Измерение горизонтальных углов. Измерение горизонтальных углов способом приемов Методы измерения углов в метрологии

В полигонометрическом ходе измеряют примычные углы, углы поворота и засечки боковых пунктов.

Существует два основных способа измерения углов на пунктах полигонометрии: способ круговых приемов; способ отдельного угла.

Способ круговых приемов

Измерение углов в данном способе начинается с подготовки теодолита для измерения углов, состоящего из:

Центрирования, которое выполняется с помощью оптического отвеса с точностью 1 мм;

Приведения основной оси в отвесное положение с помощью уровня при алидаде горизонтального круга и трёх подъемных винтов;

Установки трубы для наблюдений, состоящей из установки трубы по глазу, установки трубы по предмету и устранение параллакса сетки нитей;

Работа на станции выполняется в следующей последовательности:

Наводят визирную ось зрительной трубы при КЛ на визирную марку, которую при измерении принимают за начальное направление;

Устанавливают лимб и оптический микрометр на отсчёт, близкий к нулю (лучше несколько больше нуля); для этого сначала вращением рукоятки микрометра устанавливают отсчёт по шкале последнего, близкий к нулю, затем вращением рукоятки перестановки лимба тщательно совмещают изображение штрихов противоположных краёв лимба, после чего производят отсчёт и записывают в журнал;

Разводят рукояткой микрометра изображение совмещённых штрихов и снова их соединяют (второе совмещение), производят отсчёт и записывают в журнал; разность двух отсчётов не должна превышать 2;

Открепляют алидаду и наводят визирную ось трубы (вращая алидаду по ходу часовой стрелки) на вторую, а затем третью и т.д. марки; при двух совмещениях производят отсчёты, которые записывают в журнал;

Заканчивают наблюдения повторным визированием на точку начального направления и по полученным начальным и конечным отсчетам убеждаются в неподвижном положении лимба.

Описанные действия составляют первый полу приём.

Повторное наведение на первую марку называется замыканием горизонта. Расхождение между результатами наблюдений на начальное направление в начале и конце полу приёма не должно превышать 8.

Переводят трубу через зенит и производят измерения второго полу приёма в следующей последовательности:

Наводят ось зрительной трубы на начальное направление и при двух совмещениях производят отсчёты, которые записывают в журнал в строку соответствующую наблюдению при КП: запись ведётся снизу вверх;

Открепляют алидаду и поворачивая её против хода часовой стрелки визируют ось трубы на третью (в зависимости от числа направлений),вторую и снова на первую марки. Производят отсчёты при двух совмещениях записывают в журнал.

На этом заканчивается второй полуприем. Два полуприема составляют полный прием.

Второй и последующие приёмы измерения направлений производят в той же последовательности, как и первый, но для ослабления влияния систематических погрешностей делений лимба, лимб поворачивают на угол

G = 180\ n +10", где n – число приёмов.

Измерение углов способом отдельного угла

Порядок наблюдений при измерении угла способом отдельного угла между двумя направлениями остается таким же, как и в способе приемов.

Отличие состоит лишь в том, что не производят повторного наведения на начальную точку и вращают алидаду и в первом и во втором полуприёмах или по ходу или только против хода часовой стрелки.

Значения углов в полуприемах, а также и в отдельных приемах не должны различаться на 8”.

Окончательное значение угла вычисляют как среднее арифметическое из углов, измеренных в отдельных приемах.

При измерении отдельных углов или направлений теодолитами, предусмотренными «Инструкцией по топографической съемке в масштабах 1: 5000, 1: 2000, 1: 1000, 1: 500. Москва, «Недра», 1973 г.», результаты измерений должны находится в пределах установленных допусков.

В полигонометрии 4 класса для теодолитов типов Т2 и Т1 число приемов установлено 4.

Измерение углов рекомендуется производить в утренние и вечерние часы. Время, близкое к восходу и заходу солнца (примерно за час до восхода и час после захода), использовать не следует, так как в эти часы наблюдается наибольшие колебания изображений. Перед началом измерений производят исследования, поверки и юстировку приборов. Измеряют обычно левые по ходу углы, наблюдения записывают в полевые журналы.

В целях устранения ошибок центрирования и редукции при проложении полигонометрических ходов и для некоторого ускорения угловых измерений, рекомендуется применять трехштативную систему измерения углов.

В настоящее время при производстве геодезических работ широко используются приборы различного назначения ведущих зарубежных фирм Leica, Sokia и других фирм геодезического приборостроения Швейцарии, Швеции, Германии, Японии.

