/
Текст
Ю. В. ВОРОНИН, А.А.РУБЦОВ
КОНТРОЛЬ
ИЗМЕРИТЕЛЬНЫХ
ПРИБОРОВ
И СПЕЦИАЛЬНОГО
ИНСТРУМЕНТА
10. В. ВОРОНИН, А. А. РУБЦОВ
КОНТРОЛЬ
ИЗМЕРИТЕЛЬНЫХ
ПРИБОРОВ
И СПЕЦИАЛЬНОГО
ИНСТРУМЕНТА
Одобрено Ученым советом Г осу дарственного
комитета СССР по профессионально-техническому
образованию в качестве учебного пособия для
технических училиш
МОСКВА «МАШИНОСТРОЕНИЕ» 1981
;LBK 30.10
B75
УДК 389:62(075.32)
Рецензенты д-р техн, наук проф. О. Ф. Тищенко,
канд. техн, наук А. А. Оганян
Воронин Ю. В., Рубцов А. А.
В75 Контроль измерительных приборов и специального
инструмента.
Учебн. пособие для технических училищ. — Машиност-
роение, 1981. — 200 с., ил.
30 к.
В книге рассмотрены основные принципы, методы и средства поверки мер
и измерительных приборов для линейных и угловых измерений; показано зна-
чение Государственной системы обеспечения единства мер и измерений в стра-
не. Приведены основные понятия метрологии и метрологической службы; изло-
жены вопросы выбора средств поверки, влияния погрешности поверки на оцен-
ку точности измерительных приборов, а также изложены основные принципы
юстировки приборов/
- Книга предназначена для учащихся технических училищ, готовящих конт-
ролеров измерительных приборов и специального инструмента,
Л 30104-118
В wo-ST'18 г'03“0""
ББК 30.10
6П5.8
' © Издательство «Машиностроение», 1981 г.
ВВЕДЕНИЕ
Измерение — один из древнейших процессов. Необходимость
в измерении возникла еще на заре трудовой деятельности челове-
ка, при распределении доходов и строительстве жилищ.
В настоящее время сложилась обширная наука об измерениях —
метрология, которая решает следующие основные проблемы: со-
здание систем единиц измерений и их хранение и воспроизводство,
разработку приемов и средств эталонирования, сличение одних мер
с другими, определение точности измерений.
Технические измерения — сравнительно молодая область метро-
логии, в которую входят теория и практика измерений размеров
деталей машин и приборов и, следовательно, используются только
линейные и угловые единицы измерения.
Современные технические средства измерений (меры, измери-
тельные приборы и измерительные инструменты), применяемые на
машиностроительных и приборостроительных заводах, совершен-
ство их конструкций, точность, единообразие, стабильность и мет-
рологическая надежность несомненно имеют большое значение в ре-
шении вопросов обеспечения качества промышленной продукции.
Поэтому необходимость надлежащей организации контроля и ре-
монта самих измерительных средств очевидна. Отсюда вытекает ос-
новная задача метрологии — обеспечение и поддержание единства
измерений.
Решение задачи единства измерений включает совершенствова-
ние методов воспроизведения единиц измерений и системы надеж-
ной передачи их значений от государственных эталонов до мер и
приборов, применяемых в промышленности.
Показательно в этом отношении введение в СССР Международной
системы единиц (СИ), предусматривающей, например, в качестве
единицы длины более точный «световой метр».
Прежнее определение метра, основанное на применении штри-
ховых эталонов и введенное еще в 1889 г. Первой Генеральной кон-
ференцией по мерам и весам, ограничивало точность воспроизве-
дения метра. Уже давно доказано, что никакое усовершенствова-
з
ние нанесения штрихов на платиново-иридиевый жезл не позво-
лит получить точность воспроизведения метра выше, чем с отно-
сительной погрешностью порядка ЫО"7. Во многих случаях такая
точность воспроизведения оказывается недостаточной.
Принятие нового определения метра через эталонную длину
световой волны позволяет повысить точность воспроизведения его
размера и довести относительную погрешность воспроизведения до
5-Ю-7.
В настоящее время разрабатывается новый метод воспроизве-
дения метра с помощью стабилизированных лазеров.
Система передачи значений единиц измерений от государствен-
ного первичного эталона к техническим рабочим мерам и приборам
совершается по ступеням в соответствии с поверочной схемой
(рис. 1). Например, для плоскопараллельных концевых мер длины
и приборов для измерения линейных размеров первую ступень за-
нимает воспроизведение метра в длинах световых волн. Вторую сту-
пень занимают эталонные концевые плоскопараллельные меры дли-
ны (эталоны сравнения). Третью ступень занимают плоскопараллель-
ные концевые меры длины 1-го разряда, аттестованные методом
воспроизведения метра в длинах световых волн на приборах ме-
нее высокой точности, чем первые.
Далее, в соответствии г обшей поверочной схемой (рис. 1) идут
затем последовательно идут оораз-
цовые концевые меры 3-, 4-,
5-го разрядов. Точность конце-
вых мер понижается от разряда
к разряду примерно в 2 раза.
Поверку мер и измеритель-
ных приборов проводят на осно-
ве определенных инструкций
и правил в метрологических
институтах и лабораториях по
утвержденным в надлежащем
порядке графикам. Выбор мето-
дики поверки определяется сте-
пенью достоверности при при-
емлемой трудоемкости
Достоверность измерения на
контрольно-измерительных при-
борах достигается совокупно-
стью операций, среди которых
все большее значение приобре-
тает юстировка. Юстировка име-
ет своей целью приведение из-
мерительных средств в рабочее
состояние. Она непосредственно
связана с проектированием из-
мерительных средств, разработ-
концевые меры 2-го разряда,
Рис. Метрологическая цепь передачи раз-
меров единиц от первичных эталонов ра-
бочим мерам и измерительным приборам
кой технологических процессов их изготовления, сборкой и кон-
тролем, их эксплуатацией и исследованием.
На всех перечисленных этапах перед проектировщиком, кон-
структором и исследователем возникает множество разнообразных
вопросов юстировки, от правильного решения которых во многом
зависит технологичность конструкции измерительных средств, их
себестоимость, а также качество, надежность и долговечность в
работе.
Юстировка нередко представляет сложную техническую зада-
чу. Причина кроется в недостаточной теоретической разработанно-
сти отдельных вопросов юстировки приборов, вследствие чего на
практике некоторые юстировочные задачи приходится решать опыт-
ным путем (методом пробных подвижек), который не всегда являет-
ся наилучшим.
Повышение роли метрологии в научном и техническом прогрес-
се, необходимость более специализированной подготовки кадров
метрологов обусловило введение в учебные планы технических
училищ курса «Контроль измерительных приборов и специального
инструмента». Данное пособие написано в соответствии с програм-
мой курса и отражает накопленный опыт в вопросах сборки, повер-
ки и юстировки некоторых универсальных измерительных средств.
Глава I
ОРГАНИЗАЦИЯ ГОСУДАРСТВЕННОЙ ПОВЕРКИ МЕР
И ИЗМЕРИТЕЛЬНЫХ ПРИБОРОВ
1. СВЕДЕНИЯ ОБ ИСТОРИЧЕСКОМ РАЗВИТИИ
ГОСУДАРСТВЕННОЙ СЛУЖБЫ МЕР И ВЕСОВ
Происхождение мер длины и веса и старинные русские меры
Издавна известно большое значение единства мер для правиль-
ного разития внутренней торговли и упрочения торговых связей
с соседними народами.
Надзор за правильностью торговых мер и весов в древней Руси
был поручен духовенству, о чем свидетельствуют записи в церков-
ном уставе князя Владимира (X в.). Монастыри и церкви являлись
первыми хранителями государственных мер и весов и представите-
лями надзора за их верностью.
В разных городах использовались разные меры, единообразия
мер не было, отсутствовали образцовые меры.
В XV в. с образованием Московского государства (после при-
соединения к нему торговых городов Новгорода, Пскова, Казани)
значительно увеличился оборот государства за счет торговли при-
соединенных городов. В этот период вырос доход от таможенных
пошлин и торговых сборов, что вызывало необходимость сосредото-
чения всех дел по мерам и весам в органах государственной власти.
В это время делаются попытки установить единообразие мер и ве-
сов на территории всего государства. По посадам и уездам были ра-
зосланы «печатные медные меры», копии с которых должны были
клеймиться «пятном».
В годы царствования Ивана Грозного (1533—1584) и царя Алек-
сея Михайловича (1645—1676), и особенно в период правления
Петра I (1682—1725), придававшего большое значение развитию про-
изводительных сил страны, меры и веса всегда являлись предмета-
ми внимания и забот правителей, что выражалось в издании ряда
наказов, указов, инструкций и других законодательных актов,
направленных на установление единых и правильных мер и весов.
В 1736 г. была создана специальная комиссия о мерах и весах.
Комиссия занялась созданием образцов русских мер и организа-
цией поверочного дела. Ею была установлена точная величина ар-
шина (рис. 2) по величине полуаршина длиной в 14 английских
дюймов, сохранившегося в кабинете Петра I. Комиссия наметила
организацию сети поверочных учреждений в провинции. Разрабо-
6
тайные ею положения нашти отражение в последующих законода-
тельствах.
С ростом национальной культуры, науки и техники и развити-
ем хозяйства вопросы единообразия мер в России и создания наци-
ональных образцов этих мер ставились все чаще и чаще.
В 1802 г. в связи с учреждением министерств все дела, отно-
сящиеся к мерам и весам, были переданы в ведение Министерства
внутренних дел. Были изготовлены образцовые четырехгранные
аршины для Петербурга — хрустальный, стальной и медный, а
также 52 образцовых аршина для губерний.
В 1810 г. Министерству внутренних дел было предписано орга-
низовать фабрику аршинов, а на Министерство финансов было
возложено их клеймение.
В 1827 г. была создана правительственная Комиссия образ-
цовых мер и весов, в которую вошли академики А. И. Ламберта,
В. К. Вишневский и Э. А. Коллинс. Позднее в нее вошел академик
А. Я. Купфер. Комиссия разработала систему основных российских
мер и весов, определила меру единицы длины — сажени, равной
7 англ, футам (путем сравнения с английскими мерами), а затем зна-
чение единицы меры веса — фунта, единицы емкости жидких тел —
ведро, сыпучих тел — четверик.
Рис. 2. Русские народные меры длины
7
Комиссия должна была изготовить из пластины сажень и фунт
в качестве основных образцов (государственных эталонов) и по две
копии их из железа для поверок (в качестве эталонов-свидетелей).
В 1838 г. был утвержден доклад министра финансов о месте под
постройку здания для центрального хранения российских нормаль-
ных мер и весов, которое и было построено в 1841 г. на территории
Петропавловской крепости в Петербурге.
Комиссия не разрешила всех вопросов надзора за мерами и ве-
сами, и только в 1842 г. именным указом было утверждено «Поло-
жение о мерах и весах», которое было введено в действие 1 января
1845 г. и предусматривало обязательное применение только русских
мер во всем государстве.
' Создание учреждения для хранения образцовых мер
Очень важным событием в истории метрологии было создание
специального учреждения для хранения образцовых мер, получив-
шего название «Депо образцовых мер и весов», которое явилось
первым государственным метрологическим и поверочным учрежде-
нием страны. В его задачи входило:
хранение «Российских нормальных мер и весов» (государствен-
ных эталонов) м собранных иностранных;
поверка копий указанных эталонов, исправление копий, ут-
ративших точность, и изготовление новых;
разрешение всех новых вопросов в части метрологии.
Изготовление мер и весов производилось казенными заводами
и частными мастерскими.
Поверка вновь изготовленных мер и весов в губернских горо-
дах должна была проводиться в казенных палатах, а в уездных го-
родах — в городских думах или магистратах. Надзор за точным
исполнением положения о мерах и весах возлагался на городскую,
земскую и сельскую полицию, а поверка проводилась лицами подчас
совершенно незнакомыми с этим делом и постепенно свелась к
простому клеймению и взиманию сбора.
Первым ученым хранителем Депо образцовых мер и весов был
назначен (1842—1865 гг.) русский академик А. Я. Купфер — извест-
ный метролог, принимавший деятельное участие в работе Комис-
сии еде в 1833 г.
При постройке здания Депо преследовалась лишь одна цель —
его несгораемость; условия, необходимые для точных метрологиче-
ских работ не были учтены. Здание оказалось холодным и сырым.
Металлические части приборов ржавели. Изготовление образцовых
мер и весов было поручено механикам, работавшим в Депо, они же
сами поверяли и клеймили все изготовленные меры и приборы. Все
попытки А. Я. Купфера осуществить правильную организацию
поверочного дела не имели успеха.
После смерти А. Я. Купфера ученым хранителем Депо образ-
цовых мер и весов стал (1865—1892 гг.) профессор В. С. Глухов.
8
По настоянию В. С. Глухова в 1879 г. было построено новое спе-
циальное здание, внутри которого находились особые изолирован-
ные комнаты, в которых поддерживалась постоянная температура.
Эти комнаты и по сей день являются хранилищем эталонов.
Профессор В. С. Глухов выдвинул ряд предложений по улучше-
нию состояния единообразия мер и весов. 20 мая 1875 г. Россия в чи-
сле 17 государств подписала Международную метрическую конвен-
цию.
Страны, подписавшие эту конвенцию, обязались учредить и со-
держать Международное бюро мер и весов, в задачи которого
входило создание международных и национальных метрических
эталонов (наявяннкту ппотлтмпями^ хранение международных эта-
лонов, сличение с ними национальных эталонов и установление
точных соотношений между метрическими мерами и мерами неметри-
ческими, применяемыми в различных странах.
В 1889 г. на I Генеральной конференции по мерам и весам был
утвержден международный прототип метра и распределены госу-
дарственные эталоны между странами — участниками конвенции.
Россия в результате жеребьевки получила эталон метра № 28,
эталон-свидетель № 11 и эталоны килограмма № 12 и №26.
Эталоны метров (рис. 3) имеют Х-образное поперечное сечение,
они изготовлены из сплава платины и иридия, обладают высокой
твердостью, сопротивляемостью коррозии и стабильностью разме-
ров.
В. С. Глухов пополнил оборудование Депо образцовых мер и ве-
сов, разработал проекты возобновления русских эталонов мер дли-
ны и веса. Однако, несмотря на некоторое улучшение поверочного
дела в стране, все же сильно сказывалось отсутствие единой си-
стемы поверочных органов, осуществляющих поверки и надзор
за мерами и весами.
Организация поверочного дела Д. И. Менделеевым
В 1892 г. ученым хранителем Депо был назначен великий рус-
ский ученый Д. И. Менделеев. Перед Депо были поставлены еле*
дующие основные задачи:
возобновление русских прототипов мер массы и длины (фунта
и аршина);
9
создание центрального метрологического учреждения с хорошо
оборудованными для научных работ лабораториями;
организация поверочного дела на новых началах.
Законом 1893 г., по предложению Д. И. Менделеева, Депо образ-
цовых мер и весов было преобразовано в Главную палату мер и ве-
сов, ставшую центральным метрологическим и поверочным учрежде-
нием России. Ее задача состояла в сохранении в государстве едино-
образия, верности и взаимосоответствия мер и весов.
Промышленный подъем 90-х годов сопровождался развитием
науки и техники. Сильно выросло число контрольно-измеритель-
ных приборов и мер в промышленности. Перед Главной палатой
встала задача расширения своего влияния в области измерений, по-
требовался контроль за правильностью применения приборов и их
показаний. Учрежденный в то время контроль ведомственными ор-
ганизациями пребывал в начальной стадии и являлся недоста-
точным.
Главная палата находилась в ведении Министерства финансов.
В обязанности Главной палаты входило:
хранение основных образцов (прототипов) единиц веса и мер,
принятых в России;
урянение копий и образцов иностранных единиц веса и мер;
изготовление с основных образцов ючпых копий местными по-
верочными учреждениями и поверка этих копий;
поверка всякого рода мер и измерительных приборов, представ-
ляемых учреждениями и лицами;
испытание и поверка специальных измерительных приборов;
составление сравнительных таблиц русских и иностранных
мер и инструкций, определяющих проведение поверки мер и весов
в местных поверочных учреждениях и установление наибольших
погрешностей, допускаемых для них;
рассмотрение всех вопросов, касающихся мер и весов как по
предложениям правительства, так и возникающих внутри Главной
палаты при ее работе.
Унаследованные Главной палатой от Депо образцовых мер и ве-
сов прототипы русских мер, изготовленные почти за 60 лет до уч-
реждения палаты, ни по точности, ни по качеству не отвечали сов-
ременным требованиям и не давали гарантии неизменности.
Работы по восстановлению прототипов были окончены в 1899 г.
Были созданы по три эталона аршина и фунта, а также специальный
эталон — П4 — с нанесенными штрихами, отмечающими единицы
длины трех систем мер: русской — аршина, английской — ядра,
метрической — метра с их подразделениями (всего 253 линии).
Эта мера, названная Д. И. Менделеевым «... единственным экзем-
пляром, драгоценным во всех отношениях», позволила установить
с большой точностью соотношения между единицами длины раз-
личных стран мира. Новая система мер была утверждена законом
1899 г., который вносил нововведения в организацию поверочного
дела в стране. В различных местах империи учреждались специаль-
10
ные поверочные палатки — первые поверочные органы, состоящие
из квалифицированных поверителей.
Все поверочные палатки были подчинены Главной палате, а
поверители должны были выдержать при Главной палате особые ис-
пытания в знании метрологических приемов, после чего допускались
к проведению поверки мер и весов и клеймению их.
Наблюдение за единообразием и взаимным соответствием мер
и всякого рода измерительных приборов было возложено на Глав-
ную палату, надзор же за правильным применением мер и весов,
снабженных поверительными клеймами, был возложен на местные
полицейские органы. В обязанности инспекторов Главной палаты
входило проведение внезапных ревизий во всех казенных и общест-
венных учреждениях, на фабриках, заводах. Нарушение каралось
судом.
Таким образом, положение о мерах и весах 1899 гг. существен-
но повышало гарантию сохранения в государстве единообразия,
верности и взаимного соотношения мер и весов и увеличивало роль
Главной палаты в организации государственной службы мер и весов
в стране.
В 1907 г. после смерти Д. И. Менделеева управляющим Главной
палаты был назначен его соратник, профессор Н. Е. Егоров. Под его
руководством Главной были изданы правила и инструкции
для всех обязательно проверяемых мер и измерительных приборов.
Одновременно с развитием поверочной деятельности росли кадры
поверителей.
Первая мировая война задержала рост поверочной работы.
Период деятельности Главной палаты мер и весов с 1893 г.
до Великой Октябрьской социалистической революции характери-
зуется тремя основными направлениями:
проведение большой и глубокой по содержанию научно-экс-
периментальной работы, связанной с восстановлением прототипов
русских мер и весов, созданием новых эталонов, изучением и повы-
шением их метрологической точности, в результате чего была под-
ведена техническая база под всю систему русских мер и весов и было
положено начало накоплению в нашей стране научного метрологи-
ческого опыта;
организация и развертывание деятельности лабораторий Главной
палаты и охват поверкой приборов различных областей измеритель-
ной техники, установление методов поверки и испытаний приборов,
требований к устройству приборов и их применению, нормирование
погрешностей;
создание поверочных учреждений в стране, начало развития
правильной организации поверочного дела и государственного над-
зора над состоянием измерительного хозяйства страны.
Главная палата вступила в революционный период, имея цен-
ный актив в виде персонала с большим накопленным опытом точ-
ного эксперимента и метрологического оборудования, а поверочные
J1
палатки — ценный актив в виде опытных и квалифицированных
кадров поверителей и образцового оборудования.
Много было сделано русскими учеными со дня организации го-
еударственной службы мер и весов (1845 г.) по революционный пе-
риод, но наибольшая работа была проведена за время Советской
власти, после издания и осуществления на практике ряда прави-
тельственных декретов, внесших коренные изменения в организа-
цию государственной службы мер и весов.
Ленинский декрет о введении
в стране метрической системы мер и весов
В сентябре 1918 г. по инициативе В. И. Ленина был принят де-
крет о введении в стране метрической системы мер. Закон 1899 г.
допускал существование двух систем мер в России — международ-
ного метра и килограмма и старых российских мер, которые века-
ми сложились и упрочились в обиходе России. В дореволюционной
России самые передовые ученые безрезультатно добивались введе-
ния метричекой системы в течение многих десятилетий.
Декрет гласил: «... положить в основу всех измерений ... мет-
пицрекую систему мер и весов». За единицу длины был принят метр,
за единицу веса (массы) — килограмм. Государственными этало-
нами единиц метрической системы были приняты копия междуна-
родного метра №28 и копия международного килограмма № 12.
В 1921 г. В. И. Ленин подписал постановление о проведении
Всероссийской поверки мер и весов, явившееся важнейшим до-
кументом в деле восстановления государственной службы мер и ве-
сов, пришедшей в упадок за годы войн (первой мировой и граждан-
ской). С этого времени происходит неуклонное развитие государст-
венной службы мер и весов благодаря исключительно большому,
неослабному вниманию со стороны партии и правительства.
В 1922 г. в результате постановления правительства была ак-
тивизирована деятельность Главной палаты, расширена сеть по-
верочных учреждений и восстановлено единство мер и весов на
всей территории Советского Союза. До этого поверочные палаты
в союзных республиках существовали самостоятельно и не были
связаны с Главной палатой.
Развитием постановления ЦИК и СНК СССР явилось создание
Палат мер и весов при союзных республиках с центральным органом
— Главной палатой (1924—1927 гг.) и утверждение положений о
них.
Метрологическим институтом при Главной палате и затем По-
верочным институтом были составлены правила, нормы и инструк-
ции, созданы поверочные установки, подготовлены квалифициро-
ванные кадры поверителей. Были введены обязательные поверки
всех новых измерительных приборов.
В 1926 г. государственным указом были утверждены правила
о контроле над производством измерительных приборов, обязатель-
12
ность испытаний измерительных приборов, что способствовало улуч-
шению их качества.
В 1929 г. было создано Лекально-калиберное управление (ЛКУ),
явившееся первой организацией по упорядочению лекально-кали-
берного хозяйства СССР. Лекально-калиберное управление широко
развернуло работу по унификации калибров, имевшей большое зна-
чение для взаимозаменяемости.
Начиная с 1930 г. осуществляется реорганизация государствен-
ной службы мер и весов.
2. ГОСУДАРСТВЕННАЯ СЛУЖБА МЕР И ВЕСОВ В СССР,
ЕЕ ЗАДАЧИ И СТРУКТУРА
Постановление ЦИК и СНК СССР от 9 сентября 1934 г. «О ме-
рах и весах» является законом, установившим все важнейшие по-
ложения о мерах и измерительных приборах в СССР.
Этим постановлением установлено, что СНК СССР (ныне Совет
Министров) утверждает список мер и измерительных приборов, под-
лежащих обязательной поверке и клеймению. Все предприятия,
производящие и ремонтирующие меры и измерительные приборы,
должны быть зарегистрированы в соответствующих органах.
Этим постановлением на государственную службу мер и ярглн
возлагается хранение эталонов всех единиц измерений в СССР и
монопольное, право воспроизведения этих эталонов.
Постановлением СНК СССР от 5 сентября 1938 г. «Об упорядо-
чении измерительного хозяйства в Союзе ССР» был образован Ко-
митет по делам мер и измерительных приборов (Коммерприбор),
на который была возложена основная задача — обеспечение едино-
образия, верности и правильности применения мер и измеритель-
ных приборов во всех отраслях народного хозяйства СССР. :
Решением правительства Комитет стандартов мер и измери-
тельных приборов при Совете Министров СССР в 1970 г. получил
наименование Государственного комитета стандартов Совета Мини-
стров СССР, а в 1978 г. был переименован в Государственный
комитет СССР по стандартам.
В функции комитета входит:
утверждение обязательных для всех предприятий, учреждений
и организаций правил и инструкций по поверке и применению мер
и измерительных приборов;
утверждение типов измерительных приборов, разрешаемых к
производству и импорту;
представление на утверждение правительства перечня единиц
измерений, допускаемых в СССР и производство, поддержание и
хранение государственных эталонов этих единиц измерения;
представление на утверждение правительства перечня мер и
приборов, подлежащих обязательной государственной поверке и не-
посредственное установление сроков, в которые все предприятия,
учреждения и организации обязаны представлять для государст-
13
венной поверки находящиеся у них меры и измерительные при-
боры;
регистрация всех предприятий, занимающихся производством
и ремонтом мер и измерительных приборов, и обследование техники
производства и ремонта, а также представление правительству СССР
заключений по планам производства и ремонта мер и измеритель-
ных приборов;
методологическое руководство подготовкой метрологических
кадров, проводимой другими организациями;
контроль деятельности ведомственных органов надзора за ме-
рами и измерительными приборами;
связь с международными метрологическими организациями по
вопросам метрологии.
Для выполнения возложенных функций Государственный Коми-
тет СССР по стандартам имеет в своем подчинении следующие на-
учные, поверочные, производственные и учебные учреждения:
Всесоюзный научно-исследовательский институт метрологии
им. Д. И. Менделеева (ВНИИМ) в г. Ленинграде с филиалом на
Урале в г. Свердловске;
несколько государственных институтов мер и измерительных
пр иОиров;
Центральное научно-исследовательское бюро единой служб™
времени;
республиканские, областные управления мер и измерительных
приборов с их постоянными отделениями;
экспериментальные заводы и мастерские;
государственные лаборатории по измерительной технике в об-
ластных, краевых и республиканских центрах;
Всесоюзную постоянную выставку контрольно-измерительных
приборов в Москве.
ВНИИМ проводит все основные работы по созданию эталонов
и является научно-методическим центром для других научно-ис-
следовательских учреждений.
В 1955 г. под Москвой был создан второй крупнейший метро-
логический центр нашей страны — Всесоюзный научно-исследова-
тельский институт физико-технических и радиотехнических измере-
ний (ВНИИФТРИ).
Институт разрабатывает эталоны и средства точных измерений
в ряде важнейших областей науки и техники, имеющих особое зна-
чение для научно-технического прогресса в радиоэлектронике, служ-
бе времени и частоты, автоматизации анализа и обработки инфор-
мации.
В Москве на базе существующего с 1934 г. Московского госу-
дарственного института мер и измерительных приборов в 1955 г.
создан Всесоюзный научно-исследовательский институт Государст-
венного комитета стандартов Совета Министров СССР (ВНИИК)
(ныне ВНИИМС), являющийся головной научной организацией в
области прикладной и законодательной метрологии.
14
Каждый из государственных институтов мер и измерительных
приборов имеет свою специализацию, например, один специализи-
рован на изучении измерения величин в настационарных процес-
сах и в области высоких частот, в другом сосредоточиваются все
работы по государственным испытаниям образцов мер и приборов,
изготовляемых в СССР, и изучаются вопросы по усовершенствова-
нию поверочной аппаратуры и т. д.
Каждый из государственных институтов мер и измерительных
приборов обеспечивает систематическую и правильную передачу
значений единиц измерений от государственных эталонов к образ-
цовым мерам и приборам поверочных учреждений, промышленных
предприятий и других организаций посредством рабочих эталонов,
руководствуясь порядком, установленным соответствующими пове-
рочными схемами.
Эти учреждения, помимо научно-исследовательской деятельности
(основной их работы), выполняют функции поверочных учреждений
на территории соответствующих областей.
Для ведения поверочных работ в каждом институте имеется
Управление государственного надзора, в которое входят отделы
ревизий и контроля, контрольно-поверочных пунктов, межрайон-
ных и временных отделений.
Управление гпгуляпгтпенного надзора в своем составе имеет
поверочные лаборатории: линейных и угловых измерений, элек-
трических и магнитных измерений, механических и теплотехниче-
ских измерений.
Управления мер и измерительных приборов через государст-
венных поверителей мер и измерительных приборов выполняют сле-
дующие функции:
государственную проверку и клеймение всех мер, выпускаемых
из производства и из ремонта, а также находящихся в применении
мер и измерительных приборов — по утвержденному списку;
ревизию всех мер и измерительных приборов, находящихся в
применении;
контроль за деятельностью всех органов ведомственного над-
зора за мерами и измерительными приборами;
регистрацию всех предприятий, изготовляющих, ремонтирую-
щих и осуществляющих надзор за мерами и измерительными при-
борами;
производство различных экспертиз мер и измерительных при-
боров.
В связи с разной насыщенностью мерами и измерительными
приборами республик, областей и краев поверочные учреждения
имеют различное оборудование для проведения поверочных работ.
Лаборатории этих учреждений по своей технической оснащенности
делятся на три разряда. Лаборатории I разряда производят повер-
ку разнообразных приборов по наиболее широкой номенкла-
туре, лаборатории III разряда — по минимальной номенклатуре.
15
Номенклатура поверяемых приборов установлена Государствен-
ным комитетом СССР по стандартам.
Лаборатории III разряда поверяют:
1) образцовые штриховые меры, исключая меры 1-го разряда;
2) штриховые меры всех назначений;
3) путевые железнодорожные шаблоны;
4) калибры;
5) микрометрические инструменты, кроме штихмассов;
6) штангенинструменты.
Лаборатории II разряда поверяют все меры и приборы, подле-
жащие поверке в лаборатории III разряда по позициям (1—4), а
также:.
5) концевые меры длины основных разрядов 3-го и ниже;
6) концевые меры длины подчиненных разрядов 3—6-го;
7) оптиметры вертикальные и горизонтальные, ультраоптимет-
ры, ортотесты и микромеры;
8) рычажно-чувствительный инструмент всех назначений;
9) микрометрический инструмент всех назначений;
10) штангенинструменты;
11) резьбоизмерительный инструмент;
12) угловыер плитки;
13) угломеные приборы и инструменты (исключая гониомет-
ры); '
14) плоские и плоскопараллельные стекла.
Лаборатория I разряда поверяет все меры и приборы, подлежа-
щие поверие в лаборатории III разряда по позициям (1—6), все
меры и приборы, подлежащие поверке в лаборатории II разряда
по позициям (5—14), а также:
15) концевые меры длины II разряда;
16) микроскопы и измерительные машины;
17) приборы для измерения зубчатых колес;
18) . зубомерные приборы;
1.9) образцы качества металлических поверхностей;
20) гониометры;
21) прибора.для определения оптических свойств стекла. *
* ' 4
3. ГОСУДАРСТВЕННАЯ СИСТЕМА ОБЕСПЕЧЕНИЯ
ЕДИНСТВА ИЗМЕРЕНИЙ
Система метрологического надзора
Система метрологического надзора включает комплекс правил,
положений и требований технического, экономического и правового
характера, определяющих организацию и порядок проведения ра-
бот по поверке средств измерений, метрологической ревизии и мет-
рологической экспертизы.
Метрологический надзор проводится в следующих целях: обес-
печения единства й достоверности-измерений в стране; систематиче-
16
ского совершенствования парка средств измерений путем внедрения
новой измерительной техники; поддержания средств измерений! в по-
стоянной готовности к выполнению измерений.
За надлежащее состояние и исправность средств измерений,
правильность производимых измерений, организацию и качество
ведомственного метрологического надзора ответственность несут ру-
ководители предприятий, организаций и учреждений.
Метрологический надзор должен осуществляться путем прове-
дения поверки средств измерений, метрологической ревизии, мет-
рологической экспертизы.
Средства поверки должны подвергаться первичной, периодиче-
ской, внеочередной и инспекционной поверкам.
Метрологическая ревизия проводится для определения соот-
ветствия средств измерений и применяемых методик измерений сов-
ременным требованиям народного хозяйства и уровню метрологиче-
ского обеспечения производства.
Метрологической ревизии должны подвергаться средства изме-
рения предприятий, осуществляющих изготовление, ремонт, экс-
плуатацию, хранение и продажу средств измерений.
Метрологическая экспертиза проводится для экспертной оцен-
ки состояния средств измерений и правильности их поверки и при-
менения. Она проводится при возникновении спорных вопро-
сов по метрологическим свойствам, методам и средствам пояр-
ки, исправности средств измерений и пригодности их к приме-
нению*
Работа по государственной поверке и ревизии мер и измеритель-
ных приборов выполняется старшими государственными поверите-
лями и государственными поверителями. Поверители должны иметь
соответствующую метрологическую подготовку (права и обязанно-
сти госповерителей установлены постановлением СНК СССР № 92
от 15.1.1935 г.).
В обязанности государственных поверителей входит:
поверка и клеймение по утвержденному списку выпускаемых
из производства и ремонта, находящихся в эксплуатации и посту-
пающих из-за границы мер и измерительных приборов;
поверка образцовых мер и измерительных приборов;
ревизия мер и измерительных приборов, применяемых во всех
отраслях народного хозяйства.
Государственному поверителю ежегодно выдаются персонально
закрепляемые за ним поверительные клейма с установленным шиф-
ром под его личную ответственность. Номенклатура и рисунок клейм
разрабатываются на каждый год, представляются к утверждению
Государственным комитетом СССР по стандартам не позднее 1 ян-
варя года, предшествующего году введения клейм.
Порядок, изготовление, хранение и пользование поверитель-
ными клеймами установлены определенными правилами
На клеймах, служащих для клеймения мер и приборов, имею-
щих широкое распространение, кроме общих обозначений, выстав-
17
ляется индивидуальный знак (шифр) государственного поверителя.
Этот шифр позволяет точно установить, кем персонально из госу-
дарственных поверителей зайклеймен данный прибор.
Организация метрологического надзора на заводе
Измерительные средства требуют систематической поверки, так
как даже незначительный износ их деталей, небольшое изменение
упругих свойств пружин, небольшое смещение регулировочных при-
способлений, легкий налет ржавчины на осях, пыль и т. д. способ-
ны вызвать значительные по величине изменения в показаниях
измерительных приборов. Опыт показывает, что большая часть
средств измерений, даже если они не участвуют в работе, а хранят-
ся в лабораториях и кладовых, изменяют свои показания. Со вре-
менем, например, изменяется длина стальных концевых мер, изме-
няются в длине меры, изготовленные из инвара (они удлиняются).
Часто на результате измерения сказывается неправильное исполь-
зование прибора. Таким образом, в любом случае, находится ли
прибор в эксплуатации или хранится, он требует регулярной по-
верки.
Период времени, в течение которого прибор дает правильные
показания, зависит от качества и особенностей самого прибора,
от интенсивности и от условий его эксплуатации, а также ш тре-
буемой точности измерения.
Отсюда можно сделать вывод, что чаще поверять следует те
приборы, от которых требуется высокая точность и которые рабо-
тают в коррозийной среде, при усиленном запылении, ударных
нагрузках, длительных часовых загрузках и т. д. Встречаются ус-
ловия работы приборов, когда их приходится поверять еженедель-
но, ежедневно и даже посменно.
Ответственность за состояние и точность мер и измерительных
приборов возлагается на руководителей тех предприятий и ор-
ганизаций, где они используются.
Утверждены специальные правила об организации ведомствен-
ного надзора за мерами и приборами, применяемыми для контроля
размеров на машиностроительных предприятиях. Предприятия и
заводы, пользующиеся измерительными приборами, обязаны орга-
низовать периодические их поверки своими средствами или с привле-
чением специализированных организаций в промежутках между го-
сударственными поверками.
Центральные органы надзора выполняют следующие функции:
а) руководят деятельностью органов надзора в объединениях и
предприятиях; контролируют соблюдение законов о мерах и весах;
б) проводят технико-организационные мероприятия по обеспе-
чению единства мер, по внедрению рациональных и современных кон-
струкций измерительных приборов и современных методов контро-
ля, по организации ремонта мер и измерительных приборов, по под-
готовке кадров, надзору, эксплуатации и ремонту;
18
в) разрабатывают положения, инструкции и технические ука-
зания по вопросам надзора, эксплуатации и ремонта мер и измери-
тельных приборов;
г) определяют сеть базовых поверочных, юстировочных и ре-
монтных органов и устанавливают контроль за их деятельностью;
д) анализируют материалы о браке продукции, расходе мате-
риала и других потерях, являющихся следствием применения не-
верных мер и измерительных приборов, проводят мероприятия по
устранению этих потерь.
Формы организации ведомственного надзора на промышленных
предприятиях зависят от количества измерительных приборов, име-
ющихся на данном предприятии, от условий их эксплуатации, от
точности, с которой должны контролироваться производственные
процессы на данном предприятии.
Индивидуальное и мелкосерийное производство характеризует-
ся наличием большого числа универсальных измерительных средств,
что требует хорошо налаженной периодической.их поверки. Орга-
низация же текущей (сменной) поверки почти не требуется.
Серийное произодство характеризуется наличием как специа-
лизированных, так и универсальных измерительных средств, что
требует налаженной периодической поверки универсальных средств
и текущей поверки жестких измерительных средств.
Крупносерийное и массовое производство характеризуется ши-
роким применением жестких средств измерений (калибры, шаблоны
и т. п.), а также специальных механизированных контрольных при-
боров, полуавтоматов и автоматов, что требует качественной те-
кущей поверки и повседневного контроля и наладки специализи-
рованных измерительных средств.
Метрологическая служба завода является основным звеном ве-
домственной метрологической службы и создается по приказу ди-
ректора завода как самостоятельное структурное производствен-
ное подразделение, возглавляемое главным метрологом завода.
Главный метролог назначается приказом директора завода,
подчиняется непосредственно главному инженеру и несет ответст-
венность за работу метрологических служб завода.
Когда на предприятиях имеется большое число средств изме-
рений определенной области измерения, организуются специали-
зированные измерительные лаборатории (например, линейно-угло-
вых измерений). Иногда специализированные лаборатории органи-
зуются и при небольшом парке приборов, но при высоких требо-
ваниях к точности производственных процессов.
Заводские органы контроля измерительных средств
Структура метрологической службы завода включает метроло-
гические лаборатории и лабораторию (бюро) организации метроло-
гического обеспечения. Метрологические лаборатории чаще созда-
ются по видам измерений: лаборатория разработки методик выпол-
19
нения измерений и метрологической экспертизы; лаборатория по-
верки и надзора за средствами измерений, лаборатория ремонта и
наладки средств измерений и др.
На службу завода по метрологическому обеспечению производст-
ва возлагаются следующие обязанности:
1) хранение, поддержание на должном уровне и обеспечение
поверки в органах Государственного комитета СССР по стандартам
основных мер и приборов завода в сроки, установленные заводской
поверочной схемой;
2) разработка поверочной схемы и плана внедрения ее, согла-
сование поверочной схемы с органами Государственного комитета;
3) поверка и аттестация всех подчиненных наборов концевых
мер завода, а также юстировка, поверка и аттестация всех оптико-
механических приборов, находящихся в цехах завода, и контроль
за состоянием и исправностью средств измерения, находящихся
в измерительной лаборатории и контрольно-поверочных пунктах;
4) контроль за качеством ремонта, поверка и аттестация всех
измерительных средств после ремонта;
5) руководство работой метрологических лабораторий, инструк-
таж и контроль за их деятельностью; составление в соответствии
с поверочной схемой графиков принудительной поверки средств
измерения и утверждение календарных графиков принудительной
поверки, составляемых контрольно-поверочными пунктами;
6) проверка сложных калибров, инструментов и приспособлений;
измерение и контроль по заданию главного инженера или главно-
го метролога размеров готовых деталей и изделий с целью иссле-
дования причин размерного брака;
7) разработка и внедрение единой для завода системы аттеста-
ции и паспортизации средств измерения;
' 8) разработка методов измерения и поверки средств измерения,
необходимых заводу, а также внедрение наиболее совершенных
приборов и методов контроля в производственных цехах;
9) контроль за правильным назначением средств измерения в
технологических картах, консультация и помощь технологическо-
му бюро в отношении выбора и назначения средств измерения.
: На контрольно-поверочные пункты при цехах завода возлага-
ются следующие обязанности:
1) поверка (периодическая, сменная, при возврате в инструмен-
тально-раздаточную кладовую — ИРК) всех средств измерения,
инструментов и приспособлений, применяющихся в обслуживае-
мом цехе, в сроки, утвержденные начальником метрологической ла-
боратории;
2) разработка совместно с метрологической лабораторией пове-
рочной схемы в части, относящейся к данному КПП, и разработка
календарных графиков принудительной поверки средств измерения;
3) принудительное изъятие из эксплуатации изношенных или
неверных средств измерения;
20
4) осуществление надзора за правильной эксплуатацией средств
измерения, за хранением их в ИРК и на рабочих местах и инструк-
таж рабочих и контролеров по правильному использованию средств
измерения;
5) установление на размер и пломбирование регулируемых
калибров;
6) распределение калибров по использованию для рабочих,
контролеров, приемщиков;
7) контроль работы инструментально-раздаточной кладовой в
части своевременного направления средств измерения на поверку
как периодическую, так и при возвращении их с рабочих мест.
Состав метрологической лаборатории:
начальник — инженер, имеющий опыт практической работы в
области измерительной техники;
начальник КПП — инженер или техник, имеющий квалифика-
цию не ниже контрольного мастера;
старший лаборант — инженер или техник с опытом практиче-
ской работы на измерительных приборах;
юстировщик (оптик-механик) — техник, имеющий опыт в об-
ласти поверки и юстировки измерительных приборов;
лаборант и контролер КПП — общая подготовка в объеме сред-
ней школы, специальные курсы, стажировка или сдача техмини-
мума, подготовка в технических училищах.
4. МЕЖДУНАРОДНЫЕ МЕТРОЛОГИЧЕСКИЕ ОРГАНИЗАЦИИ
В настоящее время Метрическую конвенцию подписала 41 стра-
на, метрическая система узаконена в более чем ПО странах мира.
В 1933 г. СССР поставил на Генеральной конвенции по мерам
и весам вопрос о международном сотрудничестве в области законо-
дательной метрологии. В результате длительного изучения вопро-
са в 1956 г. была подписана международная конвенция об учреж-
дении Международной организации законодательной метрологии
(МОЗМ). В настоящее время членами этой организации состоят
44 страны мира. Задачи МОЗМ:
создание центра документации и информации о национальных
службах контроля за измерительными приборами, которые подле-
жат надзору в соответствии с правилами, установленными закона-
ми, и о поверке этих приборов;
перевод и издание текстов законодательных правил об измери-
тельных приборах и их использовании;
изучение с целью унификации методов и правил решения тех
задач законодательного и распорядительного характера в области
законодательной метрологии, которые представляют международ-
ный интерес;
составление типового проекта закона и регламента, относящих-
ся к измерительным приборам и их применению;
21
установление характеристик и качеств, которые должны быть
присущи измерительным приборам, рекомендованным для приме-
нения в международном масштабе.
При организации существует Международное бюро законода-
тельной метрологии (МБЗМ), находящееся в Париже. Его деятельно-
стью руководит Международный комитет законодательной метро-
логии (МКЗМ). Основными рабочими органами в организации явля-
ются секретариаты-пилоты (СП), при каждом из которых работает
международная рабочая группа, и секретариаты-докладчики (СД),
имеющие национальные рабочие группы. Секретариаты-пилоты раз-
рабатывают планы по определенным направлениям работы, коор-
динируют работу СД по этим направлениям, согласовывают со
странами-участниками проекты рекомендаций перед представлением
их в МКЗМ. Секретариаты-докладчики разрабатывают проекты
международных документов по конкретным темам.
В настоящее время образовано 28 СП, которые разделены на
три группы:
первая группа (14 СП) занята разработкой международных
рекомендаций по видам измерений;
вторая группа (10 СП) разрабатывает рекомендации по общим
вопросам;
третья группа (4 СП) занимается вопросами метрологического
обеспечения.
В составе СП установлено 200 СД.
За СССР закреплены три СП:
СП №21, занимающийся нормированием метрологических ха-
рактеристик средств измерений;
СП № 24, ведающий применением стандартных образцов для
поверки средств измерений;
СП № 30, осуществляющий физико-химические измерения.
В настоящее время все большее значение в области метрологии
приобретает сотрудничество стран—членов СЭВ. Метрологи стран—
членов СЭВ последовательно проводят линию на выполнение за-
дач, поставленных комплексной программой. Постоянно растет
объем тематики по унификации общих правил и норм, направлен-
ных на решение практических задач экономического и научно-
технического сотрудничества.
5. МЕЖДУНАРОДНАЯ СИСТЕМА ЕДИНИЦ
До 1960 г. в некоторых странах действовали различные едини-
цы измерений физических величин. Во многих странах, в том числе
и в СССР, действовала метрическая система мер, базой которой
являются две основные единицы — метр и килограмм. В Велико-
британии действовала неметрическая система единиц измерения,
основой которой является единица длины дюйм, а веса — фунт.
Еще большее разнообразие наблюдалось в производных еди-
ницах.
22
Наличие большого числа метрических и неметрических систем
единиц затрудняет их практическое использование, так как возни-
кают трудности с переводом числовых значений из одной системы
в другую, при этом вводятся поправочные коэффициенты.
Для решения вопроса об усовершенствовании системы единиц
и создании единой международной системы в 1960 г. XI Генеральная
конференция по мерам и весам приняла резолюцию. Этой резолюци-
ей была установлена Международная система единиц (СИ), опреде-
лено ее наименование, сокращенное обозначение, утвержден список
основных, дополнительных и производных единиц, даны способы
образования кратных и дольных единиц с помощью множителей
и приставок (табл. 1, 2).
В настоящее время в СССР развертываются мероприятия по
обязательному применению Международной системы единиц.
Самым существенным средством поддержания единства измере-
ния является воспроизведение и хранение единиц измерения с по-
мощью эталонов. Эталон вопроизводится с наивысшей метрологиче-
ской точностью, достигаемой при современном состоянии науки и
техники. В качестве примера приведем определения некоторых ос-
новных единиц системы СИ. Единица длины — метр — это длина,
равная 1 650 763,73 длин волн в вакууме излучения, соответствую-
щего переходу между уровнями и атома криптона-86
Единица массы — килограмм, представлен массой международ-
ного прототипа килограмма.
Единица времени—секунда, равна 9192631770 периодов излу-
чения, соответствующего переходу между двумя сверхтонкими
уровнями основного состояния атома цезия - 133.
Таблица 1
Единицы СИ
Величина Единица
Наименова- ние Обозначение
русское международ- ное
Основные единицы СИ
Длина Л метр м m
Масса килограмм кг kg
Время секунда с s
Сила электрического тока ампер А А
Количество вещества кельвин К К
Термодинамическая температура моль моль mol
Сила света кандела кд cd
Дополнительные единицы СИ
Плоский угол радиан рад | rad
Телесный угол стерадиан ср 1 sr
23
Производные единицы СИ, имеющие собственные наименования
Величина Единица Выражение производной единицы
наименование Обозна- чение через другие единицы СИ через основные единицы СИ
Частота герц Гц С1
Сила ньютон Н — м-кг-с-2
Давление паскаль Па Н/м2 м-Гкгс”2
Энергия, работа, ко- личество теплоты джоуль Дж Нм М2-КГ-С“2
Мощность, поток энергии ватт Вт Дж/с М2-КГ-С“3
Количество электри- чества, электрический кулон Кл Ас с-А
заряд Электрическое напря- жение, электрический потенциал вольт В Вт/А м2-кг-с~3 • А-1
Электрическая ем- кость фарада Ф Кл/В м~2-кг”1-с4- А2
Электрическое сопро- тивление ом Ом В/А м2-кг-с“3-А~2
Электрическая прово- димость сименс См А/В м—2 • кг-1 • с3 • А2
Поток магнитной вебер Вб Вс м2-кгс~2-А“1
индукции Магнитная индукция тесла Тл Вб/м2 кг-с~2-А“1
Индуктивность генри Гн Вб/А м2-кгс~2-А“2
Световой поток люмен лм — кд-ср
Освещенность люкс лк — м~2-кдср
Активность нуклида беккерель Бк — С”1
Доза излучения грэй ГР — М2-С~2
, Единица силы электрического тока — ампер — это сила неиз-
меняющегося тока, который, проходя по двум параллельным прямо-
линейным проводам бесконечной длины и ничтожно малого круго-
вого сечения, расположенным на расстоянии 1 м один от другого
Таблица 2
Множители и приставки для образования десятичных кратных
и дольных единиц и их наименований
Множи- тель, на который умножает- ся единица Приставка Обозначение Множитель на который умножает- ся единица Приставка Обозначение
русское между- народное русское меж дуя народное
1012 тера Т т io-2 санти С С
10® гига) Г G io-3 милли м m
10® мега м М 10“в микро мк И
10® кило к к ’ 10“» нано н п
10® гекто г h 10”12 пико п Р
101 дека да da ю-1® фемто ф f
ю-1 деци д d Ю-18 атто а а
24
в вакууме, вызывал бы между этими проводниками силу, равную
2*10-7 Н на каждый метр длины.
Система СИ позволяет упростить операции по решению урав-
нений, проще производить расчеты, составлять номограммы вслед-
ствие того, что нет необходимости пользоваться переводными коэф-
фициентами.
6. ТЕХНИЧЕСКАЯ ДОКУМЕНТАЦИЯ ПОВЕРКИ
Непосредственными исполнителями обязательной поверки новых
и находящихся в эксплуатации измерительных средств являются
контрольно-поверочные пункты (КПП). Каждое предприятие состав-
ляет поверочную схему, в которой предусматриваются методы,
средства, сроки поверки всех применяемых средств, а также сроки
составления технической документации поверки.
