ДЛЯ ТЕХНИКУМОВ

НН. Марков

ГМ. Ганевский

КОНСТРУКЦИЯ,
РАСЧЕТ

И ЭКСПЛУАТАЦИЯ
КОНТРОЛЬНО-
ИЗМЕРИТЕЛЬНЫХ
ИНСТРУМЕНТОВ

И ПРИБОРОВ

• Машиностроение •
ББК 34.5-7-5я723

М26

УДК [681.12 + 681.2]. 001.66 (075.32)

Федеральная целевая программа книгоиздания России

Рецензент П. И. Каганер

Марков Н. Н., Ганевский Г. М.

М26 Конструкция, расчет и эксплуатация контрольно-изме-
рительных инструментов и приборов: Учебник для технику-
мов по специальности «Производство контрольно-измеритель-
ных инструментов и приборов». — 2-е изд., перераб и доп. —
М.: Машиностроение, 1993. —416 с.: ил

ISBN 5-217-01265-Х

Изложены сведения о конструкциях приборов, методах расчета неко-
торых точностных показателей, источниках погрешностей, поверке средств
измерения, схемах измерения, основах выбора измерительных средств.

Во втором издании (1-е нзд. 1981 г.) даны сведения о новых приборах,
об оснащении приборов цифровыми отсчетными устройствами н микро-
процессорами, об измерительных средствах в ГПС. Для закрепления изу-
чаемого материала в учебнике приведены контрольные вопросы, описания
контрольных и лабораторных работ.

2706040000—619
038 (01)—93

135—91

ББК 34.5-7-5я723

ISBN 5-217-01265-Х

(С) Издательство «Машиностроение», 1981

(g) Н. Н. Марков, Г. М. Ганевский, 1993
ОГЛАВЛЕНИЕ

Предисловие......................................................... 7

Введение............................................................ 9

Контрольные вопросы ............................................... 14

Раздел I. Основы технических измерений............................. 15

Глава 1. Основные понятия н определения............................ 15

§ I.	Основные термины и определения................... .	15

§ 2.	Классификация методов и средств измерения.............. jg

§ 3.	Общая структура измерительных приборов................. 21

§ 4.	Технические характеристики измерительных средств ...

Контрольные вопросы ............................................... 24

Глава 2. Погрешность прибора и погрешность измерения прибором ...	24

§ 1.	Понятие о погрешности измерения (прибора) ...	24

§ 2.	Систематические и случайные погрешности................ 26

§ 3.	Определение систематической н случайной погрешностей . .	26

§ 4.	Числовые характеристики случайных погрешностей ....	3]

§ 5.	Обработка результатов измерения для определения погреш-
ности измерения............................................. 33

§ 6.	Составляющие погрешности измерения .................... 35

§ 7.	Нормальная температура..............................    35

Контрольные вопросы	......... ....	36

Раздел II. Универсальные средства измерения . . . .

Глава 3. Плоскопараллельные концевые меры длины........... .

§ 1.	Основные положения...................... ...........

§ 2.	Конструкция концевых мер длины......................

§ 3.	Наборы концевых мер, прнтираемость и блоки концевых
мер......................................................

§ 4.	Основные технические требования к концевым мерам длины .

§ 5.	Области применения концевых мер длины.......- . . .

§ 6.	Методы и средства поверки концевых мер длины ....
Контрольные вопросы ...........................................

Глава 4. Измерительные лииейки и штангенинструмент ...

§ 1.	Измерительные металлические линейки

§ 2.	Штангенинструмент ..................................

Лабораторная работа № 1. Измерение штангенциркулем .	.

Контрольные вопросы .	......................................

Глава 5. Измерительные средства с механическим преобразованием .
Измерительные головки ...........................................

§ 1.	Измерительные головки с зубчатым механизмом. Индика-
торы часового типа .......................................

§ 2.	Измерительные головки с рычажно-зубчатым механизмом .

§ 3.	Измерительные головки с пружинным механизмом........

§ 4.	Погрешности рычажных передач........................

37

37

37

38

38

40

43

44

45

45

45

47

60

62

63

63

68

79
§ 5.	Измерительные головки с электронным цифровым отсчетным
устройством................................................. 92

§ 6.	Штативы н стойки, используемые с измерительными голов-
ками ....................................................... 96

Измер...................ительные средства с корпусом в виде скобы............... 99

§ 7.	Двухточечная схема измерения линейных размеров.......	99

§ 8.	Микрометры гладкие........................................ 101

§ 9.	Микрометры рычажные...................................... 108

§ 10.	Скобы с отсчетным устройством............................ 111

§ 11.	Измерительные средства с корпусом в виде скобы и цифро-
вым электронным отсчетным	устройстве»!............... 114

Контрольные вопросы ................................................ 118

Лабораторная работа № 2. Измерения микрометрическими измерительными
средствами.......................................................... 119

Лабораторная работа № 3. Измерения индикатором часового типа, ми-
крометром, рычажным микрометром и скобой с отсчетным устройством . .	123

Измерительные средства для внутренних размеров................. 125

§ 12.	Особенности измерения внутренних размеров................ 125

§ 13.	Основные виды измерительных средств для внутренних
размеров................................................... 126

§ 14.	Специфические составляющие погрешности измерении, свя-
занные с измерением внутренних размеров.................... 126

§ 15.	Накладные средства измерения внутренних размеров. Ну-
тромеры ................................................... 129

§ 16.	Станковые приборы для измерения внутренних размеров . . .	137

Контрольные вопросы ................................................ 142

Лабораторная работа № 4. Измерение нутромером индикаторным	....	143

Глава 6. Измерительные средства с электрическим преобразованием
(электрические приборы)............................................ 144

§	1.	Общие положения..................................... 144

§	2.	Приборы с индуктивным	датчиком...................... 145

§	3.	Приборы с емкостным датчиком ....................... 153

§ 4.	Достоинства и недостатки измерительных средств с электри-
ческим преобразованием....................................... 157

§ 5.	Перспективы развития измерительных средств с электриче-
ским преобразованием......................................... 158

Контрольные вопросы ............................................... 159

Глава 7. Измерительные средства с пневматическим преобразованием
(пневматические приборы)........................................... 159

§	1.	Общие положения................................... 159

§ 2.	Пневматические измерительные средства постоянного пере-
пада давления (приборы	ротаметрического	типа).......... 161

§ 3.	Пневматические измерительные средства переменного пере-
пада давления (приборы	манометрического	типа).......... 164

§ 4.	Измерительная оснастка, используемая с пневматическими
приборами, и виды производимых измерений.................... 168

§ 5.	Достоинства н недостатки измерительных средств с пневма-
тическим преобразованием.................................... 171

§ 6.	Перспективы развития измерительных средств с пневмати-
ческим преобразованием и область	их применения........	172

Контрольные вопросы ............................................... 173

Глава 8. Измерительные средства с оптико-механическим преобразова-
нием ............................................................ 174

§ 1.	Оптиметры ........................................... 174

§ 2.	Длиномеры ........................................... 179

§ 3.	Интерферометры........................................ 184

§ 4.	Оптические средства измерения больших размеров.......	189
§ 5.	Двухкоординатиые измерительные	приборы............... 194

§ 6.	Проекторы ........................................... 202

Контрольные вопросы ............................................. 205

Лабораторная работа № 5. Измерение на горизонтальном оптиметре . .	206

Лабораторная работа № 6. Измерение на вертикальном длиномере
и вертикальном контактном интерферометре......................... 208