2.8.1. Основные понятия . Для угловых размеров, так же как и линейных, существуют ряды нормальных углов . Однако в отношении углов это понятие используется значительно реже, поскольку при разработке элементов деталей с угловыми размерами значение угла часто получается либо расчетным путем для обеспечения определенных функций разрабатываемой конструкции механизма, либо определяется необходимым расположением функциональных узлов. Поэтому для угловых размеров реже приходится пользоваться понятием нормального угла .

В отношении угловых размеров также используется понятие допуска, аналогичное допуску на линейный размер.

Допуском угла называется разность между наибольшим и наименьшим предельными допускаемыми углами. Допуск угла обозначается AT (сокращение от английского выражения Angle tolerance - угловой допуск).

При нормировании точности угловых размеров не применяется понятие «отклонение», а предусматривается, что допуск может быть расположен по-разному относительно номинального значения угла. Допуск может быть расположен в плюсовую сторону от номинального угла (+АТ ), или в минусовую (-AT ), или же симметрично относительно него (±АТ/2 ). Естественно, что в первом случае нижнее, а во втором случае верхнее отклонения равны нулю, т.е. соответствуют случаям отклонений как для основного отверстия и основного вала при нормировании точности линейных размеров.

Особенность изготовления и измерения угловых размеров заключается в том, что точность угла в значительной мере зависит от Длины сторон, образующих этот угол. И в процессе изготовления деталей и при их измерении чем меньше длина стороны угла, тем труднее выполнить точный угол и тем труднее его точно измерить. Правда, при очень длинных сторонах углов появляется другая неприятность в виде искажения (отклонение от прямой) линий, образующих Угол. Исходя из этих особенностей угловых размеров, при нормировании требований к точности значение допуска угла задается в зависимости от длины меньшей стороны, образующей угол, а не от значения номинального угла.

2.8.2. Способы выражения допуска угла . С учетом того, что значение угла выразить разными способами, при нормировании требований к точности значения допуска выражается по-разному (ГОСТ 2908-81 ) и используется соответствующее обозначение угла:

α - номинальный угол

AT α - допуск, выраженный в радианной мере, и соответствующее ему точное значение в градусной мере;

AT " α - допуск, выраженный в градусной мере, но с округленным значением по сравнений с радианным выражением;

АТh - допуск, выраженный в линейной мере длиной отрезка на перпендикуляре к концу меньшей стороны угла.

Связь между допусками в угловых и линейных единицах выражается зависимостью ATh = AT αLi 10 3 , где ATh измеряется в мкм, AT α - в мкрад; Li – длина.

2.8.3. Ряды точности для угловых размеров . В ГОСТ 2908-81 установлены 17 рядов точности, названных степенями точности (с 1 по 17). Понятие «степень точности» идентично понятию «квалитет», «класс точности».

Обозначение точности производится указанием условного обозначения допуска на угол и степени точности, например АТ5, АТ7.

Ряды допусков, т.е. разность между допусками соседних степеней, образованы с помощью коэффициента 1,6, т.е. если необходимо получить допуски угла для 18-го квалитета, которого нет в стандарте, надо допуски АТ17 умножить на 1,6, а для получения АТО надо допуски ATI разделить на 1,6.

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

Угломер – устройство и назначение

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

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

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

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

Виды инструмента для измерения углов

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

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

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

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

Механический измеритель углов – что это?

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

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

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

Как пользоваться угломером – примерный принцип действий

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

Нониусный прибор

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

Оптический прибор

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

Для угловых измерений в машиностроении и приборостроении используют разные методы, реализуемые множеством средств измерений, различающихся по конструкции, точности, пределам измерений, производительности.

Измерения углов можно разделить на прямые (осуществляются средствами измерений, градуированными в угловых единицах) и косвенные, осуществляемые с помощью средств линейных измерений и требующие последующего расчета искомых значений углов с использованием тригонометрических функций. В некоторых литературных источниках прямые измерения углов называют «измерениями гониометрическим методом», а косвенные измерения – «измерениями тригонометрическим методом». Термин «гониометрический» может быть переведен с греческого как «угломерный», соответствующее название имеет один из приборов для измерения углов (гониометр).

К простейшим средствам измерений углов относят угловые концевые меры. Угловые меры («жесткие угловые меры») могут быть однозначными или многозначными. Они включают угольники (номинальный угол 90 о), призматические угловые концевые меры с одним или несколькими (тремя, четырьмя и более) рабочими углами, а также конические калибры. Угловые концевые меры, как и концевые меры длины, используют для измерительного контроля, а также для настройки приборов при измерении методом сравнения с мерой.

Многозначные штриховые угловые меры (транспортиры) имеют шкалу и все принадлежащие ей метрологические характеристики (цена деления, верхний и нижний пределы шкалы, диапазон шкалы).