На все средства измерения составляются паспорта, инструкции
по эксплуатации, поверке и хранению измерительных средств.
На средства измерения имеются также карты оперативных измере-
ний по замерам, проводимым рабочими цехов и работниками бюро
технического контроля.
На неисправные приборы составляют рекламационные акты и
детельство установленной формы. Результаты поверки средств
техническим контролем предприятия-изготовителя оформляют вы-
дачей выпускного аттестата.
Основанием для выдачи свидетельства является протокол по-
верки средства измерения. В протоколе указывается номер прибора,
число, месяц, год поверки, номер протокола, тип или модель при-
бора. В тексте указывают также наименование за вода-изготовителя,
завода, эксплуатирующего средство измерения. В протоколе име-
ется графа параметров окружающей среды, при которых происходи-
ла поверка средства измерений: температура в начале и конце изме-
рений, относительная влажность. Поверителем составляется табли-
ца номеров пунктов стандартов, которые проверялись, в этой таб-
лице указываются также допускаемые и действительные отклонения.
Протокол заверяется личной подписью поверителя или госповери-
теля с указанием результатов поверки (прибор годен или не годен).
На средства измерения, прошедшие поверку с отрицательным
результатом, в паспорте делается соответствующая запись и к даль-
нейшему обращению и применению они не допускаются.
7. ОХРАНА ТРУДА И ПРОТИВОПОЖАРНАЯ БЕЗОПАСНОСТЬ
При проведении поверки средств измерения особое внимание
уделяется организации труда контролера и соблюдению правил тех-
ники безопасности. При этом предъявляются повышенные требова-
ния к состоянию помещения, в котором будет размещен КПП, осве-
25
щению, удобству работы контролера, снижению утомляемости, рас-
положению оборудования лаборатории, хранению протирочных
и смазочных материалов, вентиляции, наличию средств пожароту-
шения.
Помещение для поверки средств измерения должно быть чистым,
сухим, стены окрашены в спокойные тона. Освещение помещения
должно быть дневное и электрическое, общее и индивидуальное. В по-
мещении лаборатории необходимо ежедневно проводить уборку, под-
держивать чистоту и порядок; категорически запрещается загро-
мождать проходы, входы и выходы оборудованием и материалами.
Форточки в окнах должны быть расположены таким образом, что-
бы исключить появление сквозняков, так как это может привести
к большому колебанию температуры. Рабочий стол располагают та-
ким образом, чтобы к нему можно было подойти свободно со всех
сторон. Столы должны иметь регулируемые опорные поверхности.
Сидения для контролеров должны быть регулируемыми по высоте,
а в особых условиях, связанных с длительным пребыванием в крес-
ле, иметь регулируемые спинки с подлокотниками.
Особые требования предъявляются к помещению по соблюдению
температурного режима и влажности воздуха. Для поверки боль-
шинства приборов температура в помещении должна быть 20° С.
Допуски на изменение температуры в помещении устанавливаются
конкретным стандартом. Например, при поверке длиномеров пнев-
матических высокого давления ротаметрического типа, согласно
ГОСТ 8.224—76, температура помещения должна быть 20 ± 1°С
для длиномеров с ценой деления 0,2; 0,5; 1 и 2 мкм, 20 + 2° С —
для длиномеров с ценой деления 5 и 10 мкм. При поверке машин
оптико-механических для измерения длин, согласно ГОСТ 8.336—78,
требуется температурный режим помещения 20 ± 0,5° С для номи-
нальной длины поверяемого интервала машины до 4 000 мм.
Стандартами устанавливаются также требования к режиму по-
мещения по относительной влажности окружающего воздуха, кото-
рая находится для большинства приборов в пределах 70—80%.
Контроль влажности проводится гигрометром. Атмосферное давле-
ние в помещении лаборатории поверки должно быть 101,3± 3,3 кПа,
давление водяных паров в воздухе 1,333 кПа. Для контроля тем-
пературы в лаборатории применяют термометры с ценой деления не
более 0,1° С. При поверке особо точных приборов (например, опти-
ко-механических машин типа ИЗМ) для контроля температуры уста-
навливают три термометра, которые располагают по длине машины
в начале, в конце и в середине над машиной.
Машины и приборы, имеющие большую массу и габаритные
размеры, при поверке устанавливают на специальном фундаменте,
имеющем предохраняющие устройства от сотрясений и вибраций.
При небольшой длине машин (до 1 м) их устанавливают на столе
с прочным основанием, исключающим тряску и вибрации. При этом
к машинам и приборам должен быть свободный доступ, а рядом не
должны находиться батареи отопления.
26
При поверке пневматических средств измерения проверяют гер-
метичность показывающих манометров, верхний предел которых и
цена деления должны быть оговорены в стандарте. Во время испы-
таний необходимо контролировать давление воздуха в магистральной
сети, изменение которого за время проведения операций поверки
(например, при поверке длиномеров пневматических) должно быть
не более 0,05 МПа.
Все приборы, работащие от сети, необходимо заземлить и перед
поверкой замерить напряжение в сети.
На поверку часто поступают приборы, имеющие защитную смаз-
ку. Для снятия смазки со всех металлических частей и протирки
машин применяют чистый бензин марки Б-70. Промывку бензином
проводят в специальном помещении в вытяжном шкафу с включен-
ной вентиляцией. Система вытяжной вентиляции должна обеспечить
в воздухе рабочей зоны концентрацию паров бензина не более до-
пускаемой, определяемой нормалью.
В помещении, где проводится промывка, должны быть преду-
смотрены знаки и сигнальные цвета в соответствии с ГОСТ 12.4.026—
76. Запрещено пользоваться открытым огнем, курить, а также
применять электронагревательные приборы, пылесосы, полотеры.
Промывку выполняют в маслобензостойких перчатках.
Очищенные от смазки бензином поверхности протирают чистым
мягким полотенцем или салфеткой. Использованные горючие жид-
кости категорически запрещается сливать в канализацию. Ветошь,
салфетки, полотенца после окончания работы выносят из помеще-
ния.
Горючие жидкости хранят в металлической посуде, плотно за-
крытой металлической крышкой, в количестве не более одноднев-
ной нормы, требуемой для промывки.
При поступлении на поверку средств измерения проверяется
их размагниченность. Размагничивание определяется с помощью
феррозондового полюсоискателя ФП-1.
Все средства измерения, поступившие на поверку, выдерживают
при температуре помещения в течение времени, определяемого со-
ответствующим стандартом (например, ГОСТ 8.050—73).
После окончания работы рабочую одежду необходимо хранить
на вешалке в кабине, не допуская ее хранения в свернутом виде
в рабочих столах. Вся документация поверки должна быть отме-
чена в журнале регистрации и сдана ответственным лицом на хра-
нение.
В помещении в определенных местах должны находиться необ-
ходимые средства пожаротушения (пожарные краны, огнетушите-
ли). Перемещать средства пожаротушения в другие места без раз-
решения ответственных лиц запрещается.
На батареях отопления нельзя сушить ветошь, одежду, а также
хранить бумагу, тетради. При выходе из строя предохранителей
электросети необходимо заменять их только стандартными предо-
хранителями.
Глава II
ОСНОВЫ ТЕХНИЧЕСКИХ ИЗМЕРЕНИЙ
1. ОСНОВНЫЕ МЕТРОЛОГИЧЕСКИЕ ПОНЯТИЯ
Метрология— наука об измерениях, методах и средствах обес-
печения их единства и способах достижения требуемой точности.
К основным задачам метрологии относятся: разработка общей
теории измерений; установление единиц физических величин и их
систем; создание методов и средств измерений, методов определения
точности измерений; обеспечение единства и единообразия средств
измерений; создание эталонов и образцовых средств измерений;
разработка метопов передачи размеров единип лт эталонов или
образцовых средств измерений рабочим средствам измерений.
Измерение — нахождение значения физической величины опыт-
ным путем с помощью специальных технических средств.
По способу получения численного значения измеряемой вели-
чины различают прямое, косвенное, совокупное, совместное, аб-
солютное и относительное измерения.
На производстве чаще приходится встречаться не с понятием
«измерение», а с понятием «контроль», которое имеет более общий
смысл, чем измерение.
Контроль — это установление годности данного предмета, т. е.
определение нахождения размеров в пределах допуска.
Алгебраическая разность результата измерения и истинного
(действительного) значения измеряемой величины называется по-
грешностью измерения.
Единство измерений — состояние измерений, при котором их
результаты выражены в узаконенных единицах и погрешности из-
мерений известны с заданной вероятностью.
Для обеспечения единства измерений необходима тождествен-
ность единиц, в которых проградуированы все средства измерений
одной и той же физической величины.
Воспроизведение, хранение и передача размеров единиц с це-
лью сохранения их единообразия осуществляется с помощью эта-
лонов и образцовых средств измерений. Высшим звеном в метроло-
гической цепи передачи размеров единиц измерений является эталон
(см. рис. 1).
28
Эталон — средство измерений, обеспечивающее воспроизведе-
ние и хранение единицы с целью передачи ее размера нижестоя-
щим по поверочной схеме средствам измерений. Эталон выполняется
по особой спецификации и официально утверждается в установлен-
ном порядке.
Эталон, воспроизводящий единицу с наивысшей в стране точно-
стью, называется первичным.
Вторичный эталон — это эталон, значение которого устанавли-
вают по первичному.
Специальный эталон воспроизводит единицу в особых условиях
и заменяет в этих условиях первичный эталон.
Первичный и специальный эталоны, официально утвержденные
в качестве исходных для страны, называются государственными
эталонами.
По своему метрологическому назначению вторичные эталоны
делятся на эталоны-копии, эталоны-свидетели, эталоны сравне-
ния и рабочие эталоны.
Первые три типа предназначены для хранения единицы и про-
верки сохранности государственного эталона, а рабочие эталоны
служат средством передачи размера образцовым средствам изме-
рения высшей точности, а в отдельных случаях и наиболее точным
рабочим мерам и измерительным приборам.
Государственные эталоны хранятся в метрологических институ-
тах СССР. Для проведения работ с государственными эталонами
назначаются особые ответственные лица — ученые-хранители эта-
лонов.
Образцовое средство измерений — мера, измерительный прибор
или измерительный преобразователь, служащий для поверки по
нему других средств измерений и утвержденный в качестве образцо-
вого. Образцовые средства измерений хранят и применяют органы
Государственной метрологической службы и органы отраслевых
метрологических служб.
На образцовые средства измерений выдаются свидетельства о
указанием метрологических параметров и разряда. Между разряда-
ми (см. рис. 1) существует соподчиненность.
Средство измерений — техническое средство, используемое при
измерениях и имеющее нормированные метрологические свой-
ства.
Средства измерений включают меры, измерительные преобразо-
ватели, измерительные приборы и вспомогательные средства. Их
часто объединяют в более или менее сложные комплексы — измери-
тельные установки и измерительные системы.
Мера — средство измерений, предназначенное для воспроизве-
дения физической величины заданного размера. Мера, воспроизво-
дящая физическую величину лишь одного размера, называется одно-
значной (гиря, измерительный резистор). Среди однозначных мер
различают стандартные образцы и образцовые вещества (образцы
твердости, шероховатости, чистого цинка, золота). К многознач-
29
ным мерам относятся меры, которые воспроизводят ряд одноимен-
ных величин различного размера (линейка, конденсатор перемен-
ной емкости).
Действительное значение меры получают при ее измерении пу-
тем исключения систематических погрешностей и сведения к мини-
муму параметров случайных погрешностей. Погрешность определе-
ния действительного значения называется погрешностью аттеста-
ции меры.
В зависимости от погрешности аттестации меры подразделяют
на разряды (меры 1-, 2-го и т. д. разрядов). Меры, которым при-
своен разряд, применяют для поверки и градуировки измеритель-
ных средств и называют образцовыми.
В зависимости от точности изготовления меры подразделяют
на классы, в этом случае их называют рабочими и используют при
технических измерениях.
Измерительный преобразователь — измерительное средство, слу-
жащее для выработки сигнала измерительной информации в фор-
ме, удобной для передачи, дальнейшего преобразования, обработки
или хранения, но не поддающейся непосредственному восприятию
наблюдателя. Измерительные преобразователи чаще являются со-
ставными частями более или менее сложных измерительных ком-
плексов и систем автоматического контроля и регулирования. По
месту, занимаемому в приборе, преобразователи подразделяют на
первичные, передающие и промежуточные.
Измерительный прибор — средство измерений, предназначен-
ное для получения измерительной информации о величине, подле-
жащей измерению в форме, доступной для непосредственного вос-
приятия наблюдателем.
В приборах прямого действия (манометры, вольтметры, ампер-
метры, индикатор и т. д.) измеряемая величина подвергается ряду
последовательных преобразований в одном направлении. На выхо-
де получается сигнал, под влиянием которого перемещаются под-
вижные органы отсчетного устройства.
В приборах сравнительного действия (компаратор), которые об-
ладают большими точностными возможностями, производится не-
посредственное сравнение измеряемой величины с величиной, зна-
чение которой известно.
По способу отсчета значений измеряемой величины приборы
подразделяют на показывающие (аналоговые и цифровые) и реги-
стрирующие.
Измерительные системы предназначены для выработки сигнала
в форме, удобной для автоматической обработки результатов изме-
рений, передачи на расстояние или использования в автоматиче-
ских системах управления
Метод измерения — совокупность использования принципов
и средств измерений. Под принципами измерений понимается физи-
ческое явление или совокупность физических явлений, на которых
основаны измерения.
30
Рис. 4. Метод непосредственной опенки
Рис. 5. Метод сравнения с мерой
Среди основных методов для линейных измерений выделяют
метод непосредственной оценки и метод сравнения с мерой.
В первом случае значение всей измеряемой величины L опре-
деляют непосредственно по отсчетному устройству измерительно-
го прибора прямого действия (рис. 4), во втором случае по прибору
находят только отклонение от установочной меры 6, а значение всей
измеряемой величины определяют алгебраическим суммированием
размера установочной меры N и показаний прибора при измере-
нии б (рис. 5):
L = N ± б.
2. КЛАССИФИКАЦИЯ СОВРЕМЕННЫХ ИЗМЕРИТЕЛЬНЫХ СРЕДСТВ
ДЛЯ ЛИНЕЙНЫХ И УГЛОВЫХ ИЗМЕРЕНИИ
Измерительные средства (приборы) классифицируют по назна-
чению, по конструктивно-функциональным признакам и техноло-
гическим особенностям изготовления. На заводах специализирован-
ные цехи и участки изготовляют следующие группы измерительных
средств.
1. Оптические приборы:
приборы для измерения длин и углов — длиномеры, интерферо-
метры, профилометры, сферометры, инструментальные и универсаль-
ные измерительные микроскопы, линейные измерительные машины,
оптические делительные головки, гониометры, рефрактометры,
автоколлимационные трубы, катетометры и т. д.;
микроскопы (бинокулярные, интерференционные, биологиче-
ские и др.);
наблюдательные приборы — галилеевские и призменные би-
нокли, стереотрубы, перископы;
геодезические приборы — нивелиры, теодолиты, светодально-
меры;
призменные и дифракционные спектральные приборы — микро-
фотометры, спектропроекторы
2. Рычажно-оптические приборы: оптиметры, ультраоптиметры
и др.
31
3. Рычажно-механические приборы:
собственно рычажные (миниметры и др.);
зубчатые (индикаторы часового типа и др.);
рычажно-зубчатые (микромеры и др.);
рычажно-винтовые (индикатор-микрометр);
с пружинной передачей (микрокаторы и др.).
4. Пневматические приборы с манометром и ротаметром.
5. Механические приборы:
штриховые, снабженные нониусом (штангенинструменты и уни-
версальные угломеры);
микрометрические, основанные на применении винтовой пе-
редачи (микрометры, микрометрические нутромеры, глубиномеры
и др.)-
6. Электрифицированные приборы (индуктивные, емкостные,
фотоэлектрические и т. д.).
7. Автоматические приборы: контрольные и контрольно-сорти-
ровочные автоматы, приборы активного контроля и другие.
3. ОСНОВНЫЕ МЕТРОЛОГИЧЕСКИЕ ПОКАЗАТЕЛИ
И СТРУКТУРНЫЕ ЭЛЕМЕНТЫ УНИВЕРСАЛЬНЫХ
ИЗМЕРИТЕЛЬНЫХ СРЕДСТВ
11р!!борЫ ДЛЯ Л'ШСЩ.ЫХ :: угловых vciav/Kvritibic
шкальными отсчетными устройствами, характеризуются следующи-
ми метрологическими показателями: делением шкалы, длиной деле-
ния шкалы, ценой деления шкалы, начальным и конечным значе-
ниями шкалы, диапазоном показаний, диапазоном измерений, пре-
делом измерений. Для полной характеристики прибора необходимо
знать величину измерительного усилия, чувствительность, точность
измерения и стабильность показаний.
Конструктивным элементом показывающего измерительного при-
бора является шкала.
Шкалой называется часть отсчетного устройства, представ-
ляющая собой совокупность отметок и проставленных у некоторых
из них чисел отсчета или других символов, соответствующих ряду
последовательных значений величин.
В настоящее время созданы приборы, где шкала заменена циф-
ровым табло, на котором появляется результат измерения.
Деление шкалы — промежуток между двумя соседними отметка-
ми шкалы. На рис. 6, а показан пример выполнения шкалы с деле-
нием а.
Длина деления шкалы — расстояние между осями двух сосед-
них отметок шкалы, измеренное вдоль воображаемой линии, про-
ходящей через середины самых коротких отметок шкалы.
У неравномерных шкал длина деления шкалы — величина не-
постоянная.
Дена деления шкалы — разность значений величин, соответст-
вующих двум соседним отметкам шкалы.
32
Рис. 6. Шкалы измеритель’
ных приборов
20Г 10-0+10 20 20
hiyliinliiiiliiiil ъ 4>ili///4
а)
20 10 - О +’ 10 20
Шкалы с ценой деления, кратной 1, обычно имеют вид, пока-
занный на рис. 6, б\ с ценой деления, кратной 2 — на рис. 6, в.
Существуют шкалы и с ценой деления, кратной 5.
Начальное и конечное значения шкалы — соответственно наи-
меньшее и наибольшее значения измеряемой величины, указанные
на шкале.
Диапазон показаний (предел измерений по шкале) — область
значений шкалы, ограниченная конечным и начальным значения-
ми шкалы. Например, для миниметра диапазон показаний равен
± 0,06 мм (рис. 7).
Диапазон измерений — область значений измеряемой величины,
для которой нормированы допускаемые погрешности средства
измерений.
Пределы измерений — наибольшее или наименьшее значение
диапазона измерений, которое получается за счет сложения диапа-
зона показаний и пределов перемещения измерительной головки
по стойке или столу прибора (см. рис. 7).
Измерительное усилие — усилие воздействия измерительного
наконечника на поверхность измеряемой детали в зоне контакта.
Оно строго регламентируется, так как в одном случае из-за мало-
го измерительного усилия, наличия масляной пленки или пыли
может быть плохой контакт измерительной поверхности прибора
в поверхности измеряемой детали, в другом случае большое изме-
рительное усилие может вызывать недопустимые деформации дета-
ли, снижающие точность измерений.
Рис. 7. Метрологические показа-
тели измерительного прибора с
отчетным устройством
2 Зак. 38
33
Чувствительность — это отношение изменения положения ука-
зателя измерительного прибора к вызывающему его изменению из-
меряемой величины.
Для измерительных приборов с механическим преобразователем
(рычажных, зубчатых и др.) понятие «чувствительность» совпадает
с понятием «передаточное отношение». Рычажный преобразователь,
показанный на рис. 8, а, имеет чувствительность (передаточное
отношение)
atgq)
При небольших углах отклонения стрелки, учитывая малость
угла ф, можно принять, что tg ф ж ф, т. е.
К = Ыа.
В преобразователях с рычажной передачей в чистом виде
(рис. 8, б, в) чувствительность также определяется отношением
длины большего плеча рычага к длине малого плеча, как показано
выше.
Чувствительность для жидкостного преобразователя (рис. 8, г)
можно подсчитать из равенства двух объемов жидкости, вытеснен-
ной при смещении диафрагмы, которая связана с измерительным
штеком, и поступившей в капиллярную трубку. Учитывая приве-
денные на рисунке обозначения, можно записать
Отсюда чувствительность
К = у!х = D*/d2.
Чувствительным элементом измерительных пружинных головок
типов ИГП (микрокаторы), ИГМ (микаторы), ИРП (миникаторы),
П (оптикаторы) является плоская пружинная лента, закрепленная
по концам и закрученная за середину (рис. 8, д). Перемещение из-
мерительного стержня передается скрученной пружинной ленте
через угольник (рычаг). Чувствительность определяется отноше-
нием линейного перемещения конца стрелки к вызвавшему его
перемещению х измерительного стержня:
/( = = 0,0175— ,
х180 х
где R — радиус стрелки, мм; 0 — угол поворота середины ленты
в градусах, соответствующий перемещению измерительного стерж-
ня на х мм.
В оптических приборах (микроскопах, проекторах) чувстви-
тельность обычно подсчитывают как отношение длины деления
шкалы с к цене деления шкалы i:
. К = сП.
Если например, с = 1 мм, i = 0,001 мм, то К = 1000.
34
п
д)
Показание средства измерения — значение величины, опреде-
ляемое по отсчетному устройству и выраженное в принятых едини-
цах этой величины.
Переход от отсчета к показанию осуществляется умножением
последнего на цену деления шкалы.
В большинстве случаев шкалы мер и измерительных приборов
градуируют непосредственно в единицах измерения исследуемой
величины и тогда у некоторых делений шкалы наносят цифры, ука-
зывающие значения величин в их единицах измерения.
4. ПОГРЕШНОСТИ ИЗМЕРЕНИИ
Погрешность измерения зависит от совокупности различных
причин: несовершенства методов измерений, несовершенства средств
измерений, неточности используемых мер, низкой квалификации
технического персонала.
В отдельную группу объединяют причины, связанные с влияни-
ем условий проведения измерений. Это делается в связи с тем, что
условия имеют как бы двойное влияние. С одной стороны, они дей-
ствуют на объект измерения, изменяя действительные (определен-
ные более точным методом) значения измеряемых величин. С дру-
гой стороны, условия проведения измерения влияют и на характе-
ристики средств измерения и физиологические свойства органов
чувств наблюдателя и через их посредства становятся источниками
погрешностей измерения.
2*
35
Каждая из перечисленных причин возникновения погрешностей
может явиться источником многочисленных факторов, анализ кото-
рых позволяет определить суммарную погрешность измерения.
Обычно эти факторы объединяют в две основные группы.
1. Факторы, которые проявляются нерегулярно, неожиданно
исчезают, так что предугадать их интенсивность и действие бы-
вает почти невозможно. К ним относятся, например, перекосы под-
вижных элементов приборов в их направляющих из-за зазоров,
нерегулярные изменения момента трения в опорах, ослабление
внимания оператора и др.
Составляющая суммарной погрешности от действия факторов
этой группы называется случайной погрешностью измерения.
2. Факторы, которые проявляются постоянно или изменяются
по определенному закону, например, проявление постоянной ошиб-
ки меры при измерении, проявление неточности шага винта в микро-
метрическом инструменте и др. Составляющая суммарной погреш-
ности в данном случае носит название систематической погрешности
измерения.
В процессе измерения оба вида погрешностей проявляются од-
новременно и суммарная погрешность измерения может быть пред-
ставлена их суммой.
Среди погрешностей еще различают так называемые грубые по-
грешности или промахи. Примерами грубых погрешностей служа <
неправильный отсчет по шкале прибора, ошибки в составлении бло-
ка мер. Результаты измерения с грубыми погрешностями следует
немедленно исключить из ряда измерений.
Каждая из перечисленных категорий погрешностей имеет свои
особенности, анализ которых позволяет или устранить их влияние
на результат измерений соответствующими операциями, или ис-
ключить их введением поправок, или учесть их появление так назы-
ваемой предельной погрешностью.
В зависимости от формы числового выражения различают аб-
солютные погрешности и относительные погрешности.
Абсолютная погрешность — погрешность, выраженная в еди-
ницах измеряемой величины. Обычно определяется формулой Дх =
= х — а, где х — значение, полученное при измерении; а — дей-
ствительное значение измеряемой величины.
Относительная погрешность — отношение абсолютной погреш-
ности измерения к действительному значению измеряемой величи-
ны. Обычно выражают ее значение в процентах (Дх/х) 100%.
Составляющими суммарной величины погрешности измерения
являются инструментальная погрешность измерения (погрешность
измерительного средства), погрешность метода измерения, погреш-
ность отсчитывания, погрешность интерполяции при отсчитывании,
погрешность от параллакса и др.
Рассмотрим особенности погрешностей измерительных средств.
Абсолютная погрешность меры — разность между ее номиналь-
ным и действительным значениями.
36
Абсолютная погрешность измерительного прибора—алгебраи-
ческая разность показаний прибора и действительного значения
измеряемой величины.
Относительная погрешность измерительного средства — выра-
женное в процентах отношение абсолютной погрешности к дейст-
вительному значению измеряемой или воспроизводимой данным
измерительным средством величины.
Если диапазон измерения прибора охватывает и нулевое зна-
чение измеряемой величины, то абсолютная погрешность обращается
в бесконечность в соответствующей ему точке шкалы. В этом слу-
чае пользуются понятием приведенной погрешности, равной отно-
шению абсолютной погрешности к некоторому нормирующему зна-
чению, например, диапазону измерений, верхнему пределу измере-
ний, длине шкалы и т. п. (правила выбора нормирующего значения
приведены в ГОСТ 13600—68).
Статические погрешности имеют место при измерении постоян-
ных величин после завершения переходных процессов в элементах
приборов и преобразователей.
Динамическая погрешность — разность между погрешностью
средства измерения в динамическом режиме и его статической по-
грешностью, соответствующей значению величины в данный момент
времени
Согласно общей классификации, статические погрешности из-
мерительных средств делят на систематические и случайные.
Систематические погрешности являются в общем случае функ-
циями измеряемой величины, влияющих величин (температуры,
влажности и др.) и времени. В функции измеряемой величины их
находят при поверке и аттестации, например, измеряют значения,
соответствующие нескольким точкам шкалы, строят кривые пли
составляют таблицу погрешностей для определения поправок.
Таким образом, выделение систематических погрешностей в от-
дельную группу обуславливается лишь тем, что при поверке или
аттестации они могут быть определены для каждой точки шкалы и
исключены из результатов последующих измерений.
Среди способов исключения различают следующие:
устранение причин, вызывающих появление систематических
погрешностей, посредством юстировочных и регулировочных опе-
раций при сборке;
введение поправок , по аттестату в результате измерения;
исключение систематических погрешностей самих шкал;
применение коррекционных устройств.
Например, для компенсации накопленных (прогрессивных) и
местных ошибок микрометрических винтов измерительных приборов
применяют специальные коррекционные устройства (рис. 9, а).
Для компенсации накопленных ошибок шага применяют прямоли-
нейные коррекционные линейки, для компенсации местных ошибок
шага — профилированные линейки.
37
Рис. 9. Коррекционная линей»
ка для компенсации система»
тической погрешности мик»
рометрического винта:
1 — винт; 2 —гайка; 3 — ры-
чаг; 4 — коррекционная ли-
нейка
При вращении винта 1 гайка 2 будет смещаться в продольном
направлении и дополнительно поворачиваться и смещаться через
рычаг 3 от коррекционной линейки 4 (рис. 9, б). Линейку профили-
руют таким образом, чтобы дополнительное смещение было равно
поправке на ошибку шага. Ошибку определяют через каждый обо-
рот винта. Масштаб коррекции М определяют из следующего соот-
ношения:
2л/ s
х As ’
откуда
,
As s
где I — длина рычага; х — отклонение профиля коррекционной
линейки; s — шаг винта; As — ошибка шага винта.
Если, например, s = 2 мм, I = 40 мм, то Л4 = 125. Отклонение профи-
ля линейки при ошибке шага As = 5 мкм будет равно 0,625 мм. Профи-
лирование линейки с точностью 0,4 мм обеспечит точность коррекции
911 = 0,0008 мм.
125
Для исключения систематических погрешностей из результата
измерений используют и метод двойного измерения. Метод получил
наибольшее распространение для исключения влияния эксцентри-
ситета круговых шкал на точность измерений в оптических угломер-
ных приборах высокой точности (гониометрах, геодезических и
астрономических приборах и др.), а также для исключения погреш-
ности базировки резьбовых деталей при измерении шага и половины
угла профиля и в других случаях.
В угломерных приборах для этой цели применяют два диамет-
рально расположенных микроскопа М.1 и М2 (рис. 10, а).
При наличии эксцентриситета е появляется ошибка в отсчете
показаний каждого микроскопа. По микроскопу Ml отсчитывается
показание а, = а — Да, по микроскопу М2 а2 = а + Да. Сред-
нее арифметическое из отсчетов по каждому микроскопу исключает
ошибку эксцентриситета:
_ ^ + «2 а + Да4-а-|-Да_
СХрр - ' — —————————— — (Л,
ср 9 9
38
На рис. 10, б показано аналогичное исключение эксцентриситета
методом двойного измерения в стрелочных приборах для линейных
измерений с круговыми шкалами.
В приборах для линейных измерений длина деления шкалы зна-
чительно больше эксцентриситета и влиянием его па точность по-
казаний обычно пренебрегают.
Случайные погрешности средств измерений в общем случае сле-
дует рассматривать как случайные функции времени измеряемой
величины и влияющих величин. Они не устраняются. По их зна-
чениям оценивают точность измерительного средства.
Более строгое определение гласит, что случайная погрешность —
это разность. между результатом единичного наблюдения и ма-
тематическим ожиданием результатов:
о = X —М [X].
Случайные погрешности обычно определяют с помощью двух основ-
ных характеристик: математического ожидания и дисперсии рас-
пределения.
Математическое ожидание М (х] (среднее значение показаний
средства измерения) характеризует расположение значений случай-
ной величины и является числовой характеристикой центра груп-
пирования.
Дисперсия распределения случайных погрешностей D является
характеристикой их рассеяния (разбросанности) относительно
математического ожидания. Недостатком дисперсии является ее
размерность, которая выражается квадратом размерности случай-
ных величин. Поэтому в качестве меры рассеяния значений слу-
чайной величины наиболее часто применяют среднее квадратиче-
ское значение о (х) рассеяния случайной величины относительно
центра группирования:
а (х) = Yd (х).
Рис. 10. Исключение погреш-
ности методом двойного из-
мерении
J
39
Чтобы проще охарактеризовать случайную погрешность при-
бора, на практике часто прибегают к определению непостоянной по-
казаний прибора /? (размаха), т. е. разности между наибольшим и
наименьшим из показаний измерительного прибора, соответствую-
щих одному и тому же значению измеряемой величины.
Если эта разность определяется для всего диапазона измерений,
она называется вариацией показаний со и включает, кроме разма-
ха R показаний, еще и погрешность обратного хода, возникающую
из-за зазоров и трения в соединениях и других явлений, свойствен-
ных его элементам.
Погрешность средства измерения, находящегося в нормальных
условиях применения, называется основной погрешностью.
Предел допускаемой основной погрешности устанавливается
ГОСТ 13600—68. Только в тех случаях, когда основная погрешность
находится в этих пределах, средства измерений допускаются к экс-
плуатации.
Пределы допускаемой основной погрешности мер задаются в
виде абсолютных, относительных или приведенных погрешностей.
Основная погрешность отдельных однозначных мер задается
одночленной формулой, определяющей пределы допускаемой основ-
ной абсолютной погрешности Д = ± а или относительной основной
погрешности S = ± ЮОД/х^, где А — предел допускаемой ос-
НОРНЛЙ ябсО.ПЮТНЛЙ ППГПРПШПСТМ] Л -- ППРДРП nOnVCUAPMOft ОСНОВ-
НОЙ относительной погрешности; Xn — номинальное значение
меры.
Пределы допускаемой основной погрешности наборов мер и ма-
газинов мер задаются двухчленной формулой:
для абсолютной погрешности
Д = ± (а + Ьх),
для относительной погрешности
где л, Ь, с, d — постоянные члены; xk — наибольшее значение вос-
производимой данным набором или магазином величины.
На рис. 11 приведены виды изменений погрешности в диапазо-
не измерения измерительных средств. Различные кривые в одних
и тех же системах координат представляют различные экземпляры
измерительных средств одного типоразмера.
В образовании погрешности средств измерения (рис. И, а) на-
ибольшую роль играет методическая погрешность или погрешность
схемы. После регулировки зона возможных значений погрешностей
располагается симметрично относительно нуля. Для средств изме-
рений с кривой погрешностей, изображенной на рис. 11, б.важней-
40
шее значение имеет погрешность, возможной причиной которой
является низкая точность.
На рис. 11, в изображены кривые погрешностей, разброс кото-
рых является функцией измеряемой величины и которые растут
с ее увеличением.
Если в первом случае пределы основной погрешности нормиру-
ются одночленной формулой, то во втором, естественно, двухчлен-
ной.
В настоящее время существуют три способа нормирования ос-
новной погрешности измерительных средств:
нормирование пределов допустимой основной абсолютной А
или приведенной погрешностей it у, постоянных во всем диапазоне
измерения (для узкопредельных стрелочных измерительных при-
боров);
нормирование пределов допустимой основной абсолютной А
или относительной zb 6 погрешностей в функции измерительной
величины;
нормирование постоянных пределов допустимей основной по-
грешности, различных для всего диапазона измерений и одного
или нескольких нормированных участков.
- Стандартами нормируются также пределы допустимых допол-
нительных погрешностей мер, пределы допускаемых изменений
показаний^ измерительных приборов и допускаемых изменений вы-
ходного’ сигнала измерительных преобразователей.
41
Погрешность аттестации меры, которая является ее основной
характеристикой, нормируется в долях основной погрешности:
Датт = (0,25 —0,50) А,
Кроме перечисленных выше характеристик, для измерительных
средств должны нормироваться и все другие характеристики, прямо
или косвенно влияющие на точность измерения, например, время
успокоения, предельная рабочая частота, время измерения, ско-
рость измерения, отклонение от плоскостности и параллельности,
притираемость, стабильность концевых мер длины и др.
В зависимости от перечисленных предельных, допускаемых, ос-
новных и дополнительных погрешностей составляется обобщенная
характеристика средства измерений, по которой устанавливается
класс точности средств измерений. Класс точности характеризует
свойства этих измерительных средств в отношении точности.
Глава III
ПОВЕРОЧНЫЕ ИЗМЕРИТЕЛЬНЫЕ СРЕДСТВА
1. ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ, ОТНОСЯЩИЕСЯ К МЕТРОЛОГИЧЕСКОЙ
СЛУЖБЕ И МЕТРОЛОГИЧЕСКИМ ПРОЦЕССАМ
Приведем формулировки и определения, относящиеся к метро-
( логической службе и метрологическим процессам.
Поверка средств измерений — это определение метрологическим
органом погрешностей средств измерений и установление его при-
годности' к применению.
Различают следующие поверки: государственные, ведомствен-
ные, первичные, периодические, внеочередные, инспекционные, по-
элементные И Др.
Погрешность поверки — это погрешность измерений при повер-
ке средств измерений.
Метод поверки — это метод передачи размера единицы от вы-
шестоящих в поверочной схеме средств измерений нижестоящим.
Поверочная схема — утвержденный в установленном порядке
документ, устанавливающий средства, методы и точность передачи
размера единицы от эталона или исходного образца средства изме-
рений рабочим средствам измерений.
Поверочная установка— измерительная установка, укомплек-
тованная образцовыми средствами измерений и предназначенная
для поверки других средств измерений.
Оформление результатов поверки средств измерений — состав-
ление официального документа о результатах поверки средств
измерений и клеймение средств измерений.
Метрологическая аттестация средств измерений — это иссле-
дование средств измерений, выполняемое для определения метро-
логических свойств этого средства измерения и выдача документа
с указанием полученных данных.
Поверительное клеймо — знак, наносимый на средства измере-
ний и удостоверяющий факт их поверки и признания годными к
применению.
Измерительное средство поверки — специальное измерительное
средство повышенной точности по сравнению с измерительными
средствами, для поверки которых оно предназначено.
43
Испытательные стенды — специальные установки, воспроиз-
водящие реальные условия работы измерительного средства в про-
цессе эксплуатации и поверки.
Градуировка средств измерений (тарировка) — нанесение отме-
ток на шкалы приборов или определение градуировочной характе-
ристики средства измерений.
Юстировка средств измерений — совокупность операций по до-
ведению погрешностей средств измерений до значений, соответст-
вующих техническим требованиям.
Юстировку выполняют инспектор-юстировщик, выявляющий
дефекты и осуществляющий поверку исправленного прибора, и ме-
ханик-юстировщик, устраняющий дефекты.
Наладка — это более общее понятие, связанное с обеспечением
высокого качества прибора или автоматического средства изме-
рения.
Юстировочные устройства — специально предусмотренные в
конструкции измерительного средства дополнительные устройства,
позволяющие компенсировать погрешности изготовления деталей
и износ деталей в процессе эксплуатации.
Регулировочные средства — специально предусмотренные в кон-
струкции измерительного средства дополнительные устройства,
позволяющие установить такое взаимное положение деталей и узлов
автоматического иамрритр.пинпт средства, при котором обеспечи-
вается наиболее эффективная его работа.
2. КЛАССИФИКАЦИЯ МЕТОДОВ ПОВЕРКИ
Среди многообразия методов поверки обычно различают сле-
дующие основные:
непосредственное (т. е. без компаратора) сличение средств из-
мерения друг с другом (например меры с мерой), причем одно из
них, по которому поверяется прибор или мера, является аналогич-
ным и образцовым;
. сличение средств измерений с использованием прибора сравне-
ния (компаратора), например оптиметра;
. поверка измерительного прибора по образцовой мере путем
измерения им величины, воспроизводимой мерой;
прямое измерение образцовым измерительным прибором зна-
чения поверяемой меры;
косвенные измерения величины, которая воспроизводится ме-
рой . или измеряется прибором, подвергаемым поверке.
Четвертый по порядку метод особенно удобен при автоматиза-
ции поверочных работ, так как позволяет одновременно несколько
приборов поверять с помощью одного образцового.
. . Важным при поверке является вопрос о выборе оптимального
соотношения между допускаемыми погрешностями образцового и по-
веряемого прибора; Это соотношение принимают равным 1 : 3, если
при .поверке вводят поправки на показания образцовых средств из-
44
Рис. 12. Условное представление световой волны:
о — световая волна; б — сложение двух волн с одинаковыми фазами; в — сложение
двух волн с разностью фаз, равной 180°
мерения Если же поправка не вводится, то образцовые средства
выбирают исходя из соотношения 1 : 5. Соотношение допускаемых
погрешностей поверяемых и образцовых средств измерений устанав-
ливается с учетом принятого метода поверки, характера погреш-
ностей и т. д.
В настоящее время при поверке средств измерений большое
распространение получил технический интерференционный метод,
который основывается на принципе интерференции света и позво-
ляет в качестве линейного масштаба применять длину световой вол-
ны. Особенно он удобен для измерения плоских калибров и их по-
верхностей, представлящих собой хорошее зеркало.
Световая энергия распространяется в виде электромагнитных
волн синусоидальной формы (рис. 12). Направление движения этих
волн совпадает с направлением геометрического луча. Волна ха-
рактеризуется длиной к, амплитудой а и скоростью распростра-
нения с.
Амплитуда колебаний характеризует силу света. Скорость рас-
пространения электромагнитных волн с связана с частотой колеба-
ний v (число колебаний или число периодов в единицу времени)
и длиной волны следующей зависимостью:
с — vk.
Величина с является постоянной и равна 3-105 км/с. Отсюда вид-
но, что чем больше длина волны, тем меньше частота и наоборот.
Длина волны зависит от источника света. Существуют источ-
ники, излучающие свет с волнами всех длин (непрерывный спектр),
45
и источники, излучающие лишь определенные линии спектра (ли-
нейчатый спектр). Примером источника с линейчатым спектром яв-
ляется ртутная лампа, применяемая в оптических измерительных
приборах.
Человеческий глаз различает лишь небольшую часть длин волн
от А, = 0,30 мкм до 0,95 мкм, определяющую так называемый
видимый свет. Совокупность волн видимого спектра дает ощущение
белого света. Цвета, составляющие белый свет, можно получить
разложением белого света при пропускании его через оптическую
призму.
Наличие различных волн в световом потоке зависит от температу-
ры источника излучения. При относительно низких температурах
в излучении преобладают длинные волны и свет кажется красно-
ватым или красно-желтым. С повышением температуры расширяет-
ся коротковолновая часть излучения и окраска становится белой
или сине-белой (табл. 3).
Таблица 3
Значение длин волн для основных спектральных линий
Спектральная линия Длина волны, мкм
Кадмнй-lll | Ртуть-198 | Криптон | Гелий
Красная 1 1 0,64385 1 0,64563 0,66781
Зеленая 0.50858 0.54607 — 0,50150
Синяя 0,46781 — — 0,47131
Желтая — 0,577 0,58709 0,58756
Желто-зеленая . . . — — 0,56496 —
Зелено-синяя .... — — — 0,49219
Фиолетовая .... 0,433 0,4358 0,45024 0,47715
Две волны, имеющие одинаковую частоту и колебания в которых
отличаются постоянной разностью фаз (так называемые когерент-
ные волны), могут соединяться в одну результирующую волну.
При этом наблюдается характерная картина, представляющая со-
бой закономерное сочетание максимума и минимума света. Это яв-
ление называется интерференцией.
Интенсивность результирующей световой волны в зависимости от
разности фаз складывающихся волн может быть меньше или боль-
ше суммы их интенсивностей, а амплитуда результирующего коле-
бания может меняться от + А2 до — А2. Усиление света
происходит, когда волны находятся в одинаковых фазах (рис. 12, б)
и результирующая амплитуда А' в таком случае равна сумме со-
ставляющих амплитуд Al и А2.
При разности фаз, равной 180°, происходит вычитание амплитуд
(рис. 12, в) и видимое ослабление света. При разности фаз, равной
0°, освещенность исчезает.
Когерентные волны на практике получают разделением свето-
вой волны, исходящей из одного источника, на две или несколько
46
частей. Эти разделенные на части лучи проходят до встречи между
собой разные пути и поэтому интерферируют с некоторой разностью
фаз.
Геометрическое представление об интерференции двух волн
дает рис. 13, где Зх и S2 — источники света; окружности 1 и 2 —
соответствующие им волновые поверхности, причем четные порядки
полуволн обозначим сплошными линиями, а нечетные — штрихо-
выми.
Пересечение отдельных полуволн между собой лежит вдоль по-
верхностей, отмеченных на чертеже системами гипербол / и //,
из которых линии / соответствуют максимуму света, а линии II —
темноте.
Для экспериментального воспроизведения интерференции осве-
щают узкую щель S ярким светом. Лучи, идущие от нее, попадают
на две другие щели Зх и S2 (рис. 14). Щели должны быть располо-
жены близко друг к другу. Щели Si и 32 разделяют первоначаль-
ный световой пучок света на два пучка, идущие независимо друг
от друга. Так как щели Si и S2 получают одновременно свет от одно-
го и того же источника, расположенного относительно них симме-
трично, то они испускают световые волны одновременно. Для цент-
ральной точки М экрана разность хода будет равна нулю, поэтому
она будет светлой. Для точек Мх и М2, расположенных по обе сто-
пины от М. если разности хода будут равняться половине волны,
то света в них не будет или он будет ослаблен. В точках, лежащих
Рис. 13. Геометрическое представление интерференции двух волн
47
Рис. 14. Экспериментальное воспроизведение
интерференции
на экране далее, опять по-
лучится более яркое осве-
щение, так как разность
хода световых лучей, при-
ходящих сюда, будет равна
целой волне.
Таким образом, на эк-
ране около центральной
точки М будут чередовать-
ся темные и светлые места,
называемые интерференци-
онными полосами. Расстояние между этими полосами зависит от дли-
ны волны применяемого света. Для красного света они будут от-
стоять дальше друг от друга, чем для фиолетового. Если в качестве
источника света взять щель S, освещенную белым светом, который со-
держит волны различной длины, то лучи каждого цвета дадут свой
ряд изображений щели, располагающихся на разных местах экра-
на, т. е. произойдет разложение света на цвета и появится ряд спек-
тров.
Явление интерференции очень широко используется для изме-
рения отклонений размеров концевых мер и отклонений их поверх-
ностей от плоскостности.
Наиболее часто применяют ппа метода• ?бгппдугыити интерферен-
ционный метод измерений и относительный технический интер-
ференционный метод измерений.
Абсолютный интерференционный метод осуществляется на ин-
терференционных компараторах. При этом методе измерения про-
изводится непосредственное сличение измеряемой величины меры
с длиной световой волны. Абсолютный интерференционный метод
измерения обеспечивает наивысшую точность и применяется при
аттестации концевых мер 1-го разряда.
В основу технического интерференционного метода положено
разделение пучка света воздушным клином, образованным поверх-
ностями плоскопараллельной пластины и отполированной металли-
ческой поверхности (рис. 15) или клиновой прозрачной пластиной.
Рассмотрим два интерференционных луча (рис. 16), причем вы-
берем их так, чтобы луч, отраженный от металлической поверх-
ности в точке D, прошел через Е — точку отражения от нижней по-
верхности пластины другого, парного ему луча.
Геометрическая разность хода двух отраженных лучей, идущих
от точки S, согласно рис. 16 будет определяться выражением
tn' = AD + DE — ЕМ.
Это выражение не совсем точно, так как оно не учитывает умень-
шение пройденного пути лучом S2 из-за потери полволны
при отражении в точке Е (луч S? проходит и отражается только в
твердой среде, в.то время как луч St проходит еще среду и менее
48
плотную). Следовательно, геометрическая разность хода лучей долж-
на быть увеличена на полволны и иметь выражение
tn = AD + DE — ЕМ + М2,
так как AD = DEt то при L 0 выражение будет иметь вид
т = 2AD — ЕМ + М2;
из &ADE AD = d/cos а,
где d — толщина воздушного клина в точке D;
из ДДМЕ ЕМ = АЕ sin а;
а так как из ДДОЕ* АЕ = 2d tg а, то ЕМ = 2d sin2 а/cos а.
Следовательно, подставляя значения AD и ЕМ в выражение раз-
ности хода лучей, получим
tn = 2d cos a + X/2.
При a = 0 пучок падает перпендикулярно и
т = 2d + М2.
Оптическую разность хода или разность фаз обоих лучей полу-
чим делением геометрической разности хода на длину световой
волны:
т___r 2Jcosa4-X/2
Для всех толщин воздушного клина, у которых разность фаз
(оптическая разность хода) лучей /? кратна дробному числу
/ 1 1 1 \
I ly ; 2у1, мы получим темную полосу. В данном случае воз-
X X А»
душный зазор равен целому числу полуволн d = 0; у; 2 у-; Зу и
т. д. Первая темная полоса всегда располагается вдоль ребра клина
и соответствует толщине зазора, равной нулю.
Для всех толщин воздушного клина, для которых разность фаз
лучей R кратна целому числу (1, 2, 3, 4), мы получим совпадение
лучей и светлые полосы.
Рис. 15. Прямолинейная интерференция
49
Величина воздушного зазора, в местах наиболее яркого света
л « 1 X 3 X 5 X
кратна дробному числу полуволн, т. е. d = -у 7 и
£ £ £ £ £ £
Т. д.
3. СРЕДСТВА ПОВЕРКИ ИЗМЕРИТЕЛЬНЫХ СРЕДСТВ
Классификация средств поверки
В средства поверки измерительных средств входят:
меры для линейных и угловых измерений — концевые и штри-
ховые;
плоскопараллельные стеклянные пластины для измерений тех-
ническим интерференционным методом;
бесшкальные поверочные инструменты — калибры, линейки и
угольники, образцовые детали;
универсальные инструменты и приборы;
оптические поверочные приборы;
специальные поверочные измерительные средства — установки
для поверки измерительных головок и преобразователей, стенды
для испытаний преобразователей в динамическом режиме.
Меры для линейных в угловых измерений
Меры длины концевые плоскопараллельные имеют форму пря-
моугольного параллелепипеда или цилиндра с двумя плоскими вза-
имно параллельными измерительными поверхностями (рис. 17).
Большинство концевых мер изготовляют с размерами основания
9 X 35 мм, начиная с рабочего размера 10 мм. При размерах кон-
цевых мер менее 10 мм размеры длинной стороны основания бывают
у разных мер 30, 20 и 15 мм, а узкой стороны — менее 0,3 мм
— 5 мм.
Концевые меры применяют для хранения и воспроизведения
единицы длины, для поверки и градуировки мер и измерительных
приборов, для установки прибора на ноль при измерении по методу
сравнения с мерой, при установке регулируемых калибров на раз-
мер, а также для особо точных разметочных работ и наладки стан-
ков.
Каждая плитка воспроизводит только один размер. Под разме-
ром плоскопараллельной концевой меры длины понимается ее сре-
динная длина, которая определяется длиной перпендикуляра, опу-
щенного из середины одной из измерительных поверхностей меры
на противоположную измерительную поверхность. Этот размер
меры носит название рабочего размера.
Длина меры в данной точке определяется длиной перпендикуля-
ра опущенного из данной точки на противоположную измеритель-
ную поверхность.