Глава 9. Выбор универсальных средств намерения................... 212

§ 1.	Общие положения...................................... 212

§ 2.	Предельная погрешность измерения н ее составляющие...	212

§ 3.	Влияние погрешности измерения на результаты разбра-
ковки ..................................................... 215

§ 4.	Допускаемая погрешность измерения.................... 219

§ 5.	Методика выбора измерительных средств................ 221

Контрольные вопросы ............................................. 221

Раздел III. Специальные средства	измерения ....	222

Глава 10. Калибры................................................ 222

§ 1.	Калибры нормальные .................................. 222

§ 2.	Предельные калибры для гладких цилиндрических дета-
лей ....................................................... 224

§ 3.	Достоинства и недостатки калибров.................... 232

§ 4.	Перспективы развития калибров........................ 232

Контрольные вопросы ............................................. 233

Глава 11. Средства намерения резьбы.............................. 233

§ 1.	Основные элементы цилиндрической метрической резьбы . . .	233

§ 2.	Комплексные средства контроля	резьбы.................. 234

§ 3.	Измерения отдельных элементов резьбы (дифференцирован-
ное измерение резьбы) . . . . :............................ 238

Контрольные вопросы ............................................. 247

Лабораторная работа № 7. Измерение резьбы на инструментальных или
универсальных микроскопах ....................................... 247

Лабораторная работа № 8. Измерение среднего диаметра резьбы микро-
метром со вставками и методом трех	проволочек................... 250

Глава 12. Методы н средства измерения углов...................... 254

§ 1.	Система единиц на угловые размеры.................... 254

§ 2.	Классификация методов н средств нзмерення углов...... 255

§ 3.	Методы и средства измерения углов, основанные на сравне-
нии угла с мерой, имеющей постоянное значение угла ....	255

$ 4.	Методы н средства нзмерення углов, основанные на сравне-
нии с углом, на который настраивается измерительное сред-
ство .....................................................

§ 5.	Методы н средства нзмерення углов, основанные на сравнении 260

с углом на угловой шкале прибора..........'............ 263

§ 6.	Методы н средства измерения координат, образующих угол,
' н расчет угла с использованием тригонометрических функ-
ций ....................................................... 272

Контрольные вопросы ........................................... 274

Лабораторная работа № 9. Измерение углов угломерами и на синусных
линейках......................................................  274

Глава 13. Средства измерения отклонений формы поверхностей ....	278

§ 1.	Общие понятия ....................................... 278

§ 2.	Средства нзмерення отклонений от плоскостности....... 278

§ 3.	Средства измерения отклонений от прямолинейности в плос-
кости ..................................................... 282

§ 4.	Средства нзмерення отклонений формы цилиндрических де-
талей ..................................................... 288

Контрольные вопросы ........................................... 292
Глава 14. Средства измерения отклонений расположения поверхностей . .	292

§ 1.	Принципиальные положения по измерению отклонений рас-
положения поверхностей...................................... 292

§ 2.	Общие сведения о координатных измерительных устрой-
ствах ...................................................... 297

§ 3.	Типы координатно-измерительных машин................... 299

§ 4.	Конструкции функциональных узлов координатно-измери-
тельных машин .............................................. 304

§ 5.	Математическое обеспечение координатно-измерительных
машин ...................................................... 318

§ 6.	Измерения на координатно-измерительных машинах ....	323

§ 7.	Составляющие погрешности измерения иа координатно-изме-
рительных машинах........................................... 326

§ 8.	Нормируемые показатели точности и поверка координатно-
измерительных машин........................................  329

§ 9.	Отечественные координатно-измерительные машины. .	339

Контрольные вопросы ...	....... ....	...	344

Глава 15. Средства измерения зубчатых колес и передач.....	344

§ 1.	Общие положения......................................   344

§ 2.	Измерение параметров, характеризующих кинематическую
точность..................................................   345

§ 3.	Измерение параметров, характеризующих плавность ра-
боты ....................................................... 351

§ 4.	Измерение параметров, характеризующих полноту кон-
такта ...................................................... 355

§ 5.	Измерение параметров, характеризующих боковой зазор . . .	356

Контрольные вопросы .............................................. 358

Лабораторная работаК» 10. Измерение цилиндрических зубчатых колес . .	359

Глава 16. Средства измерения шероховатости ...	363

§ 1.	Основные понятия и определения......................... 363

§ 2.	Нормируемые параметры шероховатости.................... 364

§ 3.	Определение шероховатости сравнением с образцами ....	364

§ 4.	Бесконтактные средства измерения шероховатости .	.'.	365

§ 5.	Контактные средства измерения шероховатости............ 368

Контрольные вопросы .............................................  375

Лабораторная работа № 11. Измерение шероховатости поверхности . . .	375

Глава 17. Средства автоматизации измерения размеров............... 378

§ 1.	Основные виды средств автоматизации и механизации про-
цесса измерения............................................. 378

§ 2.	Средства измерения деталей в процессе обработки (приборы
управляющие, приборы активного контроля) ................... 379

§ 3.	Контрольные автоматы'.................................. 396

§ 4.	Автоматизированные измерительные устройства............ 402

§ 5.	Измерение линейных н угловых размеров в гибких произ-
водственных системах машиностроения ........................ 404

Контрольные вопросы ....................................... ...

Раздел IV. Основные мероприятия по обеспечению
единства измерения	............................... 409

Г лава 16. Основные сведения по поверке средств измерения и обеспече-
нию единства измерений ........................................... 409

Глава 19. Ведомственная	метрологическая служба.................... 412

Контрольные вопросы .............................................. 414

Список литературы.................. ......... .................. 415
ПРЕДИСЛОВИЕ

Современное машиностроение можно характеризо-
вать как взаимозаменяемое производство, отличающееся высокой
производительностью и точностью изготовления. Давно забыты
те времена, когда две детали, входящие одна в другую, делались
одним человеком с подгонкой одной детали к другой. При взаимо-
заменяемом производстве две сопрягаемые детали изготовляются
часто не только разными людьми, но и на разных станках, в раз-
ных цехах, а иногда даже в разных городах и странах, в разное
время.

Такие возможности взаимозаменяемого производства обеспе-
чиваются как наличием соответствующей документации, станков,
приспособлений и режущего инструмента, так и наличием соот-
ветствующих измерительных средств, обеспечивающих измере-
ние с необходимой точностью в разных местах, разными операто-
рами, с заданной производительностью.

Основным видом измерений, осуществляемых в машинострое-
нии, является измерение линейных и угловых размеров *, которые
рассматриваются в настоящем учебнике.

В машиностроении 90—95% всех измерений приходится на
измерение линейных размеров. В электромашиностроении этот
вид измерений составляет 80%.

Основной задачей при создании новых и модернизации сущест-
вующих измерительных средств должно быть повышение качества
и эффективности современного производства.

Настоящий учебник призван способствовать выполнению этой
важнейшей задачи. При его написании авторы стремились к соз-
данию учебника.имеющего ряд принципиальных отличий от моно-
графий.. Это отличие авторы усматривают в том, что в учебнике
почти нет строго выдержанных технических данных в отношении
характеристик конкретных видов измерительных средств, выпу-
скаемых определенным заводом. Эти данные относительно быстро
стареют и при необходимости их следует брать непосредственно

* Линейный размер — это размер, который выражается в линейных едини-
цах измерения, т. е. метрах, миллиметрах и других дольных и кратных едини-
цах. К измерению линейных размеров относятся измерения диаметров и длин
цилиндрических деталей, длины, ширины и высоты плоских деталей и т. д.

