Какие существуют способы измерения углов. Способы угловых измерений. Измерение углов способом отдельного угла

Объекты угловых измерений разнообразны по размерам, величинам измерительных углов и требуемой точности измерения. Это требует большого разнообразия методов и средств измерения углов, которые объединены в три группы:

первая группа методов и средств объединяет приемы измерения с помощью «жестких мер» - угольников, угловых плиток, многогранных призм;

вторую группу образуют гониометрические методы и средства измерений, у которых измеряемый угол сравнивают с соответствующим значением подразделения встроенной в прибор круговой или секторной шкалы;

третья группа – группа тригонометрических средств и методов отличается тем, что мерой, с которой сравнивают измеряемый угол, является угол прямоугольного треугольника.

Призматические угловые меры изготавливают нескольких типов: плитки с одним рабочим углом, четырьмя рабочими углами, шестигранные призмы с неравномерным угловым шагом.

Угловые плитки выпускают в виде набора плиток, подобранных с таким расчетом, чтобы из них можно было составлять блоки с углами в пределах от 10 о до 90 о (0, 1 и 2 классы точности). Погрешность изготовления ±10´´ - первого класса, ±30´´ - второго класса.

Принцип гониометрического метода измерения - измеряемое изделие (abc) жестко связано с угловой мерой – круговой шкалой (D). В некотором положении относительно какой-либо плоскости (1) берут отсчет по неподвижному указателю (d), затем шкалу поворачивают до такого положения, когда сторона (bc) угла совпадает с плоскостью, в которой до поворота находилась сторона (ab) или с другой плоскостью, ей параллельной. После этого снова производят отсчет по указателю. При этом лимб повернется на угол (φ) между нормалями к сторонам угла, равный разности отсчетов до и после поворота лимба. Если измеряемый угол β, то β=180 о – φ.

Измерение

Измерение – нахождение значения физической величины опытным путем с помощью специальных технических средств.

Различают четыре типа шкал:

Шкала наименований – основана на приписывании объекту цифр (знаков).

Шкала порядка – предполагает упорядочение объектов относительно какого-то определенного их свойства, т.е. расположение их в порядке убывания или возрастания. Полученный при этом упорядоченный ряд называют ранжированным , а саму процедуру – ранжированием .

Шкала интервалов – вначале устанавливает единицу физической величины. На шкале интервалов откладывается разность значений физической величины, сами же значения считаются неизвестными. Например, шкала температур Цельсия – начало взято при температуре таяния льда, а температура кипения воды 100 о и шкала распространяется как в сторону положительных, так и в сторону отрицательных температур. На температурной шкале Фаренгейта тот же интервал разбит на 180 о и начало сдвинуто на 32 градуса в сторону низких температур. Деление шкалы интервалов на равные части – градация, которая устанавливает единицу физической величины, что позволяет измерить в числовой мере и оценить погрешность измерения.

Шкала отношений – представляет собой интервальную шкалу с естественным началом. Например, по шкале Цельсия можно отсчитывать абсолютное значение и определить не только насколько температура Т 1 одного тела больше температуры Т 2 другого тела, но и во сколько раз больше или меньше по правилу.

В общем случае, при сравнении между собой двух физических величин Х по такому правилу значения n, расположенные в порядке возрастания или убывания, образуют шкалу отношений и охватывают интервал значений от 0 до ∞. В отличие от шкалы интервалов, шкала отношений не содержит отрицательных значений. Он является самой совершенной, наиболее информативной, т.к. результаты измерений можно складывать между собой, вычитать, делить и перемножать.

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

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

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

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

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

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

Контроль резьбы

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

Результаты угловых измерений в ГГС должны быть равноточными, т.е. на всех пунктах иметь один и тот же вес, и получены с наивысшей точностью при наименьших затратах труда и времени. Для этого высокоточные измерения каждого направления и угла выполняют по строго одинаковой наиболее совершенной методике в периоды наивыгоднейшего времени наблюдений, когда влияние внешней среды минимально. Необходимо, чтобы каждое направление измерялось на разных диаметрах лимба, равномерно распределенных по кольцу делений; в приеме должно быть обеспечено единообразие операций при измерении каждого направления и симметрия во времени относительно среднего для приема времени наблюдений; целесообразно все направления и углы на пункте измерять симметрично относительно момента изотермии воздуха.