.50
Отклонением от плоскопаралдельности в данной точке конце-
вой меры длины называется разность между длиной меры в данной
точке I! срединной ее длиной
Притираемостью концевых мер называется их свойство прочно
сцепляться между собой или с плоскими кварцевыми и стеклянными
пластинами при надвигании или прикладывании одной меры на
другую или меры на пластину.
Меры комплектуются наборами. В зависимости от вида работ
используется различное число мер, что и определяет выбор набора.
Наиболее широко применяется набор, состоящий из 112 конце-
вых мер, с наибольшим размером меры 100 мм. В этом наборе име-
ются следующие меры: одна мера размером 1,005 мм; 51 мера от 1
до 0,5 мм через 0,01 мм; 5 мер от 1,6 до 2 мм через 0,1 мм; одна мера
0,5 мм; 46 мер от 2,5 до 25 мм через 0,5 мм и 8 мер от 30 до 100 мм
через 10 мм.
По точности изготовления плоскопараллельные концевые меры
длины выпускают семи классов: 00; 0; 1; 2; 3; 4; 5. Классификация
по классам точности производится в зависимости от отклонений
длины мер от номинального размера, отклонений от плоскопарал-
лельности и качества притираемости рабочих поверхностей.
Допускаемые отклонения на длину концевой меры в зависимости
от классов точности и размеров мер колеблются в пределах от 0,05 мкм
(мера 10 мм — класса 00) до 4 мкм (для той же меры класса 5).
Допускаемое отклонение от плоскопараллельности—0,035—0,6 мкм.
Притираемость мер определяется усилием сдвига (для класса
0 усилие сдвига 40 Н).
С целью повышения точности концевых мер для случая исполь-
зования иу 7 качестве образцовых у нас в стране помимо классов
51
точности установлены еще и пять разрядов: 1,2, 3, 4, 5. Разряд
концевых мер определяется точностью их аттестации, т. е. погреш-
ностью действительного значения длины мер.
К набору прилагается аттестат.
При использовании мер по классу их размер принимается рав-
ным номинальному. При использовании мер по разряду учитывают
их действительные размеры, записанные в аттестате, что повышает
точность измерения, но усложняет подсчеты.
Для расширения области применения концевых мер при конт-
рольных и разметочных операциях выпускаются наборы принад-
лежностей.
В табл. 4 приводится область применения мер в зависимости
от точности изготовления и аттестации.
Таблица 4
Область применения концевых мер
Применяемые концевые меры Поверяемые приборы и инструменты
по разряду по классу
1 00 Ультраоптиметры
2 0 Оптиметры. Миниметры с ценой деления 0,001. Измерительные машины с ценой делений 0,0001. Микроскопы универсальные
3 1 Миниметры с ценой деления 0,002. Индикаторы с ценой деления 0,001. Микрометры рычажные с ценой деления 0,002. Скобы рычажные с ценой деления 0,002
4 2 Миниметры с ценой деления 0,005; 0,01. Индикаторы с ценой деления 0,002. Скобы рычажные с ценой деления 0,005 и 0,01. Микроскопы универсальные, микрометры. Микрометрические нутромеры
5 3 Индикаторы с ценой деления 0,01 Микрометрические глубиномеры с ценой деле- ния 0,01 Штангенциркули, штангенглубиномеры и штан- генрейсмусы с величиной отсчета по нониусу 0,02 и 0,05 мм
— 4 Штангенинструменты с величиной отсчета по нониусу 0,1 мм
Меры длины штриховые брусковые (ГОСТ 12069—78) должны
изготовляться типов /Л, /Б, //Л, ПБ, 11В, 111, IV с формой по-
перечного сечения, указанной на рис. 18.
Штриховые меры длины типа 1 изготовляют 0, 1, 2 классов, ти-
па II — 2, 3, 4, 5 классов, типа III — 4, 5, классов, типа IV —
5 класса. Штриховые меры длины изготовляют двух видов: одно-
значные и многозначные.
52
Tun I A
Tunis
Рис. 18. Штриховые меры длины
Однозначные штриховые меры длины имеют два штриха, рас-
стояние между которыми определяет длину шкалы меры.
Многозначные штриховые меры длины имеют шкалу штрихов,
нанесенных через определенные интервалы по всей длине меры или
на отдельных ее участках. Шкалы многозначных мер длины изго-
товляют с дециметровыми, сантиметровыми или миллиметровыми
подразделениями.
Штриховые меры длины имеют следующие номинальные длины
шкал: 60, 100, 160, 200, 250, 300, 320, 400, 500, 630, 700, 800, 1000,
1400, 1600, 2000.
Допускаемые отклонения длины для некоторых мер указаны
в табл. 5.
Таблица 5
Допускаемые отклонения штриховых мер
Номинальная длина мер. мм Допускаемые отклонения длины мер, мкм, не более^ для классов точности
° 1 | 1 | 2 3 1 < 1 5
100 0,5 1,о 2,0 6,0 12,0 25,0
200 0,6 1,0 2,5 6,0 13,0 25,0
250 0,6 1,0 2,5 6,0 14,0 30,0
500 0,8 1,5 3,0 8,0 18,0 35,0
:2000 I ,5 3,0 6,0 15,0 40,0 80,0
Отдельные миллиметровые и сан- тиметровые интервалы 0,5 1,0 2,0 5,0 10,0 20,0
У штриховых мер длины 1 типа штрихи шкалы должны быть
нанесены на нейтральной плоскости меры, у мер II и III типов —
на верхней поверхности, у мер IV типа — на боковой поверхности.
Начальный штрих шкалы штриховой меры дол^ец находиться
на расстоянии не менее 10 мм от торца мерьц' । , .
Ширина штрихов шкал брусковых штриховых мер для 0, 1, 2
классов точности равна 4 4-8 мкм, для 3, 4, 5 классов — 20 4- 100
мкм.
53'
На шкаловой поверхности брусковых штриховых мер длины О,
1 и 2-го классов точности наносятся две продольные осевые линии
с расстоянием между ними 0,2—0,3 мм.
Стеклянная штриховая линейка (рис. 19) имеет пять интервалов
по 25 мм общей длиной L = 125 мм. Интервал 50—75 мм mmcci 25
делений через 1 мм, а интервал 60—61 мм имеет 10 делений через
0,1 мм. Ширина штрихов t = 0,006 мм. Допускаемое отклонение на
расстоянии между любыми штрихами ± 0,002 мм. Точность атте-
стации не ниже 0,0005 мм.
Линейка применяется для поверки инструментальных микроско-
пов.
Шкалы стеклянные существуют нескольких типов: штриховые,
шкалы с крестом, шкалы с крестом и контрольными штрихами.
Универсальной является шкала ВНИИК (рис. 20). На полиро-
ванной поверхности ее нанесено перекрестие под углом 90° ± 15''
с 25 делениями. На горизонтальной линии перекрестия слева нане-
сен вертикальный штрих на расстоянии 50 мм от точки пересечения
рисок. В верхнем левом углу нанесены два штриха на расстоянии
1,8 мм и 2,0 мм от центра пластины. Пластина покрыта защитным
слоем и заключена в металлическую оправу.
Стеклянные шкалы применяют для поверки измерительных мик-
роскопов, компараторов и проекторов. Ими поверяют погрешность
показаний микровинтов поперечных и продольных салазок, соот-
ветствие увеличения объектива расстоянию между рисками окуляр-
ной сетки, прямолинейность хода продольных и поперечных сала-
зок, увеличение продольного микроскопа, параллельность штрихов
окулярной сетки направлению перемещения стола при нулевом по-
казании градусной шкалы.
Меры угловые призматические (рис. 21) являются исходными
мерами для хранения и воспроизведения единицы плоска о угла.
54
Применяются при наиболее точных работах для поверки и градуи-
ровки угломерных приборов, инструментов и шкал, а также для
поверки угловых калибров и непосредственного измерения точно
изготовленных деталей.
Угловые меры выполняются следующих типов:
1 — угловые меры с одним рабочим углом со срезанной вершиной;
2 — угловые меры с одним рабочим углом остроугольные;
3 — угловые меры с четырьмя рабочими углами;
4 — многогранные угловые призматические меры с равномер-
ным угловым шагом;
5 — угловые меры с тремя рабочими углами.
Рабочие углы угловых мер типов /, 2, 3, 4 образуются сосед-
ними измерительными поверхностями меры.
Угловые меры типов /, 2, 3, 4 комплектуются наборами. У кро-
мок рабочих поверхностей угловых мер имеются отверстия, через
которые с помощью набора принадлежностей осуществляется со-
единение их в блоки.
Номинальные размеры рабочих углов мер типа 1 имеют значения
от Г' до 29' с градацией 2' (набор 15 мер) и
от Г до 9° с градацией Г (набор 9 мер).
Угловые меры типа 2 имеют следующие номинальные размеры
рабочих углов:
1Л° ПА 7П° 1°.
V»! 1 ,
от 15° до 16° через 10';
от 15° до 15°10' через Г;
от 15° до 15°0Г через 15";
Рис. 21. Меры призматические угловые
55
от 15’10' до 75’50' через 15°10\
Угловые меры типа 3 выпускают с номинальными размерами
рабочих углов а — 0 — у — б со следующими значениями:
80° — 81° — 100° — 99°;
82° — 83° — 98° — 97°;
84° — 85° — 96° — 95°; 6 шт. через 1°;
86° — 87° — 94° — 93°;
88° — 89° — 92° — 91°;
90° — 90° — 90° — 90°;
89° 10' — 89’20' — 90’50' — 90°40';
89’30' — 89’40' — 90’30' — 90°20';
89’50' — 89’59' — 90°10' — 90’01'; 4 шт. через 10\
90° _ 90° — 90° — 90°.
89’50'30" — 89’59'45" — 90’00'3" — 90’00'15’ 2 шт. через 15"
90° — 90’ — 90’ — 90°.
По точности изготовления угловые меры типов 1, 2, 3 должны
быть трех классов точности 0, 1 и 2; многогранные призмы типа 4 —
четырех классов точности 00, 0, 1, 2.
Угловые меры типа 5—класса точности 1.
Например, угловые меры класса точности 1 мер типов 1, 2, 3
имеют предел допускаемых отклонений рабочих углов от номиналь-
ного значения ± 10", класса 2 — ± 30".
Отклонение от плоскостности измерительных поверхностен не
более 0,3 мкм для мер класса 2.
Плоскопараллельные стеклянные пластины
для измерений техническим интерференционным методом
Пластины плоские стеклянные для интерференционных измере-
ний изготовляют двух типов: нижние и верхние. Наибольшее откло-
нение при измерении стеклянными пластинами не более 2 мкм
(6—7 полос).
Нижние (опорные) пластины (рис. 22) служат для притирки к
ним концевых мер при измерении, для поверки, притираемости мер,
Ряс. 22. Нижняя опорная пластина для из-
мерения техническим интерференционным
методом.
Рис. 23. Верхняя плоснопараллельная стек-
лянная пластина
И
для поверки плоскостности из-
мерительных поверхностей ин-
струментов и измерительных
приборов.
Нижние пластины имеют сле-
дующие размеры D (мм): 60,
80, 100, 120 и соответствующие
им размеры Н (мм): 20,25, 25,30.
Основным критерием точно-
сти изготовления пластин яв-
ляется отклонение от плоскост-
ности рабочих поверхностей
(табл. 6). Пластины изготовля-
ют 1 и 2 классов точности.
Верхние пластины (рис. 23)
служат для измерения плоско-
параллельных концевых мер
длины техническим интерферен-
ционным методом.
На верхней пластине делает-
ся скос под углом 10 — 12° с
Рис. 24. Стеклянная пластина для повер-
ки микрометров:
а — типоразмер ЛМ15; б — типоразмеры
ПМ40, ПМ65, ПМ90
тем, чтобы получить ребро для установки по нему пластины в
любом месте поверхности поверяемой меры при образовании воз-
душного клина.
Пластины плоскопараллельные стеклянные для поверки плос-
костности и взаимной параллельности измерительных поверхностей
микрометров и скоб предусмотрены ГОСТ 1121—75 (рис. 24).
Стандартом предусмотрено четыре типоразмера пластин: ПМ15,
ПМ40, ПМ65, ПМ90. Отклонение от плоскостности измерительных
Таблица 6
Допускаемое отклонение от плоскостности пластин
для интерференционных измерений (нижних и верхних)
Тип пластин Допускаемые отклонения от плоскостности, не более, в интерференционных полосах
рабочих поверхностей нерабочих поверх* ногтей местной рабочей поверхности
нижних пластин класса верхних пластин нижних пластин класса верхних пластин
1 J 2 1 1 2
ПИ60 — • — 0,3 — 0,1
верхняя ПИ60 0,1 0,3 10 0,05 0,1
ПИ80 0,1 0,3 — 10 0,05 0,1 —
ПИ1О0 0,1 0,3 — 10 0,05 0,1 —
ПИ 120 0,2 0,4 — 10 0,05 0,1
чф7
поверхностей пластин в зоне 0,5 мм от края фаски к центру пластин
не более 0,1 мкм. Местное отклонение от плоскостности не более
0,03 мкм.
Отклонение от параллельности измерительных поверхностей
пластин не должно превышать:
для типоразмера ПМ15 — 0,6 мкм;
для ПМ40 и ПМ65 — 0,8 мкм;
для ПМ90— 1,0 мкм.
Пластины комплектуются наборами (табл. 7).
Таблица 7
Номинальные размеры пластин
Номер набора Номинальные размеры // пластин одного набора, мм Номер набора Номинальные размеры Н пластин одного набора, мм
Обозначение типоразмера Обозначение типоразмера
ПМ15 ПМ40 ПМ65 ПМ90 ПМ15 ПМ40 ПМ65 ПМ91»
1 15,00 15,12 »е не 15’37 40,00 40,12 а/\ ое 4^37 65,00 65,12 сс ое 65,37 90,00 90,12 па ое 90,37 4 15,37 15,50 1 г и»о 1575 40,37 40,50 ПО 4075 65,37 65,50 се м 6575 90,37 90,50 ПА СО 90 ’,75
2 15,12 15,25 15,37 15,50 40,12 40,25 40,37 40,50 65,12 65,25 65,37 65,50 90,12 90,25 90,37 90,50 5 15,50 15,62 15,75 15,87 40,50 40,62 40,75 40,87 65,50 65,62 6575 65,87 90,50 90,62 90,75 90,87
3 15,25 15,37 15,50 15,62 40,25 40,37 40,50 40,62 65,25 60,37 60,50 60,62 90,25 90,37 90,50 90,62 6 15,62 15,75 15,87 16,00 40,62 40,75 40,8; 41,00 65,62 65,75 65,87 66,00 90,62 90,75 90,87 91,00
Бесшкальные поверочные инструменты
Линейные поверочные применяются для поверки прямолиней-
ности и плоскостности при особо точных лекальных работах, при
поверке измерительных инструментов, а также для контрольных
работ.
Типы, размеры и точность поверочных линеек регламентированы
ГОСТ 8026—75 (табл. 8). Первые три типа линеек называют лекаль-
ными.
Отклонения от прямолинейности рабочих поверхностей линеек
типов ЛД, ЛТ ЛЧ не должны превышать величин, указанных в
табл. 9.
58
Таблица 8
Поверочные линейки
Типы линеек Размеры линеек, мм Классы точности
Обозначение | Чертеж
лд Z. fl 80X22X6 125X27X6 200X30X8 320X40X8 0 и 1
лт Г L г* 200X26 320X30 0 и 1
лч L 200X20 320X25 0 и 1
ШП 3 400X40X6 630Х50ХЮ 1000X60X12 0; 1 п 2
! О
, L
щд 630X50X14 1000X60X16 0; 1 и 2
3: CD CD
L 1600X75X18 2500ХЮ0Х20. 4000X160X30 1 и 2
ШМ . L 400X50 630X50 1000X50 0; 1 и 2
1600X80 2500ХЮ0 4000X125 1 и 2
УТ с ( L £ = 630 и 1000 а=45, 55 и 60° 1 и 2
Отклонения от плоскостности рабочих поверхностей линеек
типов ШП, ШД, ШМ, отклонения от параллельности рабочих по-
верхностей линеек типов ШП иШД, а также отклонения от перпен-
дикулярности боковых поверхностей к рабочим не должны превы-
шать величин, указанных в табл. 10.
£0
Таблица 9
Допускаемые отклонении
от плоскостности
поверочных линеек типов
лд, лт, лч
Длина ли- неек, мм Допускаемые отклонения в мкм для класса точности
0 1 1
80 0,6 1,6
125
200 1,6 2,5
320
500 2,5 4,0
Таблица 10
Параметры точности линеек типов ШП, ШД, ШМ
Длина линеек, мм Допускаемые отклонения, мкм
от плоскост- ности рабочих поверхностей линеек типов ШП. ШД, ШМ от параллель- ности рабочих поверхностей линеек типов ШП, ШД от перпенди- кулярност и боковых поверхностей к рабочим
Классы точности линеек
0 1 2 0 1 1 2 1 1 0 1 и 2
400 2,5 6 10 4 10 16 25 40
630 1030 4 10 16 6 16 25
1600 — 16 25 — 20 40 —
2500 — 25 40 — 30 60
4000 — 40 60 — 50 100
ПпОАППииМР UrnflLUUt/U Г» игппм ОП° *37/10 _ 771 пплпппг,
-------------- J . ....... Ч, ~ ~ ttf Л
начены для поверки и разметки прямых углов, для контроля перпен-
дикулярности расположения деталей при монтаже оборудования,
для поверки точности станков, для поверки прямолинейности хода
стола, взаимной перпендикулярности хода стола и каретки, других
показателей инструментальных и универсальных микроскопов.
Установлено шесть типов угольников (рис. 25):
УЛ —/лекальная плитка (рис. 25, а);
УЛП — лекальный угольник плоский (рис. 25, б);
УЛШ — лекальный угольник с широким основанием (рис. 25, в);
УЛЦ — лекальный угольник цилиндрический (рис. 25, а);
УП — угольник слесарный плоский (рис. 25, б);
УШ — угольник слесарный с широким основанием (рис. 25, а).
Буквами and обозначены измерительные поверхности уголь-
ников, буквами b н с — опорные, буквами е — боковые поверх-
ности.
Основные размеры угольников всех типов, кроме УЛЦ, должны
соответствовать указанным в табл. 11.
Допускаемые отклонения от перпендикулярности измеритель-
ных поверхностей а и d к опорным b и с не должны превышать зна-
чений, указанных в табл. 12.
Допускаемые отклонения от плоскостности и прямолинейности
измерительных поверхностей, а также отклонения от плоскостности
и параллельности опорных поверхностей на длине L угольников ти-
пов УЛП, УЛШ, УП, УШ не должны превышать значений, ука-
занных в табл. 13.
60 <
Таблица 11
Основные размеры угольников
Размеры, мм Типы ; угольников
с а
/: для типа с а
УЛ)
60 40 + + + + +
100 60 + + + + +
160 100 4- + + + +
250 160 + + + +
400 250 — + +
630 400 — — — +
1000 630 — — — — +
1600 1000 — — — — +
Таблица 12
Допускаемые отклонения
от перпендикулярности
измерительных поверхностей
поверочных угольников
к опорным поверхностям, мкм
Высота угольни- Классы точности
ков Н (Н и Ну — для типа УЛ), мм 0 । 2
40 2,5 5
60 2,5 5 13
100 3,0 6 15
160 3,5 7 18
250 4,5 9 22
400 6,0 12 30
630 8,0 17 42
1000 — 24 60
1600 — — 90
В табл. 14 представлены основные допускаемые отклонения
угольников типа УЛ.
Рабочие грани длинных сторон должны быть закруглены ра-
диусом 0.2 мм. Угольники должны быть размагничены и освобожде-
ны от внутренних напряжений.
Рис. 25. Поверочные угольники с углом 90°:
а—типе УЛ; б — типа УЛЛ; в — типа УЛШ; г — типа УЛЦ; д —типа УП; е—типаУШ
61
Таблица 13
Параметры точности поверочных угольников
Высота угольников //, мм Допускаемые отклонения, мкм
от плоскостности и прямолинейности измерительных поверхностей от плоскостности опорных поверхно- стей от параллельности опорных поверхностей
Классы точности
0 2 ° • 1 1 2 0 1 1 1 2
60 1,0 2 4 1,5 2,5 5 2,5 | 5 | 13
100 3,5 | 6 | 15
160 1.5 3 6 2,0 4,0 8 3,5 | 7 | 18
250 4,5 1 9 | 22
400 2.5 | 5 | 10 3,0 6,0 12 6,0 | 12 1 30
630 1 - 1 1 6 1 12 I - 1 1 8,0 16 1 | - 1 17 1 42
1000 1 - 1 1 ю 1 20 — 12,0 24 | 1 - 1 24 60
1600 — — 30 — — 36 — — 90
Таблица 14
Поверочный угольник типа УЛ
Допускаемые отклонения, мкм
от прямолинейности измерительных поверхностей от плоскостности опорных поверхностей
а | d » 1
Классы точности
0 1 1 | 0 1 1 0 1 0 1
1.0 1 2,0 1,0 2,0 1,5 2,5 1,5 2,5
1,5 3,0 2,0 4,0 2,0 4,0
Призмы поверочные и разметочные (ГОСТ 5641—66) изготовля-
ют трех типов (рис. 26):
I — с одной призматической выемкой и накладкой (рис. 26, а)\
II — с четырьмя призматическими выемками (рис. 26, б);
III — с одной призматической выемкой (рис. 26, в).
Основные размеры изготовляемых призм указаны в табл. 15.
Допускаемые отклонения размеров призм не должны превышать
величин, указанных в табл. 16.
Призмы поставляются комплектами, состоящими из двух призм.
Внутренние напряжения у призм должны быть устранены, при-
змы — размагничены.
62
Цилиндрические контрольные валики с внутренними (рис. 27, а)
и внешними центрами (рис. 27, б) применяют для поверки совпа
дения осей центров, положения их относительно направления пере-
мещения стола универсального и инструментального микроскопов,
при поверке поверочных призм. Конусность и овальность допуска-
ется не более 0,001 мм.
Кольца установочные к приборам для линейных внутренних
измерений с диаметром измерительной поверхности от 4 до 18 мм
Таблица 15
Размеры призм
Гипораз- меры призм В L н h л. Диаметры устанавли- ваемых на призмы валов
min max
1—1 35 40 30 6 — — 3 15
1—2 60 60 50 16 — — — — 5 30
1—3 105 100 80 32 — — — — 8 70
1—4 150 100 100 • 50 — — — — 12 ПО
11—1 100 60 90 — 32 25 20 16 8 80
И—2 150 80 135 — 50 32 25 20 12 135
II—3 200 100 180 — 60 50 32 25 20 160
II—4 300 125 270 — ПО 80 60 k ЭД . 32 300
III—1 200 100 125 60 — — — — 20 460
II1-2 300 125 180 ПО — — — — 32 300
63
a)
a
6)
Рис. 27. Цилиндрические конт-
рольные валики:
а —с внутренними центрами;
б —с наружными центрами
(рис. 28) используются для настройки
и поверки приборов для линейных внут-
ренних измерений контактным и бес-
контактным методами.
Кольца установочные изготовляют
четырех классов точности: 1,2, 3, 4;
наборами или в виде отдельных колец.
Кольца классов 1 и 2 являются об-
разцовыми и должны служить для на-
стройки и поверки приборов с ценой
деления до 0,2 мкм, класса 3 — для
настройки приборов с ценой деления
св. 0,2 до 0,5 мкм, класса 4— для при-
боров с ценой деления св. 0,5 мкм.
Таблица 16
Допускаемые отклонения призм
Типоразмеры призм Классы точности Отклонения, мкм Разность расстояний выемок двух призм одного комплекта от основания
от параллельности призма- тических выемок основанию (на длине L) от парал- лельииа и призмати- ческих выемок боковым граням (на длине от симметрич- ного располо- жения выемок относительно плоскости, перпендику- лярной осно- ванию и про- ходящей через его середину (на длине L) от перпенди- кулярности боковых гра- ней к основа- нию у призм типов 1 и III (на длине Н) от взаимной перпендику- лярности бо- ковых граней у призм типа II (на длине В) 1 от перпендикулярности призматической выемки к торцам (на длин? L)
1 — 1; 1 — 2 2,5 2,5 2,5 2,5 . 5 4
1—3; 1—4 А 4 4 4 4 8 8
III —1 и 4 4 4 4 8 5
Ш-2 5 5 5 5 10 6
1—1; 1—2 5 8 5 5 5 6
1—3; 1—4 8 5 8 8 8 10
II—1 10 10 10 15 — 12
II—2; II—3 1 15 15 15 20 • 20
11—4 20 20 20 25 25
Ш-1 8 8 8 8 8 ю
III —2 10 10 10 10 10 J2
1 — 1; 1-2 10 10 10 10 10 12
1 — 3; 1—4 15 15 15 1.5 15 20
К-1 20 20 20 20 25
II —2; II—3 2 25 25 25 25 — 30
•II —4 30 30 30 30 — 35
Ш-1 15 15 15 15 — 20
Ш-2 20 20 20 20 20 25
64
Таблица 17
Размеры установочных
колец
От 4 до 6 Q 15 hS
Св. 6 до 10 Q 20 /г8
Св. 10 до 18 Q 30 Л8
12 h 14
15 h 14
20 h 14
Рис. 28. Кольцо установочное к приборам
для линейных внутренних измерений
Форма и габаритные размеры установочных колец должны соот-
ветствовать значениям, указанным в табл. 17.
Предельные отклонения срединного диаметра (диаметра, изме-
ренного в сечении, равноудаленном от торцов кольца) и отклонение
от цилиндричности измерительной поверхности установочных
колец не должны превышать величин, указанных в табл. 18.
Таблица 18
Допускаемые предельные отклонения установочных колец, мкм
Номинальные диаметры | колец, мм Средин- мпгп ли- аметрь О г ия- пииппии- HOCTII Средин- НПГП Г.И-J аметра От ЦИ- ЛИН дпич- ности Средин- ного ли-1 аметра| От ЦИ- ЛИН л- риччости Средин- ного ди- аметра От ци- линдпич- ности
Класс точности
1 1 1'3 4
1 От 4 до 6 ’ Св. 6 ДО 10 £в. 10 до 18 ±0,30 ±0.30 ±0,40 0,05 0,10 0,15 ±0,50 ±0,50 ±0.60 0,10 0,15 0,20 ±0,75 ±0,75 ±1,00 0,15 0,20 0,25 ±1,25 ±1,25 ±1,50 0,30 0,30 0,30
На кольца надевается специальная теплоизоляционная резино-
вая, оправа.
Щупы-пластины (рис. 29) длиной до 200 мм служат для повер-
ки величин зазоров между
поверхностями.
Щупы изготовляются с но-
минальным размером от 0,02
до 1 мм первого и второго
классов точности и комплек-
туются в наборы № 1, 2, 3,
4 (табл. 19).
Отклонения толщины и
желобчатость щупов не дол-
жны превышать величин,
указанных в табл. 20.
За -толщину щупа s при-
нимается показание прибора,
Рис. 29. Щуп
3 Зак. 38
65
Таблица 19
Номинальные размеры щупов
Номер набора Номинальная толщина S щупов, мм Ч и ело щупов в наборе
1 0,02; 0,02; 0,03; 0,03; 0,04; 0,05; 0,03; 0,07; 0,08; 0,09; 0,010 11
2 0,02; 0,03; 0,04; 0,05; 0,06; 0,07; 0,08; 0,09; 0,10;0, 15; 0,20; 0,25; 0,30; 0,35; 0,40; 0,45; 0,5 17
3 0,55; 0,60; 0,65; 0,70; 0,75; 0,80; 0,85; 0,90; 0,95; 1 10
4 0,10; 0,20; 0,30; 0,40; 0,50; 0,60; 0,70; 0,80; 0,90; 1 10
Таблица 20
Параметры точности щупов
Классы точности щупов
мм Допускаемые откло- нения толщины S щупов Допускаемая желобчатость Допускаемые откло- нения толщины s щупов । Допускаемая желобчатость
S,
новых изношен- ных новых изношен- ных
верх- них ниж- них верх- них ниж- них
От 0,02 ДО 0,06 +3,0 — 1,5 —3 +5 —3 —5
Св.0,06 ДО 0,10 +4 —2 —4 — +6 —4 —5 —
» 0,10 0,18 +5 —2 —5 4 +8 —4 —8 6
» 0,18 0,30 +6 —3 —6 4 +9 —5 —9 7
» 0,30 > 0,50 +7 —4 —7 5 + 11 + 13 —6 — 11 8 ,
» 0,50 » 0,60 +8 —5 —8 6 —7 -13 10
» 0,60 » 0,80 +9 —5 —9 7 + 14 —8 -14 И
> 0,80 » 1,00 + 10 —5 — 10 7 + 16 —9 — 16 12
Примечание. Отклонения, указанные не щупа. в табл. 20, относятся к рабочей дли-
а за желобчатость — разность в данной точке при измерении с двух
сторон.
Из табл. 20 видно, что отклонение от толщины щупов допуска-
ется только плюсовое: у щупов 1-го класса точности от + 3,0 до
+ 10 мкм в зависимости от номинального размера, а у щупов 2-го
класса — от 5 до 16 мкм.
66
Универсальные инструменты и приборы
Угломеры являются приборами массового применения для из-
мерения углов деталей машин и поверки их взаимного положения.
Существует три основных типа угломеров: универсальный угломер
(рис. 30) типа УН, транспортирный угломер (рис. 31) типа УМ и
оптический угломер (рис. 32) с пределами измерения углов от 0
до 180°.
Угломер типа УН (рис. 30) состоит из основания 3 с градусной
шкалой, на котором закреплена линейка 4. По основанию 3 переме-
щается сектор 6 с нониусом 2 и стопором 5. К сектору 6 при
помощи державки 1 крепится или угольник 7 со съемной линейкой
8 или одна линейка. Это позволяет изменять пределы измерения уг-
ломера.
Угломер типа УМ (рис. 31) также состоит из основания 1 с
закрепленной на нем линейкой 5. Подвижная линейка 2 вращает-
ся на оси вместе с нониусом 7, снабженным узлом микропередачи 6.
Для изменения пределов измерения угольник 4, который крепится
державкой 3, может быть снят.
Угломеры обоих типов выпускают с величиной отсчета по но-
ниусу в 2' и 5'.
Оптический угломер типа УО (рис. 32, в) имеет цилиндрический
корпус, с которым жестко скреплена линейка 6. Сменная линейка 1
может поворачиваться относительно направлений измерений. Ее
положение фиксируется винтом 2. На верхней крышке корпуса
установлена отсчетная лупа 5 с увеличением 16х.
Шкала лимба состоит из четырех секторов по 90° с ценой деле-
ния 1°, оцифрованных от 0 до 90° через 2°.
Рис. 30. Универсальный угломер:
/ — державка; 2 — нониус; 3 — основание;
4 — линейка; 5 — стопор; б — сектор; 7 —
угольник; 8 — линейка съемная; 9 — дер-
жавка
Рис. 31. Транспортирный угломер
3*
67
5 2
Рис. 32. Оптический угломер:
1 — сменная линейка; 2 —
винт; 3 — крышка; 4 — кор-
пус; 5 — отсчетная лупа; 6 —
линейка; 7 — винт; 8 — сек-
тор; 9, 10 — линзы
Минутная шкала с ценой деления 5' нанесена в два ряда с соот-
ветствующей оцифровкой для отсчета при различных направлениях
вращения. Ширина штриха не должна превышать Г. Порядок
чередования коротких и удлиненных штрихов, а также оцифровка
шкалы соответствуют указанным на рисунке.
Образцы просвета применяют при визуальной поверке непло-
скостност!’ и непрямлиинейности. а также при поверке конусности
калибров. Они состоят из концевых мер длины нескольких различ-
ных размеров (обычно с разницей в 1 мкм), притерных к стеклянной
плоской пластине 1 (рис. 33), и лекальной линейки 3, помещенной
сверху на две крайние меры 2 с одинаковым номинальным раз-
мером. Поскольку размер крайних концевых мер больше размера
промежуточных, то между последними и лекальной линейкой обра-
зуются просветы.
Для хорошо обработанной поверхности погрешность сличения
«на просвет» считается равной 1—2 мкм при просветах до 10 мкм.
Для зазоров более 10 мкм этот метод применять не рекомендуется.
2,009 2,007 2,005 2,005 2,001 2, Of
Рис. 33. Образец просвета:
1 — пластина; 2 — концевые меры; 3 — лекальная
линейка
Весы настольные цифер-
блатные (ГОСТ 23676—79)
применяют для поверки
измерительного усилия
средств измерения линей-
ных и угловых размеров.
Основными параметрами
являются наибольший пре-
дел взвешивания, цена
деления, число делений и
допускаемая погрешность
взвешивания (табл. 21).
Динамометр типа ДПУ-
0,01-2 применяется при
поверке
усилия
измерительного
измерительных
68
Таблица 21
Основные параметры циферблатных весов
Наибольший предел взвешивания, кг Цена деления, г Число делений Интервал взвешивания Допускаемая погрешность в делениях шкалы
2 1 2000 От 20 до 500 Св. 500 до 2000 ±0,5 ±1,0
2 1000 От 20 до 1000 Св. 1000 до 2000 ±0,5 ±1,0
5 2 2500 От 40 до 1000 Св. 1000 до 4000 Св. 4000 до 5000 ±0,5 ±1,0 ±1,5
10 5 2000 От 100 до 2500 Св. 2500 до 10 000 ±0,5 ±1,0
20 10 2000 От 200 до 5000 Св. 5000 до 20 000 ±0,5 ±1,0
средств. Технические требования на динамометр установлены
ГОСТ 13837-79.
Уровень брусковый (рис. 34) применяется при поверке располо-
жения поверхностей средств измерений, поверке точности станков
и других видов оборудования.
Технические условия, основные параметры и размеры установ-
лены ГОСТ 9392—75. Чувствительным элементом уровней является
основная ампула 2, представляющая собой цилиндрическую трубку,
наполненную жидкостью с небольшим пузырьком воздуха. На на-
ружной верхней поверхности ампулы нанесена шкала. Шкала ос-
новной ампулы имеет два нулевых штриха, расположенных на рас-
стоянии, равном длине пузырька, и не менее чем восемь делений в
каждую сторону с интервалом делений 2 мм. Отсчет по шкале про-
изводится по краю пузырька воздуха. При наклоне ампулы на угол
<р (рис. 35) наивысшая точка ампулы перемещается из точки А в точ-
ку В, вызывая соответствующее перемещение пузырька воздуха. Эта
зависимость может быть представлена формулой
Ф — L/R или ф" = 206265 L/R,
Рис. 34. Уровень брусковый:
/ — ампула установочная (поперечная); 2 — ампула основная (продольная); 3 — корпус
6J
где ср — угол в радианах, а ф" — угол
в секундах.
Цена деления ампулы в секундах
при стандартном интервале деления 2 мм
С" = 2ф7Л = 412530 C/R.
Цена деления уровня Су, т. е. угол
наклона уровня, вызывающий переме-
щение пузырька воздуха на одно деле-
ние шкалы, выражается в мм/м и опре-
деляется по формуле
Су = 2000//? = 0,005 С".
Рис. 35. Положение ампулы и ,, „
пузырька при измерении Уровни выпускают со следующей це-
ной деления шкалы основной ампулы:
0,02; 0,05; 0,10; 0,15 мм/м. Угол наклона в 0,01 мм/м соответ-
ствует в градусной мере углу в 2".
При поверочных работах прменяют также рамочные уровни п
макрометрические уровни.
Линейки синусные применяют для поверки положения поверхно-
стей измерительных средств. Типы и основные параметры определе-
ны ГОСТ 4036-71.
Различают синусные линейки следующих типов:
тип I — синусные линейки без опорной плиты с одним накло-
ном (рис. 36);
тип II — синусные линейки с опорной плитой с одним наклоном
(рис. 37);
тип III — синусные линейки с опорной плитой с двумя накло-
нами (рис. 38).
4 J
Рис. 36. Синусная линейка без опорной
плиты с одним наклоном:
/ — столбик; 2 — ролики; 3 — боковые план-
ки, 4 — упорная планка
Рис. 37. Синусная линейка с опорной пли-
той с одним наклоном:
/ — плита опорная; 2 — ролики; 3 — крыш-
ка; 4—столик; 5 — планка упорная; 6 —
планка боковая
70
Рис. 38. Синусная линейка с опорной плитой с двумя наклонами:
/ — столик; 2 — ролики; 3 — упорные планки; 4 — плита средняя; 5 — плита опорная;
6 — крышки
Линейки типа III позволяют устанавливать углы в двух взаим-
ноперпендикулярных направлениях.
Синусные линейки изготовляют классов точности 1 и 2 с расстоя-
ниями между осями роликов 100, 200, 300 и 500 мм.
Допускаемые погрешности линеек при установке их на углы ,\о
45° не должны превышать значений, указанных в табл. 22.
Тя б л и п я 22
Точностные параметры синусных линеек
Размер, Lt мм Допускаемые погрешности, ±1 о, для линеек типов
1 1 11 1 1 1,1
Классы точности
1 1 2 1 1 1 2 1 1 1 2 | 1 | 2 | 1 | 2 | 1 | 2
При установке на угол
до 30е св 30° до 45° до 30° св. 30° до 4 5° до 3 0° св. 30° до 4 5°
100 150 5 8 6 10 Ь 9 8 12 8 12 10 15
200 300 4 6 5 8 5 8 6 10 6 9 8 13
ГОСТ 4046-71 также регламентируетдопускаемое отклонение рас-
стояния между осями роликов, отклонение от параллельности осей
на длине роликов, разность диаметров парных роликов, отклонение
от правильной геометрической формы рабочей поверхности роликов
и другие параметры.
Квандранты оптические предназначены для поверки угловых поло-
жений измерительных поверхностей средств измерений, а также для
установки угла наклона к горизонтальной плоскости цилиндричес-
ких и плоских поверхностей.
71
Таблица 23
Точностные параметры оптических квадрантов
Основные параметры Нормы для типов
КО-2 | КО-5 | I КО-10 |ко-зо
Предел допускаемой погрешности квадран- тов, угловые секунды, не более Номинальная цена деления шкалы отсчет- ного устройства, угловые секунды, не более ±2 ±5 ±10 ±30
2 5 10 60
Предел измерений углов по лимбу, угло- вые градусы 0—360 0—360 0—360 0—360
Номинальная цепа деления основного уров- ня, угловые секунды, не более Номинальная цена деления поперечного уровня, угловые минуты, не более 4 6 15 30
2 2 4 4
Номинальная цена точности лимба, угло- вые минуты, не более 10 10 20 60
Номинальная цена деления грубого лимба, угловые градусы, не более 5 5 5 5
Отклонения от параллельности плоскости основания и оси углового паза, угловые се- кунды, не более 10 15 30 60
Отклонение от плоскостности основания (в сторону вогнутости), мм, не более 0,003 0,004 0,007 0,010
Длина основания квадранта, мм, не менее 200 150 120 100
Масса квадранта, кг, не более о и ** и
Масса квадранта с магнитным основанием, кг, не более 10 7,5 5 3,5
Примечания. 1. Предел допускаемой погрешности квадранта типа КО-2 не
более ±2 относится к измерениям углов в пределах ±60 . 2. Допускается изготовление основания квадрантов без углового паза.
Оптические квадранты изготовляют следующих типов:
КО-2 — с допускаемой погрешностью измерения 2",
КО-5 — с допускаемой пог-
Рис. 39. Квадрант оптический типа КО-ЗО
решностью измерения 5 ,
КО-10 — с допускаемой пог-
решностью измерения 10",
КО-ЗО — с допускаемой по-
грешностью измерения 30"
(рис. 39).
Основные параметры опти-
ческих квадрантов должны со-
ответствовать значениям, ука-
занным в табл. 23.
Для измерения и установки
углов наклона измерительных
поверхностей в вертикальной
плоскости от 0 до 90° приме-
няются также квадранты меха-
нические с уровнем по ГОСТ
10908-75.
72
Образцы шероховатости
поверхности (ГОСТ 9378—75)
применяют при поверке при-
боров и оценке шероховатости
поверхности методом сравне-
ния (рис. 40).
Образцы шероховатости
поверхности изготовляют для
Рис. 40. Образцы шероховатости:
1 — оправа; 2 — рабочий образец шероховато-
сти; 3 — крепежный винт
дугообразное); они имеют значе-
видов обработки, формы об-
разца, расположения неров-
ностей (прямолинейное, дуго-
образное, перекрещивающееся
ния параметра шероховатости, указанные в табл. 24.
Образцы шероховатости комплектуются наборами, а также от-
дельными образцами по видам обработки и материалам, из которых
они изготовлены.
Поверку шероховатости поверхности по образцам производят
визуально невооруженным глазом или на ощупь.
Точность сравнений может быть повышена в случае применения
специальных микроскопов сравнения. Этот микроскоп позволяет од-
новременно рассматривать поверяемую поверхность и поверхность
образца, которые в поле зрения микроскопа расположены рядом при
одинаковом увеличении и одинаковых условиях освещения.
Рассмотрим оптическую схему (рис. 41, а) микроскопа сравнения
марки ЛИТМО (рис. 41, б).
Пучок света от источника 7 (рис. 41, о) проходит через освети-
тельную линзу 6 к светоделительной призме 5. Один пучок проходит,
Таблица 24
Параметры и виды обработки образцов шероховатости
Вид обработки Параметр шероховато- сти Rz, мкм Базовая длина 1, мм Вид обработки Параметр шероховато- сти Rz, мкм Базовая длина /, мм
Шлифова- ние 0,025 0,05 0,1 0,2 0,4 0,8 1,6 3,2 0,25 0,25 0,25 0,25 0,80 0,80 0,80 2,50 Фрезе- рование 0,4 0,8 1,6 3,2 6,3 12,5 0,8 0.8 2,5 2,5 8,0 8,0
Точение и расточка 0,4 0,8 1,6 3,2 6,3 12,5 0,8 0,8 0,8 2,5 2,5 2,5 Строга- ние 0,8 1,6 3,2 6,3 12,5 , 25.0 0,8 0,8 2,5 2,5 8,0 8,0
73
не изменяя своего направления, через линзу объектива 3, диафраг-
му 2, отражается от поверхности образца /, снова проходит диафраг-
му 2 и линзу объектива 3, отражается в призме 5 и проходит через
окуляр 4. Другой пучок, отразившись вниз в призме 5, проходит
через объектив 3', диафрагму 2' и, отразившись от поверяемой по-
верхности снова проходит диафрагму 2'. оъектив 3', призму 5
и окуляр 4. Диафрагмы 2 и 2' установлены так, что одна из них за-
крывает правую половину поля зрения микроскопа, а другая —
левую половину. Поэтому в окуляре микроскопа можно наблюдать
поверяемую поверхность и поверхность образца, что облегчает срав-
нение.
Микроскоп может быть использован в качестве переносного при-
бора накладного типа. Микроскоп сравнения ЛИТМО имеет посто-
янное увеличение в 70 раз и поле зрения 1,7 мм.
Микроскопы сравнения других типов имеют сменные объективы
и окуляры, позволяющие менять увеличение от 15 до 200 раз.
Однако в настоящее время все более широкое применение полу-
чают образцы шероховатости с регулярным профилем. Это объясня-
ется тем, что существенно ужесточаются требования к обеспечению
единства и достоверности измерений шероховатости поверхности.
Образцы шероховатости с регулярным профилем представляют
собой поверхности с совокупностью периодически повторяющихся
одинаковых неровностей. В частном случае неровность може! бьнь
одна. При сечении такой поверхности плоскостью получается ре-
гулярный профиль.
Основным преимуществом, определившим применение для повер-
ки приборов специальных поверхностей, а не образцов технических
Рис. 41. Оптическая схема и внешний вид микроскопа ЛИТМО
74
поверхностей, явилась большая однородность образцов с регуляр-
ным профилем и возможность их аттестации с высокой точностью.
При производстве образцов наиболее часто учитывалась возмож-
ность их технического и метрологического обеспечения, что привело
к широкому внедрению профилей, получаемых методом травления
(на стекле), с помощью алмазного инструмента и методом осажде-
ния металла гальваническим путем.
Дальнейшее усовершенствование технических методов позволи-
ло получить образцы шероховатости с синусоидальным профилем,
предназначенные для контроля частотных характеристик, ступен-
чатые образцы и образцы с прямоугольным профилем, используемые
большей частью для контроля вертикального увеличения.
Поверки образцами имеют следующие основные преимущества:
обеспечение принципа подобия поверки измерительному процессу;
простота и удобство применения образцов на рабочих местах; транс-
портабельность и возможность их автономного применения без ка-
ких бы то ни было вспомогательных приборов и устройств; стабиль-
ность метрологических характеристик, дающих возможность прак-
тически исключить градуировочные и калибровочные операции об-
разцов.
В настоящее время образцы нашли наиболее широкое применение
при поверке средств измерения шероховатости — профилографов
и профилометров.
Среди методов изготовления образцов с периодическим профилем
наибольшее распространение получили следующие: метод профи-
лирующего инструмента, метод пластического деформирования,
метод резания, метод растворения материала образца и метод регу-
лируемого осаждения материала.
Методом профилирующего инструмента заданная форма всего
профиля или отдельных неровностей получается путем копирова-
ния (полного или частичного) формы используемого инструмента.
Методом пластического деформирования получение неровнос-
тей заданной формы обеспечивается путем внедрения инструмента в
тело образца. К недостаткам метода следует отнести образование
«завалов», остаточные упругие деформации и погрешности кинема-
тики движения инструмента. К преимуществам можно отнести хоро-
шие условия воспроизводимости формы профиля неравности, как на
одном образце, так и на целой их серии; возможность обеспечения
расчетной формы профиля и его регулирования (при изготовлении
инструмента); возможность изготовления матриц образцов на метал-
ле и их тиражирование гальванопластическими методами.
Например, в США таким методом получают образцы с неровно-
стями зигзагообразной формы и углом раскрытия 150°. Комплект
образцов (15 шт.) обеспечивает диапазон высот неровностей от 125
до 2 мкм при следующем числе шагов на 1 мм; 11, 17, 26, 41, 66. Точ-
ность аттестации образцов — около 3%.
В Советском Союзе были изготовлены опытные образцы, пюфиль
которых образован последовательностью впадин V-ообразной формы.
В настоящее время разработаны технология получения зигза-
гообразного профиля на золотых матрицах и способ гальванического
изготовления копий, обеспечивающий минимальные остаточные на-
пряжения.
Опытные образцы с одной неровностью (наборы) были выпущены
в СССР для поверки вертикального масштаба контактных профило-
графов и поверки погрешностей показаний приборов светового се-
чения. Комплект образцов охватывал диапазон значений /?шах =
= 504-0,7 мкм.
Метод резания применяется в сечении с последующим пластичес-
ким деформированием и основан на копировании формы инструмен-
та. Материал образца удаляется внедрившимся инструментом не
пластическим деформированием, а срезанием стружки, что дает воз-
можность избежать появления заусенцев или свести их к минимуму.
Последующее пластическое деформирование обеспечивает получе-
ние заданной формы профиля неровности с хорошим качеством по-
верхности, необходимым для аттестационных работ.
В СССР при реализации метода для получения образцов с тра-
пецеидальной формой профиля применялся бицилиндрический резец
с двумя участками для резания и деформирования.
При методе растворения материала образца образование неров-
ностей достигается путем растворения материала образца в опреде-
ленных местах. Форма неров-
ностей профиля определяется
свойствами материала, раство-
рителя и режимом технологи-
"ческого процесса.
Из материалов чаще всего
применяют стекло и хром. На
рис. 42 приведены типичные
формы неровностей, полученные
этим методом при изменении
сортов стекла, концентрации
растворителя и времени трав-
Рис. 42. Формы неровностей, полученные
методом растворения материала образца
z/r7
ления.
Выяснилось, что в стеклах
типа «крон» неровность возни-
кает, если растворять материал
в ширину, в то время, как в
стеклах «флинт» — больше при
растворении в глубину.
Метод регулируемого осаж-
дения материала основан на
том, что распределение осаждае-
мого материала можно регули-
ровать с помощью различных
неподвижных и подвижных
экранирующих масок. Этим ме-
76
Рис. 43. Профилограмма образца
шероховатости с синусоидальной
формой профиля
Рис. 44. Плиты поверочные и разметочные
тодом можно изготовить образцы с формой неровностей от прямо-
угольных до синусоидальных.
Образцы с синусоидальной формой профиля (Англия) (рис. 43)
имеют высоту профиля 0,75-10 мкм при шаге 0,25. Необходимый ди-
апазон шагов при употреблении образца достигается поворотом его
на разные углы по отношению к направлению движения преобразо-
вателя.
Метод напыления, при котором маской является прямоугольная
щель или ей подобная заслонка с резким краем, позволяет получить
образцы со ступенчатой формой профиля, отличающиеся предельно
малыми значениями высот ступеней (сотые доли микрометра и менее).