Угловой размер— это угол между двумя поверхностями. Частным случаем
таких измерений является измерение отклонений от прямого угла нли точность
расположения зубьев в зубчатом колесе.
из первоисточников, т. е. из заводской документации. В изложении
материала авторы прибегали к форме, которая способствовала бы
лучшему пониманию и усвоению материала. Поэтому основные ма-
териалы, которые обязательно должны быть усвоены учащимися,
выделены полужирным шрифтом. Обращено основное внимание
на изложение принципиальных особенностей измерительных
средств и в меньшей мере — иа описание их конкретных конструк-
ций, которые относительно быстро изменяются.

Глава 8 и все лабораторные работы написаны инж. Г. М. Га-
невским, а остальные главы и разделы — д-ром техн, наук,
проф. Н. Н. Марковым.

Авторы заранее признательны читателям за все советы и за-
мечания, которые просят направлять по адресу: 107076, Москва,
Стромынский пер., д. 4, издательство <Машиностроение».
ВВЕДЕНИЕ

Вполне обоснованно можно предположить, что по-
требность в измерении возникла, когда у человека возникла не-
обходимость определить размеры земельного участка, а также
расстояние до какого-либо объекта, при постройке жилищ, из-
готовлении одежды.

Земельные участки измеряли ступнями ног, вплотную постав-
ленных одна впереди другой, или шагами. Отсюда произошло на-
звание единицы длины — фут (по английски foot — нога, ступня,
вспомните слово футбол — football — «ножной мяч» — при до-
словном переводе).

Использовали меры длины, равные ширине большого пальца
(по-русски дюйм — от голландского слова duim, что при дослов-
ном переводе обозначает большой палец). Названия единиц дли-
ны фут, дюйм до сих пор сохранились в дюймовой системе мер,
еще используемой в США и Англии (1 дюйм составляет 1/12 фута
и равен 0,0254 м « 25,4 мм), хотя значения их отличаются от пер-
воначальных. В качестве более мелких единиц длины исполь-
зовали длину пшеничного зерна и еще меньшую величину — тол-
щину волоса мула.

Приведенные единицы измерения являлись одновременно и
«мерами», т. е. разновидностью измерительных средств. Сравне-
нием измеряемой величины с этими мерами определяли размеры
предметов.

Из древнерусских мер длины для оценки относительно больших
расстояний использовали версты. Высказываются предположе-
ния [211, что это слово происходит от глагола «верстать», обоз-
начающего «распределять», «уравнивать», «уравнивать путем
сравнения» (отсюда появилось такое слово, как сверстник —
однолеток). Слово «верста» указывается в летописях еще 1097 г.
Название единицы длины «верста» сохранилось практически до
Великой Октябрьской социалистической революции, хотя про-
тяженность ее не оставалась постоянной в разные годы и приме-
нялись не только обычные «версты», но и «великие версты».

Для более мелких значений длины, связанных с постройкой,
изготовлением изделий, древнерусские меры включали сажень,
локоть и пядь.

Мера длины «сажень» упоминается в летописях 1017 г. Это
наименование происходит от глагола «стягать» (отсюда происхож-
дение современных слов «досягать», «досягаемый»), и смысл его
можно проиллюстрировать так называемой «косой саженью»,
которая равна расстоянию между подошвой левой ноги и концом
вытянутого среднего пальца правой руки, т. е. реально воспроиз-
водится предел досягаемости для человека, стоящего на земле
[21].

Еще более мелкая единица длины «локоть» представляет
собой длину локтя, т. е. расстояние по прямой от локтевого сгиба
до конца вытянутого среднего пальца руки. Локоть широко
использовали, особенно при торговле разными материалами, им
пользовались даже после появления в XVI в. меры «аршин».

Наиболее мелкой мерой длины являлась пядь, что обозна-
чало в то время кисть руки, и предполагается, что слово это про-
изошло от общего корня «пять», как и слово «пятерня» — наиме-
нование кисти руки, исходя из того, что на ней находится пять
пальцев. Первоначально под пядью понимали меру длины, рав-
ную максимальному расстоянию по прямой между концами вы-
тянутых большого и указательного пальцев.

Таким образом, древнерусская система мер длины включала
версту, сажень, локоть и пядь, которые находились в следующих
соотношениях: 1 верста = 750 саженей = 2250 локтей =
= 4500 пядей. Приведенные меры не охватывают всего значения
«народных мер», приведенных на рис. В.1, употреблявшихся в
быту, мелком ремесле, розничной торговле. Значения этих мер,
т. е. соответствие их современным единицам измерения, установ-
лены [21 ] из размеров тела мужчин с наиболее часто встречаю-
щимся у русских ростом — 170 см.

В XV—XVIII вв. произошло объединение Руси вокруг Мос-
ковского княжества в условиях роста международных связей,
укрепления великокняжеской власти, вследствие чего возникла
естественная заинтересованность в использовании единых мер,
унифицированных с другими странами.

В этот период сохранились ранее используемые меры, хотя
значения их и соотношения несколько изменились, и появилась
новая мера «аршин», которая с течением времени вытеснила ло-
коть и вершок. «Аршин» — это мера, заимствованная с Востока,
появилась в середине XVI в. Происхождение названия меры точно
не установлено, но предполагают [21 ], что оно произошло от наи-
менования турецкой меры длины «аршим» или от персидской меры
длины «арши». Длина аршина равна 720 мм. На аршины обычно
наносили деления в вершках (45 мм). Аршин с его дольной вели-
чиной «вершок» доминировал в торговле. Иногда использовались
и доли вершка — «полвершки» и «чет вершки».

Осуществление поставленной Петром I задачи «прорубить
окно в Европу» привело в XVIII в. к чрезвычайному расширению
культурных, научных, производственных и торговых связей с
Западом. В это время русские меры длины сближаются с англий-
скими путем установления простых соотношений между ними
Основные первичные меры

76 см	76 см	88 см	108см

Дополнительные меры

62 см

Рис. В.1. Русские народные меры (по Б. А. Рыбакову)
(было произведено небольшое изменение русских мер). Была
введена в употребление английская мера фут с ее долями, в связи
с широким использованием этой Меры при кораблестроении.
В этот период совокупность русских мер стала выражаться сле-
дующим образом: сажень = 7 футам (англ.) — 21 336 мм; ар-
шин = 28 дюймам (англ.) = 21/8 футам = 711,2 мм; фут (англ.) =
= 12 дюймам; дюйм = 10 линиям.

В связи с тем, что выбор единиц измерения был произволен,
это привело к их огромному разнообразию. Отдельные единицы
имели не только отдельные страны, но и внутри стран не было еди-
нообразия. Так, в России до Октябрьской революции в справоч-
нике для строителей было приведено 100 разных футов.

На пороге XIX в. 10 декабря 1799 г. произошло значительное
событие в истории измерений: декретом французского революци-
онного правительства была введена во Франции в качестве обя-
зательной метрическая система мер. В этой системе за единицу
длины был принят метр — основная исходная единица, поэтому
и вся система единиц получила название «метрическая».