Перед выполнением наблюдений на пункте производят осмотр геодезического знака, откапывают центр до марки с меткой, на площадку наблюдателя поднимают теодолит и другое снаряжение, крышу сигнала накрывают брезентом. В результате осмотра наблюдатель должен убедиться в прочности и устойчивости столика сигнала и в том, что внутренняя пирамида не соприкасается с полом площадки для наблюдателя и с лестницей. Обнаруженные недостатки необходимо устранить.

Перед наблюдением с помощью теодолита согласно схеме геодезической сети отыскивают все подлежащие наблюдению пункты и после наведения на них делают с точностью до 1’ отсчеты по горизонтальному и вертикальному кругам. Кроме того, при наведении на пункты положение алидады фиксируют на нижней части прибора с помощью штрихов против индекса на алидаде. Теодолит устанавливают на штатив или столик сигнала не менее чем за 40 минут до начала наблюдений. К измерению горизонтальных направлений приступают при хорошей видимости, когда изображения визирных целей спокойны или слегка колеблются (в пределах 2”).

Измерение отдельного угла. Незакрепленную алидаду отводят влево на 30 – 40 0 и обратным вращением наводят на визирную цель первого направления так, чтобы она оказалась справа от биссектора, алидаду закрепляют. Наводящим винтом алидады, только ввинчиванием, биссектор наводят на визирную цель и берут отсчет по оптическому микрометру (если имеется окулярный микрометр, то трижды наводят его биссектор на визирную цель и берут отсчеты). Открепляют алидаду и наводят на 2-е направление так же, как и на 1-е. На этом заканчивается полуприем.

Трубу переводят через зенит, по часовой стрелке наводят на 2-е направление, предварительно отведя алидаду на 30 – 40 0 ; наводящим винтом биссектор наводят на визирную цель и берут отсчет по оптическому микрометру. По часовой стрелке алидаду поворачивают на угол, дополняющий измеряемый до 360 0 , наводят на визирную цель 1-го направления, берут отчет. Заканчивается прием.

Способ круговых приемов – способ Струве. Способ был предложен в 1816 г. В.Я. Струве, получил широкое применение почти во всех странах. В нашей стране используется в геодезических сетях 2 - 4 классов и сетях более низкой точности.

В этом способе при неподвижном лимбе алидаду вращают по ходу часовой стрелки и биссектор сетки нитей трубы последовательно наводят на первый, второй,…, последний и снова на первый (замыкание горизонта) наблюдаемые пункты, каждый раз отсчитывая по горизонтальному кругу. В этом состоит первый полуприем. Затем трубу переводят через зенит и, вращая алидаду против часовой стрелки, наводят биссектор на те же пункты, но в обратной последовательности: на первый, последний, …, второй, первый; заканчивают второй полуприем и первый прием., состоящий из первого и второго полуприемов.

Между приемами лимб переставляется на угол

где m – число приемов, i – цена деления лимба.

Наведение биссектора на на визирную цель выполняют только ввинчиванием наводящего винта алидады. Перед каждым полуприемом алидаду вращают по ее движению в данном полуприеме.

В результаты измеренных направлений вводят поправки за рен, наклон вертикальной оси теодолита (при углах наклона визирного луча в 1 0 и более) и поправки за кручение знака – по отсчетам по окулярному микрометру поверительной трубы.

Контроль угловых измерений: по расхождениям значений первого направления в начале и конце полуприема (незамыкание горизонта), по колебанию двойной коллимационной ошибке, определяемой для каждого направления, и по расхождению приведенных к нулю значений одноименных направлений, полученных в разных приемах. В триангуляции 2 – 4 классов незамыкание горизонта и колебание направлений в приемах не должны превышать 5, 6 и 8” для Т05, Т1; ОТ-02 и Т2; колебание 2С – 6,8 и 12” для этих же теодолитов соответственно.

В пунктах 2 класса направления измеряют 12-15 круговыми приемами, на пунктах 3 класса – 9, на пунктах 4 класса – 6, а в сетях полигонометрии 2, 3, 4 классов – 18, 12, 9 приемами.

Уравнивание на станции сводится к вычислению среднего значения по каждому направлению из m приемов. При этом предварительно все измеренные направления приводят к начальному, придав ему значение 0 0 00’00,00”. Вес уравненного направления равен p = m – числу приемов измерений. Для оценки точности направления обычно применяют приближенную формулу Петерса

где μ – с.к.о. направления, полученного из одного приема (с.к.о. единицы веса); ∑‌‌[v ] – сумма абсолютных величин уклонений измеренных направлений от их средних значений, вычисленных по всем направлениям; n, m – число направлений и приемов соответственно. Значения k при m = 6, 9, 12, 15 равны 0,23; 0,15; 0,11; 0,08. С.к.о. уравненного направления (среднего из m приемов) вычисляют по формуле

Достоинства способа круговых приемов: простота программы измерений на станции; значительное ослабление систематических ошибок делений лимба; высокая эффективность при хорошей видимости по всем направлениям.