Вторая группа средств измерения углов – гониометрические приборы, с помощью которых измеряемый угол сравнивается с соответствующими значениями встроенной в прибор угломерной круговой или секторной шкалы. К таким приборам можно отнести транспортирные угломеры с нониусом, оптические угломеры, делительные головки, гониометры. Делительные головки (оптические и механические) применяют для угловых измерений и для делительных работ при разметке и обработке деталей.

Кроме того, ряд универсальных средств измерений имеет специальные угломерные устройства, например, измерительные головки ОГУ, которыми комплектуют измерительные микроскопы, угломерные поворотные столы на больших измерительных микроскопах и больших проекторах и т.д.

Для измерений отклонения углов от горизонтали и/или вертикали применяют различные уровни (брусковые, рамные, с «цилиндрическими» и сферическими ампулами), оптические квадранты и другие приборы.

При измерении угломером плоские или «ножевые» грани линеек угломера накладывают «без просвета» на стороны измеряемого угла детали. Одна из линеек связана с круговой или секторной угломерной шкалой другая (поворотная) – с указателем или нониусом. При измерениях с помощью делительной головки, гониометра или измерительного микроскопа грани угла фиксируют с помощью вспомогательных оптических или иных устройств.

Суть косвенных («тригонометрических») измерений углов заключается в том, что угол получают путем измерения линейных размеров контролируемой детали, рассчитывая его значение через тригонометрические функции. При этом для линейных измерений могут применяться любые универсальные средства, а также вспомогательные средства, разработанные специально для обеспечения измерений углов конусов и призматических деталей.

Косвенные измерения углов чаще всего основаны на использовании синусных или тангенсных схем, а объектом измерения является угол специально выстроенного прямоугольного треугольника. Две стороны этого треугольника воспроизводятся и/или измеряются средствами линейных измерений. Например, можно измерить два катета на микроскопе или проекторе.

Из средств, предназначенных для реализации «тригонометрических измерений», наиболее распространенными являются «синусные линейки» различных типов. Измеряемый объект помещают на «синусную линейку» с известным значением гипотенузы (базовое расстояние линейки) и измеряют катет искомого угла (рис.3.97).

Рис.3.97. Схема измерительного контроля угла конуса

Встречаются и более сложные реализации синусных и тангенсных схем измерений (конусомеры, устройства для измерений внутренних конусов с помощью шаров и др.).

При изготовлении различных деталей машин в качестве средств измерений применяют угловые шаблоны с углом, который должно иметь изделие, причем изделие подгоняют по шаблону без просвета. Касание измерительных поверхностей с изделием должно быть линейным, поэтому для контроля углов изделий образованных плоскими гранями, шаблоны изготовляют с лекальной (закругленной малым радиусом) поверхностью одной или обеих сторон рабочего угла.

Рабочие углы предельных шаблонов отличаются один от другого на значение всего поля допуска угла изделия.

Металлические угольники с рабочим углом 90 о служат для проверки взаимной перпендикулярности плоскостей (кромок) изделий, а также для проверки перпендикулярности относительных перемещений деталей машин. Кроме того, угольники применяют при монтажных работах. Формы, размеры и технические условия на угольники стандартизованы (ГОСТ 3749 – 77).

При измерении угла изделия методом сравнения с углом угольника оценивают просвет между ними. Отклонение угла изделия от угла угольника определяется отношением ширины просвета к длине стороны угольника. Поскольку длина угольника неизменна, просвет может служить мерой отклонений угла. Просвет можно наблюдать как у конца стороны угольника (угол изделия меньше угла угольника), так и у вершины угла (угол изделия больше угла угольника). При контроле на просвет необходимо установить отсутствие просвета между измерительными поверхностями или его значение. При обычной освещенности порядка (100...150) лк невооруженный глаз обнаруживает просвет между плоской поверхностью и кромкой лекальной линейки примерно от (1,5...2) мкм. Погрешность оценки просвета тем больше, чем короче протяженность контактной линии изделия и угольника.

Важную роль играет и ширина поверхностей в направлении перпендикулярном направлению образующей угла. При ширине контактирующих поверхностей (3...5) мм невидимые просветы могут достигать 4 мкм. Если же при этом контактирующие поверхности не доведенные, а шлифованные, невидимый просвет может доходить до 6 мкм.

Для более точной оценки просветов, применяют так называемый образец просвета.

Просвет, ширину которого предстоит оценить, сравнивают на глаз с набором аттестованных просветов и по идентичности наблюдаемых щелей определяют его размер. При достаточном навыке и наличии лекальной поверхности у линейки такую оценку можно выполнить с погрешностью порядка (1...1,5) мкм при просветах до 5 мкм, а при больших просветах (до 10 мкм) – порядка (2...3) мкм. Для просвета свыше 10 мкм этот метод неприменим. При просветах от 20 мкм и более можно пользоваться щупами.