Само слово метр является французским словом metre от греческого
metron, что означает «мера».

Основное принципиальное отличие метрической системы от
существовавших в разных странах состоит в том, что в ней преду-
смотрено десятичное подразделение мер длины. До этой системы
в основном использовалось разделение основной меры чаще всего
на 12 частей. В России предложение о введении десятичного де-
ления в русских мерах бцло внесено более чем за 50 лет до утвер-
ждения метрической системы во Франции [21 ]. За метр была при-
нята величина, равная одной десятимиллионной (1/10 000 000,
т. е. 1  10-7) части от 1/4 части земного меридиана, который про-
ходит через Париж. Был изготовлен первый эталон в виде плати-
новой линейки шириной около 25 мм и толщиной около 4 мм с рас-
стояниями между концами в 1 метр. Изготовленный метр был пере-
дан на хранение в Архив Франции, где находится до сих пор, и
его называют «метр архива», или «архивный метр». Однако ис-
пользовать понятие «естественный метр» рказалось практически
невозможно, поскольку даже руководители измерений обнаружи-
ли, что расхождения в результатах измерения меридиана (а изме-
рения производились от Дюнкерна — Франция, до Барселоны —
Испания) достигало 0,01%. Вместе с тем преимущества метриче-
ской системы по сравнению с существовавшими и желания иметь
международные единицы привели к тому, что многие страны Ев-
ропы, Средней и Южной Америки приняли эту систему. Решающее
влияние на принятие метрической системы за международную
оказал доклад, подготовленный русскими академиками Струве,
Вильдом и Якоби, направленный от имени Петербургской ака-
демии наук в Парижскую академию наук. В этом докладе выска-
зывается мысль о необходимости изготовить новые международные
прототипы как можно ближе к архивным и требуемое количество
однотипных копий для распределения между заинтересованными
государствами. Работу эту предлагалось поручить комиссии из
представителей разных государств.

Такая комиссия была организована и собиралась в 1870 и
1872 гг. Эта комиссия решила в 1872 г. отказаться от «естествен-
ного» эталона длины и принять в качестве эталона длину «архив-
ного метра»,т.е. в качестве исходной меры. Поэтому эталону была
изготовлена 31 копия в виде брусков и в форме Х-образного се-
чения (рис. В-2). Такой формой бруска обеспечивается прочность
от изгиба во всех направлениях. Внутри бруска на так называе-
мой нейтральной плоскости, менее всего могущей подвергнуться
изгибу (рис. В-2, аб), вблизи каждого конца нанесены три штри-
ха. Расстояние между средними штрихами равно 1 метру при
0 °C. В качестве материала для изготовления эталонов был взят
сплав платины (90%) и иридия (10%).

Наконец, 20 мая 1875 г., 17 государств, в том числе и Россия,
подписали Метрическую Конвенцию. В настоящее время к этой
конвенции присоединились 43 страны. В Англии и США, сохранив-
ших дюймовую систему, тоже принято решение, которое посте-
пенно реализуется, о .переходе на метрическую систему. Полу-
ченные Россией копии находятся на хранении во Всесоюзном на-
учно-исследовательском институте им. Д. И. Менделеева (ВНИИМ)
в Ленинграде. В России метрическая система была введена в фа-
культативном порядке, т. е. не обязательная к применению, и ее
можно было применять наравне с русскими мерами. Только после
Октябрьской революции метрическая система мер в 1918 г. была
введена в качестве основной системы и копия .эталона за № 28
была принята в качестве Государственного эталона длины —
метра.

В 1960 г. 11-я Генеральная конференция по мерам и весам
приняла новое определение метра. Метр — это «длина, равная
1650763,73 длины волны в вакууме излучения, соответствующего
переходу между уровнями 2р10 и 5dB атома криптона.86.» Для
воспроизведения метра по новому определению во ВНИИМе был
создан эталонный интерферометр. В 1983 г. на 17-й Генеральной
конференции мер и весов в Париже было принято новое опреде-
ление единицы длины — метра. Метр — это длина пути, прохо-
димого светом в вакууме за 1/299792458 долю секунды. Считается,
что такой метод воспроизведения единицы длины проще, чем
было принято до этого. Повышается также точность воспрои-
зведения, поскольку за последние годы ученым удалось более
чем в сто раз повысить точность определения фундаментальной
физической константы — скорости света. .

Единица измерения угла — градус. Слово «градус» латинского
происхождения и означает «ступень». Это название употребляли
в России в XVII и в XVIII вв. наряду с латинским названием
«градус». Градусы, равные 1/360 окружности, не требуют, строго
говоря, эталона, так как полная окружность равна 360°, т. е.
имеется естественный эталон. В качестве угловой меры эту единицу
редко использовали, но широко применяли в различных прибо-
рах, особенно в навигационных.

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ

1.	Когда была введена метрическая система мер, в чем ее преимущество
по сравнению с существующими (с. 13)*?

2.	Когда метрическая система мер была введена у нас в стране (с. 13)?

3.	Какими были первые эталоны метра и что сейчас является Государствен-
ным эталоном метра (с. 13)?

* В скобках указаны номера страниц, где содержится ответ на поставлен-
ный вопрос.
РАЗДЕЛ I

ОСНОВЫ ТЕХНИЧЕСКИХ ИЗМЕРЕНИЙ

Под техническими измерениями обычно принято понимать
измерение' линейных и угловых размеров. Если раньше указы-
вали: «технические измерения в машиностроении», то теперь
слово «в машиностроении» все чаще опускают. Поэтому надо со-
гласиться с определенной условностью, которая заключается
в том, что под техническими измерениями понимают измерения
размеров деталей и изделий, производимых в машиностроении,
в отличие от измерений свойств материала или других физических
величин (температуры, давления и т. д.).

ГЛ АВА 1. ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ И ОПРЕДЕЛЕНИЯ

§ 1.	ОСНОВНЫЕ ТЕРМИНЫ И ОПРЕДЕЛЕНИЯ

Измерение — процесс сравнения физической вели-
чины с некоторым ее значением, принятым за единицу. Единицы
физических величин установлены соответствующими докумен-
тами. Например, единицей длины установлен метр, а также ис-
пользуются меньшие единицы как часть от метра. Поэтому когда
мы измеряем длину какой-то детали с помощью масштабной ли-
нейки, мы сравниваем ее длину с длиной нанесенных на линейке
делений.

Вместе с термином «измерение», а иногда вместо него исполь-
зуют термин «контроль», например, говорят «средства измерения
и контроля». Контроль — разновидность измерения, когда в ре-
зультате процесса сравнения (измерения) устанавливают соответ-
ствие объекта измерения (контроля) заданным предельным значе-
ниям физических величин. Результаты контроля не выдаются в
виде значения физической величины, а чаще всего дается инфор-
мация о годности или негодности контролируемого объекта или
параметра, а иногда по результатам контроля предпринимаются
какие-либо действия по управлению процессом производства или
выдаются команды на разделение контролируемых объектов на
размерные группы в пределах определенных значений или раз-
деление контролируемых деталей на группы годности (годные и
брак). Термин «контроль» чаще всего применяют при использова-
нии калибров и автоматических средств измерения, что более
подробно будет рассмотрено в гл. 10 и 17.