Недостатки: сравнительно большая продолжительность приема, особенно при большом числе направлений; повышенные требования к качеству геодезических сигналов; необходимость примерно одинаковой видимости по всем направлениям; разбивка направлений на группы при их большом числе на пункте; более высокая точность начального направления.

Способ измерения углов во всех направлениях – способ Шрейбера. Этот метод предложен Гауссом. Методика разработана Шрейбером, применившим его в 1870-х годах в прусской триангуляции. В России начал применяться с 1910 г., используется и в настоящее время. Суть способа: на пункте с n направлениями измеряют все углы, образующиеся при сочетании из n по 2, т.е.

1.2 1.3 1.4 … 1.n

Число таких углов

Значение углов можно получить путем непосредственных измерений и путем вычислений. Если вес непосредственно измеренного угла равен 2 , то вес этого же угла, полученного из вычислений, будет равен 1. Следовательно. Вес угла, полученного из вычислений, в два раза меньше веса непосредственно измеренного угла.

При уравнивании на станции для каждого угла вычисляют его среднее значение из всех приемов (при допустимых расхождениях между приемами). Используя эти средние, находят уравненные на станции углы как среднее весовое значение. Учитывая, что сумма весов измеренного и вычисленных значений данного угла , находим

где n – число направлений на пункте. Углы, полученные в результате уравнивания на станции, по направлениям – равноточны.

Применяя формулу веса функции, для угла находим

Так как , то , откуда . При Р = 1 , , т.е. веса уравненных углов равны половине числа направлений, наблюдаемых с данного пункта. Если каждый угол измерен m приемами, то при n направлениях вес каждого угла будет равен mn / 2. Для равенства весов окончательных углов на всех станциях необходимо, чтобы произведение mn для всех пунктов сети являлось постоянным. Так как вес направления в два раза больше веса угла, то mn – вес направления.

Вес углов, измеренных во всех комбинациях должен быть равен весу углов, измеренных способом круговых приемов, т.е. p = m кр = mn / 2 , откуда 2m кр = mn , где m кр – число приемов в методе круговых приемов. Например, если углы в триангуляции 2 класса измеряют 15 круговыми приемами (m кр = 15), то mn = 30; при числе направлений n = 5 способом во всех комбинациях их нужно измерять 6 приемами (m = 30 / 5 = 6).

При измерении углов способом во всех комбинациях выполняют следующий контроль: 1) расхождение углов из двух полуприемов – 6” для теодолита с окулярным микрометром и 8” – без; 2) расхождение углов из разных приемов 4 и 5” для сетей 1 и 2 классов соответственно; 3) колебание среднего значения угла, полученного по результатам непосредственных измерений и найденного из вычислений, не должно превышать 3 “ при n до 5 и 4” – более 5. Если законченные приемы не удовлетворяют этим допускам, то их переделывают на тех же установках круга. Если второй контроль не выполняется, то перенаблюдают углы, имеющие максимальное и минимальное значение, при тех же установках круга. Все наблюдения выполняют заново, если число повторных приемов более 30% от числа приемов, предусмотренных программой. Наблюдения повторяют и при несоблюдении третьего контроля.

С.к.о. единицы веса и уравненного угла определяют по формулам

Достоинства способа: уравненные результаты являются рядом равноточных направлений; углы можно измерять в любой последовательности, выбирая наиболее благоприятные условия видимости и обеспечивая в итоге высокую точность; малая продолжительность одного приема (2-4 минуты измерения угла) обеспечивает меньшую зависимость точности результата от кручения сигнала; большое число перестановок горизонтального круга ослабляет влияние ошибок диаметров лимба.

Недостатки: быстрое уменьшение числа m приемов измеренного угла с ростом числа n направлений на пунктах (малое число приемов непосредственного измерения углов снижает точность их средних и уравненных значений); быстрый рост объема работ при n > 5.