Методы аттестации образцов основаны на применении визуаль-
ных интерференционных методов, позволяющих аттестовать высоты,
шаговые и угловые параметры, а также определять по известным
зависимостям значение параметра шероховатости Ra. Благодаря
широкому использованию образцов второй группы представляется
важной разработка способа измерения параметра шероховатости,
основанного на интерференционном методе. Все методы аттестации
хотя и обеспечивают достаточно высокую точность измерения, су-
щественно зависят от субъективных погрешностей оператора. Даль-
нейшее повышение точности аттестации и производительности мет-
рологических операций может быть осуществлено разработкой и
внедрением объективных методов обработки информации, содержа-
щейся в изображении интерференционного поля, и, в первую оче-
редь, разработкой фотоэлектрических анализаторов.
Плиты поверочные и разметочные (ГОСТ 10905-75) применяются
для поверки плоскостности по методу пятен «на краску» и для
использования в качестве вспомогательного приспособления при по-
верочных и контрольных работах (рис. 44).
Поверочные плиты выпускают классов точности 01, 0, 1, 2,3.
Поверочные плиты изготовляют из чугуна. Они имеют шаброван-
ную, шлифованную или строганную рабочие поверхности. Плиты,
шаброванные вручную, изготовляют по классам точности 0 и 1,
плиты, шаброванные механическим способом — по классам точно-
сти 1 и 2.
В последнее время освоен выпуск поверочных плит из твердо-
каменных пород размерами 250x400, 400x400, 630x400, 10007X630
мм с отклонением от плоскостности, соответствующим классу0 по
77
Таблица 25
Размеры и допускаемые отклонения поверочных плит
Размеры плит, мм Допускаемые отклонения от плоскостности, мкм, для плит классов Допускаемый прогиб под сосредоточенной нагрузкой
01 0 1 1 1 2 3 Нагрузка, Н Прогиб, мкм
250 x 250 4 6 10 25 200 1
400x400 4 6 10 25 — 200 1
630 x 400 6 10 16 40 — 400 2
1000 X 630 6 10 16 40 60 1000 4
1600X1000 10 16 25 60 100 2500 10
2500X1600 — — 25 60 100 5000 20
4000Х 1600 — — — 100 160 8000 ' 50
ГОСТ 10905—75. Таким образом, при проведении высокоточных по-
верочных работ чугунные плиты можно заменить твердокаменными.
К твердокаменным породам относятся различные сорта гранита.:
розовый, серый, темно-серый, черный. Лучшим материалом для изго-
товления поверочных плит считается черный гранит.
Плиты из твердокаменных пород имипт целый пял преимуществ
по сравнению с чугунными:
отсутствие внутренних напряжений (что обусловлено долговре-
менным природным старением), позволяющее изготовлять плиты с
высокой стабильностью формы рабочей поверхности;
высокую износоустойчивость (она объясняется высокой твердо-
стью гранитов: 5—6 единиц по шкале МООСА), позволяющую увели-
чить срок службы плит более чем в 10 раз;
коэффициент термического расширения гранитов, колеблющий-
ся от 5 до 8*10-6 К-1, меньший, чем у чугуна (10* 10-6К-1), поэто-
му плиты из гранита меньше подвержены деформации;
коэффициент демпфирования гранитов выше в 15—20 раз, чем
у чугуна, что значительно ослабляет влияние вибраций, а это осо-
бенно важно при использовании их в условиях производства;
дешевизна материала, делающая изготовление плит из твердо-
каменных пород наиболее экономически выгодным.
Благодаря этим преимуществам плиты из твердокаменных пород
нашли широкое примение за рубежом, особенно в США, Англии,
ФРГ, Швейцарии.
За исходную плоскость при нормировании допускаемых откло-
нений от плоскостности принята прилегающая плоскость, т. е.
соприкасающаяся с поверяемой вне материала и ориентирован-
ная по отношению к ней таким образом, что расстояние от нее до по-
веряемой поверхности является наименьшим.
Гири образцовые (ГОСТ 12656—78) изготовляют четырех разря-
дов: 1, 2, 3, 4.
73
Гири разряда I применяют для поверки образцовых гирь 2-го
разряда массой от 1 мг до 20 кг и гирь 2-го класса по ГОСТ 7328—
73, поверки крутильных весов и весов со встроенными гирями.
Гири разряда 2 применяют для поверки образцовых гирь 3-го
разряда массой от 1 мг до 2000 кг и гирь 3-го класса по ГОСТ 7328—
73, поверки образцовых условных гирь 3-го разряда к образцовым
вагонным весам, поверки весов торсионных, гидростатических, ве-
сов со встроенными гирями, гирь и весов специального назначения.
Гири разряда 3 применяют для поверки образцовых гирь 4-го
разряда массой от 10 мг до 2000 кг, поверки гирь 4-го класса по
ГОСТ 7328—73, поверки образцовых грузопоршневых и квадрант-
ных весов, поверки контрольных весовых платформ 4-го разряда,
поверки весов и гирь специального назначения.
Гири разряда 4 применяют для поверки гирь 5-го класса по
ГОСТ 7328—73, поверки безменов, весов настольных конвейерных,
автоматических, порционных, циферблатных равноплечих и нерав-
ноплечих автомобильных, вагонных, неравноплечих весов с наклад-
ными гирями и шкальных весов, пружинных динамометров, поверки
весов и гирь специального назначения.
Кроме того, гири образцовые применяются для поверки измери-
тельного усилия приборов.
Образцовые гири поставляются наборами. Наборы граммовых
ооразцовых 1 ирь i,z,on ч-iu разрядов должны включать гири коми
нальной массой 500, 200, 200, 100, 50, 20, 20, 10, 5, 2, 2 и 1 г.
Образцовые гири должны применяться в органах Государствен-
ного комитета СССР по стандартам, а также в органах ведомствен-
ного надзора предприятий.
Образцовые гири всех разрядов и образцовые условные гири
3 и 4 -го разрядов должны отбираться из вновь изготовленных гирь:
образцовые гири 1-го разряда — из гирь 1-го класса;
образцовые гири 2-го разряда — из гирь 2-го класса;
образцовые гири 3-го разряда — из гирь 3-го класса;
образцовые гири 4-го разряда — из гирь 4-го класса.
Отобранные гири должны аттестовываться в качестве образцовых
органами Государственного комитета СССР по стандартам.
Типовые оптические детали и узлы
оптико-механических измерительных приборов
Совокупность оптических деталей, установленных в положении,
заданном расчетом или конструкцией, составляет оптическую сис-
тему прибора.
Оптические детали разделяют на следующие виды: линзы, зер-
кала и призмы, сетки, светофильтры, защитные стекла, поляриза-
торы и светопроводы.
Оптические узлы включают части оптических систем, состоящих
из нескольких оптических деталей, склеенных или установленных
на оптическом контакте, а также объективы, окуляры и т. д.
79
Линзами называются детали из оптически прозрачных однород-
ных материалов, ограниченные двумя преломляющими поверхностя-
ми, из которых одна, по крайней мере, является поверхностью тела о
кривизной (сфера, асферическая поверхность, цилиндрическая по-
верхность). Простейшие собирательные линзы — измерительные лу-
пы (ГОСТ 8309—75)— применяют при поверке разрешающей спо-
собности проекционных систем.
Оптические свойства линзы определяются радиусом кривизны
ее сферических поверхностей, ее толщиной и показателем преломле-
ния материала, из которого она сделана.'Обычнооптическая систе-
ма включает в себя совокупность линз. Если центральные точки всех
поверхностей линз лежат на одной прямой, то такая оптическая сис-
тема называется центрированной, а прямая, на которой они лежат,
называется осью системы.
Обычно оптические системы рассматривают в воздухе, при этом
показатели преломления равны единице (п = п' = 1).
Величина Ф = 1//', обратная заднему фокусному расстоянию,
называется оптической силой линзы. Единицей измерения оптичес-
кой силы линзы является диоптрия (м“г).
Оптическая сила линзы в воздухе равна одной диоптрии, когда
заднее фокусное расстояние равно одному метру. При f =0,5 м
оптическая сила линзы Ф = 2 дптр, при /' = 2 м Ф = 0,5 дптр.
Линзы у которых оптическая сила — величина положительная,
называют положительным. Лучи, проходя через такую линзу, на-
клоняются к оптической оси и пересекают ее справа от линзы. Изоб-
ражение предметов получается действительным.
Отрицательные линзы имеют отрицательную оптическую силу.
Проходя такую линзу, лучи расходятся. Пересечение продолжен-
ных преломленных лучей и оптической оси происходит слева от
линзы. Изображение предмета мнимое.
Зеркала бывают плоские, сферические и асферические с наруж-
ным и задним отражающими покрытиями (сплошными или частич-
но отражающими и частично пропускающими свет).
Зеркала точных оптико-механических измерительных приборов,
например, интерферометров, требуют высокой точности изготовле-
ния. Отражающий слой в этих зеркалах наносится на наружной сто-
роне, чтобы избежать влияния ошибок изготовления (например,
клиновидности) на качество оптической системы.
Толщина зеркал зависит от размера и, главным образом, от тре-
буемой точности рабочих поверхностей (чем толще зеркало, тем
меньше деформации). Для особо точных зеркал рекомендуется тол-
щину зеркала t выбирать в зависимости от его наибольшего
размера или диаметра D из соотношения
D = — D
5 7
Зеркала с невысокой точностью применяют в осветительных уст-
ройствах, видоискателях, прожекторах и т. д.
80
Рис. 45. Призма АР-90°
Рис. 46. Призма Дове — АР-0®
Призмы используют для изменения направления хода лучей в
приборах, изменения направления оптической оси системы, изме-
нения направления линии визирования, разложения света, разделе-
ния пучков лучей. Множество перечисленных задач может быть ре-
шено с помощью зеркал, однако применение призм позволяет упрос-
тить конструкцию и уменьшить размеры приборов.
Преимущества призм по сравнению с зеркалами:
углы между гранями призм неизменны, в то время как углы меж-
ду зеркалами должны регулироваться с большой точностью при
сборке и точность их положения должна поддерживаться при экс-
п пуятяции;
потери света у призм от граней с полным внутренним отражением
равны нулю, в то время как при отражении от поверхности зеркал
потери довольно велики;
некоторые призмы нельзя заменить зеркалами (например, спект-
ральную призму).
Необходимо отметить, что поле зрения любой призмы ограниче-
но и зависит от ее конфигурации и показателя преломления света.
Рассмотрим наиболее часто применяемые призмы.
Прямоугольная призма АР-90° имеет (рис. 45) одну отражатель-
ную грань, отклоняет оптическую ось на 90° и оборачивает изобра-
жение только в плоскости главного сечения. Призма развертывается
в плоскопараллельную пластинку, расположенную нормально
к осевому лучу.
Призма Дове АР-0° (рис. 46) имеет одну отражательную грань.
Ее оптическая ось параллельна отражающей грани и угол отклоне-
ния равен 0°. Применяется как компенсационная призма для по-
ворота изображения вокруг оси прибора. Призма развертывается в
плоскопараллельную пластину, наклоненную к оси под углом 45°
(рис. 47), ставится только в параллельном ходе лучей.
Обычно углы а = 0 = 45°, у = 90°.
Размеры призм находят из следующих зависимостей:
АВ = СЕ = УМ АС — 21/2п2~-1. - d-.
Д/2п2— 1-1
где п — показатель преломления стекла призмы.
Рис. 47. Развертка призмы Дове
Рис. 48. Пентапризма ВП-90®
Пентапризма БП-90° имеет две отражательных поверхности
(рис. 48) и применяется для отклонения луча на 90°. Отражатель-
ные поверхности призмы серебрят. Развертка призмы представле-
на на рис. 49.
При расчете призмы обычно задаются: угол отклонения лучей
со (в нашем случае со = 90е) и диаметр пучка d.
Исходя из закона отражения луча в системе из двух зеркал по-
лучим 0 = со/2; 0 - w; а = у = 180 — у = 112°30'; АЕ = АВ =
— d; Ed — ВС = 1,1)У d/cos 22:3и'.
Нетрудно видеть, что призма с двумя отражательными поверх-
ностями дает прямое изображение.
На рис. 50 представлена простейшая крышеобразная прямоуголь-
ная призма. В обычной прямоугольной призме (см. рис. 45) отра-
жающей гранью является плоская гипотенузная грань. В прямо-
угольной крышеобразной призме эта грань заменена двумя взаимно-
перпендикулярными отражающими гранями Рг и Р.2, причем ребро
пересечения этих граней лежит в прежней гипотенузной плоскости
и в главном сечении. Если крышеобразную призму рассечь плоско-
стью SS перпендикулярно
плоскости чертежа, то угол
(р между гранями крыши Pt
и Р2 будет равен 90°.
82
Рис. 51. визирные сетки
Комбинации из нескольких призм называются призменными си-
стемами. Одна из распространенных призменных систем известна
под названием системы Перро и применяется как система для пол-
ного оборачивания изображения.
Сетками называют стеклянные плоскопараллельные пластинки
с нынесенными на них перекрестиями, шкалами, указателями или
иными знаками, устанавливаемыми в плоскостях изображения оп-
тических систем.
Среди сеток, которые применяются в измерительных приборах
для линейных и угловых измерений, различают сетки прицельные
(визирные) для наведения прибора на объект и сетки измеритель-
ные — шкалы, растры.
Визирные сетки (рис. 51) обычно имеют перекрестие с разрывом
в центре. Наличие разрыва увеличивает точность наблюдений так
как штрихи ир чякрктпяют прян
Толщина сетки выбирается в зависимости от ее диаметра. Из-
мерительные сетки могут быть с указателем (рис. 52) или с нониу-
сом (рис. 53)
Наведение с помощью биссектора точнее чем наведение с помощью
перекрестия. Ошибка наведения по одинарному штриху равна при-
мерно половине толщины штриха, ошибка наведения по биссекто-
ру (двойному штриху) равна примерно 1/3 ширины штриха. При
применении биссектора наибольшая точность обеспечивается при
следующих соотношениях размеров между штрихами и толщиной
штрихов (рис. 54). Толщина штрихов t = S/3. Ширина промежутка
а = 2-4-3 S.
Рис. 52. Измерительные сетки:
а — обычная; б — профильная
83
Рис. 53. Спиральный нониус:
1 — изображение штриха основной шкалы;
2— шкала десятых долей, мм; 3 — шкала
тысячных долей, мм; 4 — спиральный бис-
сектор
Рис. 54. Основные параметры биссектора
Толщина штриха зависит от увеличения окуляра и рассчитыва-
ется следующим образом:
^mln /ок 6.
Если предел разрешающей способности глаза е = 1 при /ок =*
«= 25 мм, толщина штриха t 0,007 мм. Для таких окуляров боль-
шей частью принимают t = 0,008-?0,020 мм. Изготовление штрихов
тоньше 0,01 мм затруднительно.
В измерительных приборах иногда применяют двойные сетки,
одна из которых неподвижна по отношению к шкале, вторая — под-
вижная с индексом (например, спиральная вращающаяся сетка вин-
тового окулярного микрометра универсального микроскопа). Нали-
чие необходимого зазора между сетками вызывает параллакс, ко-
торый может привести к ошибке в отсчете. Для того чтобы сетки
были видны одновременно, допустимую величину зазора выбирают в
зависимости от фокусного расстояния окуляра и диаметра зрачка
выхода. Например, для фокусного расстояния /ок = 20 мм и диамет-
ра выходного зрачка Овыхзр = 6 мм допустимая величина зазора
d = 0,02 мм.
Светофильтр — это слой какой-либо среды, обладающей избира-
тельным поглощением света.
Светофильтры делят на следующие группы:
из стекла, окрашенного в массе;
желатиновые;
из окрашенных пластмасс;
жидкие;
газовые;
84
поляризационные;
интерференционные.
Светофильтры изменяют как яркостные, так и цветовые соотно-
шения между видимыми объектами и уменьшают хроматическую
аберрацию. Именно эти свойства светофильтров используются для
улучшения видимости и контрастности объектов измерения и объ-
ектов наблюдения. В оптических и оптико-механических измеритель-
ных приборах обычно применяют зеленые светофильтры, изго-
товленные из цветного стекла марки ОС17. Диаметры круглых све-
тофильтров должны выбираться из ряда целых чисел, оканчиваю-
щихся на 0,2, 5 и 8. Толщину светофильтров не рекомендуется де-
лать более 2 мм, так как при светофильтрах толщиной более 2 мм
резко ухудшается контрастность изображения.
Объективом называют оптическую деталь, входящую в оптиче-
скую систему, расположенную со стороны предметов и дающую пер-
вое действительное и второе перевернутое изображение, которое и
рассматривается в дальнейшем через остальные оптические детали
прибора.
Объектив является главным элементом любой оптической систе-
мы и дает хорошее качество изображения только при вполне опре-
деленных значениях относительного отверстия и поля зрения. В свя-
зи с этим основными характеристиками объектива считают относи-
тельное отверстие, поле зрения и разрешающую силу.
Относительным отверстием объектива называется отношение
диаметра действующего отверстия объектива D (обычно диаметра
входного зрачка DBX.3p) к фокусному расстоянию fr (D/f').
Поле зрения характеризуется частью пространства, светящиеся
точки которого могут давать свои изображения, и измеряется в гра-
дусах. Ограничение поля зрения достигается специальной диафраг-
мой, которая носит название полевой.
Под разрешающей силой понимают способность оптической сис-
темы давать раздельное изображение двух близколежащих точек
предмета. Разрешающая сила определяется по формуле
Ф=1,22Х/Рвх.зр,
где X — длина волны; DBX.3p — диаметр входного зрачка.
Для практического определения разрешающей силы применяют
специальные испытательные шкалы.
Наиболее распространенным из объективов является объектив,
склеенный из двух линз, причем одна из них положительная, а
другая — отрицательная. Если первой линзой является положи-
тельная (рис. 55, а), то комбинация называется «крон-впереди»,
если же первой линзой является отрицательная линза, то комбина-
ция носит название «флинт-впереди» (рис. 55, б).
Простота конструкции склеенного объектива объясняет его ши-
рокое применение.
Объектив из двух не склеенных линз имеет меньшее распро-
странение. Главное его преимущество — наличие воздушного прэме-
85
жутка между линзами, изменяя который при сборке, можно полу-
чить объектив с точно заданным фокусным расстоянием.
Для получения большого поля зрения (до 40°) применяют объек-
тивы из большого числа линз.
Вместе с усложенением оптической системы объективов услож-
няется их сборка. Основное требование, выполняемое при сборке
объективов, заключается в том, чтобы получить необходимое каче-
ство изображения на оси в пределах всего заданного поля зрения.
Однако выполнение этого требования зависит от качества материала
и от точности изготовления оптических деталей.
Оптические материалы имеют отклонение показателей прелом-
ления и дисперсии от стандартных табличных величин, которые бы-
ли приняты при расчете оптической системы объектива, а также та-
кие дефекты, как натяжение, свили и другие неоднородности. К
ним добавляются погрешности изготовления: отклонения радиусов
кривизны поверхностей от расчетных величин, несферичность по-
верхностей, отклонение толщины линзы по оси от заданной величи-
ны, децентрировка линз. В результате погрешностей и дефектов
сборки объектива линзы могут быть деформированы, децентрирова-
ны и смещены вдоль оси из расчетного положения. Таким образом,
каждая линза может иметь до полутора десятков первичных ошибок,
влияющих на качество объектива, которые, складываясь, могут не
только ухудшить качество изображения, но и изменить оптические
характеристики объектива: фокусное расстояние, задний отрезок и
др.
При сборке объективов возможна частичная компенсация откло-
нений оптических характеристик материалов и некоторых погреш-
ностей изготовления линз. Например, при склеивании линзы цент-
рируют, совмещая их оптические оси взаимными сдвигами по по-
верхности склейки. Контроль центрировки ведут при помощи авто-
коллимационных трубок.
При завальцовке линз в оправы их точно центрируют перед закре-
плением или закрепляют без центрировки. После закрепления об-
рабатывают сборочные базы оправ относительно оптической оси
линзы, тем самым добиваясь центрировки.
Для компенсации отклонений толщины линз и показателей пре-
ломления материалов изменяют по расчету один или два воздушных
а) if)
Рис. 55. Два вида объектива, склеенных из
двух линз:
а — крон—впереди; б — флинт—впереди
промежутка между линзами.
Допуски на децентриров-
ку линз составляют несколь-
ко сотых долей миллиметра.
Специальные устройства
обычно в конструкциях объ-
ективов для центрировки
линз не предусматриваются,
а точность сборки объектива
достигается в основном тех-
нологическим процессом.
86
Рис. 56. Оптическая схема окуляра Кельнера
Окуляры использу-
ются для рассматрива-
ния изображения, да-
ваемого объективом.
Для наблюдателя,
страдающего бл изор у-
костью или дальнозор-
костью , п р едусмотр е на
возможность смещен и я
фокальной плоскости
окуляра для резкого видения. Окуляры обычно рассчитывают на
смещение, соответствующее 4—5 диоптриям в каждую сторону.
Основными характеристиками окуляра являются окулярное поле
зрения, в пределах которого окуляр дает достаточно резкие изоб-
ражения, и положения его заднего и переднего фокусов. Для фокус-
ных расстояний установлен номинальный ряд значений — 10, 15,
20, 25, 30, 35, 40 и 50 мм. Наибольшее распространение получили
окуляры с фокусным расстоянием в пределах от 20 до 30 мм.
Окуляры по конструкции бывают нескольких типов, как с внеш-
ней, так и с внутренней фокусировкой. Наибольшее распростране-
ние в измерительных приборах получил окуляр Гюйгенса и Кельне-
ра (рис. 56).
Глазная линза в окуляре состоит из двух склеенных линз, а в
качестве коллектива обычно применяют двояковыпуклые линзы.
Поле зрения колеблется в пределах 45—50°. Применяются окуляры
с увеличением 4; 7; 10; 12,5; 15; 20х.
Оптические поверочные приборы
Среди большого разнообразия различных оптических прибо-
ров, которые применяются для поверки и настройки измерительных
средств, обычно выделяют коллиматоры, зрительные трубы, авто-
коллимационные трубы и автоколлиматоры.
Коллиматоры применяются при поверке всех оптических прибо-
ров, например, при установке диоптрийных шкал окуляров на ноль,
при поверке параллакса. Коллиматор (рис. 57) воспроизводит па-
раллельный пучок света от освещенной сетки и состоит из объектива
5 и сетки 4, установленной в его фокальной плоскости. С етка уста-
навливается с точностью 0,001 дптр, поэтому для самих коллимато-
ров большое значение имеет установка сетки в нулевое положение
Рис. 57. Схема коллиматора:
1 — источник света; 2 — кон-
денсор: 3 — матовое стекло:
. 4 — сетка; 5 — объектив
87
или ее центрировка относительно объектива, что достигается спе-
циальными устройствами.
Для равномерного освещения сетки между осветителем и сет-
кой устанавливается молочное или матовое стекло 3 или целые
конденсорные системы 2. Наибольшее распространение получили
коллиматоры с фокусным расстоянием 400, 600 и 1200 мм.
Для измерений коллиматор снабжается или наблюдательной
трубой, или шкаловым микроскопом и микроскопом-микрометром.
Зрительные трубы (рис. 58) состоят из объектива /, в фоку-
се которого расположена сетка 2. Изображение, воспроизводи-
мое на сетке, рассматривается через окуляр 3, имеющий наводку
в пределах ±5 дптр для установки по глазу наблюдателя.
Визирная линия первой трубы (рис. 58, а) перпендикулярна
базировочной поверхности фланца, а второй трубы (рис. 58, б) —
параллельна шлифованным базировочным граням корпуса.
Отклонение от перпендикулярности базировочной поверхно-
сти фланца к оси цилиндра в первом случае не должно превы-
шать 15", отклонение от параллельности граней корпуса визир-
ной линии во втором случае не должно превышать 10".
Автоколлиматор представляет собой коллиматор с зеркалом
для возвращения вышедших из коллиматора лучей и автоколли-
Рис. 58. Зрительные трубы:
/ — объектив; г —сетка; 3 — окуляр
мационным окуля-
ром для наолюдения
положения изобра-
жения сетки в ее
плоскости. Зеркало
иногда может быть
заменено отполиро-
ванной поверхностью
поверяемой детали
или узла.
Автоколлиматоры
применяют для по-
верки направляющих
прямолинейного дви-
жения, при центри-
ровке объективов,
при установке
перпендикулярности
плоских предметов
столов приборов от-
носительно кронш-
тейна. На принципе
автоколлимации уст-
роен оптиметр для
измерения длин,
спектрометр для точ-
ных измерений углов
88
Рис. 59 Схема автоколлиматора с окуляром Гаусса:
/ — плоское зеркало; 2 — объектив; 3 — сетка; 4 — стеклянная пластинка: 5 — окуляр:
6 — конденсор; 7 — источник света
и показателей преломления, микроскоп для измерения радиусов
кривизны и многие другие приборы. Принципиальная схема
автоколлиматора с окуляром Гаусса показана на рис. 59.
Свет от источника света 7, расположенного в фокусе конденсора
6, через полусеребренную стеклянную пластинку 4 параллельным
пучком освещает сетку 3.
Сетка 3 расположена в фокальной плоскости объектива 2, и лучи
выходят из объектива параллельным пучком. Если на пути лучей
перпендикулярно визирной пимии трубки поместить плоское зерка-
ло /, то после отражения от него лучи пойдут обратно через объек-
тив и сойдутся в плоскости сетки, давая так называемое автоколли-
мационное изображение. Автоколлимационное изображение сетки
совпадает с сеткой, нанесенной на пластине.
Если зеркало наклонить на угол а, то лучи, отразившись от
зеркала на угол 2а, дадут в фокальной плоскости объектива (в плос-
кости сетки) смещенное от центра автоколлимационное изображение
сетки. Значение смещения позволит определить отклонение от пер-
пендикулярности плоскости зеркала визирной линии автоколлима-
ционной трубки.
Изображение сетки рассматривается в окуляр (рис. 60).
В настоящее время отечественная промышленность выпускает
серию автоколлиматоров. Их типы, основные параметры и размеры
определены ГОСТ 11884 6—78 и указаны в табл. 26.
Нормы точности автоколлиматоров указаны в табл. 27, в которой
ср — измеряемый угол в секундах. Отклонения от взаимной пер-
пендикулярности зеркала и плоскостей выверочных площадок оп-
равы для всех типов автоколлиматоров не должны превышатьтЬ2мин.
В основной комплект автоколлиматоров входят:
пентапризма в оправе с угловым отклонением 90° (только для
типов АК-0,25 и АК-0,5);
плато с уровнями, расположенными в двух взаимно перпендику-
лярных плоскостях, для установки пентапризмы (только для типов
АК-0,25 и АК-0,5);
зеркало в оправе с магнитным основанием;
89
Рис. 60. Поле зрение автоколлиматора
приспособление для быст-
рой установки оси автокол-
лиматора перпендикуляр но
к плоскости зеркала;
диагональное зеркало в
оправе, надеваемое на объек-
тивную часть автоколлима-
тора.
За последние годы в кон-
струкции автоколлиматоров
произошли существенные из-
менения, связанные главным
образом с оснащением их
устройствами, преобразую-
щими показания в электри-
ческий сигнал. Это позволи-
ло вывести результаты изме-
рения на стрелочные показывающие приборы или цифровые вольт-
метры, обеспечить запись и печатанье результатов в цифровом ви-
де, автоматизировать процесс поверки, а также значительно повы-
сить точность совмещения с автоколлимационным изображением.
Ноплгибипский приборостроительный завод им. Лепина в насто-
ящее время выпускает фотоэлектрические автоколлиматоры АФ-1
и АФ-2. В этих приборах фиксация момента совмещения изобра-
жения с биссектором или указателем в поле зрения осуществляется
с помощью «нулевого» отсчетного прибора, управляемого фотоэлект-
рической системой. В момент совмещения стрелка показывающего
Таблица 26
Основные параметры автоколлиматоров
Оснопные параметры и размеры Нормы пр типам
АК- 0,25 АК- 0.5 АК-1 АК-5 АК-30
Цена деления шкалы компенсатора, ’ с Цена деления минутной шкалы в поле 0,25 0,5 1 5 —
зрения, мин Поле зрения автоколллиматора, граду- 0,25 0,5 1 2 0,5
сы, не менее Фокусное расстояние объектива авто- 0,75 1 2 3 3
коллиматора, мм, не менее Увеличение трубы, не менее Диаметр входного отверстия, мм, не ме- 1000 400 250 150 150
50 х ЗОХ 20х 10х 15х
нее Предел измерений, мин, не менее: при расстоянии до зеркала: 55 40 30 20 20
до 2 м 6 10 12 30 30
до 30 м 2 1,5 0,8 —. —
Длина автоколлиматора, мм 650 450 350 250 250
90
Точностные параметры автоколлиматоров
Таблица 27
Показатели Нормы по типам
АК-0,25 АК-0,5 АК-1 АК-5 | АК-30
Погрешность показаний из- мерения в одной координат- ной плоскости, с, не более 0,25+— 100 0,5+—. ^100 +й 5+юо 20
Погрешность показаний при одновременном измерении в двух координатных плоско- 0,25+— 50 0,5-г — 50 48 + ю 20
стях, с, не более Разрешающая сила колли- мационной трубы, с, не бо- 3 4 6 7 7
лее
Параллакс изображения ав- токоллимационной марки относительной минутной шкалы, дптр, не более ±0,25 ±0,25 +0,25 ±0,25 ±0,5
прибора устанавливается на нуле шкалы. Отсчет показаний произ-
водится при помощи окуляр-микрометра.
Другой прием совершенствования автоколлиматоров — это ав-
томатизация совмещения изображения с биссектором, выдача пока-
зания на стрелочный отсчетный прибор и получение на выходе сиг-
нала, который можно использовать-для управления цифровым вольт-
метром, самописцем или серводвигателем. Такие автоколлиматоры
могут работать в режиме автоматического слежения за медленно пе-
ремещающимся объектом.
Образцовые средства измерений
К средствам поверки следует отнести не только перечисленные
выше средства, но также и универсальные высокоточные измеритель-
ные инструменты и приборы, которые утверждены в установленном
порядке в качестве образцовых. В поверочной практике широкое
применение нашли штангенциркули типа ШЦ-П, штангенрейсмусы
модели ШР, штангенглубиномеры типа 2 ШГ; микрометры типа
МК класса 0, микрометры типов МВП, МВМ, МГ, К6П; рычажные
и зубчатые измерительные головки типа миниметра, часового типа,
типов МКМ, ИГ, ИГМ, МИГ; пружинные измерительные головки
типов ИГП (микрокаторы), ИПМ (микаторы), ИРП (миникаторы)
и П (оптикаторы); оптиметры типов ОВО-1 и ОВЭ-1 (модель ИКВ),
ОВЭ-2 (модель ИКП) и ОГО-1 (модель ИГП); оптические длиномеры
ИЗВ-2 и ИКУ-2; интерферометры типов ИКПВ и ИКПГ, инстру-
ментальные микроскопы ММИ и БМИ; универсальные микроскопы
УИМ-21 и УИМ-23.
Глаза IV
ОРГАНИЗАЦИЯ ПОВЕРКИ СРЕДСТВ ИЗМЕРЕНИИ
1. ОБЩИЕ ВОПРОСЫ КАЧЕСТВА ИЗМЕРИТЕЛЬНЫХ СРЕДСТВ
Одна из важных задач, поставленных XXV съездом КПСС — по-
вышение качества продукции — находится в прямой зависимости от
степени метрологического обеспечения и метрологического обслу-
живания производства высококачественными измерительными сред-
ствами.
Качество измерительных средств определяется совокупностью
эксплуатационных показателей. Среди них можно выделить общие
свойственные любому изделию, специальные, присушке большинст-
ву измерительных средств, и типичные лишь для отдельных измери-
тельных средств.
К общим эксплуатационным показателям относятся надежность,
долговечность, динамическое качество, эргономичность, эффектив-
ность применения.
К общим специализированным показателям для измерительных
средств обычно относятся следующие:
1. Техническое состояние прибора — его внешний вид, взаимо-
действие частей, плавность и легкость их относительного переме-
щения. Техническое состояние прибора проверяют наружным осмот-
ром и апробированием.
2. Погрешность измерения данным измерительным средством.
Часто эту погрешность условно называют погрешностью показания
прибора или погрешностью прибора и определяют при использовании
концевых мер, образцовых деталей или образцовых измерительных
средств. Поскольку в результат измерения входят такие составляю-
щие, как погрешность от температурных деформаций, субъективные
ошибки оператора, погрешности установочных мер, которые не вхо-
дят непосредственно в погрешность прибора, и некоторые другие
(в зависимости от вида прибора и способа поверки), эту суммарную
погрешность нельзя назвать погрешностью измерительного сред-
ства. Можно сказать, что здесь имеет место погрешность измерения
данным прибором в определенных условиях проведения поверки.
3. Измерительное усилие. Измерительное усилие поверяется при
помощи динамометров, циферблатных весов или специальных при-
способлений и набора гирь.
92
4. Отклонения в форме, расположении и микрогеометрии изме-
рительных поверхностей приборов — отклонения от плоскостности»
параллельности поверхностей, отклонения от сферичности, шерохо-
ватость измерительных поверхностей и др. Указанные отклонения
поверяются рассмотренными ранее средствами поверки и специаль-
ными средствами, выбор которых определяется характером и видом
отклонения.
5. Порог чувствительности. Обычно поверяется у приборов,
предназначенных для контроля погрешностей формы, и у преобразо-
вателей.
6. Вариация. Поверка вариации показаний проводится по кон
цевым мерам длины в различных интервалах шкалы.
7. Радиальный люфт между измерительным штоком и направля-
ющими. Люфт измеряют косвенно по изменению показаний прибора
при приложении радиального усилия к измерительному штоку.
На большинство измерительных средств разработаны общесоюз-
ные стандарты и технические условия, в которых нормируются мет-
рологические характеристики прибора или детализируются его по-
грешности и определяются методы поверки.
У различных приборов нет единства в характере нормируемых
погрешностей. Погрешности задаются либо одним значением, либо
несколькими; с нормированием вариаций и без нормирования; с
выделением нормированного участка и без его выделения; с енм"
метричными отклонениями погрешности и без них. При разработке
измерительных средств характер нормирования должен быть четко
обоснован.
Правильным методом нормирования является выделение система-
тической и случайной составляющих погрешности. Преимущество
такого нормирования заключается в том, что вносится полная яс-
ность в отношении точностных возможностей, которыми обладает из-
мерительное средство, и способов, уменьшающих влияние погреш-
ности прибора.
Систематические погрешности, в частности, некоторых оптичес-
ких и оптико-механических приборов задаются не менее чем двумя
членами, из которых первый является постоянной величиной, а по-
следующие зависят от размера контролируемой детали, т. е. связа-
ны либо с погрешностью используемого участка отсчетного устрой-
ства, либо с влиянием температуры.
Случайные погрешности в измерительных устройствах обычно
нормируются под названием «Вариация» или «Нестабильность пока-
заний». Вариация должна являться неотъемлемой частью общей по-
грешности прибора.
В настоящее время ГОСТ 8.009—72 «Государственная система
обеспечения единства измерений. Средства измерений. Метрологи-
ческие характеристики, подлежащие нормированию» устанавлива-
ется номенклатура и способы выражения метрологических характе-
ристик средств измерений, подлежащих регламентации в норматив-
ной технической документации.
93
2. СВЕДЕНИЯ О ПОВЕРОЧНЫХ СХЕМАХ
Порядок составления поверочных схем
На современном этапе научно-технического прогресса назрела не-
обходимость управления системой обеспечения единства измерений.
Система обеспечения единства измерений — это совокупность
совместно действующих средств измерений, технических средств
управления и работников, эксплуатирующих средства измерений.
Средства измерений по своему основному назначению делятся
на эталоны, образцовые средства измерений и рабочие средства из-
мерений и соподчиняются друг с другом в соответствии с установ-
ленными поверочными схемами, которые обеспечивают правильную
передачу размера единиц во всех звеньях метрологической цепи (от
эталонов образцовым средствам, а от них — рабочим средствам
измерений).
Поверочные схемы строят так, чтобы накопление погрешности
при последовательной передаче значений единиц измерений было
минимальным, а образцовые средства измерений использовались
технически более целесообразно.
Поверочные схемы в зависимости от области распространения
подразделяют на следующие виды
1 ОСудариьснпгнс ПОБСрОЧПЫС CXCMLIJ
ведомственные поверочные схемы;
локальные поверочные схемы.
Государственная поверочная схема распространяется на все сред-
ства измерений данной физической величины, применяемые в стране,
ведомственная поверочная схема действует внутри ведомства, а ло-
кальная поверочная схема распространяется на средства измерений
подлежащие поверке в данном органе государственной или ведомст-
венной службы.
Государственные поверочные схемы разрабатывает главный
центр государственных эталонов, являющийся хранителем государ-
ственного эталона единицы этой величины.
На чертеже поверочной схемы указываются: наименования
средств измерений и методов поверки; номинальные значения или
диапазоны значений физических величин; допускаемые значения
порешностей методов поверки.
Чертеж поверочной схемы состоит из полей, расположенных друг
под другом и разделенных штриховыми линиями (рис. 61). Число
полей зависит от структуры поверочной схемы и наименование полей
указывают в левой части чертежа.
В верхнем поле чертежа государственной поверочной схемы, воз-
главляемой государственным эталоном, указывают наименования
эталонов в порядке их соподчиненности. Наименование государст-
венного эталона заключают в прямоугольник, образованный двой-
ной линией. Наименование вторичных эталонов заключают в прямо-
угольник.
94
Под полем эталонов в прямоугольнике располагают поле об-
разцовых средств измерений 1-го разряда и далее поля образцовых
средств измерений последующих разрядов. Под наименованием сред-
ства измерений указывают диапазон измерений и значение предела
допускаемой погрешности средства измерения (Л — для абсолют-
ной, До — для относительной формы), либо доверительной погреш-
Эталоны
Образцовые
средства
измерении
1-?п nrryha Яп
Образцовые
средства
измерений
2-го разряда
Образцовые
средства^
измерений,
заимствованные
из других пове-
рочных схем
Образцовые
средства
измерений
3~го разряда
Рабочие
средства
измерений
Рис. 61. Пример компоновки элементов государственной поверочной схемы:
/ — Государственный эталон; 2 — метод передачи размера единиц; 3 — эталон-копия;
< — эталон сравнения; 5 — рабочий эталон; 6—8 — образцовые средства измерений со-
ответствующих разрядов; 9 — образцовые средства измерений, заимствованные из ДРУ-
ГИХ поверочных схем; 10 — рабочие средства измерений
95
нсстью средства измерений (б — для абсолютной, б0 — для от-
носительной формы). Например:
Образцовые концевые меры
длины 4-го разряда
0,14-2000 мм
6= ± (0,2—3,5- 10“3Ь) мкм
Ниже поля образцовых средств измерений (в прямоугольниках)
помещают поле рабочих средств измерений. В нем располагают по
возможности слева направо в порядке возрастания погрешности
группы рабочих средств измерений, поверяемых по образцовым
средствам измерений одного наименования.
Для каждой группы указывают вид, диапазон измерений и зна-
чения погрешностей средств измерений. Например;
Микрометры рычажные с ц. д.
2 мкм, предел измерения
50 мм, 6 = ±3 мкм
Методы поверки выбирают для конкретной области измерений
согласно данной выше классификации. Под наименованием метода
поверки указывают допускаемое значение погрешности метода по-
верки. Наименование метода поверки заключают в горизонтальные
овалы, которые располагают между наименованиями объектов
поверки и средств измерений, от которых передают размер единицы.
Поверочные схемы промышленных предприятий
Заводские (локальные) поверочные схемы разрабатывают под-
разделения метрологической службы, проводящие поверку на ос-
нове типовых поверочных схем. Заводские поверочные схемы долж-
ны охватывать все средства измерения длин, углов, резьб, зубчатых
зацеплений, шероховатости поверхности и т. д., применяемые на за-
воде.
Поверочная схема оформляется в виде чертежа и должна содер-
жать:
класс основного набора концевых мер завода;
наименование органа Госкомитета по стандартам, поверяющего
основной набор концевых мер и основные приборы;
96
порядок последовательной передачи размера от основных мер
и приборов завода до изделия (концевые меры — приборы — уни-
версальный инструмент—калибры — изделия).
По всем наборам концевых мер, приборам и универсальным из-
мерительным инструментам должно быть указано:
назначение;
местонахождение (в измерительной лаборатории, поверочном
пункте и т. д.);
мера или прибор, с помощью которого производится передача
размера от данного средства измерения к следующему нижестояще-
му, а также поверка средства измерения;
характеристика точности (класс и разряд концевых мер, точность
отсчета, класс инструмента);
- периодичность поверки;
место поверки;
индивидуальный номер.
Календарный график периодической поверки вывешивается в
Центральной метрологической лаборатории или в контрольно-пове-
рочном пункте.
Порядок составления поверочной схемы.
1. Составляются таблицы квалитетов и посадок, применяемых
на заводе.
2. Составляются списки имеющихся из зэводе мрп
приборов и универсальных измерительных средств со всеми сведе-
ниями по точности.
3. Проверяется достаточность средств измерения на заводе и в
случае необходимости составляются списки потребных мер и изме-
рительных приборов.
4. На основе анализа применяемых на заводе квалитетов и по-
садок, а также требующихся средств измерения устанавливается
разряд основного набора концевых мер.
5. После установления разряда основного набора на основании
указанных выше материалов составляется поверочная схема завода.
Примечание. При установлении разряда основного набора не-
обходимо учитывать следующие указания:
а) в целях снижения класса основного разряда (комплекта) допускает-
ся использование основного разряда не только для поверки концевых мер,
по также для поверки различных приборов соответствующей точности;
б) если на заводе имеются единичные приборы (например, ультраопти-
метры), требующие применения мер более высокого разряда, чем установ-
ленный разряд основного набора, то поверка указанных приборов может про-
изводиться в органах Госкомитета по стандартам;
в) в отдельных случаях, по согласованию разрешается иметь два основ-
ных набора со сдвинутыми сроками поверки.
Одновременно с составлением поверочной схемы разрабатывает-
ся план внедрения, в котором должно быть предусмотрено:
переаттестация основного набора и подчиненных наборов;
внедрение новых методов измерения;
4 Зак. 38
97
приобретение недостающих и ремонт имеющихся измерительных
средств;
составление графиков принудительной поверки средств измере-
ния по цехам;
осуществление мероприятий, обеспечивающих принудительную
поверку средств измерения в определенные схемой сроки, и дру-
гие мероприятия.
По каждому из указанных мероприятий в плане внедрения ус-
танавливаются календарные сроки и указываются лица, ответствен-
ные за их выполнение.
Поверочная схема завода и план внедрения (в виде калек, синек,
фото) представляется на согласование в ведомственные организации
метрологической службы по месту нахождения завода.
После согласования и визирования поверочная схема и план вне-
дрения утверждаются приказом директора (главного инженера за-
вода).
В приказе об утверждении поверочной схемы должен быть ука-
зан порядок изъятия негодных средств измерения с возложением
этой обязанности на КПП.
Один экземпляр поверочной схемы и плана внедрения, а также
копия об утверждении их хранятся в поверяющей метрологической
организации Госкомитета по стандартам. Необходимые изменения
ыюсятся лишь по согласованию с этим комитетом.
Эффективность применения поверочной схемы зависит от перио-
дических сличений эталонов, поверки образцовых измерительных
средств, государственной и ведомственной поверки рабочих измери-
тельных средств, находящихся в эксплуатации, и проведения госу-
дарственных испытаний опытных образцов измерительных приборов
и приборов серийного производства.
3. ВЛИЯНИЕ ПОГРЕШНОСТИ ПОВЕРКИ
НА ОЦЕНКУ ГОДНОСТИ СРЕДСТВА ИЗМЕРЕНИЯ
Поверка приборов может проводиться по различным методикам,
которые отличаются способами поверки, числом наблюдений, чис-
лом точек шкалы, в которых выполняется поверка, расположением
этих точек на шкале, применяемыми образцовыми приборами и т. д.
Вопрос о выборе методики возникает всякий раз при разработке или
пересмотре инструкций или ГОСТа по поверке измерительных при-
боров. Достоверность и точность результатов поверки измеритель-
ных средств в значительной мере зависят от принятой методики или
принятого варианта методики поверки.
Практика последних лет показывает, что в ряде случаев при по-
верке недостаточны выводы только о годности или негодности пове-
ряемого прибора. Возникает потребность в случае негодности при-
бора, обнаруженной при поверке, судить о ее причинах. Выявлению
причин частично помогает поверка приборов с целью определения
98
как суммарной погрешности показаний прибора, так и погрешнос-
тей его основных элементов.
Поверка, которая позволяет судить не только о годности поверя-
емого средства измерения, но и об источниках отклонений и о путях
устранения этих отклонений, получила название активной поверки
измерительного средства. Последняя является одним из перспектив-
ных направлений в поверочном деле.
При поверке измерительного средства определяют погрешности
его показаний (обозначим их через Д) и сравнивают их с данными,
установленными в технических требованиях ([А]).
Если А < [А1, средство измерений признают годным. Однако
в процессе поверки возникают дополнительные погрешности, кото-
рые нарушают достоверность поверки и приводят к появлению лож-
нобракованных или ложнопринятых средств измерения. К ним от-
носятся так называемые ошибки 1-го и 2-го рода. Ошибками 1-го
рода называют такие погрешности поверки, наличие которых позво-
ляет отнести поверяемое средство измерения к бракованным, хотя
на самом деле оно является годным. Противоположное заключение,
когда средство измерения годно, но может быть принято как брако-
ванное, вызывают ошибки 2-го рода.
Известно, что погрешность поверки определяют как разность
между погрешностью показаний средства измерений (прибора), най-
денной экспериментально, и действительным значением погрешно-
сти показаний До. Но До остается всегда величиной неизвестной. На
практике за ее требуемое точное значение принимают среднее значе-
ние погрешности показаний при многократной поверке Д.
Предположим, что случайные погрешности показаний средства
измерений подчиняются нормальному закону распределения. Здесь
возможны два случая. Первый, когда среднее значение погрешности
показаний для одной совокупности наблюдений Д меньше, чем
допустимое, т. е. Д < [А1 и средство измерений, принятое по значе-
нию Д, считается годным. Однако оценка по значениям случайных
погрешностей, которые выходят за пределы допустимых техничес-
кими требованиями (рис. 62, а — заштрихованная часть), дает ос-
нование признать это средство измерений бракованным. Возникает
Рис. 68. Распределение для погрешности поверки
4*
99
ошибочное заключение о негодности измерительного средства (ошиб-
ки 1-го рода).
Во втором случае (рис. 62, б) для того же распределения сред-
нее значение погрешности показаний Д больше, чем допускаемое,
т. е. А > [Д]. Средство измерений явно бракованное, но заштрихо-
ванная часть (рис. 62, б) дает основание принять его как годное, т. е.
совершить ошибку 2-го рода.
Эти ошибки будут иметь место, если заключение о годности дать
на основании одной серии наблюдений, одной выборки.
Обычно поверку измерительного средства выполняют многократ-
но и заключение о годности по точности дают по оценке среднего зна-
чения каждой совокупности наблюдений Д и средних значений не-
скольких совокупностей наблюдений Д. В данном случае среднее
значение каждой совокупности наблюдений Д (объема выборки п)
следует рассматривать как случайную величину, имеющую диспер-
сию (меру отклонения от среднего) в п раз меньшую, чем дисперсия
наблюдений, т. е.
п
При оценке годности по среднему значению, полученному при
многократных поверках, характер появления ошибок (форма кпи-
вой распределения), показанных на рис. 62, остается. Изменяется
лишь значение дисперсии.
Суммируя площади под кривой Р (А) слева и справа от~А (рис. 62, л),
находим вероятность принятия измерительного прибора как годного, приме-
няя функцию Лапласа:
Рг_ф[!^-]+ФГ_|А1+а ]
S И) J S (Л) J '
где S (А) — среднее квадратичное отклонение для совокупности наблю-
дений; Ф — функция Лапласа.
Если данную формулу выразить через отношение A/[AJ
Рг_ФГ_шдак1+ФГ_^14у_‘
L S (Д)/[Д] J 5(Д)/[Д] ]’
Рис. 63. Оперативная характери-
стика поверки
вероятность забракования прибора будет
1 - рг.
Задаваясь различными значениями отно-
шения А/[А] и вычисляя соответствующие
значения Рг, можно построить так называе-
мую оперативную характеристику псверки
(рис. 63).
Оперативная характеристика поверки
представляет собой прямоугольник с осно-
ванием АДА] = 1, высотой Рг = 1 и пло-
щадью /о = 1.
100
Реальная оперативная характеристика представлена кривой. Площади
fi и /2 обра зованы кривой в сочетании с прямоугольником и соответст-
вуют ошибкам 1-го и 2-го рода.
В качестве критерия достоверности поверки принимается вели-
чина
w = (i —юо%.
\ fa /
Площади Д и /2 определяются с помощью планиметра или милли-
метровой бумаги.
Установлена следующая связь между отношением S (Д)/1 Л |
и 2V:
S(A)/IA] 4“ Т Т 4 1 о о 2 <5
N, % 95 90 85 80 70
Форма оперативной характеристики, а следовательно, и веро-
ятности ошибок 1-го рода (ордината от точки А до точки Б) и ошиб-
ки 2-го рода (от точки Б до точки В) зависят от особенностей методи-
ки поверки, Плохим методикам соответствуют оперативные кривые,
ординаты которых сильно отклоняются от единицы в зоне годно-
сти и значительно отклоняются от нуля в зоне брака.