Для контроля размеров наружных и внутренних конусов применяют конические калибры. Контроль изделий калибрами обычно является комплексным, поскольку проверяется не только угол конуса, но также и его диаметр в расчетном сечении по положению калибра относительно изделия вдоль оси. Для этой цели на поверхности калибра-пробки имеются либо две ограничительные линии, либо срез уступом (срез уступом применяют и на калибре-втулке).

Угол конуса детали проверяют по прилеганию поверхности калибра к поверхности проверяемой детали. Для этого калибр тщательно очищают от пыли, масла и наносят на его коническую поверхность слой краски (берлинской лазури), равномерно распределяя ее по всей поверхности. Затем калибр-пробку осторожно вставляют или калибр-втулку надевают на проверяемую деталь (также заранее тщательно протертую) и поворачивают его на 2/3 оборота вправо и влево.

Если конусность калибра и проверяемой детали совпадает, краска будет равномерно стираться по всей образующей калибра. По доле стертой и оставшейся краски судят о годности детали по конусности. Погрешности этого метода измерения составляют примерно 20". Необходимо, чтобы на рабочих поверхностях и поверхностях контролируемых деталей отсутствовали забоины, царапины и другие подобные дефекты.

Для измерения внутренних конусов и клиновидных пазов применяют аттестованные шарики или ролики. Применяют синусные и тангенсные схемы, основанные на измерении или воспроизведении противолежащего измеряемому углу катета (в обеих схемах), гипотенузы (при синусной схеме) или прилежащего катета (при тангенсной схеме). Для небольших углов (примерно до 15 o) обе схемы по точности практически равноценны, но для больших углов погрешность измерения может быть значительной и здесь предпочтительна тангенсная схема.

И КОНУСОВ

Понятия о нормальных углах и конусностях

и допусках на угловые размеры

Единицы измерения угла . Распространенной единицей измерения угла является градус , который равен одной трехсотшестидесятой части (1/360 ) окружности. Градус обозначается знаком ° и делится на 60 минут , а минута – на 60 секунд . Минута и секунда обозначаются соответственно " и " (например, 60" обозначает 60 секунд ). Эталонами при угловых измерениях служат многогранные призмы, по которым проверяют образцовые меры в виде разных многогранников (с 6, 8 и 12 гранями), углы которых выполнены с высокой точностью.

Международной системой единиц (СИ) в качестве дополнительной единицы измерения углов предусмотрен радиан. Под радианом понимается угол между двумя радиусами круга, длина дуги между которыми равна радиусу. Один градус равен , а один радиан равен 57°17"44,8".

Нормальные углы (СТ СЭВ 513-76). Угловые размеры, выраженные в градусах, минутах и секундах, имеют большое распространение в чертежах деталей. В целях уменьшения количества разных номинальных значений углов на деталях в стандарте предусмотрены для применения три ряда номинальных значений углов , названных «нормальными углами». В первый ряд входят углы: 0°; 5°; 15°; 30°; 45°; 60°; 90°; 120°. Значение этих углов рекомендуется брать в первую очередь.

Второй ряд углов, который предпочтителен в сравнении с 3-м рядом, содержит все углы 1-го ряда и дополнительно следующие: 30"; 1°; 2°; 3°; 4°; 6°; 7°; 8°; 10°; 20°; 40° и 75°.

В третий ряд входят углы первого и второго ряда и дополнительно следующие: ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; и .

Нормальные конусности (ГОСТ 8593-81) 2 ряда : 1 ряд – 1:50; 1:20; 1:10; 1:5; 1:3; ; ; ; ; ; 2 ряд – 1:30; 1:15; 1:12; 1:8; 1:7; .

Допуски на угловые размеры. В СТ СЭВ 178 – 75 допуски углов предусмотрены в угловых и линейных величинах в 17 степенях точности , обозначаемых АТ1, АТ2, АТ3 и т.д. до АТ17 в порядке уменьшения точности. Степени точности с АТ1 по АТ5 предназначены для углов калибров, измерительных средств и особо точных изделий, а степени с АТ6 по АТ12 – для сопрягаемых углов. Величины допусков, обозначаемые АТ, установлены как в градусной мере АТ (секунды, минуты, градусы), так и в микрорадианах АТ (мкрад).

Для углов призматических элементов деталей допуски назначаются в зависимости от номинальной длины меньшей стороны угла , а для углов конусов – в зависимости от номинальной длины конуса. В пределах одной степени точности угловые допуски уменьшаются с увеличением длины. Это объясняется тем, что чем больше длина базовой поверхности, тем точнее установка детали на станке, а следовательно, и меньше будет погрешность обработки. На углы призматических деталей допуск угла АТ, может быть назначен со знаком плюс (+АТ) или минус (-АТ) , или симметрично ( АТ) .