Способ неполных приемов предложен в 1954 г. Ю.А. Аладжаловым. Все направления разбивают на группы по три направления (без замыкания горизонта) так, чтобы определяемые по ним углы соответствовали бы углам, измеренным во всех комбинациях, но требовали бы меньшего объема работ и позволили увеличить число приемов непосредственных измерений каждой группы направлений. Следовательно, в этом способе заложено стремление избавиться от недостатков методов Струве и Шрейбера при наблюдении на пунктах с большим количеством направлений.

Практически не всегда путем подбора можно разбить направления на группы из трех направлений. В этом случае кроме групп из трех направлений измеряют отдельные углы, дополняющие программу. Программа измерений приведена в Инструкции. Способ неполных приемов применяется в триангуляции 2 класса на пунктах с 7 – 9 направлениями.

Обработка результатов измерений на станции заключается в определении средних значений направлений из m приемов в каждой группе и средних значений отдельных углов. По этим средним значениям вычисляют все углы – по три угла из каждой группы из трех направлений. Окончательно уравненные углы вычисляют по формулам способа Шрейбера. С.к.о. уравненных направлений определяют по формуле

где v – разности между измеренными и уравненными значениями углов; n – число направлений на пункте; r – число отдельно измеренных углов в программе. Вес уравненных направлений

где m – число приемов измерений направлений и отдельных углов; n, k – число направлений на пункте и в группе соответственно (k = 3, для углов k = 2).

Достоинства способа: результаты уравнивания на станции равноточны; объем работы на пункте на 20 – 25% меньше, чем в способе Шрейбера; число приемов непосредственных измерений групп при n = 7 – 9 больше, чем в способе Шрейбера, что позволяет более полно ослаблять ошибки измерений; дает возможность измерять направления, на которые в данный момент имеется хорошая видимость; короткая продолжительность приема (2 – 4 минуты), что позволяет уменьшить зависимость точности измерений от качества сигнала.

Недостатки: отсутствуют правила образования групп из трех направлений; при n = 8 нужно измерять большое число отдельных углов, что приводит к неклторому нарушению равноточности уравненных направлений; программа не предусматривает ослабление односторонне действующих ошибок измерений.

Видоизмененный способ измерения углов в комбинациях предложен А.Ф.Томилиным. Используется в триангуляции 2 класса на пунктах с 6 – 9 направлениями. В этом способе на станции с n направлениями независимо измеряют 2n углов:

1.2 2.3 3.4 … n.1;

1.3 2.4 3.5 … n.2.

Каждый угол измеряют 5 или 6 приемами. В этом способе измеряют не все углы, образующие сочетания направлений из n по 2, поэтому результат уравнивания на станции не является рядом равноточных направлений, и формулы для вычислений поправок в измеренные углы являются довольно сложными.

Достоинства способа: при n =7 – 9 число приемов непосредственных измерений углов больше и их точность выше, чем в способе Шрейбера; требует меньшего объема измерений, чем способ во всех комбинациях.

Недостатки: сложные формулы для вычисления поправок в измеренные углы.

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

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

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

Контрольно-измерительные приспособления

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

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

Контрольно-измерительные приспособления подразделяют по следующим признакам:

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

По габаритам и массе (стационарные и переносные);

По количеству контролируемых параметров (одно - и многомерные);

По этапу технологического процесса (операционные, приемочные);

По встроенности в технологическое оборудование (встроенные и невстроенные);

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

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

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

ОСОБЕННОСТИ ОСНОВНЫХ РАБОЧИХ

СРЕДСТВ ИЗМЕРЕНИЙ

Меры длины и углов

Рабочие меры подразделяют по конструктивным признакам на штриховые и концевые .

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

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

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

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

Рис.4 Концевые плоскопараллельные меры длины

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

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

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

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

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

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

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

1-я мера 1,005 мм

2-я мера 1,42 мм

3-я мера 3 мм

4-я мера 40 мм

Сумма: 45,425 мм.

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

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

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

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

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

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

С четырьмя рабочими углами (рис. 6в);

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

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

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

а. Струбцина

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

Рис. 6а Рис. 6б

Рис. 6в Рис. 6г

Рис. 6д Рис. 6е

Рис. 6 Призматические меры для контроля углов

Штангенприборы

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

Рис. 7 Штангенциркуль типа ШЦ – 1

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

Рис. 8 Штангенциркуль типа ШЦ – 12

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

Рис. 8а Основные приемы работ со штангенциркулями

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

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

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

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

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

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

1 – рамка

2 – шкала

3 – рамка

4 – шкала нониуса

Рис. 10 Штангензубомер

Микрометрические приборы

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

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

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

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

Рис. 11 Микрометр

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

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

9 – колпачок; 10 – трещотка.