Пример. Построить оперативную характеристику для результатов де-
сятикратной поверки микрометра рычажного типа МГ-25 ГОСТ 4381—63
(цена деления с = 0,001 мм) с помощью образцовых мер и определить число
случаев неправильной аттестации.
Поверку выполнять по ГОСТ 16969—71.
В составлении с поверочной схемой при поверке применяют образцовые
концевые меры длины 4-го разряда с предельной погрешностью 6 = 0,2 -|- 2L
При десяти независимых испытаниях измерительного средства по кон-
цевой мере с размером 0,5 мм получен ряд значений по шкале отсчетного уст-
ройства микрометра:
at = 499,5; 500,5; 499; 503; 502,5; 503; 499; 501; 5; 503; 504 дел.
Оценка среднего значения а = 501,5 дел.
При цене деления € = 0,001 мм а = 501,5 мкм.
Отклонение от среднего а/ — а = —2; —1; —2,5; 1,5; 1; 1,5; —2,5;
0; 1,5; 2,5 дел.
Квадраты отклонения от среднего (а/ —а)2 = 4; 1; 6,25; 2,25; 1; 2,25;
6,25; 0; 2,25; 6,25 дел2.
Оценка дисперсии наблюдений
D(a) = -3— У (Oj — а)2 = -^Ц-= 4,4 дел2.
п-1 10-1
Дисперсия среднего значения
D (а) = D = 0,44 дел2.
4 ' п 10
101
Среднее квадратическое среднего значения
S(a) = VD(a) =/0,44 = 0,665 дел,
S (а) = 0,665 мкм.
Значение меры по аттестату aQ — 0,5002 мм.
Погрешность показаний микрометра по среднему значению
Д = а—б?о = 501,5—500,2= 1,3 мкм,
и в процентах
1,3'1.?2% = о,26%.
500,2
Предел допускаемой погрешности показаний отсчетного устройства мик-
рометра на данном диапазоне измерений [Д] = 0,8%
Выразим S (Д) = S (а) в процентах:
S (Д) = 0’665-100- = 0,133%.
4 500,2
Отношение S (Д) к пределу допускаемой погрешности
SA
[А]
£^з=о,166=-1-
0,8 * 6
Можно сделать следующие выводы.
Прибор годен, так как Д<[Д] и в соответствии с полученным значением
S (Д)/[Д] критерий достоверности N = 95%. В данном примере число слу-
чаев неправильной аттестации составляет 5%
Оперативная характеристика поверки показана на рис. 64,
В нашем случае '
0,26
0,8
= 0,325»
Д
[AJ
Рис. 64. Оперативная характеристика по-
верки рычажного микрометра
Большое значение при со-
ставлении методики поверки
измерительного прибора имеет
выбор числа точек, в которых
следует проводить поверку по-
казаний.
Для каждой оперативной
кривой должно быть рассчитано
столько точек, сколько необхо-
димо для хорошего описания
ее формы (обычно их достаточ-
но 10). Масштаб графика дол-
102
жен быть выбран таким, чтобы оперативная кривая по оси орди-
нат имела протяженность порядка 200 мм, а по оси абсцисс —
150 — 200 мм.
4. МЕЖПОВЕРОЧНЫЕ ИНТЕРВАЛЫ
В СИСТЕМЕ ОБЕСПЕЧЕНИЯ ЕДИНСТВА ИЗМЕРЕНИЙ
Периодичность поверки средств измерений должна устанавли-
ваться в зависимости от условий их эксплуатации. Государствен-
ным ведомственным метрологическим службам дано право устанав-
ливать межповерочные интервалы для конкретных типов средств из-
мерений, исходя из их условий работы, стабильности, срока служ-
бы.
В настоящее время можно выделить следующие методы установ-
ления и корректировки межповерочных интервалов:
в зависимости от интенсивности использования прибороз;
на основе доли приборов, забракованных при поверке;
на основе данных о продолжительности безотказной работы из-
мерительной аппаратуры;
на основе обработки статистических данных длительного наблю-
дения за приборами;
на основе взаимных сличений однотипных средств измерений с
целою определения их соотношения внутри межповерочч^п интер-
вала.
Остановимся более подробно на некоторых из отмеченных мето-
дах.
Метод установления межповерочяого интервала в зависимости
от интенсивности использования прибора. Преимущество такого ме-
тода в том, что часто используемые приборы обслуживаются лучше,
чем редко применяемые.
При этом методе предварительно определяется зависимость по-
грешности прибора от времени эксплуатации и устанавливается
максимальный период их работы, за которым должна следовать оче-
редная поверка. Если прибор используется редко, то его поверяют
в соответствии с календарными сроками, которые могут быть зна-
чительно увеличены.
К недостаткам следует отнести необходимость проведения пред-
варительных исследований по стабильности средств измерений.
Метод проб на основе доли приборов, забракованных при повер-
ке. При этом методе первоначальный межповерочный интервал вы-
бирают на основе опыта эксплуатации приборов и заданного уров-
ня надежности. Затем интервал увеличивают или уменьшают в зави-
симости от доли приборов, забракованных при поверке.
Для образцовых приборов высших разрядов выбирают уровень
надежности порядка 0,95, для образцовых приборов низших разря-
дов— 0,9; для рабочих — 0,8 4- 0,85.
Можно отметить несколько подходов к установлению и коррек-
тировке интервалов при данном методе. Так, например, при выбран-
103
ном уровне надежности, равном 0,95, увеличивают интервал на од-
ну неделю в случае, если прибор оказался в пределах установлен-
ных допусков при очередной поверке, и уменьшают интервал на пять
недель в случае отрицательного результата поверки. При установ-
ленном для группы приборов уровне надежности в 0,8 первоначаль-
но выбранный интервал увеличивают последовательно каждый раз
на 20%, если прибор при очередной поверке оказался в пределах до-
пусков, и уменьшают интервал на 80%, если он вышел за пределы до-
пустимого значения погрешности.
Метод установления и корректировки переменного интервала
е зависимости от выбранного уровня надежности измерительной ап-
паратуры не требует непосредственного учета таких факторов, как
степень изношенности прибора, условия его эксплуатации, стабиль-
ность характеристик, и тем не менее позволяет назначить обоснован-
ный межповерочный интервал. При этом косвенно учитываются осо-
бенности прибора и условия его эксплуатации.
Если оказывается, что для некоторой группы приборов межпо-
верочный интервал резко сокращается, то это свидетельствует о
нецелесообразности использования приборов в данных условиях эк-
сплуатации. Может быть и другой случай, когда характеристики
прибора настолько стабильны, что вновь назначенный интервал бу-
дет непрерывно возрастать. В этих случаях из-за стремления сохра-
нить заданный уровень надежности аппаратуры часто выбирают зна-
чение межповерочного интервала меньше предельного.
Основной недостаток метода в том< что он не дает полного пред-
ставления о состоянии прибора внутри межповерочного интервала
и характеризует его состояние только в момент поверки.
Метод выбора межповерочного интервала, основанный на анали-
зе данных о времени безотказной работы прибора. При этом методе
анализу подвергаются отказы средств измерений. По полученным
при очередной поверке данным определяются доли забракованных
и незабракованных приборов, доли верных и неверных измерений,
выполненных ими. Если доля неверных измерений оказывается
больше установленной нормы, необходимо сократить существую-
щий межповерочный интервал.
Хотелось бы отметить, что работ в области создания методов на-
учно обоснованного установления межповерочных интервалов про-
водится очень мало, хотя гарантия правильной передачи значений
единиц измерений от самого верхнего звена поверочной схемы ста-
новится все более необходимой.
Глава V
ХАРАКТЕРИСТИКА ОБЩИХ МЕТОДОВ
ПОВЕРКИ ИЗМЕРИТЕЛЬНЫХ СРЕДСТВ
1. МЕТОДЫ ПОВЕРКИ ПЛОСКОСТНОСТИ ИЗМЕРИТЕЛЬНЫХ
ПОВЕРХНОСТЕЙ
У большинства измерительных средств измерительными поверх-
ностями являются плоскости. К ним относятся измерительные по-
верхности поверочных плит, поверочных угольников, плоских стек-
лянных пластин, плоскопараллельных концевых мер, поверочных
линеек, губок штангенциркулей, микрометров и поверхности мно-
гих измерительных наконечников.
При нормировании отклонений от плоскостности за исходную
принимается плоскость, соприкасающаяся с поверяемой поверхно-
стью вне ма1ериал4 и ориентированная по отношению к таким
образом, что расстояние от нее до поверяемой поверхности является
наименьшим (ГОСТ 10356—76).
В настоящее время в зависимости от способа задания исходной
плоскости или линии и способа сличения с ней (их различают сле-
дующие: механический, оптико-механический, электрический, ин-
терференционный, пневматический) существующие методы поверки
плоскостности подразделяют на механические, гравитационные в
оптико-механические.
Механические методы поверки плоскостности
К механическим методам относятся методы, при которых исход-
ная плоскость задается гранитной или чугунной плитой, стеклян-
ной пластиной или плоскостью траектории подвижной части изме-
рительного устройства.
Сличение с исходной плоскостью может производиться механи-
ческим, оптико-механическим, интерференционным и пневматичес-
ким способами.
Например, средством поверки отклонений от плоскостности мо-
жет быть карусельный плоскомер, в котором исходная плоскость
задается плоскостью траектории подвижной части измерительного
устройства, а сличение с этой плоскостью производится механиче-
ским способом. В качестве чувствительного элемента обычно исполь-
зуют измерительную головку (рис. 65). У прибора имеется основа-
ние 1 с установочными винтами 2 и запрессованной в него колонкой
105
4, служащей главной осью вращения подвижной! части прибора. На
колонке укреплен поворотный рукав 5 с установленным на нем
вращающимся валиком 7, который является второй осью поворо-
та измерительной головки 9
Верхняя опора рукава может перемещаться в четырех направ-
лениях с помощью юстировочных винтов. Это позволяет установить
валик 7 параллельно колонке 4
Измерительная головка 9 перемещается с кронштейном S, ук-
репленным на оси. Подвижная система, вращающаяся вокруг вали-
ка 7, уравновешена относительно него грузом 6. Вся система, вра-
щающаяся вокруг колонки, уравновешена относительно нее грузом 3.
При измерении плоскомер устанавливают в центре поверяемой
поверхности, на которой выбирают произвольно три базовые точки,
не лежащие на одной прямой. Эти точки определяют исходную пло-
скость. Плоскомер ориентируют так, чтобы показания прибора в
этих точках были равны нулю. Затем последовательно помещают
измерительную головку в намеченные к поверке точки поверхности.
По показаниям измерительной головки судят об отклонении от ис-
ходной плоскости.
Карусельный плоскомер предназначен для поверки отклонений
от плоскостности поверхностей размером от 400 до 900 мм. По тех-
ническим условиям погрешность прибора не должна превышать
± U,UU2OMM.
Следует отметить, что плоскомеры не нашли широкого примене-
ния. В настоящее время единственным прибором, который передан
в серийное производство, является оптический плоскомер модели
ИС-45.
Наиболее широкое применение нашел сферометр (рис. 66), ко-
торый также основан на механическом способе сличения поверяемой
поверхности с образцовой.
Корпус прибора укреплен на опорах 2, 3, 4, которые образуют
исходную плоскость. В центре корпуса вмонтирован микрометриче-
ский винт 5. Он свободно должен перемещаться перпендикулярно
поверяемой поверхности. При измерении прибор сначала помещают
Рис. 85. Схема карусельного ллосномера Рис. 60 Прибор, работающий по принципу
сферометра:
I — корпус; 2, 3, 4 — опоры; 5 — микромег-»
рический винт
106
Рис. 67. Схема поверки плоскостности с по-
мощью индикатора:
J — деталь; 2 — измерительная головка;
3 — поверочная плита; 4 — стойка; 5 — под-
кладки
Рис. 6В. Схема измерения отклонений от
плоскостности с помощью пентапрнзмы
автоколлиматора
па образцовую поверхность (например, на стеклянную пластину).
Микровинт приводят в соприкосновение с образцовой поверхностью
и устанавливают нулевой отсчет. Затем прибор переносят на поверя-
емую поверхность и берут отсчет при соприкосновении измеритель-
ной поверхности микровинта с поверяемой поверхностью. Получен-
ный отсчет даст отклонение поверяемой поверхности от исходной
плоскости.
Основным недостатком метода является то, что он позволяет
определить отклонение в одной точке, не давая представления о
рельефе поверхности в целом.
Известен простой способ поверки плоскостности по образцовой
поверочной плите с помощью индикатора (рис. 67). Деталь 1 уста-
навливается так, чтобы три точки ее поверяемой поверхности, не ле-
жащие на одной прямой, находились на одинаковом расстоянии от
плоскости поверочной плиты 3. Определяется разность показаний
измерительной головки 2 при перемещении ее в различных направ-
лениях. Погрешность измерения складывается из погрешности по-
казаний измерительной головки и погрешности аттестации повероч-
ной плиты. Этот метод может быть применен для поверки плоскост-
ности деталей размером не более 200—300 мм.
Следует упомянуть также о методе поверки плоскостности «на
окраску», при котором в качестве образцовых поверхностей при-
меняют шаброванные плиты.
Образцовая поверхность покрывается гонким слоем краски (бе-
рлинской лазури и сажи) и приводится в соприкосновение с поверя-
емой поверхностью. При соприкосновении краска переносится на
более высокие участки поверхности. Таким образом, по распреде-
лению окрашенных пятен судят о рельефе поверхности.
Метод «пятен на краску» указывает на отклонение от плоскост-
ности, но не позволяет определить величину этих отклонений. Кри-
терием хорошей плоскостности является равномерное распределе-
ние окрашенных пятен по всей поверхности. Погрешность метода
Ю7
поверки па «окраску» определяется толщиной слоя краски. Как пра-
вило, она не превышает 3—5 мкм.
Однако из-за деформации поверяемых поверхностей, которая воз-
никает в результате недостаточной жесткости, с увеличением раз-
меров плоскостей погрешность резко возрастает.
К средствам поверки, основанным на оптико-механическом спо-
собе сличения, относятся приборы, построенные по следующей схе-
ме (рис. 68).
Световой пучок, сформированный автоколлиматором 7, проходит
через пентапризму 3, отражается от поверяемой (отражающей)
поверхности 2 и через пентапризму снова попадает в объектив ав-
токоллиматора. При перемещении пентапризмы по образцовой по-
верхности 4 луч, отражаясь от поверяемой поверхности, изменяет
свое направление вследствие отклонения от плоскостности послед-
ней. Измеряя с помощью автоколлиматора угловые перемещения от-
раженного луча, судят о рельефе поверяемой поверхности. Погреш-
ность поверки этим методом зависит от погрешности автоколлимато-
ра, погрешности аттестации образцовой поверхности и погрешности
ориентации пентапризмы относительно оптической оси автоколлима-
тора в плоскости, параллельной образцовой поверхности.
Прибор, основанный на пневматическом способе сличения об-
разцовой и поверяемой поверхностей, имеет шесть капиллярных тру-
бок с водой. Настройку прибора производят по идеальной плоской
пластине, добиваясь одинакового уровня воды во всех трубках, после
чего вместо пластины устанавливают деталь. Пневматические уст-
ройства позволяют провести сличение с погрешностью не более
1 мкм.
Наиболее полное представление о характере поверхности, об
отклонении от плоскостности, о местных неровностях дает интер-
ференционный способ сличения. Чаще при поверке используют пло-
скопараллельные стеклянные пластины. Об отклонении от плоскост-
ности судят по величине искривлений интерференционных полос.
Если, например, наложить стеклянную пластину на измеритель-
ную поверхность концевой меры длины и прижать ее слегка к корот-
кому ребру, то при идеальной плоской поверхности полосы будут
прямыми и параллельными ко-
роткому ребру (рис. 69, а). При
вогнутой или выпуклой поверх-
ности интерференционные поло-
сы искривляются. Выпуклость
и вогнутость поверхности опре-
деляется по характеру искрив-
ления полос: при выпуклой по-
верхности (рис. 69, б) средняя
часть полосы расположена даль-
ше от ребра меры, чем крайние
точки; при вогнутой (рис. 69,/?)—
ближе. Численно кривизна по-
a) i) в)
Рис. 69. Интерференционные полосы на
разных поверхностях:
а — плоской; б — выпуклой; б — вогнутой
108
Рис. 70. Возможные картины интерференции при поверке измерительных поверхностей
микрометра
верхности определяется стрелой прогиба полосы, выраженной в
долях расстояния между полосами. На рис. 69, б выпуклость равна
alb = 0,3 полосы или 0,09 мкм (при интерференции белого света).
При интерференции белого света за ширину полосы принимают
расстояние .между серел инами двух соседних полос одинакового цве-
та. Ширина интерференционных полос зависит от значения угла воз-
душного клина и длины волны применяемого света.
Для поверки плоскостности измерительных поверхностей микро-
метров и скоб применяют плоскопараллельные стеклянные пласти-
ны по ГОСТ 1121—75. Пластину накладывают на измерительную по-
верхность и легким нажимом выравнивают так, чтобы число наблю-
даемых интерференционных полос (колец) было возможно меньшим.
На рис. 70 приведено увеличенное изображение картины интер-
ференционных колец и полос при различных формах отклонений от
плоскостности измерительной поверхности микрометра. Во всех
приведенных случаях число полос (колец) равно двум.
Для случая, показанного на рис. 70, а, измерительная поверх-
ность представляет собой правильную сферу, и интерференционные
кольца б и в ограничены правильными окружностями (контакт в
точке а). Кольцо так же, как и полосы г и е, изображенные на рис.
70, б, и г и ж — на рис. 70, в, во внимание не принимается, посколь-
ку оно расположено у края измерительной поверхности.
На рис. 70, б контакт стекла с измерительной поверхностью мик-
рометра также осуществляется в одной точке а, однако радиус кри-
визны измерительной поверхности в сечениях х — х больше, чем в
сечении у — у. Здесь кольцо б считается первой полосой, а полосы
в и д принимаются за одну полосу (кольцо), поскольку при большей
измерительной поверхности микрометра эти полосы соединились бы.
На рис. 70, в контакт стекла с измерительной поверхностью мик-
рометра, которая представляет собой цилиндрическую поверхность,
109
осуществяется по линии а. Здесь полосы ограничены прямыми ли-
ниями и так же, как полосы в и д в предыдущем случае, каждая пара
полос (б — д и в — е) считается соответственно одной полосой.
Если по обе стороны от точки (линии) контакта будет наблюдаться
неодинаковое число полос, то отсчет полос производится на той сто-
роне, где число видимых полос будет больше.
Гравитационные методы поверки плоскостности
Гидростатические методы поверки плоскостности основаны на
свойстве поверхности жидкости устанавливаться в горизонтальное
положение.
В данном случае исходной плоскостью является плоскость, за-
данная горизонтальной поверхностью жидкости.
К гидростатическим методам относятся метод свободно налитой
жидкости, метод сосудов и микронивелирование с помощью пузырь-
ков уровня.
Метод свободно налитой жидкости заключается в сличении двух
поверхностей, одна из которых является поверхностью жидкости,
всегда принимающей горизонтальное положение, а другая — пове-
ряемой поверхностью.
Значительно точнее метода свободно налитой жидкости метод
сообщающихся сосудов. Этот метод основан на измерении разности
высот между относительными точками поверхности и уровнем жид-
кости в сообщающихся сосудах.
Наиболее точным из гидростатических методов является метод
поверки при помощи уровня, часто в поверочной практике называе-
мый микронивелировкой. Уровень или ампула в специальной опра-
ве устанавливается на две опоры, расстояние между которыми равно
шагу измерения. Такое устройство называется микронивелиром.
Шаг измерения выбирается в зависимости от того, насколько подроб.
но должен быть изучен профиль поверяемой поверхности.
Рис, 7t График^ поясняющий принцип измерения при помощи уровня
110
Перед измерением поверяемая поверхность разбивается на участ-
ки, соответствующие шагу измерения 1 (рис. 71).
Микронивелир позволяет измерить углы наклона участков
7—2, 2—3... относительно исходной горизонтальной плоскости,
проекция которой совпадает с осью абсцисс. Задача сводится к оп-
ределению значений которые характеризуют отклонения от
прямолинейности в поверяемых точках. Как видно из рис. 71, =*
= yt — rh где yi — ордината данной точки, rt — расстояние
оси абсцисс до прямой PQ, соединяющей концы кривой профиля, z—
номер поверяемой точки (z = 0,1,2,...,).
Ординаты z/f, z/2, ..., уп кривой профиля можно выразить через
значения hh показывающие, на сколько каждая точка выше или
ниже предыдущей, следующим образом:
У1 = Л1’.
2
z/2=+л2 — 2
Д = 1
3
^2 + h3 = 2
Я = 1
Vi =^i + ^2 + ••• + hi = 2 h (7?);
Я=1
Уп=^Ь +Лг + ••• + Л, + ••• + йЛ= 2
Я = 1
Значение отрезка определяется из подобия треугольников РСА и
PQB. Учитывая, что xi/xn = i /л, получим
ri = (*М) уп.
Подставляя известные значения yt и rh имеем
Зная углы наклона aR и шаг измерения /, можно определить
значения hR по формуле
Поскольку углы а очень малы, то можно принять, что sin а & а,
где а выражается в радианах. Тогда
/^ = 4,8.10-3-/^,
111
Угол сс« равен отсчету mR по уровню в делениях шкалы, умно-
женному на цену деления уровня т в секундах, т. е. ая=т«т.
Следовательно,
hR = 4,8-10-« lxmR.
Поскольку для данного шага измерения и данного уровня / и т—
величины постоянные, можно записать
/iR = CmR,
где С = 4,8- Ю-’/т.
Подставляя полученное значение, получим окончательную фор-
мулу для определений в следующем виде:
г । 1
Практически прямолинейность посредством уровня поверяется
следующим образом. Поверяемую поверхность устанавливают в
горизонтальное положение в продольном и поперечном направле-
ниях. На боковой поверхности наносят отметки, расстояние меж-
ду которыми соответствует выбранному шагу измерения. Отметки
нумеруют, присваивая им порядковые номера 0, 1, 2, ... Расстояние
жломг ttv птмотии ио пппм/пп ппооипттатк 1/1Л пппиы vniJTnnnnnvnunu
----—------------- ....- ---• - - -- —....—----Г---Г J ---
погерхности. Микронивелир устанавливают на первый участок та-
ким образом, чтобы его опоры были расположены в точках 0 и 1.
Пузырек уровня не сразу занимает правильное положение, поэтому
в течение 15—20 с ожидают, пока он успокоится, и затем производят
отсчет по шкале ампулы уровня. Для того, чтобы уменьшить по-
грешность отсчета, а также исключить погрешность, возникающую
за счет изменения длины пузырька, вызываемого изменением тем-
пературы в процессе измерения, отсчет берут по обоим концам пу-
зырька.
Принимая условно за нулевые два удлиненных центральных
штриха, расположенных на расстоянии, равном длине пузырька,
определяют положение левого конца пузырька относительно левого
штриха, а правого конца — относительно правого штриха. Опыты
проводят в делениях шкалы ампулы уровня с точностью до десятых
долей деления.
Аналогичные измерения выполняют на всех последовательно
расположенных участках, устанавливая микронивелир так, чтобы
его опоры касались поверхности в отмеченных точках.
Погрешность поверки плоскостности зависит от прямолинейно-
сти и длины поверяемой поверхности, а также от шага измерения.
Эта зависимость в микрометрах выражается следующей формулой:
S = /4/L +0,0002 (Я2//),
где S — среднее квадратическое отклонение; I — шаг измерения
м; L — длина поверяемой поверхности, м; Н — отклонение от пря-
112
молинейности, мкм; А — коэффициент, зависящий от цены деле-
ния уровня.
При измерении уровнем с ценой деления 0,02 мм/м коэффициент
А = 6,7. Уровень широко используется для поверки плоскостности
поверхностей поверочных плит.
Оптико-механические методы поверки плоскостности
Наиболее перспективными способами задания исходной плоско-
сти считают оптико-механические. В данном случае исходная пло-
скость определяется траекторией вращения визирной оси оптичес-
кой системы (приборы первого типа) или фронтом световой волны
(приборы второго типа).
Интерес к этому методу объясняется тем, что заданная таким об-
разом плоскость позволяет без дополнительных промежуточных опе-
раций получить отклонение поверяемой поверхности от исходной
с более высокой точностью, чем в том случае, когда исходная пло-
скость задана механическим способом.
Примером прибора первого типа является плоскомер, показан-
ный на рис. 72.
На основании / плоскомера размещены поворотное устройство
2, визирная труба 5 с отсчетным механизмом 4, установленная на
поворотном устройстве, и регулирующий жланили 7 иля поворотно-
го устройства. Последний выполнен с тремя сферическими опорами
5, а основание плоскомера снабжено диском 9, верхняя часть кото
рого находится в контакте с опорами поворотного устройства.
Плоскомер устанавливают на поверяемую поверхность и наст-
раивают нивелирный диск при помощи винтов 10 по трем визирным
маркам таким образом, чтобы исходная плоскость, образованная
Рис. 72. Схема оптического плоскомера:
I — основание; 2 — поворотное устройство. 3 — объектив. 4 — отсчетный механизм; 5 —
визирная труба; 6 — окуляр; 7 — регулирующий механизм; 8 — сферические опоры; 9 —
диск; /9—винт
1.13
вращением оптической оси визирной трубы, стала параллельной
плоскости, проходящей через три точки поверяемой поверхности и
линии визирования.
Другим прибором, который, так же как и первый, относится к
приборам первого типа, является плоскомер, показанный на рис. 73.
Плоскомер состоит из двух частей: неподвижной I и поворотной
II. На неподвижной части прибора закреплен объектив 6 в виде сфе-
рического мениска и микрообъектив <3. Поворотная часть прибора
снабжена окуляром 5 с сеткой 4, пентапризмой 2 и плоскопарал-
лельной пластиной 8.
Объектив 6 служит для получения в предметной плоскости мик-
роскопа изображения светящейся марки, находящейся на любом рас-
стоянии от визирной трубы прибора. Пентапризма преломляет оп-
тическую ось прибора под углом 90° и применяется для получения
плоскости визирования при вращении ее вокруг оптической оси.
Плоскопараллельная пластина 8 при качании ее вокруг оси по-
зволяет компенсировать смещение изображения светящейся марки
относительно плоскости визирования. Смещение измеряют при по-
мощи микрометрического винта 7. Неподвижная часть прибора ус-
тановлена на трех регулируемых по высоте опорах 1 с постоянными
магнитами, при включении которых прибор фиксируется на поверяе-
мой поверхности.
Визирная марка /7/ содержит источник света 12, конденсор 11
и точечную диафрагму 9, перемещаемые по высоте при помощи мик-
рометрического винта 10. Визирная марка фиксируется на поверхно-
сти при помощи кронштей-
на с постоянным магни-
том /3
Плоскостность при по-
мощи оптического плоско-
мера поверяется следую-
щим образом На поверяе-
мую поверхность устанав-
ливают три марки, имею-
щие одинаковое расстояние
от светящейся точки до
базовой поверхности. Ре-
гулировкой опор плоско-
мера добиваются, чтобы
и зображен и я светящи хся
кточек всех марок находи-
лись в центре перекрестия
сетки прибора. В этом
случае можно считать, что
плоскость визирования
прибора, совмещенная с
плоскостью, определяемой
тремя светящимися точка-
5
Рис. 73. Схема оптического плоскомера Б. М. Ле*
вина
114
ми визирных марок, является исходной плоскостью. Устанавли-
вая теперь визирную марку в любую точку поверяемой поверх-
ности, можно определить отклонение от исходной плоскости по
смещению изображения светящейся точки в поле зрения компенса-
цией его поворотом плоскопараллельной пластины 8. Смещение
определяется по отсчетному барабану микрометрического винта 7
непосредственно в микрометрах.
Поверку можно проводить и с одной визирной маркой, пооче-
редно помещая ее в три различные поверхности и устанавливая по
ней исходную плоскость. Серьезным недостатком плоскомеров явля-
ются высокие требования к взаимной перпендикулярности механи-
ческой оси вращения и линии визирования.
Большой интерес представляют приборы второго типа, где полу-
чается интерференционная картина, которая воспроизводит харак-
тер рельефа поверяемой поверхности. Преимущества метода заклю-
чаются в том, что в данном случае исключаются пропуски местных
отклонений, так как рассматривается сразу вся поверяемая поверх-
ность.
Прибор, построенный по этому принципу, представляет собой си-
стему двух труб — коллиматора и зрительной трубы. Трубы уста-
навливаются друг против друга по обе стороны поверяемой поверх-
ности. Лучи света, вышедшие из коллиматора, разделяются на два
КОГСрСНТИЫХ Пучка. Одни ИЗ НИХ отклоняется ВНИЗ яуппмятииАским
клином и падает под небольшим углом на поверяемую поверхность,
отразившись от которой, при помощи второго ахроматического кли-
на направляется в объектив зрительной трубы. Другой пучок пря-
мо из объектива коллиматора направляется в зрительную трубу.
Таким образом, в поле зрения зрительной трубы наблюдается
интерференционная картина, возникшая в результате взаимодей-
ствия световой волны сравнения и волны, отраженной от поверяе-
мой поверхности.
Отклонения от прямолинейности определяют по искривлению по-
лос.
Благодаря почти скользящему падению лучей на поверхность
можно контролировать не только полированные, но и сравнитель-
но грубо обработанные поверхности.
Прибор снабжен тремя парами клиньев, меняя которые можно
изменять цену деления интерференционной полосы и пределы изме-
рения прибора. Погрешность измерения на приборе колеблется от
1 до 5 MKxM в зависимости от шероховатости поверяемой поверх-
ности.
Недостатками метода являются сложность устройства и юстиров-
ки прибора, чувствительность интерференционной картины к внеш-
ним колебаниям, а также сравнительно малая длина поверяемых
поверхностей (не более 5 м).
Накладной интерферометр Линника ИЗК-56 предназначен для
контроля плоскостности небольших участков поверхности длиной
56—190 мм.
115
Принцип действия прибора аналогичен прин ципу действия при-
бора, описанного выше, однако в отличие от этого прибора интер-
ферометр ИЗК-56 имеет небольшие размеры. При измерении его ус-
танавливают на поверяемую поверхность, так как коллиматор и
зрительная труба смонтированы на одном основании.
Рассмотренные выше методы подразумевают при поверке плос-
костности получение исходной плоскости. Однако до настоящего
времени чаще рекомендуются методы определения плоскостности,
основанные на измерении отдельных сечений.
Методы поверки плоскостности, основанные
на измерении прямолинейности отдельных сечений
При измерении прямолинейности исходная прямая также может
быть задана одним из трех способов: механическим, гравитацион-
ным или оптико-механическим, а сличение производится на меха-
нических, электрических или пневматических устройствах.
Наиболее широкое применение нашел методу когда исходная пря-
мая задается механическим способом: рабочими поверхностями по-
верочных линеек, специальных брусков или образующими валиков.
Прямолинейность поверяют визуально — методом световой щели
при помощи лекальной линейки (рис. 74), накладываемой на поверя-
OMVl/Л nnnnnVUnfTT ППП ППППППТОПГ ТТП Г»
-—-------------- ----~
Показателем хорошего выполнения поверхности является отсутст-
вие просвета между рабочим ребром и поверяемой поверхностью.
Погрешность метода измерения примерно 5 мкм.
Широкое применение нашел метод сличения с образцовыми пове-
рочными линейками при помощи индикатора (рис. 75). Образцовая
линейка 1 устанавливается рабочей поверхностью на опоры 2, 3, рас-
положенные в точках наименьшего прогиба поверяемой поверхно-
сти. При помощи индикатора 4 измеряют изменение расстояния меж-
ду образцовой и поверяемой поверхностями по отношению к рассто-
янию в первой точке.
Отклонение Hi от прямой линии, соединяющей крайние точки
поверяемого сечения, определяют по формуле
/7/ — G "И “—~1 — Н?*
п
где п — расстояние между образцовой и поверяемой поверхностя-
ми в любой поверяемой точке с номером i = 0,1,2,...; Hl — поправ-
ка на образцовую поверхность.
Примером электрических устройств для сравнения с образцовы-
ми поверхностями могут служить линейки для измерения отклоне-
ния от прямолинейности типа ЛИП-3 и устройство УИП-5. В этих
приборах образцовой поверхностью является специальная линейка,
а сличение с ней осуществляется яри помощи бесконтактного индук-
тивного датчика, причем образцовая специальная линейка является
якорем этого датчика.
116
Рис. 74. Поверка прямолинейности лекаль-
ной линейкой
1
Рис. 75. Поверка плоскостности с полощью
поверочной линейки и индикатора
Погрешность измерения зависит от масштаба регистрации. Так,
при масштабе 500:1 она равна ±3 мкм, при масштабе 1000:1 равна
zb0,3 мкм (с учетом поправки на образцовую линейку).
В настоящее время в поверочной практике для сличения приме-
няют в основном индикаторные головки. Однако разработку прибо-
ров с электрическими устройствами сличения следует считать про-
грессивной.
В случае, когда исходная линия задается гравитационным полем,
применяются те же приборы, что и при поверке отклонений от ис-
ходной плоскости, только используется другая схема измерения и
обработки результатов, а именно: рельеф поверхности определяется
по отношению к расчетной плоскости.
Разработан ряд специальных приборов. К ним относится прибор,
разработанный во ВНИИМ, принцип работы которого основан на
методе свободно налитой жидкости в открытой гидростатической си-
стеме.
Лоток, наполненный водой, устанавливается параллельно по-
веряемому сечению. Измерение разности расстояний от поверхности
воды до поверяемых точек производится микрометрическим индика-
торным высотомером. Момент контакта измерительного наконечника
с поверхностью жидкости определяется с помощью стрелочного
электроизмерительного прибора, включенного последовательно в
электрическую цепь. Существуют приборы, у которых свободно на-
литая жидкость выполняет роль горизонтального зеркала.
В последнее время все более широкое применение находят при-
боры, в основу которых положено микронивелирование. Развитие
этого метода измерения объясняется тем, что.с появлением элект-
ронных уровней, преобразующих угол относительно линии, задан-
ной гравитационным полем, в электрический сигнал с погрешностью
порядка 0,2", стало возможным после интегрирования этого сигнала
получить непосредственно профиль поверхности.
В ряде стран появились приборы, построенные по этому прин-
ципу, например, электронивелир с автоматической записью типа
EL, выпуск которого начат в Японии, В отличие от приборов, кото-
рые регистрировали только показания угла, в новом элекронивели-
ре к первичному преобразователю угла присоединен автоматичес-
кий уравновешивающийся самописец. Сигнал, идущий от первично-
го преобразователя, формируется так, что автоматически вычерчи-
вается кривая профиля измеряемой поверхности. Этот прибор об-
ладает значительными преимуществами по сравнению с электрон-
ными уровнями и автоколлиматорами, а также превосходит их по
точности измерения.
Разработан ряд отечественных приборов, с помощью которых
осуществляют метод микронивелирования.
Результаты исследования таких приборов показали, что по-
грешность воспроизведения кривой не превышает 2 мкм на 1 м.
Сущность оптико-механического задания линии заключается в
гом, что отдельные сечения поверяемой поверхности сравнивают
с лучом света, принятым за исходную прямую. Сличение может
проводиться оптико-механическим, электрическим или интерферен-
ционным способами.
Оптико-механический способ сличения осуществляется при по-
мощи измерительных средств с оптико-механическими отсчетными
устройствами: автоколлиматоров и зрительных труб различных кон-
струкций, используемых одновременно с коллиматором или специ-
альными марками.
При поверке прямолинейности автоколлимационным методом
используется автоколлиматор и плоское зеркало, установленное на
основании с двумя опорами, расстояние между которыми соответ-
ствует выбранному шагу поверки. Оптическая схема автоколли-
матора (рис. 76) рассчитана таким образом, чтобы лучи, освещающие
марку автоколлиматора 2, выходили из его объектива параллель-
ным пучком. Попадая на плоское зеркало /, лучи отражаются в об-
ратном направлении и дают изображение светящейся марки на от-
счетной шкале, расположенной в фокальной плоскости окуляра ав-
токоллиматора.
Вследствие отклонения от прямолинейности поверхности при
перемещении зеркала изменяется его наклон к оси автоколлимато-
ра. Наклон определяют по смещению изображения светящейся мар-
ки относительно делений отсчетной шкалы. При наклоне зеркала на
угол а отраженный луч возвращается в автоколлиматор под углом
Рис. 76. Схема, поясняющая сущность автоколлнмационного метода
118
Ряс. 77. Схема поверки коллимационным методом:
/ — коллиматор; 2 —зрительная труба; 3 — измеряемая поверхность
2а к первоначальному направлению, что вызывает смещение изоб-
ражения марки в вертикальном направлении на величину е.
Из рис. 76 видно, что
е = ftg 2а,
где f—фокусное расстояние объектива автоколлиматора.
Так как углы наклона весьма малы, можно считать, что tg 2 а
равен углу 2а, выраженному в радианах. Тогда 8 = 2 fa. Из этого
же рисунка следует, что ig а = hii или и, = А//, где Л — разность
высот двух соседних поверяемых точек; I — шаг измерения.
Учитывая это, получим 8 = 2fh/l. Таким образом, при измере-
нии автоколлиматором чувствительность не зависит от расстояния
между зеркалом и объективом трубы и определяется лишь фокус-
ным расстоянием объектива и шагом измерения. Это является боль-
шим преимуществом автокрллимационного метода.
При поверке коллимационным методом (рис. 77) измерительными
средствами являются зрительная груба 2 и коллиматор /, переме-
щаемый по поверяемой поверхности.
Принцип измерения прямолинейности такой же, как автоколли-
мационным методом, только измеряются углы наклона, образован-
ные оптическими осями коллиматора и зрительной трубы.
Угол наклона
tg а = е// или а — е/f.
Смещение изображения сетки коллиматора в поле зрения зри-
тельной трубы будет в 2 раза меньше, чем при использовании авто-
коллиматора и, следовательно, точность совмещения штрихов бу-
дет соответственно ниже. Поэтому, естественно, выгоднее применять
автоколлимационный метод, тем более, что перемещать коллимато-
ры по контролируемой поверхности весьма неудобно. Правда, можно
несколько усовершенствовать коллимационный метод, если на про-
тивоположных концах контролируемой поверхности неподвижно ус-
тановить зрительную трубу I (рис. 78) и коллиматор 3, а перемещать
119
Рис. 78. Схема поверки коллиматором с промежуточной призмой
по поверхности призму 2, расположенную на основании, расстоя-
ние между опорами которого равно шагу измерения.
Для поверки и измерения отклонения от прямолинейности ис-
пользуют несколько типов интерферометров.
В Сибирском научно-исследовательском институте метрологии
разработан и изготовлен лазерный интерферометр (рис. 79).
Прибор состоит из интерферометра I и марки II, связанной с кон-
тролируемым объектом. Луч света от источника излучения 2, в ка-
честве которого использован газовый лазер, попадает на угловое
зеркало 3 марки //. Отразившись от него, лучи лазера, пройдя плас-
тину 4, частично отражаются от гипотенузной грани призмы /,
частично от ее боковых поверхностей и направляются той же плас-
тиной в объектив 5, собирающий их .в фокальной плоскости. Бла-
годаря тому, что количество отражений в одном плече интерферо-
метра отличается в нечетное число раз от количества отражений во
втором плече, интерферометр реагирует на поперечные смещения
источника света (или его. изображения) в плоскости, перпендику-
лярной ребру призмы. Призму изготовляют с небольшой пирами-
дальностью, поэтому интерферирующие лучи расходятся под неко-
торым углом, постоянным в плоскости, проходящей через ребро
призмы перпендикулярно ее гипотенузной поверхности. Когда ис-
точник света находится в-этой плоскости, в поле зрения прибора
120
Таблица 28
Выбор средств поверки
Длина пове- ряемой по- верхности, мм Степень точности Метод поверки Измерительные средства и их технические характеристики
До 25 I—IV IV-X Интерференционный Плоская стеклянная пла- стина класса 2
Сличение с рабочим ребром лекальной ли- нейки «на просвет» Лекальные линейки клас- сов 0 и 1 Концевые меры длины класса 1
Св. 25 до 60 I—III Интерференционный Плоская стеклянная пла- стина класса 2
I—III То же Интерферометр ИПП-15
III—V Сличение с рабочим ребром лекальной ли- нейки «на просвет» Лекальная линейка клас- са 0 Концевые меры длины класса 1 Плоская стеклянная пла- стина класса 2
VI—VIII То же Лекальная линейка клас- са 1 Концевые Каеры длины класса 1
IX—X Сличение с рабочим ребром лекальной ли- Лекальная линейка клас- са 1
нейки при помощи щупа Щупы
Св. 60 до 160 I-II Интерференционный Плоская стеклянная пла- стина класса 2
I—II То же Интерферометр ИПП-15
III—V Сравнение с рабочим ребром лекальной ли- нейки «на просвет» Лекальная линейка клас- са 0 Концевые меры длины класса 2
VI-VII Сравнение с рабочим ребром лекальной ли- нейки «на просвет» Лекальная линейка клас- са 1 Концевые меры длины класса 3
VIII—X Сличение с рабочим ребром лекальной ли- нейки при помощи щупов или концевых мер Лекальная линейка клас- са 1 Щупы Концевые меры класса 3
Св. 160 I—II Интерференционный Стеклянная пластина
до 400 метод с перестанов- кой стеклянной пла- стины класса 2
III—V Сличение с рабочим ребром лекальной ли- нейки «на просвет» Лекальная линейка клас- сов 0 и 1 Концевые меры длины класса 2
121
Продолжение табл. 28
Длина пове- ряемой по- верхности, мм Степень точности Метод поверки Измерительные средства и их технические характеристики
Св. 200 до 800 Св. 400 до 1600 Св. 1600 до 2500 IV—VII VI—X VII—X II—VII II—V IV—VII III—VI III—VIII IV—X II 1-Х IV—X Сличение с рабочим ребром лекальной ли- нейки при помощи концевых мер Сличение с образцо- вой поверхностью при помощи концевых мер или индикатора Сличение с рабочим ребром лекальной ли- нейки при помощи щупов Поверка оптической линейкой Автоколлимационный То же Поверка уровнем Поверка оптической линейкой Сличение с образцо- вой поверхностью при помощи индикатора Автоколлимационный Поверка уровнем Лекальная линейка клас- сов 0 и 1 Концевые меры длины класса 3 Поверочные линейки ти- пов ШП, ШД или ШМ классов 0, 1 и 2 Концевые меры длины класса 3 Индикатор с ценой деле- ния 0,001—0,002 мм Лекальная линейка клас- са 1 Щупы Оптическая линейка ИС-43 Автоколлиматоры АК-0,25 и АК-1 Плоское зеркало с от- клонением от плоскости не более 0,05 мкм. Шаг измерения 0,05— 0,1 м Автоколлиматоры АК-2, АК-5 Плоское зеркало с от- клонением от плоскост- ности не более 0,05— 0,16 м Ампула уровня с ценой деления 0,01 мм/м или микрометрический уро- вень с ценой деления 0,01 мм/м. Шаг измере- ния 0,05—0,10 м Оптическая линейка ИС-36 Поверочная линейка ти- пов ШД, ШП или ШМ Индикатор с ценой деле- ния 0,001—0,002 мм Автоколлиматоры АК-0,25 и АК-1 Плоское зеркало с от- клонением от плоскост- ности не более 0,05 мм. Шаг измерения 0,16— 0,25 мм Уровень с ценой деления 0,02 мм/м
122
Продолжение табл. 28
Длина поверяемой поверхности Степень точности Метод поверки Измерительные средства и их технические характеристики
V-X 1 Сличение с образцо- Поверочная линейка ти-
Св. 2500 IV—VII вой поверхностью при помощи индикатора Поверка оптической пов ШД и ШМ Индикатор с ценой де- ления 0,001—0,002 мм Оптическая линейка
до 4000 линейкой с переста- ИС-36
IV—VII новкой Автоколлимационный Автоколлиматор АК-1
V—VII Поверка уровнем Плоское зеркало с от- клонением от плоскост- ности не более 0,05 мкм. Шаг измерения 0,24— 0,4 м.
VII—X Метод визирования Уровень с ценой деле- ния 0,02 мм/м Шаг измерения 0,25— 0,4 м
V—IX Сличение с образцо- Оптическая струна ДП-447
Св. 2500 IX—X вой поверхностью при помощи индикатора Сличение с образцо- Поверочная линейка ти- пов ШД или ШМ Индикатор с ценой деле- ния 0,002 мм
до 4000 вой поверхностью при Поверочная линейка ти-
VI—X помощи индикатора Метод визирования пов ШД и ШМ класса 2 по ГОСТ 8026—75 Индикатор с ценой деле- ния 0,01 мм
Св. 4000 VI—VIII Поверка уровнем Зрительная труба ППС-11
до 10 000 VI—VIII Автоколлимационный Уровень с ценой деления 0,02 мм/м. Шаг измерения 0,4— 0,5 м
VI-X Поверка гидростати- Автоколлиматоры АК-1— АК-5. Шаг изме- рения 0,5 м
VI 1-х ческим уровнем Поверка по частям Гидростатический уро- вень с ценой деления 0,01 мм
VIII-X путем сличения с об- разцовой поверхно- стью при помощи ин- дикатора Поверка оптической Поверочная линейка ти- па ШД Индикатор с ценой де- ления 0,002 мм Оптическая струна
VIII—х струной Метод визирования ДП-447 Зрительная труба
ППС-И 1
123
наблюдают интерференционные полосы постоянной ширины, располо-
женные перпендикулярно ребру призмы. Поперечное смещение ис-
точника изменяет наклон полос. Наклон для выбранной точки поля
может быть определен по числу интерференционных полос.
Все методы измерения прямолинейности по способу измерения
подразделяют на шаговые, основанные на измерении углов, и мето-
ды измерения линейных отрезков.
В табл. 28 приведены рекомендации по выбору средств поверки
в зависимости от допускаемых отклонений от прямолинейности и
плоскостности.
2. МЕТОДЫ ПОВЕРКИ
ВЗАИМНОГО РАСПОЛОЖЕНИЯ ИЗМЕРИТЕЛЬНЫХ ПОВЕРХНОСТЕЙ ,
И ОСЕЙ ИЗМЕРИТЕЛЬНЫХ СРЕДСТВ
Методы поверки паралельности измерительных поверхностей
При поверке параллельности измерительных поверхностей сред-
ств измерений применяют различные методы измерения.
Например, поверку параллельности измерительных поверхнос-
тей у некоторых типов микрометров и индикаторных скоб проводят
интерференционным методом с помощью плоскопараллельной стек-
лянной пластины или с помощью блока, составленного из двух плас-
тин и плоскопараллельной концевой меры 3-го класса.
Стеклянную пластину или блок помещают между измерительны-
ми поверхностями так, чтобы сумма интерференционных полос, наб-
людаемых между поверхностями пластины и измерительными по-
верхностями инструмента, была бы наименьшей.
При подсчете отклонений одну полосу принимают соответствую-
щей 0,3 мкм. Полосы, расположенные от края на расстоянии 0,5 мм,
во внимание не принимаются.
При отсутствии стеклянных пластин у различных типов микро-
метров, у рычажных скоб, индикаторных толщиномеров, вертикаль-
ных оптиметров с плоским наконечником и у других измерительных
3 —и 8 — J 4 2 Л1 |Я Ь А 1 Рис. 80. Поверка параллельности измери- тельной поверхности наконечника и стола вертикального оптиметра средств отклонение от параллель- ности может быть поверено с по- мощью плоскопараллельных кон- цевых мер длины соответствующей 1 1 Рис. 81. Поверка параллельности измерив тельных поверхностей горизонтального оп- тиметра
124
Рис. 62. Особенности повер-
ки параллельности измери-
тельных поверхностей штан-
генциркуля для больших
размеров
точности. Для этого меру или блок устанавливают между измери-
тельными поверхностями в четырех попарно диаметральных поло-
жениях (1—3, 2—4 на рис. 80). Для исключения влияния отклоне-
ния от параллельности концевых мер последние устанавливают меж-
ду измерительными поверхностями наконечника во всех четырех по-
ложениях одним краем (Л — В).
Отклонение от параллельности измерительных поверхностей по-
веряемого средства измерения определяется как наибольшая раз-
ность отсчетов по его шкале, соответствующих четырем положениям
меры.
Параллельность измерительных поверхностей у горизонтального
оптиметра поверяется установкой меры в два крайних положения,
как показано на рис. 81.
Параллельность измерительных поверхностей губок для наруж-
ных измерений у штангенциркулей с пределом измерения более
500 мм поверяется при помощи вспомогательной рамки с двумя па-
раллельными измерительными поверхностями (рис. 82); отклоне-
ние от параллельности этих поверхностей не должно превышать
3 мкм и определяют его по сумме или разности величин просветов. Сум-
ма берется в том случае, если наибольшие просветы будут оба в верх-
ней или нижней части губок в обоих крайних положениях рамки.
Параллельность опорных поверхностей угольников типа УЛГ,
УЛШ, УП, УШ поверяют относительно образцовых поверхностей
при помощи контактных измерительных приборов (оптиметр, изме-
рительная головка ИГМ и т. п.).