Очень часты случаи, когда измерение производят с целью
контроля, находят значение измеряемого размера, затем сравни-
вают с допускаемыми наибольшими и наименьшими значениями и
определяют годность или негодность детали. Всю совокупность
средств измерения в машиностроении можно разделить на меры
и измерительные приборы. При этом очень грубую ошибку совер-
шают, когда говорят «мерительный инструмент», «мерительный
прибор», поскольку с помощью этих технических средств не «ме-
ряют», а «измеряют».

Очень часто используется, в принципе, неправильный термин
«измерительный инструмент». Этот термин, видимо, укоренился
с тех пор, когда применялись примитивные средства измерения
в виде линеек, циркулей, используемых и для разметки, и для
измерения. В принципе, термин «инструмент» в отношении средств
измерения неверен, потому что инструмент — это орудие челове-
ческого труда или исполнительный механизм, который «...захва-
тывает предмет труда и целесообразно изменяет его» (К- Маркс,
Ф. Энгельс., Соч. 2 изд. Т. 23. С. 384). Поскольку средства
измерения не изменяют предмет труда, а дают информацию о зна-
чении физической величины, которая характеризует состояние
предмета труда, то лучше не употреблять термин «измерительный
инструмент», а лучше говорить «средство измерений» или «изме-
рительный прибор», или еще проще «прибор», а другую разно-
видность средств измерения называют мерой. Поскольку на про-
изводстве все же очень часто применяют термин «инструмент»
к измерительным средствам, то с определенной условностью можно
сказать, что под этим видом средств измерения имеют в виду про-
стейшие его виды, в которых нет шкалы, и предназначены они
для контроля. (Более подробно об этом будет сказано, когда будут
рассматриваться конкретные средства измерения.)

Мерой называют средство измерения, предназначенное для
воспроизведения физической величины заданного размера. На-
пример, килограммовая гиря является мерой воспроизведения
массы (веса) в 1 кг. Слово «воспроизведение» означает, что если
мы будем использовать меру, то мы всегда «воспроизводим»
значения размера, который на ней указан. Обычная масштабная
линейка относится к так называемым многозначным мерам, по-
скольку она воспроизводит единицу длины в определенном диапа-
зоне и с определенной дискретностью.

Измерительным прибором называют средство измерения, пред-
назначенное для выработки измерительной информации. Другими
словами, прибор должен выдать информацию о значении измеря-
емого размера. Это может быть или шкала со стрелкой, или циф-
ровое отсчетное устройство, или записывающее устройство.
В связи с созданием современных производственных про-
цессов, разработкой сложных машин и агрегатов, оснащенных
большим числом функциональных узлов, возникает необходи-
мость не только раздельного измерения в какой-то последователь-
ности отдельных значений физических величин (размеры, пара-
метры тока, температуру и т. д.), но и одновременно измерять
комплекс различных физических величин, которые в сумме
характеризуют состояние объекта в целом. Например, для опре-
деления состояния точности изготовления при определенном
технологическом процессе необходимо одновременно измерять
работу целого ряда оборудования, реализующего этот техноло-
гический процесс, контролировать состояние обрабатывающего
инструмента, наличие заготовок, режимы и точность обработки,
объем изготовленной продукции и т. д.

Измерение этих величин необходимо осуществлять одновре-
менно, потому что только по комплексу данных можно сделать
заключение об общем состоянии технологического процесса в каж-
дый момент времени (часто говорят: «Измерения в режиме теку-
щего времени или в режиме реального времени»), В связи с этим
возникает необходимость в объединении целого ряда однородных
и неоднородных средств измерения в единую систему с включением
в систему вспомогательных соединительных элементов и устройств,
вычислительной техники для обработки результатов измерения
от различных средств измерения и управления процессом сбора
информации, а иногда и для управления процессом поиска возни-
кающих отказов и т. д. При этом имеется в виду, что объединенная
система имеет возможность выдавать объединенный сигнал о
состоянии контролируемого объекта, а иногда и о состоянии от-
дельных входящих в него компонентов. Вот такое объединение
(интеграция) различных измерительных средств в единую систему
получило название «измерительная система», или «информацион-
но-измерительная система», а иногда «измерительно-информацион-
ная система».

Информационно-измерительной (измерительно-информацион-
ной) системой называют совокупность функционально объединен-
ных измерительных, вычислительных и других вспомогательных
технических средств для получения измерительной информации,
ее преобразования, обработки с целью передачи потребителю
(в том числе для ввода в автоматическую систему управления)
в определенном виде либо эту измерительную информацию ис-
пользуют для выполнения функций контроля, диагностики, рас-
познавания образа. Приведенное определение несколько расплыв-
чато как и, в принципе, расплывчата и сама граница, разделяю-
щая сложные приборы и информационно-измерительные системы.
Но все же можно отметить, что отличительным признаком инфор-
мационно-измерительной системы является блочно-модульный
принцип построения используемых технических средств, связан-
ных единым алгоритмом для получения комплексной информации
о состоянии контролируемого объекта. При этом в одной системе,
как правило, объединяются средства для измерения различных
физических величин. Например, для оценки работоспособности
космического корабля установлено большое число всевозможных
модульных измерительных устройств, измеряющих разные физи-
ческие величины, которые объединены в единую систему, и на пульт
космонавта поступает общий сигнал о состоянии функциональных
узлов корабля вообще, а также информация о работе определен-
ных функциональных звеньев.

В машиностроении в качестве информационно-измерительной
системы может быть комплект приборов и вспомогательных уст-
ройств, объединенных в единую систему для контроля состояния
работы, например, в цехе гальванического покрытия. Эта система
должна включать приборы для измерения концентрации состава,
температуры, времени протекания процесса и т. д., а также вы-
числительную технику, осуществляющую не только обработку
результатов измерения, но и управление производственным про-
цессом по результатам измерения с выдачей сигнала о состоянии
производства.

Еще одна особенность информационно-измерительных систем
заключается в том, что они, как правило, не изготавливаются как
единая целая конструкция, а составляются из отдельных средств
измерений (модулей), которые вместе с дополнительными связую-
щими элементами и вычислительной техникой монтируются непо-
средственно на контролируемом объекте. Возможны и стандартные
информационно-измерительные системы, т. е. включающие опре-
деленный набор средств измерения с соответствующими связями,
которые решают часто встречающиеся задачи, но в машинострои-
тельном производстве такие системы практически не используются,
а возникает необходимость создавать специальные информацион-
но-измерительные системы для обслуживания определенных тех-
нологических процессов.

В зависимости от задачи, ради которой создается информацион-
но-измерительная система, их можно разделить на четыре
вида:

измерительная система, дающая информацию о числовых зна-
чениях ряда измеряемых физических величин;

система автоматического контроля, сообщающая о том, что
на контролируемом объекте все в порядке или есть нарушения;

система диагностики, которая не только контролирует со-
стояние объекта контроля, но и в случае неполадок сообщает мес-
то, где имеются неполадки, а иногда и причины неполадок;

система распознавания образа (идентификации), которая дает
информацию о видах объекта, которые появляются в зоне дейст-
вия этой информационно-измерительной системы по результа-
там измерения ряда параметров этих объектов.

Но надо обратить внимание на главную принципиальную осо-
бенность, что приведенная классификация информационно-изме-
18
рительных систем учитывает только поставленные перед этой
системой цели, т. е. решает определенную задачу. Основой всех
этих систем является обязательно измерительная система, т. е.
набор необходимых измерительных приборов.