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

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

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

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

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

Рис.12 Листовой микрометр

Рис 13. Микрометр зубомерный

Рис. 14 Схема измерения зубчатого колеса зубомерным микрометром

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

Рис. 15 Элементы микрометрического нутромера - микрометрическая головка:

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

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

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

Рис.16 Микрометрический глубиномер

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

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

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

14 – измерительные стержни.

Рычажные приборы

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

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

Рис.18 Рычажный микрометр

Индикаторные приборы

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

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

Рис.19 Индикаторная головка

Рис. 20 Индикаторная скоба

Рис. 21 Стойкии

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

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

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

Измерительные машины

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

Рис. 22 Контрольно-измерительные машины

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

Измерение горизонтального угла выполняют способом приемов. При измерении нескольких углов, имеющих общую вершину, применяют способ круговых приемов.

Работу начинают с установки теодолита над центром знака (например, колышка), закрепляющим вершину угла, и визирных целей (вех, специальных марок на штативах) на концах сторон угла.

Установка теодолита в рабочее положение состоит из центрирования прибора, горизонтирования его и фокусирования зрительной трубы.

Центрирование выполняют с помощью отвеса. Устанавливают штатив над колышком так, чтобы плоскость его головки была горизонтальна, а высота соответствовала росту наблюдателя. Закрепляют теодолит на штативе, подвешивают отвес на крючке станового винта и, ослабив его, перемещают теодолит по головке штатива до совмещения острия отвеса с центром колышка. Точность центрирования нитяным отвесом 3 – 5 мм.

Пользуясь оптическим центриром, теодолита (если такой у теодолита имеется), сначала надо выполнить горизонтирование, а затем центрирование. Точность центрирования оптическим центриром 1 – 2 мм.

Горизонтирование теодолита выполняют в следующем порядке. Поворачивая алидаду, устанавливают ее уровень по направлению двух подъемных винтов, и, вращая их в разные стороны, приводят пузырёк уровня в нуль-пункт. Затем поворачивают алидаду на 90º и третьим подъёмным винтом снова приводят пузырёк в нуль-пункт.

Фокусирование зрительной трубы выполняют “по глазу” и “по предмету”. Фокусируя “по глазу”, вращением диоптрийного кольца окуляра добиваются четкого изображения сетки нитей. Фокусируя “по предмету”, вращая рукоятку кремальеры, добиваются четкого изображения наблюдаемого предмета. Фокусирование должно быть выполнено так, чтобы при покачивании головы наблюдателя изображение не перемещалось относительно штрихов сетки нитей.

Измерение угла способом приемов. Прием состоит из двух полуприемов. Первый полуприем выполняют при положении вертикального круга слева от зрительной трубы. Закрепив лимб и открепив алидаду, наводят зрительную трубу на правую визирную цель. После того как наблюдаемый знак попал в поле зрения трубы, зажимают закрепительные винты алидады и зрительной трубы и, действуя наводящими винтами алидады и трубы, наводят центр сетки нитей на изображение знака и берут отсчёт по горизонтальному кругу. Затем, открепив трубу и алидаду, наводят трубу на левую визирную цель и берут второй отсчёт. Разность первого и второго отсчётов даёт величину измеряемого угла. Если первый отсчёт оказался меньше второго, то к нему прибавляют 360º.

Второй полуприем выполняют при положении вертикального круга справа, для чего переводят трубу через зенит. Чтобы отсчёты отличались от взятых в первом полуприеме, смещают лимб на несколько градусов. Затем измерения выполняют в той же последовательности, как в первом полуприеме.

Если результаты измерения угла в полуприёмах различаются не более двойной точности прибора (то есть 1¢ для теодолита Т30), вычисляют среднее, которое и принимают за окончательный результат.

Понятие об измерении способом круговых приемов нескольких углов, имеющих общую вершину. Одно из направлений принимают за начальное. Поочередно, по ходу часовой стрелки, при круге слева наводят трубу на все визирные цели и берут отсчеты. Последнее наведение вновь делают на начальное направление. Затем, переведя трубу через зенит, вновь наблюдают все направления, но в обратном порядке – против часовой стрелки. Из отсчетов при круге слева и круге справа находят средние и вычитают из них среднее значение начального направления. Получают список направлений – углов, отсчитываемых от начального направления.