В качестве образцовых поверхностей принимают соответствую-
щие по точности поверочные плиты. Например, при проверке уголь-
ников 0-го класса применяют поверочные плиты класса 01.
При поверке поверяемый угольник 1 устанавливают на плите 2
(рис. 83). Сферический наконечник измерительной головки 4 при-
водят в соприкосновение с верхней опорной поверхностью угольни-
ка. Перемещение стойки 3 с измерительной головкой вдоль ребра
угольника позволяет найти разность максимального и минимального
отсчета по шкале, которая и принимается за отклонение от парал-
лельности опорных поверхностей.
На рис. 84 показан пример применения автоколлиматора для по-
верки параллельности отражательной плоскости зеркала А оптимет-
ра и базовой плоскости оправы Б. Автоколлиматором может слу-
125
Рис. 83. Поверка параллельности опорных
поверхностей угольника
Рис. 84. Автоколлимационный метод повер-
ки параллельности поверхностей зеркала А
и оправы Б:
1 — окуляр; 2 — труба оптиметра; 3 — пове-
ряемая деталь
жить трубка оптиметра 2 без колебательной системы. Условием
параллельности плоскостей А и Б будет сохранение в поле зрения
окуляра положения изображения шкалы относительно указателя
при отражении лучей от поверхности стола и после установки на
измерительный столик оправы с зеркалом.
Поверка отклонения от параллельности измерительных поверх-
ностей выпускаемых из производства микрометров проводится на
специальном приборе ЗПМ профессора А. Н. Захарьевского, кото-
рый также основан на применении автоколлимации.
Автоколлимационный метод используется и при поверке парал-
лельности оси центров бабок, и рабочих поверхностей синусной ли-
нейки, и в некоторых других случаях.
Методы поверки перпендикулярности
измерительных поверхностей и осей
Перпендикулярность плоскостей может поверяться при помощи
угломеров, например, когда поверяется отклонение от перпендику-
лярности образующей цилиндрической поверхности плоскопарал-
лельной стеклянной пластины и ее рабочей поверхности, а также при
помощи поверочных угольников. Образцовыми поверочными уголь-
никами можно поверить отклонение от перпендикулярности изме-
рительных поверхностей к опорным поверхностям у поверочных
угольников, совмещая рабочие поверхности внутреннего угла по-
веряемого угольника А с соответствующими поверхностями наруж-
ного угла образцового угольника В (рис. 85). •
Отклонение от перпендикулярности А определяется просветом е,
сличаемым с «образцом просвета», и с учетом отклонения от перпен-
126
дикулярности образцового угольника До подсчитывается по фор-
муле
Д = До ± е.
Знак плюс применяют для случая, показанного на рис. 85, а, знак
минус — для случая, показанного на рис. 85, б.
Отклонение от перпендикулярности измерительных и опорных
поверхностей поверочных угольников можно также определять
при помощи специального прибора с подвижными каретками 1 (рис.
86). При поверке каретку 1 устанавливают и закрепляют на колон-
ке 2 так, чтобы наконечник каретки расположился на расстоянии
2—3 мм от свободного конца длинной стороны поверяемого угольни-
ка 3, установочную каретку 4 опускают вниз до упора и в этом поло-
жении закрепляют.
Поверяемый угольник придвигают к неподвижному упору ниж-
ней каретки в положение / и отмечают показание измерительной
головки. Затем угольник переставляют в положение //, при помо-
щи переключателя изменяют направление измерительного усилия
отсчетного устройства и производят второй отсчет по измеритель-
ной головке.
Отклонение от перпендикулярности определяют как полураз-
ность полученных отсчетов.
Перпендикулярность измерительной поверхности предметного
стола, например, вертикального длиномера, к направлению движе-
ния измерительного стержня поверяется при помощи оправы 2,
индикатора 1 с ценой деления 0,001 мм и специального угольника
4 с широким основанием (рис. 87). Точно так же поверяют перпенди-
кулярность движения тубуса микроскопа к плоскости предметного
стола и т.д.
Перемещая измерительный стержень длиномера на 100 мм свер-
ху вниз (или наоборот), отмечают показания по отсчетному устрой-
ству для двух положений измерительного стержня по высоте. Алгеб-
раическая разность между наибольшими и наименьшими показания-
ми отсчетного устройства определит отклонение от перпендикуляр-
Рис. 85. Поверка перпендикулярности с по*
мощью образцового поверочного угольника
Рис. 86. Поверка перпендикулярной изме-
рительной поверхности угольника с помо-
щью специального прибора
127
Рис. 87. Поверка перпендикулярности реб-
ристого стола длиномера к направлению
движения измерительного стержня:
/ — индикатор: 2 —оправа; 3 — щуп; 4 —
угольник; 5 — стол
Рис. 88. Поверка перпендикулярности по-
верхности ребристого стола к оси трубки
контактного интерферометра с помощью
специальной меры
ности направления движения измерительного стержня к поверхно-
сти ребристого стола.
Отклонения от перпендикулярности поверяют в двух взаимно
перпендикулярных направлениях, для чего соответствующим об-
разом развертывают отсчетное устройство и угольник по отношению
к измерительному стержню.
Отклонение от перпендикулярности рабочей поверхности реб-
ристого стола к оси трубки контактного интерферометра поверяют
при помощи автоколлиматора с ценой деления шкалы 30', получен-
ного из трубки оптиметра, и специальной концевой меры (рис. 88).
Автоколлиматор 1 присоединяют к кронштейну прибора вместо
трубки интерферометра, а концевую меру 2 устанавливают на стол 3.
Наблюдая шкалу, автоколлиматор поворачивают в кронштейне,
отсчитывают наибольшее и наименьшее у2 показания с учетом
знаков. Отклонение от перпендикулярности подсчитывают по форму-
ле
А = 0,5 (Yj — уг).
Рис. 89. Поверка перпендикуляр-
ности движения кареток микро-
скопов при помощи лекального
угольника
128
Перпендикулярность движения продольной и поперечной каре-
ток универсального и инструментального микроскопов поверяют
при помощи поверочного лекального угольника. Угольник устанав-
ливают на столе прибора таким образом, что одна из рабочих сто-
рон его была направлена параллельно продольному движению стола.
Добиваются этого строгой установкой продольной штриховой ви-
зирной линии при нулевом положении угломерной шкалы по ребру
угольника (рис. 89). После этого поперечную штриховую визир-
ную линию совмещают с началом второго ребра угольника и фикси-
руют показания отсчетной шкалы. Затем, перемещая стол (инстру-
ментальный микроскоп) или колонку с визирным микроскопом
(универсальный микроскоп) вдоль этого ребра на длину 60 мм, оп-
ределяют смещение контура ребра h (рис. 89). Отклонение от пер-
пендикулярности определяется как угловая величина по формуле
tg Р = h/L.
3. МЕТОДЫ ПОВЕРКИ ИЗМЕРИТЕЛЬНОГО УСИЛИЯ
Наиболее распространенными средствами поверки измеритель-
ного усилия являются циферблатные весы (рис. 90). При помощи
циферблатных весов измерительное усилие можно поверить у ми-
нимера, микрокатора, оптиметра, индикаторного толщиномера, ин-
дикаторной скобы, рычажной скобы, микрометра рычажного, ры-
чажно-зубчатой измерительной головки, индикатора и т. д. Поря-
док поверки каждого измерительного средства приводится в ГОСТ
Рис. 90. Поверка измеритель-
ного усилия на циферблат-
ных весах
В Qatz
129
Рис. 91. Поверка измерительного усилия при помощи приспособлений и гирь
на поверку. Измерительное усилие оптиметра, как многих других
средств измерения, поверяется в начале, середине и в конце хода
измерительного стержня.
Специальным рычажным приспособлением и набором гирь поль-
зуются при поверке измерительного усилия, например, у микрока-
тора, контактного интерферометра и других приборов (рис. 91).
К рычагу приспособления подвешивают гири необходимого ве-
са до тех пор, пока стрелка не сдвинется с места. Поверка произво-
дится при двух крайних показаниях шкалы.
Измерительное усилие вертикального оптического длиномера оп-
ределяют с помощью приспособления с динамометром на сжатие
(рис. 92), которое устанавливают на ребристый стол длиномера по
линии измерения. Опустив измерительный стержень до контакта
наконечника с плоской пяткой приспособления с динамометром»
отмечают показание дина-мометра, которое дает значение измери-
тельного усилия.
Рис. 92. Динамометр для поверки
измерительного усилия:
130
Измерительное усилие микрометров можно поверить и с ис-
пользованием динамометра (рис. 93), который располагают между
измерительными поверхностями плоских или плоской и сферичес-
кой вставок микрометра. Вращая микрометрический винт за тре-
щетку до ее проскальзывания, замечают, находится ли торец скоса
А динамометра между рисками, определяющими допустимые
пределы измерительного усилия.
4. МЕТОДЫ И СРЕДСТВА ПОВЕРКИ ОСНОВНОЙ ПОГРЕШНОСТИ
И ВАРИАЦИИ ПОКАЗАНИЙ СРЕДСТВ ИЗМЕРЕНИЙ
Методы и средства поверки механических
измерительных средств
Методы поверки основной погрешности, которая нормируется
путем задания пределов допускаемой погрешности средств измере-
ния линейных и угловых размеров, указаны в поверочных схемах.
Меры длины концевые плоскопараллельные в заводской практике
поверяют на оптиметрах, оптикаторах с ценой деления шкалы
0,1 мкм, микрокаторах с ц. д. 0,1 мкм и 0,2 мкм или контактных ин-
1ерферометрах ИКПВ с ц.д. 0,05 мкм сравнением с образцовой кон-
цевой мерой более высокого разряда. Поверяемую меру измеряют
по пяти точкам: в середине и по углам, отступая на 1—2 мм от края.
Срединную длину поверяемой меры определяют как алгебраичес-
кую сумму срединной длины образцовой меры (указанной в свиде-
тельстве) и разности показаний прибора при измерении этих мер в
средних точках.
Меры длины штриховые поверяются на компараторах типа
МС-40К или МС-18К с использованием образцовых штриховых мер.
Обязательной поверке подлежат общая длина и длина сантиметро-
вых подразделений. Отдельные миллиметр овые подразделения по-
веряются в выборочном порядке. Общая длина штриховой меры и
ее подразделения поверяются сравнением с длиной соответствую-
щих подразделений образцовой штриховой меры 1-го разряда мето-
дом продольного компарирования. Сравниваемые меры устанавли-
вают на столе компаратора так, чтобы оси их лежали на одной пря-
мой, параллельной направ-
лению хода стола (рис. 94).
Сравнение поверяемой
меры с образцовой мерой
1-го разряда проводят не
менее чем двумя приемами
измерений. Каждый прием
измерений . состоит из пря-
мого и обратного хода, а
каждое наблюдение состоит
из трех наведений биссек-
тора окулярного микро-
Рис. 94. Схема поверки на компараторе:
/ — левый микроскоп; 2 — правый микроскоп;
3— поверяемая мера; 4 — образцовая мера
131
метра отсчетного микроскопа на каждый поверяемый штрих с по-
следующим отсчетом по барабану окулярного микрометра.
Измерение проводят в такой последовательности: снимают от-
счеты по шкале термометров; наблюдают в правый микроскоп за ну-
левым штрихом образцовой меры 1-го разряда, а в левый микроскоп
— за нулевым штрихом поверяемой меры; передвигают стол компара-
тора вдоль оси и наблюдают за штрихами сравниваемых делений
шкалы меры. На последнем поверяемом делении наблюдение про-
водят в обратном порядке: сначала в левом, а затем в правом отсчет-
ном микроскопах, затем передвигают стол в обратном направлении
и последовательно наблюдают за штрихами в обратном порядке от
нулевого штриха.
Особенностью поверки на измерительной машине является то,
что при поверке общей длины и длины подразделений меры 2-го
разряда поверяемые интервалы сличают с длиной соответствующих
участков ходового микрометрического винта машины, поверенного
непосредственно по рабочим эталонам длины. Погрешности ходово-
го винта машины в расчет не принимаются, если они не превышают
zh 5 мкм. Следует отметить, что при всех методах поверки учиты-
ваются возможные температурные изменения как образцовой, так и
поверяемой мер.
При поверке штангенинструментов применяют меры 3-го раз-
ряда. Число контрольных точек выбирают в зависимости от диапа-
зона измерения и цены деления инструмента. Точки должны быть
расположены равномерно в пределах шкалы штанги и нониуса. На-
пример, штангенинструмент типа Л1Ц-П с величиной отсчета по
нониусу 0,05 мм и пределом измерения 0—150 мм поверяют по бло-
кам мер с размерами 20,15; 50,30; 70,45; 100,60; 120,75; 140,90 мм.
Поверка показаний проводится при свободной и закрепленной рам-
ке для двух положений блока мер на ближнем и дальнем расстоя-
ниях от штанги (рис. 89, а, в).
Штангенинструмент с пределами измерения свыше 500 мм пове-
ряют с помощью дополнительной рамки (рис. 95, б).
Погрешность показаний микрометров определяют по концевым
мерам 5-го разряда или класса 2 в следующих точках шкалы: А,
А +5,12; А +10,24; А +15,36; А + 20,5; А + 25 мм, где А —
нижний предел измерения микрометра.
Рис. 95. Поверка показаний штангенциркуля
132
Рис. 96. Микрометр с резьбовыми вставками:
1 — призматическая; 2 — коническая; 3 — укороченная; 4 — плоская; 5 — шаровая
Для примера рассмотрим особенности поверки микрометров со встав-
ками типа МВМ и микрометра рычажного с ценой деления 0,002 мм.
Правильность показаний микрометра, который укомплектовывается
набором вставок и установочной мерой (рис. 96), поверяют одним из следую-
щих методов:
по двум аттестованным установочным мерам, соответствующим нижне-
му и верхнему пределам измерения поверяемого микрометра;
по аттестованной установочной мере (на нижнем пределе) и аттестован-
ным резьбовым калибрам, соответствующим по номинальному значению шага
резьбы каждой паре вставок, входящей в комплект микрометра вставок.
В первом случае в гнезда микрометра вставляют сначала одну пару
вставок, из числа входящих в комплект и микрометр регулируют на «нулевой»
отсчет по установочной мере, например, 25 мм, соответствующей нижнему
пределу измерения микрометра. Проводят четыре отсчета по шкале барабана
микрометра, каждый раз поворачивая призматическую вставку на четверть
оборота. Затем производят отсчет при установке винта микрометра по уста-
новочной мере (50 мм), соответствующей верхнему пределу измерения.
За погрешность' микрометра принимают наибольшую разность между
любым из нулевых отсчетов и отсчетом по установочной мере, соответствую-
щей верхнему пределу измерения поверяемого микрометра.
Во втором случае поверку производят аналогично, только конечный от-
счет производят при установке микрометра по аттестованным калибрам, имею-
щим средний диаметр, близкий к верхнему пределу измерения микрометра.
Обычно этим методом пользуются при периодических поверках на предприя-
тии в процессе эксплуатации.
Основная погрешность рычажного
микрометра типов MP3, МР и МРИ опре-
деляется в любом их рабочем положении
как сумма погрешностей микрометричес-
кого механизма и отсчетного устройства.
Определение погрешности отсчетного
устройства рычажных микрометров с
верхним пределом измерений от 50 до
100 мм осуществляют также, только при
этом предварительно на выступающую
часть микрометрического винта микро-
метра необходимо надеть приспособле-
ние с дополнительной пяткой, показан-
ной на рис. 97.
Рис. 97. Приспособление для по-
верки микрометров с верхним
пределом измерения до 50 мм:
/ — насадка; 2 —зажимная гай-
ка
1 2
133
Одновременно с определением погрешности отсчетного устрой-
ства микрометра необходимо определить вариацию его показаний
путем арретирования (многократного поднимания измерительного
наконечника с помощью специального рычага-арретира) подвижной
пятки при трех положениях стрелки: в середине шкалы и в двух
крайних ее отметках (не менее 5 раз в каждом положении). После
^каждого арретирования следует произвести отсчет по шкале Раз-
ность между наибольшим и наименьшим показаниями принимают за
вариацию (для каждого положения стрелки).
Рекомендации по выбору блоков концевых мер для определения
полной погрешности микрометров были приведены выше.
Методы поверки основной погрешности
и вариации показаний измерительных головок
Среди всего многообразия измерительных головок обычно выде-
ляют следующие категории:
головки рычажные (типа миниметра);
головки зубчатые (индикаторы часового типа ИЧ, ИТ);
головки рычажно-зубчатые (типов МКМ, ИГМ, ИГ, МИГ), инди-
каторы типов ИРБ и ИРТ;
головки пружинные (типов ИГП-микрокаторы, ИПМ-микаторы,
ИРП — миникаторы, П — оптикаторы).
В зависимости от типов, точности и пределов измерения измери-
тельных головок стандартами регламентируется допускаемая по-
грешность показаний, которая указывается или от нуля со знаком
или как алгебраическая разность погрешности при прямом и об-
ратном ходе, и погрешность на участке шкалы, а также вариация по-
казаний.
Определение погрешности показаний обычно производится по
концевым мерам длины, класс или разряд которых выбирается в за-
висимости от допускаемой погрешности поверяемого прибора.
Для поверки измерительных головок также применяют оптиче-
ские длиномеры, универсальные микроскопы и клиновые повероч-
ные приборы. В последнее время поверку погрешности измеритель-
ных головок стали проводить непосредственным сопоставлением
показаний поверяемой и более точной аттестованной образцовой го-
ловки, устанавливаемых на приборах типа ПКМ. Такая поверка
производительна и погрешности ее не больше погрешностей, воз-
никающих при использовании концевых мер 1-го разряда.
Погрешность обратного хода определяется как наибольшая раз-
ность отсчетов по шкале при измерении одного и того же размера с
использованием арретирования.
Погрешность обратного хода следует учитывать при использо-
вании измерительных головок для определения погрешности формы
и взаимного расположения поверхностей, когда движение возврат-
но-поступательное.
134
Рис. 98. Приспособление для
определения основной погре-
шности индикатора:
/ — приспособление с микро-
метром; 2 — рычажно-зубча-
тый индикатор; 3 — держав-
ка
Рассмотрим в виде примера методы поверки основных погреш-
ностей рычажно-зубчатых индикаторов типа ИРБ. Основная по-
грешность индикатора определяется при помощи специального при-
способления (рис. 98) на всем пределе измерения и не менее чем на
одном участке в 0,1 мм сначала при обоих положениях переключа-
теля хода измерительного рычага, а затем при горизонтальном и вер-
тикальном положениях индикатора.
При определении погрешности индикатор и микрометр устанав-
ливают в исходное положение (нулевое) в сторону прямого хода из-
мерительного рычага. Направление линии измерения должно быть
перпендикулярно к оси измерительного рычага в его среднем поло-
жении на данном участке шкалы.
Микрометрический винт перемещают в этом направлении через
интервалы в 0,1 мм при поверке всего предела измерений и через
0,02 мм на участке в 0,1 мм. Дойдя до последней точки поверяемс го
участка, изменяют направление перемещения микрометрического
винта и повторяют поверку в обратном порядке.
Погрешность показаний индикатора в заданных пределах изме-
рений определяют как сумму наибольших абсолютных величин поло-
жительных и отрицательных погрешностей, накопленных на дан-
ном участке при прямом и обратном ходе измерительного рычага.
Погрешность индикатора
можно определять на универ-
сальном измерительном микро-
скопе (рис. 99). Проверяемый
индикатор при этом укрепляют
в приспособлении на каретке
микроскопа, измерительный ры-
чаг индикатора вводят в кон-
такт со специальной пластин-
кой, укрепленной при помощи
винта и резьбового отверстия,
имеющегося в станине микро-
скопа.
Поверку основной погреш-
ности индикаторов, выпускае-
Рис. 99. Поверка основной погрешности ин-
дикатора на универсальном микроскопе:
1 — крепежное приспособление; 2 — дер-
жавка; 3 — опорная плоскость каретки
микроскопа; 4 — рычажно-зубчатый инди-
катор: 5 — специальная пластинка
135
мых из производства, целесообразно производить на специальном
приборе со следующими техническими характеристиками:
Предел измерений поверяемых индикаторов, мм
Цена деления, мм...........................
Погрешность прибора, мм, не более . . . .
Напряжение сети, В.........................
Габаритные размеры прибора, мм.............
Масса, кг..................................
0,8
0,01
0,002
220
220X145X295
7,9
Механизм этого прибора (рис. 100), служащий для перемещения
измерительного стержня с двумя пятками на строго определенную
величину, состоит из набора специальных плоскопараллельных
концевых мер длины, закрепленных по дуге прихватами на торце
сектора.
Концевые меры в рабочем положении прижимаются к неподвиж-
ной пятке 6 при помощи пружины 11, С другой стороны на меру опи-
рается пятка равноплечевого рычага, перемещающего измеритель-
ный стержень. Таким образом, величина перемещения измеритель-
ного стержня прибора равна разности размеров двух соседних кон-
цевых мер.
Прерывистое вращательное движение сектор получает через
«мальтийский крест» 10 и систему зубчатой передачи от электродви-
гателя РД-09 мощностью 10 Вт.
При включении прибора в сеть загорается красная лампочка ис-
ходного положения.
На пальце рычага закрепляют поверяемый индикатор и измене-
нием наклона рычага устанавливают его так, чтобы направление пе-
ремещения измерительного стержня прибора было перпендикулярно
к оси измерительного рычага индикатора в его среднем положении.
Рис. 100. Прибор для определения погрешности измерительных головок!
/ — палец; 2 — рычаг; 3 — рабочая пятка; 4 — измерительный стержень; 5 — равноплечий
рычаг; 6 — неподвижная пятка; 7 — концевая мера; 8 — прихват; 9 — сектор; 10 — «маль-
тийский крест»; // — пружина; /2 —рукоятка; 13 — сигнальная лампочка; 14 — винт5
/5 —кнопка; 16 — переключатель; /7 — кнопка «Пуск»; 18 — выключатель
136
При помощи винта измерительный рычаг индикатора приводят в
контакт с одной из рабочих пяток и совмещают стрелку индикатора с
нулевым делением шкалы. Переключатель устанавливают или в по-
ложение «Для индикатора» — при непрерывном полном цикле по-
верки индикатора, или в положение «Для прибора» — при поверке
индикатора одиночными перемещениями.
При помощи рукоятки и кнопки устанавливают каретку в поло-
жение, удобное для наблюдения за шкалой поверяемого индикатора.
Нажатием кнопки «Пуск» прибор включают в работу.
Примеры подсчета погрешностей рычажно-зубчатых индикаторов
Пример подсчета погрешностей на всем пределе измерений (с отклоне-
ниями разных знаков) дан в табл. 29. Наибольшая погрешность на всем пре-
деле измерений равна 11 мкм.
Пример подсчета погрешности на участке в 0,1 мм приведен в табл. 30.
Выбирается участок между отметками 40 и 30 левой части шкалы (при
обратном ходе), так как на этом участке наблюдается наибольшая разность
отклонений, равная + 1 — (—3) = 4-4 мкм. Наибольшая погрешность на
участке в 0,1 мм составляет 4 мкм.
Таблица 29
Отметка шкалы Отклонение показаний, мкм
Прямой ход Обратный ход
0 0 — 1
10 —2 — 1
20 —3 —2
30 1 —51 —3
40 —2 +1
30 + 1 . +2
20 > +2 +з
10 +4 1+6|
0 +4 +4
Таблица 30
Порядко- вые номера штрихов выбранного участка Отклонение показаний, мкм
Прямой ход Обратный ход
0 0 +1
2 0 1 +21
4 + 1 + 1
6 — 1 — 1
3 Г=21 —2 '
10 '—2 —2
Погрешность при любом положении индикатора и измерительно-
го рычага не должна превышать следующих значений: для индика-
торов выпускаемых из производства, значений по ГОСТ 5584—75;
для индикаторов, находящихся в применении и вышедших из ре-
монта, 0,007 мм — на любом участке шкалы в пределах 0,1 мм,
0,015 мм — на любом участке шкалы более 0,1 мм.
Вариации показаний определяют при закреплении индикатора
в жесткой стойке, оснащенной ребристым столиком, при перпенди-
кулярном положении рычага к продольной оси индикатора.
Между поверхностью столика и рабочей поверхностью измери-
тельного рычага при безотрывном контакте со столиком продвига-
ют плоскопараллельную концевую меру размером 8—10 мм. Рассто-
яние от нижней точки рабочей поверхности измерительного рычага
6 Злк зя 137
до плоскости столика должно быть таким, чтобы при перемещении
концевой меры измерительный рычаг приподнимался, касаясь по-
верхности концевой меры, и на шкале регистрировалось бы показа-
ние индикатора. Данное перемещение осуществляют не менее 5 раз
вдоль и поперек оси измерительного рычага.
Вариация показаний определяется наибольшей разностью отсче-
тов, полученных при всех перемещениях концевой меры.
Погрешность показаний мйкрокаторов с ценой деления 0,0001 мм
может быть поверена с помощью образцового ступенчатого калиб-
ра, который состоит из нескольких образцовых концевых мер 2-го
разряда разных номинальных значений, притертых одновремен-
но на постоянный контакт к вспомогательной кварцевой или стек-
лянной плоскопараллельной пластине.
У мйкрокаторов с ценой деления 0,002, 0,005 и 0,010 мм погреш-
ность показания определяют методом сличения показаний микро-
катора с действительным значением образцовых концевых мер 4—го
и 5-го разрядов.
Поверка ' показаний микрокатора может производиться по об-
разцовому клину, на приборе ПКМ, с помощью контактного интер-
ферометра, с помощью оптикатора, оптиметра или по шкале микро-
скопа с оптическим микрометром. >
' Методы и средства поверки
электрических измерительных преобразователей
Электрический измерительный преобразователь — устройство
для восприятия изменений измеряемых величин и преобразования
их в электрические величины. По принципу действия их делят на
электроконтактные, индуктивные, емкостные, фотоэлектрические
U др.
Электроконтактные преобразователи. Такие преобразователи
применяют в автоматических средствах контроля. Принцип дейст-
вия — преобразование перемещений измерительного штока в замы-
кание и размыкание электрических контактов, которые в свою оче-
редь связаны с исполнительными органами средств автоматического
контроля..
Преобразователи подразделяют на предельные и амплитудные.
Первые предназначены для выдачи сигналов-команд при достижении
контролируемого размера заданной предельной величины, вторые —
для выдачи сигнала-команды, когда величина отклонений от правиль-
ной геометрической формы детали достигала заданной (независимо от
величины контролируемого размера). Здесь отсутствует жесткая
связь между стержнем и подвижным контактом. -
Среди предельных преобразователей различают преобразователи
без возможности отсчета размеров измеряемой детали (модели 233,
типа КДМ-13) и преобразователи, которые позволяют производить
отсчет измеренных размеров (например, шкальные головки типа
ЭГР, преобразователи моделей 229, 230 и др.).
138
Среди амплитудных широкое распространение получили преоб-
разователи типа КДМ-14 (без возможности отсчета размеров), пре-
образователи моделей 231, 248.
Для проверки и испытаний электроконтактных измерительных
преобразователей необходимы измерительные средства, с помощью
которых можно создать условия, близкие к условиям экспуатации.
Поверка может проводиться в статическом и динамическом режиме.
В статическом режиме осуществляется медленное непрерывное или
прерывистое изменение размера (перемещение измерительного стерж-
ня) до замыкания контактов. В динамическом режиме измеритель-
ному стержню сообщается перемещение по заданному закону с ус-
тановленной скоростью.
Для поверки преобразователей разработаны специальные стен-
ды:
для предельных преобразователей — БВ-9016, БВ-9041,
БВ-9022;
для амплитудных преобразователей — Б В-9042.
Основные поверяемые элементы преобразователей:
внешний вид;
присоединительные размеры;
взаимодействие частей;
шероховатость рабочих поверхностей контактов;
величина рабочего хода;
величина свободного хода измерительного стержня;
измерительное усилие;
сопротивление изоляции;
прочность изоляции;
порог чувствительности;
величина смещения настройки.
Внешний вид преобразователей поверяют наружным осмотром.
Поверхность деталей не должна иметь заусенец, рисок, следов кор-
розии и т. д.
Присоединительные размеры гильзы преобразователя поверяют
рычажным микрометром. Межцентровое расстояние между резь-
бовыми отверстиями в корпусе поверяют штангенциркулем. Крепеж-
ная резьба поверяется резьбовым калибром-пробкой М5 X 0,8 мм,
присоединительное отверстие под отсчетное устройство — гладким
калибром-пробкой 8Н7.
Взаимодействие частей поверяется апробированием, осмотром
и обкаткой на обкаточной установке.
Шероховатость рабочих поверхностей контактов поверяется
методом визуального сравнения с образцами шероховатости поверх-
ности.
Величина рабочего хода поверяется с помощью концевых мер дли-
ны при наибольшем расстоянии между контактами.
Величина свободного хода измерительного стержня, которая ус-
танавливается в зависимости от пределов измерения, поверяется при
помощи концевых мер, индикатора и глубиномера.
6*
139
Измерительное усилие поверяется на циферблатных весах при
контакте измерительного наконечника стержня с плоской поверх-
ностью площадки весов.. Опуская преобразователь либо нагружая
вторую площадку весов гирями (при неподвижно укрепленном
преобразователе), определяют измерительное усилие в пределах всей
величины рабочего хода измерительного стержня.
Сопротивление изоляции в разных точках поверяют с помощью
мегометра при f = + 15-?+20° С.
Прочность изоляции поверяют на пробойно-испытательной ус-
тановке напряжением переменного тока 500 Вт частотой 50 Гц от
источника мощностью не менее 0,25 кВт.
Порог чувствительности электроконтактных измерительных
преобразователей с пределом измерения 0—0,2 мм поверяют на кли-
новом устройстве (рис. 101.) Преобразователь 3 присоединяют к
светофорному устройству 5 и настраивают на размер, соответствую-
щий половине диапазона измерений. Затем плавным перемещением
винта 4 замыкают соответствующий контакт, о чем сигнализирует
загорание лампочки светофорного устройства. После этого враще-
нием винта 6 плавно смещают клин 7 до момента погасания лампоч-
ки и определяют по отсчетному устройству 8 величину смещения
штока преобразователя. Таким образом многократными (10 раз)
возвратно-поступательными перемещениями клина определяют
средний размер, на который настроен контакт преобразователя.
После этого регулировочным винтом 4 дают минимально возможное
перемещение подвижному кон-
такту и вновь определяют сред-
ний размер настройки. Раз-
ность средних размеров опреде-
ляет порог чувствительности
Рис. 102. Поверка порога чувствительности
преобразователя с помощью оптиметра:
1 — стол; 2 — преобразователь: 3 — свето-
фор; 4 — трубка оптиметра; 5 — кронштейн;
6 — стойка
Рис. 101. Схема поверки порога чувстви-
тельности электроконтактного измеритель-
ного преобразователя на клиновом устрой-
стве:
/ — стойка: 2 — кронштейн; 3 — преобразо-
ватель; 4 — винт регулировочный; 5 — све-
тофорное устройство; 6 — винт; 7 — клип;
8 — отсчетное устройство '
140
Рис. 103. Установка для поверки смещения
настройки преобразователя:
1 — трубка оптиметра; 2 — преобразователь;
3—кронштейн; 4 — стойка; 5 — балка; 5 —
валик; 7 — редуктор; 8 — электродвигатель;
9 — светофорное устройство
устройство 9, к которому ПОД-
настройки преобразователя по
одному контакту. Эту же опера-
цию повторяют для другого кон-
такта. Поверку проводят 3 —
5 раз и конечным значением по-
рога чувствительности для каж-
дого регулировочного винта счи-
тается максимальное из опре-
деленных значений порога чув-
ствительности.
Порог чувствительности пре-
образователя с пределами изме-
рения О— 1 и 0—5 мм можно по-
верить на оптиметре (рис. 102).
Порядок поверки тот же, что и
на клиновом устройстве.
Величину смещения настрой-
ки преобразователя поверяют
на специальной обкатной уста-
новке (рис. 103).
Преобразователь на специ-
альном кронштейне устанавли-
вают на стойке вертикального
оптиметра так, чтобы измери-
тельные наконечники преобра-
зователя^ 2 и оптиметра 1 упи-
рались в стол (или в одина-
ковые блоки мер). Светофорное
ключей преобразователь 2, должно обеспечить нагрузку на кон-
тактах 50 В X 0,2 мА. Преобразователь устанавливают на колеба-
ние размеров в пределах 150—180 мкм. Поднимая и опуская стол
15—20 раз, замыкают контакты и определяют среднее значение раз-
мера, на который настроен каждый контакт преобразователя. Затем
стол отводят (или убирают блок плиток) и с помощью обкаточного
устройства сообщают измерительному штоку 25 тысяч перемещений
с частотой 1 Гц таким образом, чтобы перемещение измерительного
штока превышало рабочий ход примерно в 1,5 раза. По окончании
обкатки стол оптимера (или блок плиток) ставят на место и повто-
ряют определение размера настройки.
Разность в размерах настройки измерительного преобразователя
до и после обкатки определяет величину смещения настройки.
Смещение настройки у амплитудных электроконтактных изме-
рительных преобразователей определяется на такой же установке.
Особенность поверки пневмоэлектроконтактных измерительных
преобразователей. Пневмоэлектроконтактные преобразователи —
устройства, в которых изменение давления воздуха, вызванное из-
менением расхода, преобразуется в замыкание или размыкание кон-
тактов.
141
Типы преобразователей мембранные одно- или двухконтактные,
сильфонные двухконтактные с плавающим контактом и многоконт-
тактные.
Основные характеристики пневмоэлектроконтактного измери-
тельного преобразователя: давление воздуха; время срабатывания.
Методы и средства поверки определены инструкцией.
Внешний вид,> присоединительные размеры, шероховатость ра-
бочих поверхностей, контактов, сопротивление изоляции, электри-
ческую прочность и смещение настройки поверяют так же, как у
электроконтактных преобразоавтелей.
К специальным поверяемым элементам относятся утечки возду-
ха в воздухопроводе и в камере, стабильность замыкания электри-
ческих контактов.
Поверка преобразователей на отсутствие утечки воздуха про-
изводится с помощью V-образного водяного манометра, к одному
концу которого подводится воздух непосредственно от стабилиза-
тора, а ко второму — воздух, прошедший через преобразователь с
закрытым отверстием винта регулировки противодавления. Место
утечки обнаруживается по пузырям с помощью нанесения мыльной
пены.
Стабильность замыкания контактов проверяют на установке,
собранной по схеме (рис. 104).
Принцип действия поверочной установки следующий. Воздух
под постоянным давлением 50 кПа поступает в распределительную
Рис. 104. Схема поверки стабильности замыкания контактов пневмоэлектроконтактного
измерительного преобразователя:
образцовый манометр; 2 — манометр пружинный; 3—входное сопло; 4 — винт про-
тиводавления; 5 — манометр пружинный; 6 — преобразователь; 7 — распределительная
камера; 8 — входное сопло; 9 — пружинный манометр; 10 — светофор; 11 — измерительное
сопло; 12 — кран; 13 — оптиметр; 14 — стол оптиметра
142
камеру 7 измерительного преобразователя с входными соплами 3
и 8. Через входное сопло 3 в пневматическую систему включается
левое колено V-образного образцового манометра /, одна из по-
лостей поверяемого измерительного преобразователя 6 и пружин-
ный манометр 5. Давление в этой части пневматической системы ре-
гулируют винтом противодавления 4. Через входное сопло 8 в пнев-
матическую сеть включается другое колено V-образного манометра
1, пружинный манометр 9, измерительное сопло 11 и кран 12.
Рекомендуется входные сопла 3 и 8 выбирать с диаметром от-
верстия 0,8 мм, а измерительное сопло И — с диаметром отверстия
1 мм. Изменением зазора s у сопла 11 уровень жидкости в правом
колене V-образного манометра совмещают с верхним штрихом шка-
лы и затем, постепенно уменьшая зазор, последовательно настраи-
вают контакты преобразователя так, чтобы получить их замыкание
или размыкание в пределах рабочего участка водяного манометра
1.
При загорании лампочек светофорного устройства 10 фиксиру-
ют показания водяного манометра 1 и оптиметра 13. Приводят сис-
тему в первоначальное положение, когда уровень жидкости в пра-
вом колене водяного манометра совпадает с верхним штрихом шка-
лы. Затем, плавно уменьшая зазор у сопла 11, добиваются сраба-
тывания, например, первой пары контактов, перекрывают кран 12
и быстро отводят от сопла стол оптиметра 14. После этозо постепен-
но поднимают стол оптиметра до положения, когда зазор приближа-
ется к первоначальному, и открывают кран 12. Продолжая медлен-
но поднимать стол оптиметра, фиксируют показания оптиметра и
водяного манометра в момент загорания сигнальных ламп светофо-
ра. Измерение повторяют 25—30 раз для каждой пары контактов.
Нестабильность замыкания контактов измерительного преобра-
зователя определяется как утроенное среднее квадратическое от
среднего значения показаний водяного манометра:
Д11т=±3о = ±3 |/
где Лх = х — х — отклонение от среднего значения.
Индуктивные измерительные преобразователи. Индуктивные
приборы отличаются высокой точностью, позволяют дистанционно
измерять непрерывно изменяющиеся размеры. В качестве чувстви-
тельного элемента в указанных приборах применяются индуктив-
ные измерительные преобразователи, в которых используется свой-
ство катушки изменять свое реактивное сопротивление при изме-
нении некоторых ее параметров, определяющих индуктивность L
(рис. 105).
Питаются индуктивные преобразователи переменным током а
частотой от 50 Гц до десятка тысяч герц.
143
При изменении размера контролируемой детали происходит
смещение одного из элементов магнитопровода-якоря, жестко свя-
занного с измерительным штоком, относительно катушки, что вы-
зывает изменение магнитного сопротивления цепи, а следовательно,
и индуктивности катушки.
Выражение зависимости индуктивности катушки (в генри) от
параметров, ее определяющих, имеет вид
I W2 W2
|iiS но
где w — число витков обмотки; /?т, R& — магнитные сопротивления
сердечника и зазора; 1т— средняя длина магнитной силовой ли-
нии в ярме и якоре; S, So — площади сечения сердечника и воздуш-
ного зазора; ц, ц0 — магнитные проницаемости материала сердеч-
ника и воздушного зазора; 6 — зазор.
Из этой формулы также следует, что зависимость индуктивности
катушки L от зазора 6 нелинейна.
В современных конструкциях индуктивных измерительных пре-
образователей для линейных измерений изменение индуктивности
достигается посредством изменения величины зазора 6 (рис. 105, а)
или площади зазора So (рис. 105, б)
Характеристика индуктивного измерительного преобразовате-
ля с переменным зазором L = f (6) приведена на рис. 106, а, а пре-
образователя с переменной площадью — на рис. 106, б.
Наиболее широко в настоящее время применяются дифференци-
альные индуктивные преобразователи (рис. 107). Такой преобразо-
ватель имеет две магнитные цепи с общим якорем. В этом случае
под действием измеряемой величины зазоры и 62 изменяются на
одну величину, но с разными знаками. При соответствующем вклю-
Рис. 105. Принципиальные схемы индуктивных
измерительных преобразователей:
1 — с изменяющимся зазором; б —с перемен,
ной площадью воздушного зазора
чении обеих катушек в изме-
рительную схему (например,
в соседние плечи мостовой
схемы) дифференциальный
преобразователь имеет при-
мерно в 2 раза большую
чувствительность, чем недиф-
ференциальный, менее чув-
ствителен к колебаниям окру-
жающей температуры, пи-
тающего напряжения и его
частоты.
Современные конструкции
индуктивных дифференциаль-
ных преобразователей харак-
теризуются нелинейностью,
не превышающей 1 %. По-
144
Рис. 106. Характеристики индуктивных пре*
образователей
Рис. 107. Принципиальная схема дифферен-
циального индуктивного преобразователя
с изменяющимся воздушным зазором:
/ — деталь; 2 — подвижный сердечник; 3—
неподвижный сердечник
этому такие преобразователи- широко применяют в различных
приборах для линейных измерений.
Завод «Калибр» выпускает индуктивные преобразователи мо-
делей 222, 234, 227, 223.
Основные технические характеристики
индуктивного малогабаритного преобразователя модели 223
Рабочий участок характеристики преобразователя, мм, не менее ±0,100
Свободный ход измерительного штока, мм, не менее . 2
Измерительное усилие, сН.....................................25±5
Частота напряжения питания, кГц, не более.................... 10
Напряжение питания преобразователя, В, не более .... 1,5
Габаритные размеры, мм.......................................10X75
Масса, кг................................................. . 0,050
Индуктивные преобразователи с переменным зазором имеют
высокую чувствительность и реагируют на изменение зазора поряд-
ка 0,1--0,5 мкм. Индуктивные преобразователи с переменной пло-
щадью воздушного зазора и характеристикой L = f (S) имеют ли-
нейную зависимость (см. рис. 106, б) при достаточно больших пе-
ремещениях (5—15 мм), но низкую чувствительность.
Чувствительность индуктивного преобразователя зависит от
электрической схемы его включения, частоты питающего тока, ма-
териала магнитопровода и т. д.
К измерительной схеме индуктивного прибора предъявляются
следующие требования:
возможность получения более линейной зависимости тока или
напряжения на выходе схемы вследствие изменения сопротивления
катушек преобразователя;
наличие минимальной погрешности вследствие изменения на-
пряжения источника питания и частоты, температурных влияний,
влияния внешних магнитных и электрических цепей.
Различают две основные схемы включения индуктивных преоб-
разователей: симметричные мостовые схемы переменного тока, ра-
ботающие в режиме отклонений и в равновесном режиме.
145
Рис. 108. Измерительная мостовая
схема индуктивного прибора, рабо-
тающего в режиме отклонений
Рис. 109. Измерительная мостовая схема индук-
тивного прибора, работающего в равновесном ре-
жиме
В схеме, работающей в режиме отклонений (рис. 108) и получив-
шей наиболее широкое распространение, симметрию моста можно
осуществить посредством сопротивлений катушек преобразовате-
ля: 7?х = R з и R2 = или Ri = R2. и R3 = Rt.
Расчет параметров схемы сводится к определению сопротивле-
ний катушек преобразователя (А\ и R3) и сопротивлений других
плеч моста (Т?2 и /?4), если задано внутреннее сопротивление пока-
зывающего прибора RH.
Примером схемы включения индуктивного преобразователя,
работающего в равновесном режиме (рис. 109), может служить схе-
ма включения простейшего прибора активного контроля. Значение
напряжения разбаланса моста (Rlt R3 — сопротивления катушек
преобразователя) подается на усилитель У, а затем на исполнитель-
ный механизм (электродвигатель) ЭД, который перемещает движок
реохорда (Т?2 и Т?4) до тех пор, пока на входной диагонали моста нап-
ряжение не станет равно нулю. Положение реохорда определяет
размер контролируемой детали.
Мостовые схемы включения дифференциальных индуктивных
преобразователей с дифференциальным дросселем (рис. 110, а) и
дифференциальным трансформатором (рис. ПО, б) используют
с целью получения большей отдачи мощности преобразователя для
Рис. ПО. Измерительные мостовые схемы:
а — с дифференциальным дросселем; б — с дифференциальным трансформатором
146
Рис. 111. Испытание индук-
тивного преобразователя:
а — схема включения: 1 —
преобразователь; 2 — образ-
цовое измерительное средст-
во; 3 — стойка оптиметра;
4 — милливольтметр; б — ха-
рактеристика: бтах — рабо-
чий участок характеристики;
АС — ордината средней точ-
ки: АВ — ордината характе-
ристики преобразователя
приборов с усилителем. Этот тип преобразователей обладает по-
вышенной чувствительностью.
Преобразователь вместе со схемой, включая показывающий при-
бор, характеризует следующие показатели:
чувствительность — отношение выходного напряжения к соот-
ветствующему перемещению измерительного штока;
диапазон измерений — величина перемещения штока, при кото-
рой обеспечивается заданная нелинейность характеристики;
погрешность измерения — отношение среднего значения пока-
заний при измерении одной и той же величины к диапазону из-
мерений.
Поверяемыми элементами индуктивных приборов являются сле-
дующие:
внешний вид;
шероховатость рабочих поверхностей измерительных наконеч-
ников;
присоединительные размеры;
сопротивление изоляции между электрическими цепями и кор-
пусом;
взаимодействие частей;
вибропрочность;
влияние на точность нестабильности источников питания;
влияние электромагнитный полей;
влияние изменения температуры окружающей среды;
цена деления шкалы;
измерительное усилие;
смещение уровня настройки.
Поверка перечисленных элементов производится так же, как и
у электроконтактных измерительных преобразователей.
Основным в поверке индуктивного измерительного преобразова-
теля является снятие его характеристики и определение по ней чув-
ствительности в начальной точке и диапазона показаний при за-
данной нелинейности.
147
Схема поверки содержит поверяемый преобразователь 1 с соот-
ветствующей схемой включения (рис. 111, а), образцовый прибор
2 (обычно индикатор с ценой деления 0,001 мм) и стойку оптиметра
3. Первоначально настраивают и образцовый прибор, и преобразо-
ватель по измерительному столу или блоку концевых мер на началь-
ное значение диапазона измерений.
Затем, смещая шток преобразователя с помощью стойки оптимет-
ра, через 20 мкм фиксируют показания милливольтметра 4.
Шток смещают в пределах ±400 мкм. По полученным данным
строят графики (рис. 111, б). По графику определяют нелинейность
характеристики как отношение наибольшей разности ординат ха-
рактеристики преобразователя и прямой, проходящей через нача-
ло координат и точку характеристики, являющуюся границей ра-
бочего диапазона, к ординате средней точки, т. е. Ln = ABIC А.
Снимая характеристики и определяя чувствительность при раз-
личных значениях>напряжений, частоты и выходного сопротивле-
ния, можно определить наилучшие режимы работы преобразовате-
ля.
Глава VI
ЮСТИРОВКА ИЗМЕРИТЕЛЬНЫХ СРЕДСТВ
1. НАЗНАЧЕНИЕ ЮСТИРОВОЧНЫХ УСТРОЙСТВ
Погрешность показаний приборов, как отмечалось выше, зави-
сит от большого числа параметров, определяющих точность его ра-
боты. Это и технологические погрешности, которые вызывают по-
грешности размеров, погрешность формы и взаимного расположения
рабочих поверхностей, и их шероховатость, это погрешности вы-
бора конструктивной схемы прибора и погрешности отсчета по
шкале, температурные погрешности и другие.
На всех стадиях производства возникает основная задача — как
получить наивысшую оптимальную точность прибора при наимень-
ших затратах.
Например, с целью уменьшения технологических погрешностей
показаний прибора можно уменьшить допуски на изготовление де-
талей прибора. Однако этот путь не всегда является целесообраз-
ным.
Рассмотрим рычажную систему, используемую в различных из-
мерительных приборах и преобразователях (рис. 112).
Требуется определить погрешность в расположении опоры О
относительно оси измерительного штока 1 при заданной предельной
погрешности показаний стрелки 2
Уравнение связи перемещения измерительного штока х и ука-
зателя у имеет вид
где L — большое плечо рычага (стрелка); а — малое плечо рычага.
Дифференцируя уравнение по а, получим
. Lxda
Учитывая, что х = j-y и принимая dy ж Лу; da « До, получим
Д#/г/ = —Да/а.
149
Предположим, что максимальное
отклонение стрелки от нуля равно
50 делениям шкалы 3 (у = 50), а пре-
дельная погрешность не должна пре-
вышать 0,5 деления шкалы. Тогда из
выше приведенного уравнения .полу-
чим
Да = —0,001а, а при а = 10
Да = 0,01.
Получить размер с точностью
10 мкм очень трудно. Иногда сам
размер а принимают равным 0,1 мм,
тогда Да = 1 мкм. Выполнить его с
такой точностью почти невозможно.
Л „ Высокое требование к точности в дан-
Рис. 112. Рычажная передача изме- г
рительного прибора: ном случае заставляет искать другие
/_ИЗкТ“Т-^счетна7шк2а7аСТ₽еЛ‘ ПУТИ Решения ЗаДЭЧИ.
Второй путь, снижения влияния
технологических погрешностей на
показания прибора заключается в том, что при разработке его
метрологической схемы и при проектировании предусматривают воз-
можность юстировки, т. е. выверки и регулировки прибора и его
узлов при изготовлении и эксплуатации и приведения его к требуе-
мой точности.
В этих случаях детали прибора целесообразно изготовлять в
пределах сравнительно больших допусков, но с незначительными
погрешностями формы и расположения поверхностей. Точность по-
казаний прибора обеспечивается плавной регулировкой взаимного
расположения его деталей и узлов, специальными регулировочны-
ми и юстировочными устройствами и компенсаторами. Устройства и
компенсаторы, кроме компенсации погрешности изготовления и
сборки, позволяют компенсировать и износ подвижных деталей в
процессе эксплуатации прибора, повышая эффективность его ис-
пользования.
2. ОСНОВНЫЕ ПРИНЦИПЫ ЮСТИРОВКИ
Юстировочные устройства вводят в следующих случаях:
заданы строгие допуски на замыкающее звено;
встречаются длинные размерные цепи;
в размерной цепи имеются звенья, отклонения которых превос-
ходят допуск на замыкающее звено;
сборочные базы не вполне определены или недостаточно
точны;
в процессе эксплуатации недопустимо нарушается рабочее со-
стояние прибора и требуется его выверка.