Таким образом, если проводить классификацию измерительных
средств по принципиальным признакам, то эти средства измерения
целесообразно разделять на меры и измерительные приборы, ко-
торые могут применяться в отдельности или объединяться в комп-
лексы, в зависимости от поставленной перед измерением цели,
и, в частности, для создания информационно-измерительных
систем.

Действительный размер — это размер, установленный изме-
рением с допускаемой погрешностью. Это понятие означает, что
если необходимо определить годность размера у какой-либо де-
тали, то естествен но, что этот размер необходимо измерить опре-
деленным средством измерения и при таких условиях, чтобы по-
грешность измерения была в заданных пределах, т. е. не пре-
вышала определенных значений, установленных специальным до-
кументом. Если находится размер с погрешностью, не превышаю-
щей допускаемую, то это означает, что выявляется «действитель-
ный размер».

§ 2.	КЛАССИФИКАЦИЯ МЕТОДОВ И СРЕДСТВ
ИЗМЕРЕНИЯ

В заголовке параграфа дано новое понятие «метод
измерения». Понятие «метод измерения» используют для того,
чтобы указать на то, как применяются средства измерения, на
каком принципе они основаны, каково их взаимодействие с изме-
ряемой деталью. Так много включается в понятие «метод изме-
рения», что не всегда одинаково об этом говорят и понимают.
В этом параграфе слово «метод» будет встречаться в разных со-
четаниях.

В зависимости от количества одновременно выявляемых раз-
меров методы и средства измерения разделяют на дифференциро-
ванные (или поэлементные) и комплексные.

Дифференцированным (поэлементным) называется измерение,
когда у детали (изделия) сложной формы измеряется в отдельности
каждый из ее элементов или параметров, которые характеризуют
точность

(дифференциация — французское слово, произошло от латинского и обозначает
разделение, расчленение, расслоение целого на различные части, формы н сту-
пени). Например, при измерении резьбовой детали определяют отдельно значе-
ния диаметров (наружного, внутреннего и среднего), размер шага, угол про-
филя.

Комплексными называются измерения, при которых опреде-
ляется влияние комплекса элементов, из которых состоит деталь
(изделие) сложной формы и выявляются эксплуатационные по-
казатели. В этом случае выявляется влияние всех элементов вместе,
в их взаимосвязи между собой (комплекс — латинское слово и
обозначает совокупность предметов, явлений или свойств, обра-
зующих одное целое).

Так, если для проверки резьбы, например, болта взять точно изготовлен-
ную спепиальную гайку (ее называют калибром), свинтить ее с проверяемым бол-
том, то при свинчивании выявляется соответствие допускаемым значениям ком-
плекса размеров отдельных элементов резьбы (диаметров, шага и угла профиля).

Комплексные методы и средства наиболее удобны при приемке
изготовленных деталей или машин (приемочный контроль), по-
скольку позволяют оценивать свойства, близкие к эксплуатаци-
онным.

Дифференцированные методы и средства наиболее удобны при
изготовлении деталей или даже машин (технологический контроль),
поскольку позволяют выявить, какой из элементов детали или
машины вышел за пределы допускаемых значений, и даже уста-
новить причины, т. е. определить, какой параметр технологиче-
ского процесса повлиял на погрешность изготовления этого пара-
метра.

По характеру взаимодействия средств измерения с поверхно-
стью измеряемой детали методы и средства измерения разделяют
на контактные и бесконтактные. .

Контактными называются измерения, при которых измери-
тельное средство имеет механический контакт с поверхностью
измеряемого объекта.

Бесконтактными называются измерения, при которых измери-
тельное средство не имеет механического контакта с поверхностью
измеряемого объекта. Типичным примером таких измерений яв-
ляются измерения с помощью оптических средств при проеци-
ровании контура детали на экран для сравнения с чертежом.

При рассмотрении измерительных средств и методов измерения
часто говорят о «принципе действия или принципе измерения».

Принцип действия или измерения — это совокупность физиче-
ских явлений, на которых основано действие используемых изме-
рительных средств. В существующих измерительных средствах
используют механические, оптические, пневматические, электри-
ческие и другие принципы действия. При этом многие измеритель-
ные средства включают в себя их несколько. Дальше эти прин-
ципы будут рассмотрены.

Очень часто используют еще один классификационный признак
измерительных средств в зависимости от области их применения.
Эта классификация относится и к приборам, и к мерам и разде-
ляет их на универсальные, или приборы общего назначения, и
специальные приборы и меры.

Универсальными называются средства измерения, предназна-
ченные для измерения длин или углов в определенном диапазоне
размеров вне зависимости от конфигурации измеряемого объекта.
Например, если имеется прибор для измерения угла — угломер
и он может измерять угол у любой детали, то он будет универсаль-
ным.

Приборами специального назначения называются приборы,
предназначенные для измерения деталей определенной кон-
фигурации или для измерения определенного параметра деталей.
Например, выделяют приборы для измерения параметров зубча-
тых колес, резьбы и т. д. — это специальные приборы для изме-
рения деталей определенной конфигурации.

§ 3.	ОБЩАЯ СТРУКТУРА ИЗМЕРИТЕЛЬНЫХ
ПРИБОРОВ

Известно, что одну тысячную долю миллиметра
(0,001 мм — микрометр) практически невозможно увидеть нево-
оруженным глазом, а прибор дает такую возможность, так как
он «показывает» его с большим увеличением. Поэтому, когда го-
ворят о принципе действия (см. ранее сказанное), то имеют в виду
физический принцип, который используется для такого «увеличе-
ния». Простейшим примером такого устройства является исполь-
зование обыкновенного рычага. Если взять рычаг с соотношением
плеч 1 : 1 (рис. 1.1), то при перемещении одного конца рычага на
какую-то величину второй конец переместится на такую же ве-
личину и сравнить их перемещения «на глаз» невозможно. А
если взять рычаг с соотношением плеч 1 : 10, то при перемещении
конца рычага с малым плечом на 1 мм (что не всегда можно заме-
тить) конец рычага большого плеча переместится на 10 мм (это
уже заметно будет «на глаз»), т. е. рычаг преобразовал перемеще-
ние в информацию, которая доступна для наблюдения.

Таким образом, основным узлом прибора является устройство,
дающее возможность преобразовать малые перемещения, связан-
ные с измеряемым размером, в большие перемещения, которые
можно увидеть (отсчитать), записать.

В измерительном приборе часто выделяют функциональные
узлы (узлы, выполняющие определенную функцию), обеспечиваю-
щие взаимодействия с измеряемым объектом, преобразование

измеряемого значения и представление его в виде, доступном для

восприятия.

Часть устройства при-
бора, непосредственно взаи-
модействующая с измеряемым
объектом, называется часто
чувствительным элементом
прибора, или более просто в
отношении приборов, осно-
ванных на контактных прин-
ципах действия, — измери-
тельным наконечником.

Рис. 1.1. Рычажная передача для увели-
чения перемещения
Функциональный узел прибора, предназначенный для отсчи-
тывания значений измеряемой величины, носит название отсчет-
ное устройство прибора или регистрирующее.

Остальные структурные элементы будут указаны при рассмот-
рении конкретных видов различных измерительных средств.

