia Gz

sprawdzianu przechodniego Smax do wałków, z – odległość pomiędzy osią symetrii pola tolerancji sprawdzianu przechodniego Smin

do otworów i linią odpowiadającą wymiarowi dolnemu A otworu, z1 – odległość pomiędzy osią symetrii pola tolerancji sprawdzianu przechodniego Smax

do wałków i linią odpowiadającą wymiarowi górnemu B wałka, H – tolerancja sprawdzianu do otworów o powierzchni pomiarowej walcowej, Hs – tolerancja sprawdzianu do otworów o powierzchni pomiarowej kulistej, H1 – tolerancja sprawdzianu do wałków.

Sprawdziany do wałków i otworów używa się do sprawdzania przedmiotów wykonanych

w klasach dokładności IT6 - IT16, sprawdziany wymiarów mieszanych – w klasach IT9 -

IT16. Tolerancje sprawdzianów do wałków i otworów przyjmuje się zgodnie z zasadami po-

danymi w tabeli 5.3.

W tabelach 5.4 i 5.5 podano wzory do obliczania sprawdzianów. W tabeli 5.6 podano

wartości parametrów, niezbędnych do wyznaczania tolerancji przedmiotu i sprawdzianu. Ob-

liczone wymiary sprawdzianów zaokrągla się do tysięcznych części milimetra: wymiary stron

Smaxi Smin zaokrągla się na zewnątrz materiału sprawdzianu, wymiar granicy zużycia Gz zao-

krągla się w głąb materiału sprawdzianu.

Tabela 5.3. Tolerancje sprawdzianów do wałków i otworów

Tolerancja przedmiotu Przedmiot

sprawdzany Sprawdzian IT6 IT7 IT8-

IT10 IT11-IT12

IT13-IT16

Tolerancja sprawdzianu

Otwór z powierzchnią

pomiarową walcową H IT2 IT3 IT3 IT5 IT7

z powierzchnią

pomiarową kulistą Hs IT2 IT2 IT2 IT4 IT6

wałek pierścieniowy lub szczękowy

H1 IT3 IT3 IT4 IT5 IT7

11

Tabela 5.4. Wzory do obliczania sprawdzianów do otworów

D [mm]

Smin Smax powierzchnia pomiarowa Gz powierzchnia pomiarowa walcowa kulista walcowa kulista

Ponad Do wzory

- 180 (A+z)±0,5H (A+z)±0,5Hs A - y B ± 0,5H B ± 0,5Hs

Tabela 5.5. Wzory do obliczania sprawdzianów do wałków

D [mm]

Smax Gz Smin

Ponad Do wzory

- 180 (B-z)±0,5H1 B + y1 B ± 0,5H1

Tabela 5.6. Wartości parametrów T, y, y1, z, z1 [µm]

D [mm]

do 3 3-6 6-10 10-18 18-30 30-50 50-80 80-120 120-180

IT6

T 6 8 9 11 13 16 19 22 25 Z 1 1,5 1,5 2 2 2,5 2,5 3 4 z1 1,5 2 2 2,5 3 3,5 4 5 6 Y 1 1 1 1,5 1,5 2 2 3 3 y1 1,5 1,5 1,5 2 3 3 3 4 4

T 10 12 15 18 21 25 30 35 40 IT7 z, z1 1,5 2 2 2,5 3 3,5 4 5 6

y, y1 1,5 1,5 1,5 2 3 3 3 4 4

IT8 T 14 18 22 27 33 39 46 54 63

z, z1 2 3 3 4 5 6 7 8 9 y, y1 3 3 3 4 4 5 5 6 6

IT9 T 25 30 36 43 52 62 74 87 100

z, z1 5 6 7 8 9 11 13 15 18

12

POLITECHNIKA POZNAŃSKA

Instytut Technologii Mechanicznej

Zakład Metrologii i Systemów Pomiarowych

..................................................................................... (Imię i nazwisko)

Wydział .......................Kierunek ..............................Grupa ...............

Rok studiów ............... Semestr ................. Rok akad. 20....../20......

LABORATORIUM METROLOGII Data wykonania ćw. Data oddania spr. Uwagi

SPRAWOZDANIE Z ĆWICZENIA LABORATORYJNEGO

TEMAT: SPRAWDZANIE NARZĘDZI POMIAROWYCH

SPRAWDZANIE MIKROMIERZA O ZAKRESIE POMIAROWYM: 0 – 25mm

1. SPRAWDZENIE STANU OGÓLNEGO: • brak zarysowań i wykruszeń na powierzchniach pomiarowych;

• podzielnia na korpusie i bębnie wyraźna i czytelna;

• słaba widoczność cyfr na wyświetlaczu;

• wrzeciono obraca się płynnie, zacisk i sprzęgło działa prawidłowo;

• błąd wskazania dolnego zakresu pomiarowego – zauważono błąd +2 µm.

2. SPRAWDZENIE DOKŁADNOŚCI WSKAZAŃ W CAŁYM ZAKRESIE POMIAROWYM:

Tabela 2.1. Sprawdzenie dokładności wskazań; A = 0 [mm]

Lp.