150
Основными причинами, вызывающими необходимость ремонта
и юстировки деталей и узлов измерительных приборов, находящих-
ся в эксплуатации, являются следующие:
износ измерительных наконечников;
износ контактов отдельных деталей, входящих в узлы, влияю-
щие на передаточное отношение приборов;
нарушение взаимного расположения деталей или узлов, влияю-
щих на стабильность и точность показаний прибора;
нарушение плавности взаимного перемещения деталей в приборе;
нарушение измерительного усилия;
загрязнение оптических и коррозия металлических деталей;
поломка деталей;
неправильная регулировка.
В настоящее время лучше всего разработаны и решены вопросы
юстировки оптических приборов, в частности, на первой стадии юс-
тировки — на стадии геометрической юстировки.
Задача геометрической юстировки состоит в том, чтобы устано-
вить основные оптические детали и узлы в правильное взаимное по-
ложение— в соответствии со схемой оптики. Следующая стадия
юстировки, которую можно назвать специальной юстировкой, име-
ет целью приведение прибора в рабочее состояние с тем, чтобы он
удовлетворял всем требованиям технических условий.
Геометрическая юстировка включет выполнение четырех ос-
новных операций:
фокусировку изображения, устранение параллакса шкал и се-
ток, регулировку масштаба изображения и увеличения оптичес-
кой системы;
центрирование узлов системы относительно заданных направле-
ний и осей;
ориентирование изображений или траекторий его перемещения
в поле зрения системы относительно заданного направления или
заданной линии;
обеспечение качества изображения, даваемого оптической сисл
темой.
Перечисленные операции, кроме последней, выполняют с помо-
щью малых перемещений и поворотов оптических элементов. Юс-
тировка измерительных приборов для линейных и угловых измере-
ний, включая оптические и оптико-механические, основана на тех
же общих принципах.
Рассмотрим основные из этих принципов.
1. Установка положения плоскости детали относительно задан-
ной прямой или плоскости тремя юстировочными винтами. Напри-
мер, положение плоской миллиметровой шкалы 1 универсального
микроскопа (длиномера или компаратора) по отношению к 'опти-
ческой оси отсчетного микроскопа 2 с окулярным спиральным мик-
рометром регулируется тремя винтами 3 (рис. 113).
Конденсор осветительной системы в старой модели универ-
сального микроскопа (рис. 114) устанавливается в определенное
151
положение при помощи фланца с тремя юстировочными вин-
тами.
2. Поступательное перемещение детали в определенном направ-
лении осуществляют одной или двумя парами соосных и направ-
ленных друг против друга юстировочных винтов (рис. 115, а), В от-
дельных случаях в каждой паре один винт может быть заменен, пру-
жиной (рис. 115,6).
На таком принципе построена юстировка положения внутрен-
ней призмы 1 в корпусе наружной призмы 2 миниметра (рис. 116).
Перемещение внутренней призмы осуществляют направленными
друг против'друга юстировочными винтами 3 и 4, которые имеют
обычно резьбу с мелким шагом. Регулировка малого механического
плеча в трубке оптиметра производится одним юстировочным вин-
том 2, расположенным против пружины 1 (рис. 117).
При двух парах соосных винтов оси их должны быть параллель-
ны. Наряду с поступательным перемещением детали (узла) можно
производить ее поворот (см. рис. 115, в, г).
Положение штрихов' миллиметровой шкалы универсального
микроскопа (компаратора или длиномера) относительно штрихов
штриховой сетки отсчетного микроскопа с окулярным спиральным
микрометром устанавливают двумя юстировочными винтами 4, про-
тив которых' расположены пружины (см. рис. 113).
3. Поступательное перемещение детали в двух направлениях,
чтобы установить одну из ее точе$ А в заданном положении, осу-
Рис. 114. Юстировка положения фланца
универсального микроскопа
Рис. 113. Регулировка шкалы отсчетного
микроскопа
152
Рис. 115. Перемещение детали в определен-
ном положении
Рис. 11в. Перемещение внутренней призмы
миниметра:
1 — призма внутренняя; 2 — призма наруж-
ная; 3, 4 — юстировочные винты; 5, 6 — ножи
тествляют двумя парами соосных юстировочных винтов 1—3 и
2—4 (рис. 118, а).
В каждой паре соосных винтов один из них может быть заменен
пружиной (рис. 118,6).
На таком принципе построена юстировка, обеспечивающая сов-
падение оси вращения штриховой окулярной сетки в универсаль-
ном и инструментальном микроскопах с точкой пересечения штри-
хов. Юстировка выполняется четырьмя винтами (рис. 119).
Рассмотренные основные принципы должны учитываться при
конструировании измерительных приборов. Их применение позво-
ляет по возможности обеспечить независимость выходных показа-
телей прибора от точности изготовления его деталей и узлов.
Для полного решения юстировочной задачи необходимо выпол-
нить следующее.
1. На основании изучения устройства прибора, принципа дей-
ствия, его назначения, условий работы и технических требований
строго сформулировать задачу юстировки, т. е. выделить те метро-
логические характеристики прибора, на которые могут влиять
ошибки отдельных деталей и поло-
жение узлов, выявить конструк-
тивные и юстировчные базы дета-
лей, узлов и прибора в целом и
установить требования к точности
их взаимоориентирования.
2. Рассмотреть возможные под-
вижки основных оптических и ме-
ханических деталей и узлов; найти
величины их действенных подви-
жек-смещений и поворотов, влияю-
щих на данные свойства и харак-
теристики прибора; выбрать вид
Рис. 117. Регулировка малого механи-
ческого плеча в трубке оптиметра:
1 — пружина; 2 — юстировочный винт
1Q3
Рис. 118. Перемещение детали в одной плоскости
сборки, рассмотреть, в первую очередь, возможность' сборки узла
или всего прибора по принципу взаимозаменяемости. При неиз-
бежности использования сборки с компенсацией наметить мини-
мальное, но достаточное число юстировочных подвижек, жела-
тельно независимого действия.
3. Предложить способ поверки., позволяющий прямо или кос-
венно выявить, желательно в «чистом виде», погрешности, подле-
жащие устранению в процессе юстировки.
4. Разработать методику юстировки, т. е. определить инстру-
мент или дополнительные средства и наметить последовательность
выполнения операций для достижения заданной точности.
5. Предусмотреть надежную фиксацию юстированных деталей
и узлов.
6. Предусмотреть возможность сохранения или поддержания,
или, наконец, периодического восстановления рабочего состоя-
ния прибора в условиях эксплуатации.
Последующей задачей является дальнейшая систематизация
конструкций различных юстировочных' узлов, позволяющих устра-
нить или ограничить влияние различных погрешностей на резуль-
таты измерения.
3. КЛАССИФИКАЦИЯ И КРАТКАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА
КОНСТРУКЦИЙ ЮСТИРОВОЧНЫХ УСТРОЙСТВ ИЗМЕРИТЕЛЬНЫХ
СРЕДСТВ
По назначению юстировочные устройства измерительных средств
можно классифицировать следующим образом:
устройства для установки измерительных приборов и преобра-
зователей относительно контролируемой детали в позицию измере-
ния;
устройства для установки относительного положения измери-
тельных опорных, базировочных и рабочих поверхностей измери-
тельных средств;
154
устройства, позволяющие уменьшить или исключить влияние
различных факторов на точность измерения (влияние неравномер-
ного измерительного усилия, зазоров, неравномерного распределе-
ния усилий зажима, инерционности механических частей прибора);
устройства для непосредственного воздействия на чувствитель-
ность измерительного прибора и другие.
Устройства для установки и настройки
измерительных средств в позицию измерения
К таким устройствам относятся различные типы стоек и штати-
вов (рис. 120).
Стойки имеют измерительные столы 2 и предназначены для ус-
тановки как измерительных приборов, головок и преобразователей,
так и контролируемой детали. Грубая установка осуществляется сме-
щением кронштейна 3 (рис. 120, а, б, в) по колонке 7 с фиксацией
его положения при помощи зажимного винта 6.
Точная установка, например, в универсальной стойке
(рис. 120, ж), производится смещением предметного измерительно-
го стола 2 посредством винта 14 микрометрической подачи.
Стойки выпускают нескольких типов: С-I (рис. 120, а), С-П
(рис. 120, б, в), С-Ш (рис. 120, г), C-IV (рис. 120, д). Первые два
типа стоек имеют отверстия под измерительную головку диаметром
287/7, остальные диаметром 8 Н7.
Стойки типа С-I имеют дополнительные сменные столы: круг-
лый гладкий, круглый ребристый с выступающей сферической
вставкой и круглый ребристый с выступающим средним ребром.
Штативы выпускают типов Ш-I (рис. 120, д) для измеритель-
ных головок с ценой деления 0,001—0,005 мм и III—II для индика-
торов с ценой деления 0,01 мм. Кроме того, имеются аналогичные
штативы с магнитным основанием ШМ-I и ШМ-П (рис. 120, е).
Использование стопорных винтов после точной настройки при-
бора на нулевой отсчет приводит к его смещению из-за незначи-
тельных деформаций детали. Для восстановления нулевого
положения в ряде конструкций самих измерительных головок
предусмотрены соответствующие устройства. К ним относятся про-
стейшие устройства для поворота шкал (индикатор, ортотест и др.)
и более сложные, например, у пружинных приборов фирмы
«Шеффильд» (рис. 121).
В приборе фирмы «Шеффильд» при контакте измерительного на-
конечника 2 с блоком мер или измерительным столом установка на
нуль осуществляется сначала поворотом барабанчика 1 в пределах
одного оборота на 0,02—0,03 мм за счет скоса торцевой поверхности
Д, а затем за счет перемещения втулки 4 при дальнейшем повороте
барабанчика, когда штифт 11 коснется штифта 3. Как в первом, так
и во втором случае перемещение передается подвижной скобе 5 и
вызывает изгиб пружины <8, а следовательно, и смещение указателя
относительно шкалы.
155
Рис. 120. Схема установки измерительных головок на стойках и штативах!
1 основание; 2 — измерительный стол; 3 — кронштейн; 4 — винт крепления измеритель-
ной головки; 5 — маховик перемещения кронштейна; 6 — винт закрепления кронштейна;
7 — колонка; 8 — стержень; 9 — хомутик; 10 — зажимной винт; 11 — державка; 12 — винт
закрепления державки; /3 — пружинное кольцо: 14 — винт точной установки; 15 — изме-
рительная головка; 16 — стопорный винт измерительного стола
156
Рис. 121. Узел пружинной передачи измерительной
головки фирмы «Шеффильд»:
/ барабанчик; 2 — измерительный наконечник; 3,
II — штифты: 4 — втулка; 5 — подвих<ная скоба; 6 —
кольцо; 7 — винт; 8 — пружина; 9 — планка; 10 — кор-
пус
Рис. 122. Устройство для установки шкалы оптиметра
в нулевое положение
Юстировочное устройство для точной настройки шкалы приме-
няют в модели трубки оптиметра народного предприятия К. Цейс
(ГДР) (рис. 122). При повороте винта 1 поворачивается рычаг 6,
а вместе с ним около шаровых штифтов 3 и оправа 2 с зеркалом 4.
При этом происходит в поле зрения оптиметра смещение изобра-
жения шкалы относительно указателя. Упругое кольцо 5 служит
для постоянного прижатия рычага 6, штифт 7 — для ограничения
свинчивания.
Рассмотрим другое устройство для перемещения трубки опти-
метра в кронштейне стойки конструкции народного предприятия
К. Цейс (рис. 123). Трубка оптиметра или другая измерительная
головка устанавливается во втулку 5 кронштейна / и закрепляет-
ся винтом 4. Втулка перемещается вверх и вниз вместе с трубкой
оптиметра при повороте кольца 2, имеющего две резьбы, — левую
внутреннюю и правую наружную. При повороте кольца на один
оборот втулка будет смещаться на величину суммы шагов указан-
ных резьб. Шпонка 6, проходящая в прорези буртика втулки 5,
препятствует ее повороту. Втулка в кронштейне фиксируется вин-
том <3.
157
Рис. 123. Микрометрическое устройство Рис. 124.. Пример конструкции настроечного '
установки шкалы оптиметра в нулевое винта электроконтактного преобразователя
положение
Электроконтактные измерительные преобразователи настраи-
вают на предельные размеры измеряемой детали при помощи, наст-
роечных микрометрических винтов, которые имеют шкалы для
грубой настройки. Точная настройка контактов осуществляется
по концевым мерам.
В некоторых преобразователях (например, БВ-1075) для более
плавного перемещения и регулирования контактов применяют диф-
ференциальные настроечные микрометрические винты (рис. 124)
Настроечный винт 1 имеет две нарезки с шагом и с шагом s2. При
повороте на один оборот винт 1 сместится в осевом направлении на
$х, а втулка 2, которая движется только поступательно по второй
резьбе винта, сместится в обратном направлении на величину ша-
га $2- В результате этого смещение 6 контакта 3 за один оборот вин-
та будет равно разности шагов винта: т. е. S = — $2.
При = 0,5, s2 = 0,45 мм, если шкала головки настроечного
винта имеет 50 делений, то цена деления'шкалы будет i = 0,05/50 =
1 = 0,001 мм.
Устройства для установки относительного положения
измерительных, опорных, базировочных
и рабочих поверхностей измерительных средств
В измерительных средствах для контроля размеров' и погреш-
ностей формы деталей требуется выдерживать точное взаимное рас-
положение плоскостей и прямых, например, параллельность изме-
рительных поверхностей микрометров, штангенциркулей, перпен-
дикулярность плоскостей измерительных столов, стоек приборов
направлению перемещения измерительных штоков и др.
В конструкциях современных измерительных приборов исполь-
зуют опоры (рис. 125) для регулирования положения по высоте
и наклона детали 2 относительно детали 1. Устройство состоит из
158
разрезной втулки 5, двух одинаковых
шайб 4, выполненных в виде шаровых
сегментов, и винта 5. При ослабленном
винте 5 деталь 2 может наклоняться в
пределах зазора между винтом, шайбами
и втулкой.
При установке отражательного зеркала
трубки оптиметра параллельность отража-
тельной поверхности А зеркала 2 и опор-
ной поверхности В оправы 1 осуществляет-
ся при помощи винтов 3 (рис. 126).
Конструкция подъемных винтов (рис.
127) контрольно-юстировочных приборов
состоит из винта 4, втулки 2, установ-
ленной в основание прибора 5, башмака
1 и винта 5.
Рис. 127. Конструкция подъ-
емного винта:
/ — башмак; 2 — втулка; 3 -*
корпус; 4, 5 — винты
Устройства для регулирования перемещений деталей
и узлов измерительных средств
Точность относительных перемещений деталей и узлов в конт-
рольно-измерительных приборах регулируют при помощи различ-
ных юстировочных устройств для направляющих.
Направляющие — устройства, обеспечивающие вполне опреде-
ленное прямолинейное или криволинейное перемещение одной де-
тали по отношению к другой.
Различают следующие виды направляющих:
направляющие с трением скольжения (типа «ласточкин хвост»);
направляющие с трением качения (подшипники качения);
направляющие с внутренним молекулярным трением.
Для направляющих с трением скольжения предусмотрены еще
159
Рис. 131. Схема индикатора:
/ — рычаг; 2 — диск; 3 — шток; 4 — пру-
жина; 5 — измерительный шток;- 6 —
щтифт
и от расстояний а и h, являющих-
ся плечами сил Р и F относительно
оси поворота рычага:
а
При смещении измерительного
штока 3 рычаг 1 поворачивается,
изменяя силу растяжения пружи-
ны с F на F' и плечо h на /г'. Рас-
стояние а остается постоянным.
Поверхность А рычага профили-
руется так, чтобы при изменении
F и h оставалось постоянным их
произведение Fh. В этом случае
будет сохраняться постоянным из-
мерительное усилие.
Юстировочные устройства для воздействия
на точность измерительных средств
К этой группе устройств относятся устройства для непосредст-
венного или косвенного воздействия на точность измерительных
приборов.
К юстировочным устройствам непосредственного воздействия
на точность измерительных средств относятся устройства для регу-
лирования чувствительности или передаточного отношения.
К устройствам косвенного воздействия относятся устройства
для регулирования точности положения и перемещений различных
узлов и деталей измерительных средств, для регулирования зазо-
ров в подвижных соединениях.
Конструкция устройств для регулирования чувствительности
зависит от вида чувствительного элемента прибора.
В рычажно-зубчатых и рычажно-оптических измерительных го-
ловках передаточное отношение регулируется изменением длин плеч’
рычагов При помощи резьбовых или эксцентриковых устройств.
В измерительных головках с пружинными чувствительными эле-
ментами передаточное отношение реализуется либо изменением на-
тяжения скрученной пружины (оптикатор), либо изменением рас-
стояния между плоскими пружинами.
В юстировочном устройстве миниметра (см. рис. 116) передаточ-
ное отношение юстируется изменением малого плеча а. Для этого
при помощи винта 3 или 4 перемещают внутреннюю призму 1.
Призма 1 имеет призматический вырез, куда упирается неподвиж-
ный нож 5. Втулка 2 также имеет призматический вырез, в который
упирается подвижный нож 6, соединенный с измерительным нако-
нечником.
162
В эксцентриковом юстиро-
вочном устройстве для измене-
ния передаточного отношения в
рычажно-зубчатых измеритель-
ных головках (рис. 132) переда-
точное отношение определяется
следующим образом. Предполо-
жим, что смещение измеритель-
ного штока 4 на величину х вы-
зывает поворот указателя на
угол ср. Тогда конец стрелки пе-
реместится на величину у= /?(р.
Величина смещения измери-
тельного штока
Рис. 132. Юстировочное устройство для ре-
гулирования передаточного отношения в
рычажно-зубчатой измерительной головке:
1 — стрелка; 2 — валик; 3 — стопорный
винт; 4 — измерительный шток
а передаточное отношение
= 31.
х а С R3 9
которое целесообразно изменять малым плечом а и которое меняет-
ся поворотом валика 2 с эксцентрично расположенной сферичес-
ской опорой.
Чувствительным элементом головки микрокатора (рис. 133, а)
является скрученная тонкая металлическая лента 5, которая ха-
рактеризуется моментом закручивания среднего сечения ленты М
и осевым смещением концов ленты N (рис. 133, б). Опоры — плос-
кие пружины 4 и 7.
Передаточное отношение
1 | _
«/ 0
163
Рис. 134. Схемы передаточных механизмов:
а — механический рычаг; б, в — оптические рычаги
где и — отношение угла поворота среднего сечения ленты, на кото-
ром закреплена стрелка, к перемещению измерительного стержня;
мр — передаточное отношение рычажной пружины; ил — отноше-
ние угла поворота 0 среднего сечения ленты к соответствующему
изменению ее длины А/, вызвавшему этот поворот; АР — жесткость
ленты при растяжении; Ео — модуль упругости материала пласти-
нчатой опоры; JQ — момент инерции сечения пластинчатой опоры;
Lo — вылет пластинчатой опоры.
На рис. 133, в показана зависимость угла поворота 0 среднего
сечения ленты от величины ее растяжения А/. Чтобы получить рав-
номерную шкалу, необходимо использовать линейный участок за-
висимости, т. е. прибор должен работать в пределах растяжения
ленты от 100 до 200 мкм. Поэтому при регулировке ленты необхо-
димо ее предварительное натяжение, которое осуществляется вин-
тами 2 и 3 при грубой регулировке и* винтом 6 при точной. Регули-
ровка винтами 2 и 3 дает возможность поворачивать пластину 4,
тем самым изменяя натяжение пружины 5.
Известно, что передаточное отношение обычных механических
рычагов определяется отношением длин плеч, т. е. и = L/a
(рис. 134, а).
В оптической рычажной передаче (рис. 134, б) вместо большого
плеча используют луч, отраженный от зеркала, который и называ-
ют оптическим рычагом. Передаточное отношение и « 2Ыа.
К преимуществам оптического рычага необходимо отнести не
только увеличение передаточного отношения, безынерционность
системы, но и отсутствие параллакса.
Оптический рычаг используется и в оптикаторе (рис. 134, в), и
в фотоэлектрических преобразователях типа ФД-1.
164
Глава VII
ОСОБЕННОСТИ СБОРКИ, ПОВЕРКИ
И ЮСТИРОВКИ МЕХАНИЧЕСКИХ И ОПТИКО-
МЕХАНИЧЕСКИХ СРЕДСТВ ИЗМЕРЕНИЙ
1. РЫЧАЖНО-ЧУВСТВИТЕЛЬНЫЕ ИЗМЕРИТЕЛЬНЫЕ СРЕДСТВА
Измерение с помощью рычажно-чувствительных измерительных
средств основано на применении метода сравнения с мерой. При
измерении определяется только действительное отклонение изме-
ряемого размера от блока концевых мер длины по шкале прибора.
Большое увеличение осуществляется с помощью рычажных меха-
низмов. Типичным представителем измерительной головки с ры-
чажной передачей в чистом виде является миниметр (рис. 135, а).
При измерении шток 1 (рис. 135, б), смещаясь во втулке 2, по-
ворачивает около острия 0 призмы 5 рычаг 4 с укрепленной на нем
рамкой 6, заканчивающейся стрелкой. По положению стрелки на
шкале 7 производится отсчет действительного отклонения измеряе-
мой детали. Измерительное усилие создается пружиной 3.
К преимуществам миниметров следует отнести простоту конст-
рукции и возможность регулировки изменением малого плеча а пе-
редаточного отношения в широких пределах (от 0,01 до 0,001 мм).
В миниметрах отечественного производства малое плечо а при-
нимается равным 0,1; 0,2 и 0,5 или 1 мм, а большое плечо L —
100 мм. Отсюда возможная цена деления миниметра может быть рав-
на 0,001; 0,002; 0,005; 0,01.
Весь механизм миниметра ЛИЗ (рис. 136), собранный в корпусе
2, заключен во втулку 1 и закрыт сверху крышками — передней
и задней. На внутренней стенке задней крышки установлена шка-
ла, наблюдаемая через отверстие в передней крышке.
В отверстие корпуса 2 запрессована бронзовая направляющая
втулка 3, в которой перемещается измерительный шток 4. В верх-
ней части измерительного штока имеется конусное отверстие с уг-
j.jm 85°, в которое установлен конусной частью подвижный нож 6.
Угол конуса ножа равен 60е.
На острие подвижного ножа 6 опирается сверху узел призмы 7
и 3, на котором закреплена стрелка 11. Поворот узла призмы про-
исходит около верхнего неподвижного ножа 14.
Регулировочное устройство 10, в котором установлен неподвиж-
ный нож, служит для смещения последнего по высоте для устране-
ния зазоров в местах контакта деталей рычажной системы.
165
Основными поверяемыми элементами миниметров являются из-
мерительное усилие, отклонение от плоскостности рабочей поверх-
ности предметного стола, отклонение от плоскостности рабочей по-
верхности плоского измерительного наконечника, изменение по-
казаний прибора от закрепления столика, ширина штрихов шкалы
и нестабильность показаний прибора.
Измерительное усилие миниметров поверяется о помощью на-
стольных циферблатов весов в начале, середине и конце шкалы.
Отклонение от плоскостности поверяется с помощью плоских стек-
лянных пластин для интерференционных измерений.
Поверка изменения показаний от закрепления столика произво-
дится при разных положениях головки миниметра и измерительного
штока (при положении измерительного наконечника внизу, ввер-
ху и посередине). Закрепление столика осуществляется плавно при
контакте измерительного наконечника с плоскостью стола или кон-
цевой мерой, установленной на нем. В этом же положении выполня-
ется поверка плавности перемещения стрелки при медленном подъе-
ме и опускании измерительного стола.
Поверка ширины штрихов производится измерением их на инст-
рументальном микроскопе. На шкале каждого поверяемого мини-
метра измеряется не менее трех штрихов. Из партии изготовленных
миниметров для поверки штрихов выбирают 3—4 прибора. Неста-
бильность показаний миниметров поверяется в трех положениях
Рис. 135. Миниметр:
а — общий вид: б — принципиальная схема
1G6
стрелки: в среднем (нулевом) и
ближних к крайним штрихам шка-
лы пятикратным подниманием и
опусканием измерительного нако-
нечника на поверхность столика
или плоскопараллельной концевой
меры.
Поверку точности показаний
выполняют с помощью плоскопа-
раллельных концевых мер, классы
и разряды которых устанавлива-
ются в зависимости от цены де-
ления шкалы миниметра. Размеры
плиток подбирают такими, чтобы
поверка производиласть в отмет-
ках шкалы, отстоящих одна от
другой на 10 делений (табл. 31).
При поверке применяют сфе-
рические наконечники. Последо-
вательность поверки следующая.
На столик прибора (или на пред-
варительно притертую к нему
концевую меру длины размеров
Юн-20 мм) кладут концевую меру,
размер которой обведен рамкой в
табл. 31, и смещением стола уста-
навливают стрелку в среднее поло-
жение шкалы. После этого, уста-
навливая взамен упомянутой по-
следовательно остальные меры,
приведенные в табл. 31, произво-
дят отсчет показаний по шкале.
Если погрешность показаний
миниметра в какой-либо поверяе-
мой точке шкалы равна допускае-
Рис. 136. Конструкция миниметра!
1 — втулка; 2 — корпус; 3 — напрарляжн
щая втулка; 4 — измерительный што»
5 — пружина; 6 — подвижный нож;
8 — призмы; 9 — узел рамочный;
регулирующее устройство; // — стрелкЙ|
12 — корпус; 13 — рамка; 14 — неп'одвп»
ный нож; 15 — вкладыш; 16 — стопорный
винт; 17 — пружина; 18 — винт
мой погрешности или меньше ее на величину, не превышающую не-
стабильность (вариации) показаний данного миниметра, выполняет-
ся дополнительное трехкратное арретирование измерительного
стержня на концевую меру. Миниметр считается годным, если полу*
ченные при этом отклонения не превышают допускаемых значений*
К неисправностям миниметра, требующим их разборки, ремонта
и юстировки, относятся нестабильность показаний и превышение
погрешностей показаний допускаемых значений.
Погрешности показаний, изменяющиеся пропорционально от
среднего положения стрелки к крайним ее положениям, устрани*
ются юстировкой малого плеча при помощи регулировочных вин-
тов узла призм 7 и 8. Для этого достаточно снять с миниметра пе-
реднюю крышку, прикрепленную шестью винтами.
167
Таблица 31
Размеры концевых мер длины для поверки миниметров, мм
Цена деле- ния шкалы миниметра, мм Широкошкальные Узкошкальные
0,001 1; 1,01; 1,02; | 1,03; | 1,04; 1,05; 1 | 1.01;| 1,02
0,002 1; 1,02; 1,04; | 1,06; | 1,08; 1,10 1; | 1,02;| 1,04
0,005 1; 1,05; 1,10; | 1,15; | 1,20; 1,25 1; | 1,05; | 1,10
0,010 1; 1,10; 1,20; | 1,30; | 1.40; 1,50: 1,60 !; | 1,10; | 1,20
Если отмеченной закономерности в изменении погрешностей по-
казаний нет, их устранение требует дальнейшей разборки прибо-
ра и установления их причин. Наиболее часто такие погрешности
возникают от затупления лезвий ножей, от загрязнения пазов
призм' и направляющей втулки. Дальнейшая разборка прибора
производится в следующем порядке:
из втулки / вынимают корпус 2 с рычажным механизмом, пред-
варительно отвернув крепления задней крышки;
отсоединяют от штыря в корпусе пружину 5;
снимают верхний и нижний ножи и узел рычажной системы со
стрелкой.
Несмотря на простую конструкцию, производство миниметров
представляет значительные трудности, так как требует весьма точ-
ной ручной доводки ножевых опор и призм. Низкая износоустой-
чивость ножевых опор приводит к быстрому увеличению погрешно-
стей миниметра и требует частого квалифицированного ремонта при-
бора. Недостатками миниметров являются также сравнительно ма-
лый предел измерения по шкале и большое измерительное усилие
до 4 Н.
В настоящее время производство миниметров прекращено в свя-
зи с появлением более совершенных рычажно-пружинных и рычаж-
но-зубчатых головок.
В рычажном микрометре линейные перемещения подвижной
пятки преобразуются в угловые перемещения стрелки через рычаж-
ную и зубчатую передачи.
Под действием пружины или приложенного усилия пятка может
перемещаться вдоль оси и через шарик, укрепленный на малом пле-
че и соприкасающийся с доведенной поверхностью правого паза
пятки, передавать вращательное движение рычагу. На другом кон-
це рычага — большом плече — прикреплен зубчатый сектор,
сцепляющийся с трибом, на одной оси с которым насажена стрелка
и волосок.
168
Волосок обеспечивает однопрофильное зацепление зубчатого
сектора с трибом и создает замыкающее усилие.
Шарик, через который передается движение рычагу, запрессо-
ван в вилку, прикрепленную к рычагу двумя винтами и служащую
для целей юстировки малого плеча рычага.
Направляющий палец своей верхней резьбовой частью ввинчен
в пятку, а нижней, оканчивающейся шариком, перемещается в на-
правляющей с продольным пазом и препятствует вращательному
движению пятки.
В левом пазу пятки помещен одним концом рычаг арретира,
который прижимается к стенке корпуса пружиной. При нажиме на
кнопку арретира пятка отходит влево и вместе с ней в результате
поворота рычага с сектором отходит стрелка к плюсовым делениям
шкалы.
Возврат стрелки к минусовым делениям после снятия усилия с
пятки осуществляется волоском.
Сбоку рычажного микрометра выполняют по узлам. Вначале са-
мостоятельно собирают узел рычажно-зубчатого механизма на пла-
тике и узел микрометра. Подготавливают все детали и узлы для ус-
тановки в корпус скобы. Устанавливают в корпус пятку с пружиной
и завертывают колпачком. В резьбовое отверстие пятки ввертыва-
ют палец с шариком на конце.
В левую прорезь пятки устанавливают рычаг арретирования
так, чтобы отверстие рычага оказалось против отверстия в корпу-
се, и крепят винтом. Устанавливают направляющую с продольным
пазом, предварительно вложив в нее шариковый коней пальца, и
крепят.
Устанавливают пружину, кнопку арретира, затем платик с ры-
чажно-зубчатым механизмом, следя за тем, чтобы шарик ры-
чага вошел в контакт с доведенной поверхностью правого паза
пятки.
Устанавливают шкалу и крепят ее двумя винтами. После уста-
новки всех узлов и деталей в корпус приступают к апробированию
взаимодействия частей микрометра. Стрелка должна перемещаться
плавно, без скачков и заеданий и при снятии давления с пятки сво-
бодно возвращаться в исходное положение. При отводе пятки
стрелка должна выходить за пределы плюсовой стороны шкалы
вправо. Ход стрелки за деления шкалы в обе стороны должен быть
одинаковым. Это достигается регулировкой хода рычага упорами,
расположенными с двух сторон рычага.
При невозможности отрегулировать при помощи упоров ход
стрелки по шкале на равные отклонения вправо и влево от нуля
прибегают к небольшому смещению самой шкалы за счет зазоров
под винты или переставляют стрелку на оси, открепив предвари-
тельно два винта, крепящие стрелку. Затем поверяют правильность
передаточного отношения.
О правильности передаточного отношения судят по результатам
поверки показания микрометра по шкале рычажного механизма
7 Зак 33
169
сравнением показаний микрометра с размерами концевых мер, вве-
денных между измерительными поверхностями микрометра.
, Если при поверке оказалось, что показания по шкале меньше
номинала, прибор надо юстировать, т. е. величину малого плеча а
нужно увеличить, и наоборот, при увеличении показаний по шкале
плечо а надо уменьшить. Для этого, открепив слегка два .винта у
вилки малого рычага, немного выдвигают вилку с шариком вперед
и снова закрепляют винты.
Методы и средства поверки рычажных микрометров определены
стандартами. Основными поверяемыми элементами являются внеш-
ний вид и взаимодействие частей, ширина штрихов отсчетного уст-
ройства и микрометрической головки, ширина рабочей части стрел-
ки, измерительное усилие, длины установочных мер и биения изме-
рительных поверхностей, влияние осевого усилия, шероховатость
измерительных поверхностей и погрешности их положения, основ-
ная погрешность отсчетного устройства и вариации его показаний,
а также основная погрешность микрометра.
Поверка установочных мер выполняется на интерферометре ИКВ
или ИКГ с помощью концевых мер длины 4-го разряда или 1-го
класса по ГОСТ 8.166—75 и сферических наконечников.
Если у установочной меры рабочие поверхности плоскопарал-
лельны, то размер ее определяется не менее чем в пяти точках ра-
бочей поверхности меры (срединный размер и четыре попарно проти-
воположных размера расположенных у концов меры). Если уста-
новочная мера выполнена в виде шайбы (рабочим размером является
диаметр шайбы), то размер установочной меры поверяется не менее
чем в тех сечениях, перпендикулярных к оси и равномерно распо-
ложенных вдоль оси. В каждом сечении размер поверяют в двух
направлениях под углом 90°.
чк. При поверке штрихов микрометр укладывают на столе микро-
скопа плоскостью скобы. Поверяется не менее трех штрихов шкалы
рычажного механизма, продольный штрих стебля и не менее трех
штрихов на каждой шкале стебля и барабана. При поверке расстоя-
ния от стебля до верхнего края кромки барабана микрометр
устанавливают на столе микроскопа плоскостью скобы, перпенди-
кулярной плоскости шкалы. Перекрестие окулярной головки мик-
роскопа совмещают с кромкой барабана, а затем с образующей стеб-
ля в месте пересечения продольного штриха. Это проделывают 3
раза с последовательным поворотом барабана на 1/3 окружности.
,7 Поверку плоскостности измерительных поверхностей проводят
интерференционным методом. Пластину накладывают на измеритель-
ную поверхность и с легким нажимом выравнивают так, чтобы чис-
ло интерференционных полос (колец) стало наименьшим. Подсчет
полос (колец) или оценку их искривления осуществляют, отступая
на 0,5 мм от края измерительной поверхности.
Поверку параллельности измерительных поверхностей прово-
дят интерференционным методом с помощью четырех плоскопарал-
лельных^ стеклянных пластин с разницей в размерах, равной 1/4
17Э
оборота микрометрического винта при зажатом и отпущенном сто-
поре. Стеклянные пластины последовательно помещают между из-
мерительными поверхностями пятки и микрометрического винта,
после чего подсчитывают сумму (наименьшую) интерференционных
полос, наблюдаемых между измерительными поверхностями.
Микрометр при поверке должен быть закреплен в стойке.
Одна полоса считается равной 0,3 мкм. Полосы, расположен-
ные на расстоянии 0,5 мм от края, во внимание не принимаются.
Поверка вариации показаний производится пятикратным ар-
ретированием пятки на измерительную поверхность микрометри-
ческого винта либо на поверхность концевой меры у микрометров
с верхним пределом 50 мм. Микрометр должен быть закреплен
в стойке и установлен на любое показание. Разность между наиболь-
ним и наименьшим показаниями принимают за вариацию показа-
ний.
Поверку основной погрешности отсчетного устройства микро-
метра осуществляют непосредственным сравнением показаний с
размерами концевых мер 4-го разряда (или блоков из них), введен-
ных между измерительными поверхностями микрометра в несколь-
ких отметках шкалы. При этом на микрометрической шкале пол-
ностью совмещают соответствующий штрих барабана с предельным
штрихом стебля, а отклонения отсчитывают по шкале рычажного
механизма. Например, основная погрешность отсчетного устройст-
ва микрометра с верхним пределом измерения до 25 мм определя-
ется по концевым мерам 1,02; 1,01 и 1,0 мм для поверки отсчетного
устройства в точках минусовой части шкалы и концевым мерам
1,04; 1,05; 1,06 для поверки отсчетного устройства в точках плюсо-
вой части шкалы. Полученные отклонения от размеров концевых
мер для указанных типов микрометров не должны превышать при-
веденных ниже значений.
мрз М-Р МРИ
Пределы допускаемой основной погрешности отсчет-
ного устройства с пределами измерений ±0,03 мм,
мм................................................±0,002 ±0,001
Пределы допускаемой вариации показаний, мм . . 0,0010 0,0006
Поверку осуществляют следующим образом. Концевую меру
длины 1,03 мм помещают между измерительными поверхностями.
Вращая барабан, устанавливают стрелку отсчетного устройства на
нулевое деление шкалы. В этом положении необходимо стопором
закрепить микрометрический винт. После этого, удалив меру 1,03 мм,
последовательно помещают на ее место указанные концевые меры
длины.
По этим же мерам проводят поверку отсчетного устройства мик-
рометров типа МРЗ с верхним пределом измерений до 45 мм, но каж-
дая из предыдущих концевых мер должна быть притерта к одной
и той же мере, обеспечивающей контакт блока с измерительными
поверхностями поверяемого микрометра.
При поверке микрометр должен быть закреплен в стойке.
7*
171
Основная погрешность микрометра определяется в нескольких
точках шкалы как сумма погрешностей микрометрического меха-
низма и отсчетного устройства путем сравнения показаний мик-
рометра с действительными значениями концевых мер 4-го разря-
да. Например, при определении погрешности микрометра типа MP3
с пределами измерений от 0 до 20 мм рекомендуется использовать
следующие номинальные размеры концевых мер: 5, 12; 10,24; 15,
36; 19,50; 20,00.
Полученные в результате измерений размеры концевых мер (бло-
ков) не должны отличаться от действительных значений концевых
мер (блоков) более, чем на предельные значения допускаемой по-
грешности показаний микрометра.
Типичным представителем высокоточных пружинных измери-
тельных головок является микрокатор (рис. 137). Корпус 14 же-
Рис. 137. Конструкция изме-
рительной головки ИГП:
1 — наконечник; 2 — мембра-
на; 3 — установочное кольцо;
4 — пружина; 5 — колпак; 6—
упорный стержень; 7 — плос-
кая пружина; в —передаточ-
ный угольник; 9 — указатель;
/0 —шкала; // — стрелка;
12 — лента; 13 — держатель;
14 — корпус; 15 — трубка;
16 — измерительный стер-
жень; 17 — винт
стко соединен с трубкой 15. Измеритель-
ный стержень 16, соединенный с измери-
тельной осью, поддерживается сверху плос-
кой пружиной 7, а снизу — мембраной 2,
зажатой между держателем и прижимом.
Пределы перемещения измерительного
стержня устанавливаются ограничителем.
Постоянство измерительного усилия обес-
печивается пружиной 4, находящейся ме-
жду установочным кольцом 3 и колпаком
5. Незначительное перемещение измери-
тельного стержня, требуемое для установки
стрелки в поле зрения, достигается вин-
том 17. Скрученная лента 12 одним концом
прикреплена к держателю 13, другим —
к передаточному угольнику 8, жестко
связанному с измерительной осью.
Под действием измерительного стержня
76 передаточный угольник 8 перемещается,
скрученная лента 12 растягивается и стрел-
ка 11 поворачивается на некоторый угол,
остчитываемый по шкале 10 в линейных
величинах. Для удобства отсчета шкала
оснащена указателями поля допусков.
Скрученная лента 12 выполнена из брон-
зовой фольги марки Бр. ОЦ4-3. Толщина
ленты 0,01 мм, ширина — 0,2 мм.
Стрелка представляет собой коничес-
кую стеклянную трубку диаметром 0,06 мм
у основания и 0,03 мм в конце ее, имеющем
дюралюминиевый наконечник, облегчаю-
щий наблюдения.
Быстрое успокоение стрелки при изме-
рениях достигается при помощи демпфер-
172
ного устройства. Оно состоит из демпфера и тормозной втулки,
через которую пропущена скрученная лента. Между демпфером и
втулкой впущена поликсилоксановая жидкость типа П (для виб
раторов).
Основными юстировочными операциями в микрокаторе являют-
ся регулировка измерительного усилия, создание соответствующе-
го передаточного отношения, устранение нестабильности показа-
ний, замена скрученной ленты или стрелки.
При сборке прежде всего собирают узел ограничителей допуска.
Для этого указатели 9 с прокладкой шайбой укрепляют на пласти-
не. Указатели предварительно укрепляют. После сборки ход их
должен быть плавным и плотным. Затем узел ограничителей при-
крепляют к задней крышке винтами так, чтобы выступ шайбы во-
шел в паз корпуса для предохранения от провертывания узла. По-
сле этого собирают узел в рамку, которую прикрепляют к основа-
нию корпуса 14 двумя винтами, служащими и для ограничения пе-
ремещения стрелки. Прикрепляют к рамке пружину, возвращаю-
щую шкалу в исходное положение при ее регулировке винтом. За-
тем собирают узел измерительного стержня. Для этого на измери-
тельную ось надевают мембрану 2, привертывают измерительный
стержень 16, насаживают держатель мембраны, установочное коль-
цо с пружиной и закрепляют кольцо винтом.
Измерительное усилие можно отрегулировать осевым перемеще-
нием кольца 3, для правильной установки которого на измери-
тельной оси имеется контрольная риска. Если такой риски нет, то
перед тем, как снять кольцо, риску наносят. Устанавливают ограни-
читель с пружиной, ввертывают установочную гайку в держатель
13, затем ввертывают винт в установочную гайку. В гайке имеется
шесть отверстий, что дает возможность установить необходимую
величину осевого перемещения измерительного стержня. С другой
стороны трубки поверх пружины 4 надевают колпачок 5, заверты-
вают корпус 14 в трубку 15 и фиксируют это положение боковым
винтом.
После сборки корпуса с трубкой измерительный стержень дол-
жен иметь возможность перемещаться в осевом направлении на ве-
личину в 0,1 мм при помощи гайки.
Затем вставляют упорный стержень 6, при помощи которого ре-
гулируют величину измерительного усилия у собранного прибора
и закрепляют его винтами. Собирают юстировочный узел, состоя-
щий из юстировочного мостика, скрученной ленты 12 и юстировоч-
ной планки держателя 13 и закрепляют его на основании корпуса
14 двумя винтами.
Устанавливают демпфер и закрепляют его двумя винтами. Затем
через отверстие демпфера продевают скрученную ленту 12, прикреп-
ляют ее одним концом при помощи клина к передаточному уголь-
нику 8 и слегка запаивают конец. Другой конец прикрепляют к дер-
жателю 13 и припаивают. Перед прикреплением скрученную ленту.
чтобы она не провисла натягивают. Для этого к концу ленты при-
крепляют в качестве грузика кусочек шеллака или воска, затем
на ленту через прорезь надевают тормозную втулку и помещают ее
в отверстие демпфера. У микрокаторов с ценой деления 0,0005 мм
тормозной втулки нет и лента 12 находится непосредственно в демп-
ферном отверстии.
Для получения соответствующего передаточного отношения лен-
те 12 сообщают натяг на 14-1,5 оборота. Натяжение ленты регули-
руется винтами, прикрепляющими' держатель 13. Затем приклеи-
вают стрелку 11 к тормозной втулке слегка подогретым шеллаком.
Предварительно нажимают на наконечник прибора, чтобы выбрать
весь рабочий ход измерительной оси, и приклеивают стрелку
так, чтобы она находилась за шкалой, в правой части, на 5—10 мм.
Стрелка должна быть уравновешена крупинкой шеллака, прикреп-
ленной к нижнему концу ее. После закрепления стрелки запускают
в демпфер демпфирующую жидкость. Время успокоения стрелки
при измерениях не должно превышать 1 с. После установки скру-
ченной ленты и соединения с ней стрелки последняя должна переме-
щаться плавно по шкале на всем пределе измерения и возвращаться
в исходное положение. Стрелка должна быть параллельной цифер-
блату и не должна провисать в любом положении прибора при уста-
новке па пулевой штрих по шкале, защищенной крышкой со стек-
лом.
Эти параметры обеспечиваются соответствующим натяжением
скрученной ленты 12 с помощью винта.
Нормальное измерительное усилие в основном зависит от уси-
лия спиральной пружины 4. Изменение величины измерительного
усилия осуществляется осевым перемещением упорного стержня 6,
действующим на пружину 4 через колпак 5.
Измерительное усилие и колебание его. поверяют при помощи
циферблатных весов. Микрокатор закрепляют в штатив и устанав-
ливают на поверочную плиту вместе с весами, затем наконечник
приводят в контакт с чашкой весов и наблюдают показания по шкале
весов при положении стрелки микрокатора в начале, середине и в
конце шкалы. Колебание измерительного усилия, превышающее
заданные пределы, может возникнуть при некачественной сборке,
наличии перекоса измерительной оси, неправильном креплении
мембран, передаточного угольника и юстировочного узла, наличии
даже незначительного трения тормозной втулки о внутренние по-
верхности отверстия демпфера вследствие его перекоса.
Правильность передаточного отношения (погрешности показа-
ний) прибора с ценой деления 0,001 мм поверяют по концевым ме-
рам IV разряда или 1-го класса. Шкалу поверяют на четырех уча-
стках: от 0 до +10 мкм, от Одо +30 мкм, от Одо —10 мкм и от 0 до —
30 мкм. Для поверки шкалы на участке от 0 до 10 мкм применяют
концевые меры 1,00; 1,01; 1,02; 1,03, из которых составляют три
блока мер с разностью размеров, номинально равной размеру по-
веряемого участка. Для поверки шкалы на участке 1—10 мкм бе-
174
рут те же меры, но в обратном порядке. Аналогично поверяют уча-
стки 0+30 мкм и 0—30 мкм, но в этом случае блоки составляют из
мер с разностью размеров, равной 0,03 мм, например, 1,0 и 1,03;
1,03 и 1,06; 1,06 и 1,09.
Погрешность показаний можно также поверить при помощи кли-
нового прибора. Допустимая погрешность показаний прибора —0,5
деления шкалы в пределах всей шкалы. Одновремено поверяют
вариацию показаний прибора методом многократного арретирова-
ния измерительного наконечника. Наблюдаемые при этом отклоне-
ния по шкале не должны превышать 0,3 деления.
Устранение погрешности показаний прибора, главным образом,
заключается в создании нормального передаточного отношения.
Это отношение создается натяжением скрученной ленты 12 и под-
бором соответствующих параметров передаточного угольника 8.
Для измерения усилия натяжения ленты держатель слегка переме-
щают по вертикали относительно юстировочной планки. Изменение
положения держателя по высоте влечет за собой его изгиб; в свою
очередь, изменяется натяжение скрученной ленты и, как следствие,
передаточное отношение прибора. Чтобы установить держатель в
нужном положении, требуется предварительно освободить юстиро-
вочную планку, для чего немного ослабляют крепление винта.
Этим будет также освобождена и скрученная лента 12. Если переда-
точное отношение все еще не отвечает предъявляемым требованиям,
юстировку повторяют. Обычно после повторной поверки достаточ-
но точной установки держателя с лентой, что достигается незначи-
тельным перемещением ребра юстировочного мостика при помощи
юстировочного винта. Если сделать это невозможно, следует пов-
торить юстировку перемещением держателя 13 и описанным выше
путем.
В некоторых приборах иногда не удается устранить погрешно-
сть показаний только регулировкой передаточного отношения (на-
пример, при непропорциональности показаний в обоих частях шка-
лы от нулевого деления). Причины дефекта заключаются в малом
натяге скрученной ленты /2, ее наклоне, неуравновешенной стрел-
ке 11, трении тормозной втулки о демпфер (вследствие ее перекоса).
Достаточный натяг ленты достигается регулировкой планки, а ос-
тальные дефекты устраняются уравновешиванием стрелки и пра-
вильной установкой демпфера.
Наиболее частой причиной того, что прибор становится негодным,
является поломка стрелки и разрыв скрученной ленты. Для заме-
ны стрелки слегка подогревают место склейки стрелки с лентой и
осторожно отделяют их друг от друга. Затем подбирают стеклянное
волокно соответствующих размеров (0,06 мм у основания стрелки и
0,03 мм у ее конца или одного диаметра — 0,06 мм) и приклеива-
ют стрелку к ленте как при сборке. К концу стрелки приклеивают
шеллаком наконечник из целлофановой бумаги или алюминиевой
фольги толщиной 0,02 мм и шириной, равной ширине штрихов шка-
лы (0,1—0,15 мм или менее).
175
2. ОБЩИЕ ВОПРОСЫ СБОРКИ И ЮСТИРОВКИ УНИВЕРСАЛЬНЫХ
УЗЛОВ ОПТИКО-МЕХАНИЧЕСКИХ ПРИБОРОВ.
Ряд основных узлов оптико-механических приборов включает
оптические детали.
Как отмечалось выше, точностные требования к измерительным
оптико-механическим приборам в большинстве случаев могут быть
обеспечены только юстировкой.
Юстировка является завершающей частью технологического
процесса сборки, которая дает качественное оформление собранно-
го прибора или узла в соответствии с техническими требованиями.
Юстировку простых приборов обычно выполняют после сборки
всего прибора. В сложных приборах, например, универсальном
микроскопе, юстируют и поверяют сначала отдельные узлы, а по-
том и весь прибор.
При сборке единичной или мелкосерийной партии приборов де-
тали изготовляют на универсальных станках с относительно неболь-
шой точностью, поэтому число юстировок здесь больше, что долж-
но предусматриваться самой конструкцией прибора.