§ 4.	ТЕХНИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ
ИЗМЕРИТЕЛЬНЫХ СРЕДСТВ

Для всех средств измерения должны быть указаны их
характеристики, которые называют техническими, поскольку они
характеризуют их технические возможности. К техническим ха-
рактеристикам относятся значения физических величин, которые
могут быть измерены этим средством измерения, например, какие
длины могут быть измерены прибором, какие наименьшие зна-
чения могут быть отсчитаны при измерении и т. д. Иногда техни-
ческие характеристики называют метрологическими характери-
стиками, что не совсем точно. Дело в том, что метрология — это
наука об измерениях, методах и средствах обеспечения единства
и способов достижения требуемой точности. Более подробно эти
вопросы и, в частности, об обеспечении единства измерений рас-
смотрены в разделе IV. Здесь же только отметим, что основное со-
держание науки метрологии — точность измерения. Поэтому,
когда говорят о метрологических характеристиках, то имеются
в виду такие технические характеристики, которые характери-
зуют точность измерения этим средством, или показатели, кото-
рые определяют его точностные возможности. Основной метроло-
гической технической характеристикой прибора является его
погрешность, а иногда и погрешность измерения. Но эти вопросы
настолько важны для всех средств измерения, что их рассмотрению
посвящена вся последующая глава.

Диапазон измерений, который часто называют пределом изме-
рений — это диапазон значений размеров, который может быть
измерен данным измерительным средством и для которого норми-
руется' допускаемая погрешность средства измерения. Термин
«предел измерений» целесообразно использовать вместо диапа-
зона измерений в том случае, когда меньшее значение диапазона
измерений равно нулю. Так, вместо указания диапазона измерения
О—400 мм можно указать, что предел измерения 400 мм. Иногда
диапазон измерений путают с понятием диапазон показаний.

Диапазон показаний — это область значений измеряемого раз-
мера, которая может быть отсчитана по шкале, или ширина записи,
или объем цифрового отсчетного устройства. Этот параметр часто
называют «пределы измерения по шкале», что более полно и од-
нозначно характеризует физическую сущность этого параметра.
Для характеристики шкалы, а вместе с ней и всего прибора суще-
ствует основной термин — цена деления.	’

Ценой деления шкалы называется разность значений величин,
соответствующих двум соседним отметкам шкалы. Очень часто
22
говорят о цене деления как о значении измеряемого размера, соот-
ветствующего одному делению шкалы. И то, и другое определение
идентичны, надо только помнить о том, что если стрелка (индекс)
прибора переместилась на шкале от одного деления на другое, то
это означает, что измеряемый размер изменился на величину,
равную цене деления. Значения цен делений применяют из ряда
1, 2, 5, т. е. цена деления составляет 1, 2, 5, 10, 20, 50, 100,
200, 500 мкм. Но чаще всего используют кратные и дольные зна-
чения от 1 и 2, а именно 0,01; 0,02; 0,1; 0,2; 1; 2; 10 мкм.

Интервал деления шкалы — это расстояние между серединами
двух соседних штрихов шкалы. Если цена деления показывает,
чему соответствует перемещение стрелки от одного деления до
другого, то интервал делений «говорит», на сколько перемести-
лась стрелка, если размер изменился на величину, равную цене
деления. Практически во всех приборах для измерения длины и
угла используют так называемую равномерную шкалу, т. е. все
интервалы размеров номинально равны. В зависимости от вида
измерительного прибора интервал делений шкал выбирают в ди-
апазоне от 0,9 до 2,5 мм, хотя имеются шкалы и с большим, и
с меньшим интервалами. Однако между ценой деления и интерва-
лом делений существует определенная связь, которую называют
часто передаточным числом прибора и обозначают и. Оно равно
а
отношению интервала деления а к цене деления с, т. е. и = -у.
По этому соотношению можно определить передаточное число
прибора, если известны а и с. Например, при цене деления
0,01 мм (с = 0,01 мм) и интервале деления 1,57 мм (а = 1,57)
передаточное число и =-qoj = 157. При конструировании по-
ступают наоборот, т. е. задают цену деления и интервал делений,
по которым создают механизм с определенным передаточным чис-
лом. Но чаще всего эта задача решается комплексно.

Иногда ошибочно предполагают, что с увеличением интервала делений по-
вышается точность намерения, так как есть возможность отсчитывать не только
по отдельным штрихам, но и между делениями, т. е. части деления. Даже теоре-
тически доказывается, что необходимо принимать интервал делений в 1 мм для
того, чтобы оператор мог отсчитать одну десятую от делений, поскольку челове-
ческий глаз в состоянии увидеть на расстоянии 250 мм две точки разделенными,
если расстояние между инми не менее 0,075 мм («0,1 мм). Однако эти рекомен-
дации об отсчитывании долей делений являются глубоко ошибочными. Цену де-
ления обычно выбирают таким образом, чтобы погрешность прибора на-всем диа-
пазоне показаний или хотя бы на части укладывалась в пределах цены деления.
И какой смысл отсчитывать дробные деления от интервала, если погрешность
при этом близка к цене деления?

Поэтому при конструкции шкал к приборам необходимо стремиться обеспе-
чивать и цену деления, и интервал делений в зависимости от погрешности при-
бора без отсчитывания дробных значений делений шкалы.

И еще один термин из технической характеристики относится
к приборам с контактным методом измерения — это измерительное
усилие.
Измерительным усилием называется сила, с которой измери-
тельный прибор воздействует на измеряемую поверхность в на-
правлении линии, по которой производится измерение. Измери-
тельное усилие необходимо для того, чтобы обеспечить устойчи-
вое замыкание измерительной цепи. Пожалуй, более важной ха-
рактеристикой измерительного усилия является перепад этого
усилия.

Перепадом измерительного усилия называется разность изме-
рительного усилия при двух положениях стрелки (указателя)
в пределах диапазона показаний.

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ

1.	Что такое измерение и контроль, какая между ними разница (с. 15)?

2.	Что такое, мера н измерительный прибор, что такое информационно-
измерительная система (с. 16)?

3.	Что такое действительный размер (с. 19)?

4.	Какая разница между дифференцированными и комплексными измере-
ниями (с. 19)?

5.	Что такое контактные и бесконтактные измерения (с. 20)?

6.	Какая разница между универсальными приборами и приборами специаль-
ного назначения? Приведите примеры приборов специального назначения (с. 20)

7.	Что такое метрология (с. 20)?

8.	Что обозначают технические характеристики: диапазон измерений,
диапазон показаний, цена деления, интервал делений, измерительное усилие
и его перепад (с. 24)?

ГЛАВА 2. ПОГРЕШНОСТЬ ПРИБОРА

И ПОГРЕШНОСТЬ ИЗМЕРЕНИЯ ПРИБОРОМ

§ Е ПОНЯТИЕ О ПОГРЕШНОСТИ ИЗМЕРЕНИЯ
(ПРИБОРА)

Погрешность измерения — это отклонение значений
величины, найденной путем измерения, от истинного ее значения.
Поскольку истинная величина является неизвестной, то более
правильно вместо «истинного значения» говорить «действительное
значение» в том понимании, о котором говорилось в предыдущей
главе.

Погрешность прибора — это разность между показанием при-
бора и истинным (действительным) значением измеряемой вели-
чины.

Трудно найти какую-либо разницу в этих определениях, да
она, в принципе, и не существует.