Wymiar płytki wzorcowej

[mm]

Wymiar płytki wzorcowej Wi

[mm]

Wskazanie mikromierza Xi

[mm]

Błąd wskazań fi= Xi – Wi

[mm] 1 A + 0,0 0,0 0,002 0,002

2 A + 2,5 2,5 2,499 -0,001

3 A + 5,1 5,1 5,103 0,003

4 A + 7,7 7,7 7,702 0,002

5 A + 10,3 10,3 10,304 0,004

6 A + 12,9 12,9 12,897 -0,003

7 A + 15,0 15,0 15,004 0,004

8 A + 17,6 17,6 17,600 0,000

9 A + 20,2 20,2 20,194 -0,006

10 A + 22,8 22,8 22,803 0,003

11 A + 25,0 25,0 24,998 -0,002

-0.008

-0.006

-0.004

-0.002

0

0.002

0.004

0.006

0 5 10 15 20 25

bła

d w

skaz

ań f

i[m

m]

punkt sprawdzania [mm]

wykres błędów wskazań mikrometru

F = 10 µm

|fi|max= 6 µm

fA = 2 µm

13

SPRAWDZENIE PŁASKOŚCI POWIERZCHNI POMIAROWYCH

Obraz prążków interferencyjnych powierzchni pomiarowych:

wrzeciona kowadełka

� =�

�= 0 m=1

Zgodnie z rysunkiem 4.3 odchyłka płaskości dla wrzecion wynosi P=0, a dla kowadełka:

2

λ⋅= mP , dla λ = 0,6 µm; Pk = 0,3 µm

3. SPRAWDZENIE RÓWNOLEGŁOŚCI POWIERZCHNI POMIAROWYCH

Obraz prążków interferencyjnych powierzchni pomiarowych dla płytki nr 1 (12,00 mm):

wrzeciona kowadełka

2

)(21

λmmr +=

r = (2 + 3) · 0,3 = 1,5 µm

m1=2 m2=3

Obraz prążków interferencyjnych powierzchni pomiarowych dla płytki nr 2 (12,12 mm):

wrzeciona kowadełka

2

)(21

λmmr +=

r = (3 + 3) · 0,3 = 1,8 µm

m1=3 m2=3

14

Obraz prążków interferencyjnych powierzchni pomiarowych dla płytki nr 3 (12,25 mm):

wrzeciona kowadełka

2

)(21

λmmr +=

r = (2 + 2) · 0,3 = 1,2 µm

m1=2 m2=2

Obraz prążków interferencyjnych powierzchni pomiarowych dla płytki nr 4 (12,37 mm):

wrzeciona kowadełka

2

)(21

λmmr +=

r = (3 + 2) · 0,3 = 1,5 µm

m1=3 m2=2

Maksymalna odchyłka równoległości wynosi: 1,8 µm

4. OCENA MIKROMIERZA

wymagania

wg normy

wartości

uzyskane ocena

Płaskości powierzchni pomiarowych 0,9 µm 0,3 µm spełnia

wymagania normy V

Równoległości powierzchni pomiarowych 2,0 µm 1,8 µm spełnia

wymagania normy V

Wartość błędu pary gwintowej

F= fi max - fi min 3,0 µm 10,0 µm

nie spełnia

wymagania normy –

Błąd dolnego zakresu fA=|f1| 2,0 µm 2,0 µm spełnia

wymagania normy V

Błąd wskazań maksymalny |fi|max 4,0 µm 6,0 µm nie spełnia

wymagania normy –

15

SPRAWDZANIE SPRAWDZIANU TŁOCZKOWEGO

1. POMIAR SPRAWDZIANU DO OTWORÓW

Wykonano pomiary strony przechodniej (Smin) i nieprzechodniej (Smax) sprawdzianu do

otworów (powierzchnia pomiarowa walcowa) ∅50F7 w 8-miu punktach pomiarowych, wyniki

przedstawiono w tabeli 1.1.

Tabela 1.1. Zmierzone odchyłki sprawdzianu do otworów

Pomiar sprawdzianu tłoczkowego

Miejsce pomiaru Smax[µm] Smin[µm]

I II I II

1 51 51 28 25 2 50 48 28 24 3 49 49 30 25 4 51 48 28 27

Wymiar nominalny z odchyłką[mm]

∅50 ,�� , � ∅50 ,��

,�

2. OBLICZENIA

Dla otworu ∅50 F7 wymiary graniczne wynoszą:

EI = 25 µm; To = 25 µm; ES = EI + To = 25 + 25 = 50 µm

Stąd wymiary graniczne:

Ao = D + EI = 50,000 + 0,025 = 50,025 mm

Bo = D + ES = 50,000 + 0,050 = 50,050 mm

Tolerancja wykonania sprawdzianu z tabeli 5.3:

H = IT3 = 0,004 mm

Z tabel 5.6 dobrano współczynniki:

z = 0,0035, y = 0,003,

na podstawie których obliczono wartości:

− strony nieprzechodniej

Smax = (Bo + 0,5 H) = (50,050 + 0,002) = 50,050±0,002 = , �

,��

16

− strony przechodniej

Smin = (Ao + z)±0,5H = (50,025 + 0,0035) ± 0,002 = 50,0285±0,002 = ,�

,��

Granicę zużycia strony przechodniej:

Gz = Ao – y = 50,025 – 0,003 = 50,022 mm

Ø50 ,�� , � Ø50 ,��

,�

SN

To=

25 µ

m

Gz =

50,0

22

Ao

= 5

0,0

25 m

m

Bo

= 5

0,0

50 m

m

Sm

ax =

,

�

,�

�

Sm

in =

,

�

,�

�

H =

4 µ

m

H =

4 µ

m

y

z

Smax Smin

y = 3,0 µm z= 3,5 µm

50,030

50,024

50,051

50,048