При массовом и крупносерийном производстве применение спе-
циализированных приспособлений и станков обеспечивает высокую
точность изготовления деталей и, следовательно, сокращает часть
юстировок, гарантируя выполнение соответствующих требований
строгими допусками на изготовление деталей. Однако и в этом слу-
чае совсем освободиться от юстировки не удается.
Всякое загрязнение оптических деталей уменьшает световой
поток, проходящий через прибор, поэтому в сборочный процесс
введена операция — чистка оптики, о которой будет рассказано
ниже.
Установка линз в оправы
Существует ряд способов крепления линз в оправах. Наиболее
простым способом закрепления является закрепление линзы при
помощи пружинного кольца.
В оправе растачивается гнездо под линзу и делается кольцевая
расточка под кольцо. Выточенную линзу пинцетом вставляют в
оправу и после этого поверх линз особым ключом вводят разжим-
ное пружинное кольцо, которое зажимает линзу в оправе. Это на-
иболее простой способ крепления и он применяется в основном для
крепления луп и защитных стекол.
Второй способ — крепление линз завальцовыванием. Заваль-
цовывание (закатывание) заключается в том, что края тонкой стен-
ки металлической оправы загибают так, чтобы они плотно охваты-
вали край линзы по всей окружности. Загибка концов оправы осу-
ществляется на токарном станке с помощью специальных инстру-
ментов. Для этого цилиндрическую наружную поверхность цилинд-
рической оправы предварительно обтачивают с небольшой конус-
176
ностью до получения толщины стенки у торца 0,2—0,4 мм. Одно-
временно с завальцовыванием осуществляется центрирование лин-
зы относительно геометрической оси оправы.
При закатывании загибаемый слой оправы должен прижимать-
ся к фаске равномерно и с максимальной плотностью, обеспечиваю-
щей отсутствие деформации линзы.
Для того чтобы процесс закатывания был осуществлен правиль-
но, необходимо подобрать металл вязкий и легко поддающийся де-
формации. В противном случае в процессе закатывания на краю
металла образуются разрывы. Оправы линз для закатывания дела-
ют из латуни.
Сильное сжатие линзы приводит к ее деформации и к ухудше-
нию качества даваемого ею изображения. В случае пережима при
закатывании склеенные детали могут расклеиться. Если линза за-
катана неправильно, то, чтобы вынуть ее, приходится ставить лин-
зу с оправой в патрон токарного станка и срезать часть оправы, пос-
ле чего уже вынимать линзу Линзы после закатывания необходи-
мо поверять на качество даваемого ими изображения. Крепление
закатыванием применяется для круглых оптических деталей диа-
метром до 60 мм. Для больших диаметров этот способ не обеспечи-
вает достаточно удовлетворительного соединения деталей.
Крепление зажимными кольцами применяется для круглых оп-
тических деталей диаметром свыше 60 мм.
В ответственных оптических приборах крепление зажимными
кольцами применяется и для деталей диаметром 10—60 мм в тех
случаях, когда нельзя применить крепление закатыванием.
Зажимные кольца изготовляют из латуни или стали.
При завертывании кольца вследствие перекосов, возможно не-
равномерное давление кольца на линзу, деформация кольца и, как
следствие, ухудшение качества даваемого изображения, а при скле-
енных линзах их расклейка. Чтобы избежать этого, опорный торец
зажимного кольца должен быть подрезан на станке в процессе на-
резания резьбы и обеспечивать равномерное соприкосновение опор-
ной поверхности кольца с поверхностью детали, т. е. линзы, по все-
му опорному торцу.
При креплении крупных и тонких линз применяется так назы-
ваемое комбинированное крепление, т. е. между зажимным коль-
цом и линзой помещают пружинящее кольцо. Пружинящее коль-
цо вследствие упругости в осевом направлении обеспечивает равно-
мерное давление на линзу по всей окружности и применяется в тех
случаях, когда деформации и внутренние напряжения могут повли-
ять на разрешающую способность и точность прибора.
Пружинящие кольца используют также для юстировки системы
при сборке. Подрезая их, можно изменять расстояние между лин-
зами системы.
Если в приборе необходимо закрепить ряд линз неодинакового
диаметра, то оправа делается ступенчатой; если диаметры линз оди-
наковые, то оправа делается цилиндрической, а между ними уста-
177
навливаются гладкие промежуточные кольца и вся система крепит-
ся зажимным кольцом или завальцовывается.
Для обеспечения возможности юстировки оправы с линзой от-
носительно оптической оси всей системы применяется крепление их
в эксцентриковых оправах.
Сборка и юстировка объективов
При сборке объективов требуется высокая точность в отношении
центрировки линз и точности междулинзовых промежутков, что, в
свою очередь, требует высокой точности изготовления механических
частей объективов.
Существуют две системы крепления оправ с линзами в корпусе
объективов микроскопов: свинчивающаяся и насыпная.
Первая система характерна тем, что каждая из оправ линз по-
следовательно навинчивается одна на другую, и собранный таким
образом узел ввинчивается в корпус объектива. Вследствие сложно-
сти изготовления и трудности юстировки такая система в послед-
нее время стала уступать место второй системе, при которой оправы
с линзами просто вкладывают в корпус объектива, а затем закреп-
ляют общим зажимным кольцом. Для того, чтобы обеспечить воз-
можность юстировки сложного объектива, оправу второй линзы
устанавливают в корпус с большим зазором, чтобы иметь возможно-
сть передвигать ее в плоскости, перпендикулярной оптической оси.
Для этого в корпусе объектива против оправы линзы просверлива-
ют четыре отверстия.
Юстировка производится следующим образом: предварительно
собранный объектив ввинчивают в тубус микроскопа с проверен-
ным окуляром и с помощью специального приспосбления оправу
второй линзы через отверстия в корпусе устанавливают в такое по-
ложение, при котором разрешающая способность системы получа-
ется наибольшей. Для оценки разрешающей способности объекти-
ва на столике микроскопа помещается специальная мира. После
юстировки зажимное кольцо объектива затягивают наглухо, а бо-
ковые отверстия заливают специальной замазкой.
Для возможности юстировки системы в осевом направлении
между упором оправы и линзой устанавливают юстировочные про-
межуточные кольца, подрезая которые, можно изменять расстоя-
ния между линзами. Возможность юстировки в осевом направлении
необходима, чтобы иметь возможность погашать погрешность фо-
кусов при совмещении фокальных плоскостей соседних линз.
Крепление и юстировка призм
Соединение или крепление призм с оправой или корпусом при-
бора можно осуществлять разнообразными способами. Выбор того
или иного способа крепления зависит от типа призмы, ее назначе-
на
ния, конструкции прибора, условий эксплуатации и от местополо-
жения призмы в приборе.
Даже очень небольшой сдвиг призмы в приборе относительно
ее первоначального положения вызывает расстройство оптической
системы прибора. Поэтому какую бы систему крепления призм не
применяли, она прежде всего должна обеспечивать надежность сое-
динения призмы с оправкой. Конструкция оправы должна быть та-
кой, чтобы обеспечить возможность юстировки призмы в приборе.
Обычно юстировка призмы при поверке прибора осуществляется
или за счет смещения самой призмы относительно своей оправы или
за счет смещения оправы вместе с призмой относительно корпуса
прибора. К наиболее распространенным способам крепления призм
относятся крепления шпонкой, накладкой, планками и угольника-
ми, установочными винтами, пружиной, приклеиванием.
Рассмотрим наиболее сложный случай — крепление шпонкой.
Такое крепление применяется для призм с одной отражающей гра-
нью, например, призмы Дове. На нерабочей грани призмы фрезе-
руют паз, куда помещают шпонку с отверстием. Призму вместе со
шпонкой вставляют в оправу и закрепляют в ней винтом с цилиндри-
ческим концом, входящим в отверстие шпонки. Юстировку призмы
в оправе осуществляют установочными винтами, находящимися в
торцевых сегментах оправы и, кроме того, для возможности юсти-
ровки размеры квадратного отверстия оправы делают на 0,5—1 мм
больше размеров сечения призмы. Крепление накладкой можно
применять для любых простых и сложных призм, ограниченных
параллельными нерабочими гранями.
На плате по контуру призмы привинчивают планки, чтобы не
дать возможности призме сползти. Между накладкой и призмой на
колонках помещают пробковые или целлулоидные прокладки с
целью предохранения призмы от сильного сжатия при затягивании
гаек.
Повороты и смещения призмы могут влиять на положение изоб-
ражения в поле зрения (вызывают наклон изображения) и на форму
зрачка выхода (вызывают срезание зрачка выхода).
Юстировка призм с целью устранения наклона изображения
производится в отдельном узле в том случае, если в приборе боль-
ше нет призменных систем, влияющих на положение изображения,
или если узел может быть отъюстирован самостоятельно.
Призмы, стоящие в параллельном ходе лучей, влияют на поло-
жение изображения; такие призмы юстируют в параллельном пучке
лучей, например, призму Дове.
Центрирование призм, стоящих в сходящемся пучке, заключа-
ется в такой их установке, при которой оси объективной и окуляр-
ной частей прибора должны пересечься в одной точке на гипотенуз-
ной грани призмы, а преломляющие грани призмы должны быть
перпендикулярны осям обеих частей прибора.
Центрирование призм ведут в сходящемся пучке лучей центри-
ровочными трубками.
179
Необходимо производить чистку оптических деталей в процессе
сборки прибора. Чистка оптических деталей преследует две цели:
удаление жировых пленок;
удаление пыли и других механических загрязнений.
Можно удалять жиры и пыль одновременно, а можно вначале
поверхность обезжирить и уже перед самой сборкой удалять, пыль.
Обезжиривают обычно детали большими партиями, а потом при
сборке на рабочем месте окончательно чистят каждую деталь. Пред-
варительное обезжиривание деталей выполняют либо при помощи
органических растворителей, либо в водных щелочных растворах.
В качестве органических растворителей применяют петролей-
ный эфир — погоны легкого бензина, кипящие при 40—70°; спирт
этиловый № 14 — ректификат, эфир этиловый и др. Для щелочной
промывки используют раствор едкого натра и кали в дистилли-
рованной воде, растворы соды, мыла.
Для протирания оптических деталей применяют вату гигроско-
пическую, обезжиренную щелочью; салфетки из фланели, льняного
ношенного полотна и других мягких тканей; салфетки обезжирива-
ют либо стирают.
Рабочее место окончательной сборки должно быть снабжено
пинцетами, ключами, инструментом для закатывания линз в опра-
ву, отвертками, палочками, кисточками и др. .
Рабочее место для чистки при окончательной сборке содержит:
верстак с ящиками:
лампу с матовым экраном (подвижным);
укладку для ваты;
коробку для сбрасывания использованной ваты;
подставку с замшей для наматывания ваты со стеклянным кол-
паком;
стеклянные капельницы для органических растворителей,
сосуд для промывки деталей погружением;
салфетки (вату);
набор пинцетов, игл, ключей, отверток и т. д.;
мотор или волчок с набором цанг;
стеклянные колпаки для накрывания деталей и узлов;
резиновую грушу;
большую мягкую кисть.
Сборка с очисткой детали производится непосредственно на ра-
бочем месте.
Лучшим растворителем жира является смесь петролейного эфи-
ра со спиртом, в которую погружают все нескленные детали и хо-
рошо прополаскивают. Детали, клееные бальзамом, и детали в
оправах погружать в жидкость нельзя, потому что жидкость может
затечь за оправу.
Круглые детали быстро чистятся ватой при вращении их с по-
мощью мотора или на ручном волчке (при закреплении в цанге).
Вату начинают вести от середины к краям. Одним тампоном прово-
дят один раз, не больше.
Г80
Необходимо выработать у рабочих привычку не трогать стекла
пальцами, пользоваться при сборке механическими приспособле-
ниями, протирать детали только одной стороной салфетки, нама-
тывать вату на палочки на замше или в салфетке.
3. ОСОБЕННОСТИ ПОВЕРКИ И ЮСТИРОВКИ ОПТИМЕТРА
Оптиметр является наиболее распространенным прибором, обе-
спечивающим высокую точность измерений.
В соответствии с ГОСТ 5405—75 оптиметры выпускают следую-
щих типов:
вертикальный с оку-яром ОВО-1 (ИКВ) с ценой деления
0,001 мм;
вертикальный с проекционным экраном ОВЭ-1 (ИКВ-3) с ценой
деления, 0,001 мм;
вертикальный с проекционным экраном — ультраоптиметр
ОВЭ-02 (ИКП-3) с ценой деления 0,0002 мм;
горизонтальный с окуляром ОГО (ИКГ-3) с ценой деления
0,001 мм.
Предел показаний по шкале ±0,1 мм.
Оптиметр применяется для измерения контактным методом кон-
цевых мер длины, калибров, шариков и роликов для направляю-
щих приборов и других деталей высокой точности, а также как об-
разцовый прибор.
Измерение размеров, превышающих предел показания шкалы,
т. е. 0,2 мм, проводится методом сравнения с мерой. Небольшие раз-
меры до 0,2 мм измеряют методом непосредственной оценки.
Погрешность показаний верти-
кального оптиметра на любом участ-
ке шкалы до 0,06 мм составляет
± 0,0002 мм, свыше 0,06 мм —
±0,0003 мм. Погрешность показаний
горизонтального оптиметра при на-
ружных измерениях ±0,0003 мм,
при внутренних ±0,001 мм.
Вертикальный оптиметр типа
ОВО-1 представлен на рис. 138.
Вертикальная стойка состоит из сле-
дующих узлов: основания Р, пред-
метного столика 12, колонки 8 и крон-
штейна 5 с ограничительным коль-
цом 7.
Колонки у стоек бывают гладки-
ми и со спиральной нарезкой. При
работе на стойках с гладкими ко-
лонками при ослаблении зажимного
винта 6 требуется поддержать при-
бор, так как он под собственным
Рис. 138. Схема вертикального оп-
тиметра:
/ — трубка; 2, 6, // — винты зажим-
ные; 3 — окуляр; 4 — корпус трубки;
5 — кронштейн; 7 — ограничительное
кольцо; 8 — колонка; 9 — основание;
10 — кольцо; 12 — предметный сто-
лик; 13 — измерительный наконечник
весом может соскользнуть вниз и удариться измерительным на-
конечником о* стол. У стойки с колонкой, имеющей спиральную
нарезку, свободному соскальзыванию кронштейна с прибором
препятствует ограничительное кольцо 7. Вращением' этого кольца
по спирали колонки осуществляется предварительная установка
прибора по высоте относительно блока концевых мер или образцо-
вых деталей, установленных на столе. Окончательная установка
прибора в нулевое положение осуществляется перемещением стола
при помощи винтовой передачи с малым шагом. Для перемещения
столика 12 необходимо вначале ослабить винт 11 и затем вращать
кольцо 10. Величина перемещения стола равна 10 мм. Накатанные
резьбовые шайбы служат для юстировки положения стола. Винт 2
служит для закрепления трубки 1 оптиметра в кронштейне 5.
Конструкция трубки оптиметра и юстировочных устройств
Оптиметр, как и любой другой сложный прибор,,состоит из уз-
лов и отдельных деталей — крепежных или юстировочных. Основ-
ные узлы трубки оптиметра показаны на рис. 139. К ним относятся
корпус 1 с тубусом 2, объектив 3, колебательная система 4, окуляр-
ная головка 5 и оправа с призмой 6.
Конструкция трубки оптиметра и взаимное положение узлов ее
в собранном виде поясняет рис. 140. Объектив 11 закрепляется в ту-
бусе зажимным кольцом 10. Гладкое кольцо 12 служит для регули-
ровки положения объектива относительно шкалы в окулярной го-
ловке. Колебательная система закрепляется в тубусе посредством
зажимного кольца 4.
Рис. 139. Узлы трубки вертикального оптиметра
132
Гайки 24 и 25, навинченные на измерительный шток 6, предна-
значаются для регулирования величины перемещения измеритель-
ного штока вверх. Регулируемое кольцо 3, перемещаемое по резьбе
относительно неподвижного кольца 2, служит для ограничения пе-
ремещения измерительного штока вниз. Стопорный винт 1 служит
для закрепления кольца 3 в требуемом положении.
Узел призмы 13 крепится в корпусе 21 тремя винтами 14 и за-
крывается сверху крышкой 15.
Окулярная головка 19 закрепляется на корпусе при помощи
обоймы 17. Для предотвращения отвинчивания последняя закреп-
ляется стопорным винтом 16. Гладкое кольцо W так же, как и упо-
мянутое ранее кольцо 12, служит для регулировки положения оку-
лярной головки относительно объектива 11. Пр» ©стировке коль-
ца 12 или 20 могут быть подрезаны или замевевы Фолее широкими.
Рассмотрим узел призмы оптиметра (рис. 141, а). Призма 6 ус-
тановлена на основании оправы 8 и прикреплена нерабочей поверх-
ностью к ее стенке клеем. Помимо этого, призма прижата к стенке
плоской пружиной 3 при помощи винта 2, ввернутого в колонку 5.
183
Рис. 141. Узел призмы
оптиметра
К призме в месте контакта с пружиной 3 приклеена на карбиноль-
ном клее прокладка из кожи 4. Планки 1 и 7 служат для ограниче-
ния смещения призмы. При сборке узла торец колонки 5 подрезают
для получения необходимого поджатия призмы пружиной 3.
Объектив в разобранном виде представлен на рис. 142. Он состо-
ит из линз 4 и 5, оправы 2, упорного кольца 3 и зажимного кольца
6. Кольцо 1 служит для юстировки положения объектива в тубусе
трубки оптиметра. Кольцо 7 служит для его закрепления.
Узел колебательной системы (рис. 143) состоит из колебатель-
ной площадки 3 с зеркалом 4, которая опирается натри шарика, два
из них запрессованы в направляющее кольцо 2, а один — в измери-
тельный шток //; площадка 3 прижимается к шарикам при помощи
двух винтовых пружин 12, расположенных в отверстиях направляю-
щей втулки 1. Крепление концов пружин к втулке и колебательной
площадке с зеркалом производится при помощи стопорных вин-
тов. Эти пружины должны обеспечивать измерительное усилие на
измерительном штоке 2 Н.
Направляющее кольцо 2 при помощи двух затяжных винтов 10
закрепляется на направляющей втулке L Измерительный шток
11 должен иметь только продольное смещение. Поворот измерите-
тельного штока может привести к изменению положения шарика,
если центр его будет смещен относительно оси штока. Для пред-
отвращения поворота измерительного штока в нем имеется канав-
ка, в которую проходит шпонка, закрепляемая винтом в пазу на-
правляющей втулки. Гайки 13 и 14 предназначаются для регулиро-
вания перемещения измерительного штока вверх. На рис. 144, а
Рис. 142. Детали объектива оптиметра
184
дан внешний вид узла колебатель-
ной системы, а на рис. 144, б —
он же в разобранном виде.
Основными поверяемыми эле-
ментами оптиметра в соответствии
с ГОСТ 8.270 — 77 являются поло-
жение шкалы относительно указа-
теля, параллакс указателя отно-
сительно штрихов шкалы, неста-
бильность (вариация) показаний,
погрешность показаний, радиаль-
ный люфт измерительного стерж-
ня, плоскостность основного стола,
влияние стопорных винтов на точ-
ность показаний, прямолинейность
перемещения кронштейна по стой-
ке и др.
Положение шкалы в поле зрения
оптиметра относительно указа-
теля определяется на глаз. При
правильном положении указатель
должен быть перпендикулярен к
направлению шкалы и перекры-
вать ее короткие штрихи, как это
показано на рис. 145, и, кроме то-
но, концы шкалы не должны ухо-
дить за пределы поля, зрения (в
поле зрения должно оставаться
15—20 делений) (рис. 146).
При поверке может оказаться,
что изображение шкалы смещено
вправо или влево относительно
указателя, как это показано на
рис. 147, а, б.
Рис. 143. Конструкция колебательной
системы в трубке оптиметра:
1 — направляющая втулка; 2 — направ-
ляющее кольцо; 3 — колебательная пло-
щадка; 4 — зеркало; 5 — пружина; 6 —
основание; 1 — гайка; 8 — опорная полу-
сфера; 9 — юстировочный винт; 10 — за-
тяжной винт; // — измерительный шток;-
12 — винтовые пружины; 13, 14 — гайки
Рис. 144. Колебательная система оптиметра:
а — общий вид; б — детали колебательной' системы
185
100
90
•80
-70
-60
Такое смещение шкалы происходит от поворота призмы вокруг
главной оптической оси. Для восстановления правильного поло-
жения шкалы относительно указателя* необходимо отвернуть крыш-
ку 15 (см. рис. 140), под которой расположен узел призмы. После
этого, ослабив винты 14. слегка повернуть оправу с призмой, на-
блюдая в окуляр оптиметра за положением шкалы.
На рис. 147, в показано еще одно неправильное положение изоб-
ражения шкалы относительно указателя, а именно наклон шкалы.
Наклон шкалы происходит от поворота зеркала около оптичес-
кой оси. Для выравнивания положения шкалы необходимо вначале
снять наконечник и отвернуть наружное кольцо 2 (см. рис. 140).
После этого неполностью отвернуть зажимное кольцо 4 и при помо-
щи специального ключа ввернуть его в резьбовое отверстие втулки,
слегка повернув втулку 5. При этом будет поворачиваться присое-
диненная к втулке при помощи пружины оправа с зеркалом. Во вре-
мя повертывания втулки необходимо смотреть в окуляр, наблюдая
за выравниванием положения изображения шкалы. Для точного
определения положения изображения шкалы относительно указа-
теля необходимо смещать его, нажимая
пальцем на измерительный шток.
Параллакс легко обнаруживается не-
посредственным наблюдением изображения
шкалы и указателя и не требует специ<
альных средств поверки. Он происходит
от расфокусировки прибора, т. е. от нару-
шения правильного взаимного положения
объектива и окулярной головки со шкалой.
В результате этого изображение шкалы и
указатель видны неодинаково резкими.
При этом шкала оказывается либо перед
указателем, ли0о за ним и при смещении
глаза наблюдателя от середины окуляра
к его краю появляется ошибка параллакса.
Поверку проводят вблизи следующих
точек шкалы: +100; +60; 0; —60; —100.
Для устранения расфокусировки необ-
ходимо изменить положение окулярной
головки со шкалой или объектива. Это до-
стигается либо шлифованием торцовых
плоскостей юстировочных колец, когда
расстояние между шкалой в окулярной
головке и объективном необходимо умень-
шить, либо заменой их кольцами большего
размера, если это расстояние необходимо
увеличить.
Юстировка смещения объектива более
трудоемка и связана с нарушением пра-
вильной работы колебательной системы,
50
40
30
20
10
О
• 10
- 20
- 30
- 40
50
-60
-70
-80
-90
-100 -f-
Рис. 145. Положение изобра-
жения шкалы и указателя в
поле зрения оптиметра
186
так как в процессе разборки необходимо вынимать также и узел
колебательной системы Поэтому устранять расфокусировку сме-
щением объектива следует в том случае, если не удастся устранить
ее смещением окулярной головки.
Нестабильность (вариацию) показаний оптиметра поверяют мно-
гократным арретированиехМ (не менее 5 раз) измерительного нако-
нечника, опирающегося на
помещенную на столе опти-
метра концевую меру разме-
ром от 5 до 10 мм 1-го клас-
са точности. Основной при-
чиной нестабильности явля-
ется износ трущихся поверх-
ностей деталей колебатель-
ной системы — опорных ша-
риков и опорных плоскостей
оправы зеркала, цилиндри-
ческих поверхностей измери-
тельного штока 11 втулки 1
и шпонки (см. рис. 143).
Поверка износа поверх-
ности измерительного штока
и втулки проводится по ве-
личине радиального зазора
между ними, оказывающего
влияние на показания прибо-
ра. Установленное по столу
или подложенной плитке ка-
кое-либо показание шкалы
при надавливании на изме-
рительный шток в радиаль-
ном направлении не должно
Рис. 147. Возможное положение изображе-
ния шкалы и указателя в оптиметре
187
изменяться более, чем на 0,5 мкм. Если оно превышает эту величи-
ну, требуется вынуть из трубки оптиметра колебательную систему
и заменить изношенный измерительный шток новым. Новый изме-
рительный шток следует изготовлять с припуском 0,003—0,005 мм
для окончательной притирки его по отверстию втулки. Перед этим
отверстие во втулке исправляется доводкой чугунным притиром с
пастами ГОИ 10 мкм и ГОИ 4 мкм. После притирки измерительного
штока в просверленное на его торце строго по оси отверстие запрес-
совывается опорный шарик.
Изношенные опорные шарики в направляющей площадке вы-
прессовываются и заменяются новыми.
Изношенные опорные поверхности оправы зеркала доводят на
плите с последовательным применением электрокорундовых шли-
фовальных порошков М7 (240'), М5 (500') и М3 (1000'). Отклонения
от плоскостности опорных поверхностей оправы зеркала не должны
превышать 0,5 мкм. Поверка проводится интерференционным ме-
тодом с помощью плоскопараллельных стеклянных пластин.
Поверку правильности показаний оптиметра выполняют при
помощи концевых мер длины 1-го класса с применением сферичес-
ких наконечников и круглого накладного столика со сферической
опорой или накладного столика с тремя ребрами. Поверку осуще-
ствляют при смещении шкалы от нулевого штриха на ±0,06 и на
±0,1 мм. Для этого могут быть, например, использованы плитки
1,00; 1,06; 1,12 и 1,18 мм. Из плиток составляют последовательно
три пары: 1,00 и 1,06; 1,06 и 1,12; 1,12 и 1,18 мм (парный метод).
Поверку проводят следующим образом: на накладной столик
(при поверке вертикального оптиметра) или между измерительными
наконечниками трубки оптиметра и пиноли (горизонтальный опти-
метр) помещают плитку 1,00 мм, устанавливают нулевое деление
шкалы вблизи указателя и после трехкратного арретирования про-
изводят первый отсчет. Затем, не меняя установки, по плитке
1,06 мм производят второй отсчет. Такие же измерения осуществля-
ют последовательно и с помощью остальных двух пар плиток. Ре-
зультаты поверки заносятся в протокол.
Погрешность показаний на поверяемом интервале шкалы опре-
деляется по следующей формуле:
rt
;_ »
где 1п — номинальный размер последней из четырех взятых мер;
п
— номинальный размер первой меры; 2 — алгебраическая сум-
/=1
ма найденных значений интервала (без учета поправок на приме-
нение меры); п — число взятых мер (в рассматриваемом случае —
четыре).
188
Для поверки шкалы в интервале от 0 до —60 мкм берут те же
меры, но в обратном порядке, т. е. пары 1,18 и 1,12; 1,12 и 1,0В;
1,06 и 1,00 мм.
Поверку интервала от 0 до —60 мкм проводят подобно поверке
интервала от 0 до +60 мкм, причем в этом случае первой мерой
является мера 1,18 мм, по которой нуль шкалы оптиметра устанав-
ливается вблизи указателя.
Таким же способом поверяют и интервалы от 0 до +100 мкм и
от 0 до —100 мкм, но в этом случае пары составляют из плиток с
разностью размеров, номинально равной 0,1 мм, например 1,00;
1,10; 1,20 и 1,30 мм. Погрешность поверенных интервалов не долж-
на превышать значений, приведенных ранее в протоколе.
При поверке прибора может оказаться, что его показания не
соответствуют действительному значению измеряемого размера.
По своему характеру погрешности показаний оптиметра можно
подразделить на систематические и случайные.
Отличительным признаком систематической погрешности явля-
ется ее закономерное изменение от нулевого показания шкалы при-
бора до крайних ее значений, например, если при показаниях шка-
лы + 100 мкм действительные отклонения равны +98 мкм или
±102 мкм.
Для трубки оптиметра единственной причиной, порождающей
эту погрешность, является изменение расстояния между шариком
измерительного стержня и шариками, запрессованными в направ-
ляющую площадку, около которых поворачивается колебательная
площадка с зеркалом. Это расстояние представляет собой механи-
ческое плечо в рычажно-оптической передаче оптиметра.
Из сказанного следует, что рассматриваемая погрешность мо-
жет быть устранена соответствующим изменением этого расстояния.
Для этого необходимо отвернуть наружное кольцо и слегка осла-
бить винты 10 (см. рис. 143). После этого вращением юстировочно-
го винта 9 (см. рис. 143) можно сместить направляющую площадку
с запрессованными в нее шариками в такое положение, при котором
механическое плечо рычага будет обеспечивать увеличение, при ко-
тором погрешность показания не будет превосходить допускаемых
значений.
Винт 9 следует вывертывать, когда показания больше действи-
тельных отклонений, установленных по плиткам. В этом случае
направляющая площадка будет смещаться от спиральной пружины,
заключенной в колпачке. Винт следует завертывать, если показа-
ния шкалы меньше действительных отклонений.
Следует иметь в виду, что иногда регулировка величины меха-
нического плеча не удается. Это может происходить от перекоса
направляющей площадки при воздействии на нее винта 9 или спи-
ральной йружинки в случае, когда винты 10 (см. рис. 143) ослабле-
ны больше, чем это требуется для ее смещения. Иногда регулиров-
ка механического плеча затрудняется вследствие того, что спираль-
ная пружинка ослабевает и не обеспечивает перемещения направ-
189
ляющей пластины с шариками и постоянного контакта ее с юстиро-
вочным винтом 9. В этом случае необходимо заменить спиральную
пружинку новой.
Отличительным признаком случайных погрешностей показаний
является неопределенное их изменение от нулевого до крайних зна-
чений шкалы в процессе изменения, так, например, если при по-
казаниях шкалы в ±100 мкм действительные отклонения равны
±90 и —102, или наоборот. Эти погрешности могут происходить
от следующих причин:
неравномерности натяжения пружин, крепящих зеркало ко
втулке колебательной системы;
непараллельности отрицательной плоскости а зеркала опорной
плоскости b оправы;
износа опорных шариков;
появления вмятин на полированных опорных плоскостях опра-
вы зеркала в местах контакта с шариками; •
увеличенного зазора между измерительным стержнем и отвер-
стием во втулке.
Для устранения всех перечисленных причин погрешностей по-
казаний, а также для замены спиральной пружинки требуется вы-
нуть узел колебательной системы и разобрать его. Эти операции
выполняются следующим образом: отвертывают наружное кольцо
2 и кольцо 3 (см. рис. 140). После этого при помощи ключа, вверну-
того в резьбовое отверстие втулки 5, осторожно вынимают узел ко-
лебательной системы из тубуса, следя за тем, чтобы не потерять
колпачок со спиральной пружинкой 7, которая задерживается внут-
ренней поверхностью тубуса.
Устранение отмеченных неравномерных (случайных) погрешно-
стей показаний трубки оптиметра значительно усложняется, так
как трудно определить, какая из перечисленных причин оказыва-
ет наибольшее влияние на точность ее показаний. Поэтому необхо-
димо проверять каждую из перечисленных причин в отдельности.
Лучше всего начать с поверки равномерности натяжения пружи-
ны 11 (см. рис. 143.)
Натяжение пружины должно создавать измерительное усилие в
пределах 2Н. Натяжение пружины изменяют подтягиванием или
ослаблением ее нижних концов, закрепленных винтами. Равномер-
ность натяжения пружины достигается увеличением или уменьше-
нием натяжения одной из пружин.
Сильно натянутые или ослабленные пружины следует заменять
новыми. Пружины навиваются на оправке диаметром 1,8—2 мм из
рояльной проволоки d = 0,34-0,4 мм. Заневоливание (стабилиза-
ция) пружин производится в селитровой ванне при 250—270° в
течение 60 мин.
После пружин поверяют параллельность отражательной плос-
кости зеркала и опорной плоскости оправы. Допустимое отклоне-
ние от параллельности не должно превышать 0,001 мм. Действитель-
ную величину отклонения от параллельности можно определить на
190
горизонтальном оптиметре. Выравнивание плоскости зеркала осу-
ществляется посредством трех стопорных юстировочных винтов
/, предварительно освобожденных от клея или замазки. После юсти-
ровки зеркала стопорные винты вновь заливаются клеем.
При. износе поверхностей контакта опорных шариков последние
необходимо распрессовать и вновь запрессовать, изменив место кон-
такта, и зачеканить соответствующим пуансоном.
При износе опорных поверхностей на оправе зеркала и образова-
нии вмятин необходимо эти поверхности заново отшлифовать и от-
полировать на доводочной плите при помощи электрокорундовых
шлифовальных порошков М7 (240'), М5 (500') и окончательно
М3 (1000').
Юстировка механизма подачи стола
Конструкция универсальной стойки оптиметра включает в се-
бя механизм подачи стола (рис. 148). Он состоит из следующих уз-
лов: основания /, плоского стола 12, нижней опорной площадки 9,
установленной в конической втулке 6 механизма подачи стола, ко-
лонки 15 и кронштейна. Механизм подачи состоит из микрометри-
ческого винта 18, опирающегося на подпятник 16, и микрометри-
ческой гайки 3, зажатой в отверстии конусной втулки 6 при помо-
щи упорной втулки 4. Для вращения микровинта служит закреп-
ленное на нем при помощи контргайки накатанное кольцо 2. При
Рис. 148. Конструкция стола универсальной стойки:
/ — основание; 2 —накатанное кольцо; 3 — микрометрическая гайка; 4 — упорная втул-
ка; 5 — пружина; 6 — коническая втулка; 7 — зажимной винт; 8 — винты; 9 — нижняя
опорная площадка; 10 — накатанные шайбы; // — шпилька; /2 — предметный стол; 13—
шарик; 14 — шпонка; 15 -» колонка; 16 — подпятник; 17 — винты; 18 — микрометрический
винт
191
его повороте микрогайка 3 будет смещаться в осевом направлении,
вместе с ней втулка, нижняя опорная площадка и столик. Шпон-
ка, закрепленная на основании винтами, служит для предотвра-
щения поворота конической втулки, чем обеспечивается только
осевое ее перемещение. Положение предметного стола 12 относи-
тельно оси трубки оптиметра может быть отъюстировано при.помо-
щи двух накатанных шайб 10, которые вместе с шариком 13 образу-
ют три точки опоры Л, В и С (рис. 149).
При использовании сферических наконечников производить
точную юстировку стола не требуется, так как даже возможное наи-
большее отклонение его, определяемое углом 3°, не сказывается на
точности измерения. Это видно из результатов подсчета погрешно-
сти измерения при наклоне стола.
При отклонении поверхности стола на некоторый угол а
(рис. 150, а) измеренный размер АС будет отличаться от действи-
тельного размера изделия АВ. Погрешность измерения
Д = АС — АВ = АС (1 — cos а).
В наихудшем случае при ос = 3е погрешность Д = АС (1—cos 3)°=
= АС • 0,0014.
Наибольшее значение перемещения измерительного штока АС,
определяемое шкалой оптиметра, равно 200 мкм, т. е. АС = 200 мкм.
Отсюда Дпаиб = 0,0014 • 200 = 0,3 мкм.
Практически эта погрешность будет гораздо меньше, так как
обычно измеряемые отклонения АВ значительно меньше, чем
200 мкм. Так, например, при измерении калибров действительные
отклонения составляют в среднем 0,01 мм. Из приведенного расче-
та видно, что отклонения поверхности столика на точность измере-
ния практически не влияют.
Юстировка положения стола необходима в случае применения
наконечников с плоскими измерительными поверхностями.
Поверхность стола должна быть ‘параллельна измерительной
поверхности наконечника, как это показано на рис. 150, 6. При от-
клонении поверхности стола на небольшой угол будет происходить
быстрый износ наконечника, так как вместо контакта по всей по-
Рис. 149. Пример определения погрешности при отклонении поверхности стола
1.92
верхности стола будет
иметь место лишь точеч-
ный контакт.
Предварительную регу-
лировку положения стола
производят при помощи
концевой меры 4—5-го раз-
рядов, установленной в
центре стола под измери-
тельным наконечником.
Подняв стол до контакта
плитки с измерительным
наконечником, наблюдают
при помощи лупы просвет
a)
Рис. 150. Определение допускаемого отклонения
положения стола оптиметра
между ними. При этом просвет будет клиновидным. Вращая шай-
бы А и В (рис.. 149, б), добиваются исчезновения просвета.
Контроль параллельности поверхности стола измерительной
плоскости наконечника производится при помощи плоскопарал-
лельной концевой меры, устанавливаемой у края наконечника с
разных сторон. Величина перекоса может быть отсчитана по шкале
прибора. Поверка положения стола может быть прозведена также по
плоскопараллельной стеклянной пластине методом интерференции.
Стекло устанавливают на столе и приводят в контакт с измеритель-
ным наконечником. При наличии отклонения от параллельности
между плоскостями стола и наконечника образующийся воздуш-
ный клин приведет к появлению полос интерференции. Величина
этого отклонения определяется по количеству интерференцион-
ных полос.
Точность измерения изделий зависит не только от точности са-
мого измерительного прибора, но и от точности сборки и юстировки
самой стойки. Поэтому к стойкам предъявляются высокие требова-
ния.
Разборку стола стойки осуществляют для промывки и замены
или ремонта износившихся поверхностей деталей. Загрязнения или
износ резьбы на юстировочных гайках и винтах затрудняет юсти-
ровку положения стола. На юстировку оказывает влияние также
грязь под шариком и его износ.
Стойку разбирают в следующем порядке (см. рис. 148);
1) снимают трубку оптиметра из кронштейна;
2) снимают кронштейн;
3) отвернув три винта /7, снимают подпятник;
4) при помощи ключа вывертывают микрометрическую гайку 3;
5) из микрометрической гайки 3 вывертывают микрометричес-
кий винт /3;
6) .подняв стол, оттягивают кверху конусную втулку 6 и выни-
мают накатанное кольцо 2 вместе с контргайкой;
7) сняв шпонку 14, вынимают из основания стойки втулку 6
вместе со столом 12 и микрометрическую гайку 3;
193
8) из основания вынимают упорную втулку 4 и пружину 5;
9) разбирают стол, предварительно сняв шпильку 11 и отвернув
винты 8.
Сборка оптиметра и его узлов
Юстировку положения зеркала колебательной площадки выпол-
няют следующим образом: доведенными плоскостями собранное
зеркало укладывают на столик автоколлимационной установки и
от поверхности зеркала отражение сетки рассматривают в трубку
автоколлиматора (оптиметра без колебательной системы), в кото-
рой находится обычная шкала оптиметра. Вращают зеркало от ру-
ки и смотрят, чтобы колебание отраженной от поверхности зерка-
ла шкалы относительно индекса было в пределах 1 мкм. Юстировку
параллельности отражательной поверхности зеркала к опорным
площадкам осуществляют юстировочными винтами.
Юстировку положения шкалы выполняют следующим образом.
В собранный окуляр вставляют втулку с завальцованным стеклом,
на котором нанесена шкала. Окуляр устанавливают на контроль-
ном приборе, где через зрительную трубку рассматривают действи-
тельную шкалу окуляра. В поле зрения зрительной трубы можно
видеть два параллельных между собой и к горизонту штриха и ин-
декс. На это поле зрения накладывается изображение штрихов шка-
лы окуляра, которое при сборке может занимать любое произволь-
ное положение. Вращая втулку с действительной шкалой и все вре-
мя наблюдая через зрительную трубу, приводят изображение штри-
хов шкалы оптиметра в положение, параллельное двум штрихам
сетки зрительной трубки, и в таком положении втулку с нанесен-
ной шкалой стопорят одним стопором. Потом засверливают еще
два отверстия, нарезают в них резьбу и окончательно крепят.
Сборку и юстировку колебательной системы выполняют так.
Вставляют шарики в отверстия направляющей планки и закерни-
вают их в трех точках под 120°. Притирают измерительный шток
к отверстию во втулке пастой ГОИ до плавного перемещения без
люфта. Притирают шпонку к пазу штока до плавного движения без
люфта. Навертывают на резьбовую часть пальца две гайки. Уста-
навливают колебательную площадку с зеркалом на опорные шари-
ки (два в планке и один в торце штока).
Изменением натяжения пружин регулируют измерительное уси-
лие с тем, чтобы оно находилось в заданных пределах.
Собранный окуляр устанавливают на контрольный прибор и
проверяют, нет ли наклонов сетки по отношению к рамке.
Поверяют установку осветительной призмы (светопровода) от-
носительно сетки (шкалы) по коллиматорному контрольному при-
бору. Проверяют освещенность сетки и при наличии темных полос
на сетке смещают осветительную призму.
Для сборки объектива необходимо:
ввести в оправу объектива линзы с кольцами до упора и закре-
пить резьбовым кольцом; „
194
замерить суммарную толщину линз в оправе с промежуточными
кольцами;
зная толщину линз, вычислить воздушный промежуток между
линзами и при необходимости подрезать кольцо между линзами,
выдержав воздушный промежуток между линзами 2,4 мм ±0,1;
проверить чистоту линз;
проверить качество изображения объектива;
проверить центрировку;
проверить разрешающую силу объектива на универсальном
длиннофокусном коллиматоре с мирой.
Сборку оптиметра (см. рис. 140) ведут в следующей последова-
тельности.
Надев на окулярную головку юстировочное кольцо, вводят его
в отверстие корпуса и закрепляют стопорным винтом.
Вводят в корпус оправу с призмой и прикрепляют тремя вин-
тами 14.
Вводят юстировочное кольцо 12 в отверстие тубуса.
Вводят объектив и закрепляют его кольцом 10.
Собирают колпачок с пружиной и вводят в отверстие направляю-
щей площадки.
Вводят колебательную систему в отверстие тубуса до упора и
закрепляют кольцом 4.
Закрепив трубку оптиметра в контрольный прибор, поверяют
параллакс сетки. При наличии параллакса вынимают окуляр из
корпуса, снимают юстировочное кольцо, подрезают его и вновь со-
бирают. В случае, если параллакс не исправляется, подрезают
юстировочное кольцо 12 под объективом, установив тем самым объек-
тив в фокальной плоскости окуляра.
Чистят оптику.
Поверяют расход окуляра ±5 дптр.
Установив собранную трубку на контрольный прибор, проверя-
ют наклон сетки, в случае наличия ошибки исправляют наклоном
всего окуляра, отвернув предварительно гайку 7, и вновь заверты-
вают до отказа (см. рис. 143).
Ввертывают кольцо 25 и все вместе в тубус, (см. рис. 140).
Одевают на измерительный стержень сферический наконечник.
Ввертывают юстировочный винт 23.
Поверяют отсчет прибора по плиткам 2+0Д; 2_0 f Юстировоч-
ным винтом 23 регулируют передаточное отношение прибора, пред-
варительно ослабив два глубокосидящих винта.
Поверяют «резание» шкалы (параллельность движения делений
шкалы относительно индекса), ошибку исправляют поворотом веса
колебательной системы с зеркалом относительно вертикальной о и
так, чтобы при движении шкалы индекс пересекал все деления но
одной горизонтальной прямой.
Поверяют положение индекса по высоте относительно делений
шкалы и разворотом оправы призмы в корпусе добиваются такс, о
положения, чтобы штрих индекса перекрывал изображение шкалы
195
не менее 0,7 длины коротких штрихов шкалы и не выходил за пре-
делы коротких штрихов более, чем на 0,24-0,3 их длины. Попереч-
ное смещение изображения шкалы относительно индекса при ее пе-
ремещении по всей длине от —100 до +100 не должно быть более
0,1 длины короткого штриха.
Поверяют расход шкалы и регулируют двумя гайками на што-
ке (внизу) так, чтобы изображение шкалы полностью не уходило
из поля зрения. Видимый остаток шкалы не должен быть менее 15
делений и более 20 делений шкалы.
Поверяют радиальный люфт измерительного штока. Радиальный
люфт при поперечном давлении на шток не должен ощущаться. От-
клонение шкалы при этом не должно превосходить 0,5 мкм с воз-
вращением в исходное положение.
Поверяют положение зрачка выхода по прибору ПК-12.
Для обеспечения высокой эксплуатационной надежности изме-
рительных средств необходима еще их тщательная поверка на проч-
ность и устойчивость к внешним воздействиям, которые они испы-
тывают при эксплуатации и транспортировке.
Такая поверка измерительных средств обеспечивается проведе-
нием ряда испытаний при воздействии вибраций, ударов, линейно-
го ускорения; повышенной и пониженной температур; повышенной
влажности; изменений атмосферного давления, инея и росы и др.
Для организации и проведения испытаний на заводах созданы
контрольно-испытательные станции или центральные испытатель-
ные лаборатории. Испытания каждого вида проводят на специаль-
ных стендах и в камерах.
Испытания приборов проводят после их сборки, контроля и
герметизации. Виды испытаний и условия их проведения для при-
боров каждого типа определяются техническими условиями.
В процессе хранения приборы должны периодически осматри-
ваться, и в случае возникновения коррозии необходимо немедлен-
но принять меры к ее удалению и устранению причин, вызвавших
ее появление.
Используемые приборы должны содержаться в чистоте^ и обе-
регаться от механических повреждений и коррозии. Эксплуатация
приборов должна осуществляться в строгом соответствии с инст-
рукциями, прилагаемыми к приборам.
Особенно бережного обращения и ухода требуют сложные высоко-
точечные оптико-механические приборы: универсальные и инструмен-
тальные микроскопы, проекторы, интерферометры и др., а также
сложные механические и комбинированные измерительные средства
Периодически следует производить основательную чистку и
смазку приборов, а в установленные сроки — юстировку.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Бардин А. Н. Сборка и юстировка оптических приборов. М.: Высшая
школа, 1968. 328 с.
2. Берков В. И. Технические измерения. М.: Высшая школа, 1977.
232 с.
3. Бурдун Г. Д., Марков Б. Н. Основы метрологии. М.: Издательство
стандартов, 1972. 312 с. ‘
4. Взаимозаменяемость и технические измерения в машиностроении'
Б. С. Балакшин, С. С. Волосов, И. В. Дунин-Барковский и др. М.: Машино-
строение, 1972. 616 с.
5. Городецкий Ю. Г. Конструкции, расчет и эксплуатация измеритель-
ных приборов. М.: Машиностроение, 1971. 375 с.
6. Ельников Н. Т., Дитев А. Ф., Юрусов И. К. Сборка и юстировка оп-
тико-механических приборов. М.: Машиностроение, 1974. 348 с.
7. Журавлев А. Н. Допуски и технические измерения. М.: Высшая
школа, 1969. 172 с.
8. Коротков В. П., Тайц Б. А. Основы метрологии и теории точности из*
мерительных устройств. М.: Издательство стандартов, 1978. 352 с.
9. Медянцев Л. Л., Горбачева В. В., Шарова Е. Е. Контроль прямо*
линейности и плоскостности поверхностей. М.: Издательство стандартов,
1972. 118 с.
10. Тищенко О. Ф. Контрольно-измерительные приборы в машинострое-
нии. М.: Машгиз, 1969, 310 с.
11. Шостьин Н. А. Очерки истории русской метрологии. М.: Издатель-
ство стандартов, 1975. 272 с.
13. Эрвайс А. В. Юстировка и ремонт оптико-механических измеритель-
ных приборов. М.: Машгиз, 1958. 459 с.
ОГЛАВЛЕНЙЕ
Введение....................................................... 3
Глава I. Организация государственной поверки мер и измеритель-
ных приборов ................................................... 6
1. Сведения об историческом развитии государственной службы
мер и весов.............................................. 6
2. Государственная служба мер и весов в СССР, ее задачи и
структура..................................................13
3. Государственная система обеспечения единства измерений 16
4. Международные метрологические организации...............21
5. Международная система единиц............................22
6. Техническая документация поверки ...................... 25
7. Охрана труда и противопожарная безопасность.............26
Глава II, Основы технических измерений..........................28
1. Основные метрологические понятия...................... 28
2. Классификация современных измерительных средств для
линейных и угловых измерений............................. 31
3. Основные метрологические показатели и структурные эле-
менты универсальных измерительных средств..................32
4. Погрешности измерений...................................35
Глава III. Поверочные измерительные средства....................43
1. Основные понятия, относящиеся к метрологической службе
и метрологическим процессам................................43
2. Классификация методов поверки...........................44
3. Средства поверки измерительных средств..................50
Глава IV. Организация поверки средств измерений.................92
1. Общие вопросы качества измерительных средств............92
2. Сведения о поверочных схемах............................94
3. Влияние погрешности поверки на оценку годности средства
измерения..................................................98
4. Межповерочные интервалы в системе обеспечения единства
измерений.................................................103
198
Глава V. Характеристика общих методов поверки измерительных
средств...............................................105
1. Методы поверки плоскостности измерительных поверхностей 105
2. Методы поверки взаимного расположения измерительных по-
верхностей и осей измерительных средств ....... 124
3. Методы поверки измерительного усилия....................129
4. Методы и средства поверки основной погрешности и вариации
показателей средств измерений...............................131
Глаза VI. Юстировка измерительных средств..................... .... 149
1. Назначение юстировочных устройств.......................149
2. Основные принципы юстировки.............................150
3. Классификация и краткая характеристика конструкций юсти-
ровочных устройств измерительных средств....................154
ГлаваУП. Особенности сборки, поверки и юстировки механических и
оптико-механических средств измерения .................... .165
1. Рычажно-чувствительные измерительные средства ..... 165
2. Общие вопросы сборки и юстировки универсальных узлов
оптико-механических приборов............................176
3. Особенности поверки и юстировки оптиметра...............181
Список литературы .............................................197