А разница между погрешностью измерения и погрешностью
прибора заключается в том, что когда говорят о погрешности
прибора, то подразумевают определенные условия так называе-
мой поверки прибора.

Процесс поверки заключается в том, что с помощью прибора
проводят измерение детали (меры), размер которой заранее изве-
стен (с погрешностью, которой можно пренебречь), и определяют
отличие показаний прибора от того, что известно про размер этой
детали.

При оценке погрешности измерения, если она выявляется не-
посредственно, поступают таким же образом, только условия изме-
рения должны соответствовать рабочим, т. е. таким, при которых
должны работать эти измерительные средства.

Таким образом, принципиальной разницы между погреш-
ностью прибора и погрешностью измерения нет. Погрешность при-
бора есть частный случай погрешности измерения этим прибором,
проводимого в нормируемых условиях на определенном объекте.
Необходимо дополнить, что деталь или мера, с помощью которой
производится поверка точности прибора (измерение), носит на-
звание образцовой меры. И, вообще, любые измерительные сред-
ства, предназначенные для поверки точностных данных других
измерительных средств, называют образцовыми в отличие от
рабочих измерительных средств, которые предназначены для
измерения изделий. При этом два совершенно одинаковых при-
бора будут называться по разному: один рабочим прибором, а
другой образцовым, если первый предназначен для измерения де-
талей, а другой для поверки каких-либо других измерительных
средств.

Наряду с терминами «погрешность измерения» и «погрешность
прибора» очень часто используют термин « точность измерения» и
«точность прибора». Отличие в понимании этих терминов заключа-
ется в следующем. Когда говорят о погрешности, то имеют в виду
количественную оценку (характеристику) погрешности измерения
или прибора. Другими словами, вместе с термином «погрешность»,
как правило, должно быть названо конкретное числовое значение
этой погрешности. Например, погрешность прибора (измерения)
0,005 мм. Когда употребляют термин «точность», то имеется в виду
качественная оценка (характеристика) без указания конкретных
значений. Если говорят о «высокой точности», то имеют в виду «ма-
лую погрешность», а когда говорят «низкая точность», то имеют
в виду большую погрешность. Но надо обратить внимание на то,
что понятие «большие» или «малые» погрешности не однозначны
и ими можно пользоваться только как дополнительными терми-
нами, после того как указана погрешность. Неоднозначность по-
нятия «большая» или «малая» погрешность можно иллюстрировать
следующим примером. Погрешность 1 мм будет «очень большой»,
если речь идет об измерении диаметра цилиндра 100мм. И эта же,
погрешность 1 мм будет «очень малой», если речь об измерении
диаметра 5000 мм. Считается, что точность тоже может быть вы-
ражена количественно как обратная величина модуля относитель-
ной погрешности. Так, если погрешность измерения равна 10“*,
то точность равна 104. Но на практике не принято выражать точ-
ность количественным значением и лучше пользоваться для этого
термином «погрешность».
f 2. СИСТЕМАТИЧЕСКИЕ И СЛУЧАЙНЫЕ
ПОГРЕШНОСТИ

Погрешности измерения и погрешности прибора, а
также причины, по которым возникают эти погрешности, имеют
систематический и случайный характер. Эти понятия относятся не
только к погрешностям, связанным с измерением, но и к погреш-
ностям, связанным с изготовлением, т. е. это понятие — общее
для всех видов погрешностей.

Систематической погрешностью называется погрешность, ос-
тающаяся постоянной или закономерно изменяющейся во времени
при повторных измерениях одной и той же величины. Например,
если на шкале прибора какой-либо штрих нанесен неправильно,
то сколько бы мы ни измеряли, на этом штрихе всегда будем оши-
баться на постоянную (систематическую) величину. Примером
систематической погрешности, закономерно изменяющейся во
времени, может служить смещение настройки прибора во времени.
Когда настраивается прибор, то часто говорят, что его «устано-
вили на нуль». В процессе работы прибора эта настройка посте-
пенно сбивается, т. е. появляется закономерно меняющаяся по-
грешность, которую часто называют функциональной, так как
ее изменение во времени можно записать в виде математической
функции.

Случайной погрешностью измерения (прибора) называется
погрешность, которая при многократном измерении одного и того
же значения не остается постоянной. Случайная погрешность
будет, например, если измерять какой-то валик одним и тем же
прибором в одном и том же сечении и будут получаться различные
значения. Разброс показаний прибора при измерении одной и той
же величины объясняется наличием случайной погрешности
измерения.

9 3. ОПРЕДЕЛЕНИЕ СИСТЕМАТИЧЕСКОЙ
И СЛУЧАЙНОЙ ПОГРЕШНОСТЕЙ

Очень часто говорят «предельная погрешность», или
«наибольшая погрешность», или «суммарная погрешность», или
даже «погрешность метода измерения». Но смысл один — под
погрешностью подразумевают значение, состоящее из суммы
систематических и случайных погрешностей (отсюда частое наз-
вание «суммарная погрешность»), т. е. имеется в виду предельное
значение погрешности (отсюда название «наибольшая или «пре-
дельная погрешность»). Более правильно говорить «погрешность
измерения» или «погрешность прибора», когда понимают под этим
общую погрешность с учетом систематической и случайной частей.

При определении погрешности измерения (прибора) с помощью
образцовой меры выявляют наибольшую из возможных погреш-
ностей измерения (прибора) в проводимых условиях измерения.
При использовании образцовой меры одновременно выявляют
и систематические, и случайные составляющие, но их возможно
разделить по результатам измерения (поверки).

Определение систематической составляющей. При всех слу-
чаях поверки прибора или выявления погрешности измерения про-
изводятся многократные измерения образцовой меры, поскольку,
как мы уже знаем, в погрешности измерения имеется случайная
составляющая. Получив ряд измерений (например, 10) для вы-
явления систематической погрешности, определяют среднее зна-
чение размера. Отклонения среднего значения размера от размера
образцовой меры характеризуют систематическую погрешность,
которую часто обозначают X («икс с чертой») и называют средней
арифметической погрешностью, или средним арифметическим зна-
чением.

Пример. На приборе измерим 10 раз образцовую меру, которая имеет размер;
20,025 мм. Получены следующие ее значения: 20, 025; 20,028; 20,023; 20,022
20,021; 20,027; 20,026; 20,024; 20,023; 20,026. Теперь сложим все значения н раз-
делим иа 10. В результате получим X = 20,0245 мм. Систематическая погрешность
прибора равна 20,0245 — 20,025=—0,0005 мм, т. е. составляет — 0,5 мкм.

И очень важно, что систематическая погрешность всегда имеет
знак отклонения, т. е. «~Ь» или «—». Образцовая мера должна
быть аттестована (измерена), в свою очередь, с такой погрешностью,
чтобы этой погрешностью можно было пренебречь.

В тех случаях, когда в условиях поставленной задачи оказы-
вается трудным или даже невозможным аттестовать образцовую
меру, приходится проверять отдельные параметры прибора и
условия измерения и аналитически (расчетом), а не поверкой вы-
являть возможные систематические погрешности измерения. Осо-
бенностью систематической погрешности измерения (прибора)
является то, что она может быть исключена введением поправки,
• которая равна систематической погрешности с обратным знаком.

Определение случайной погрешности измерения (прибора).

Поскольку для случайной погрешности, как для случайного со-
• бытия. Характерно, что оно может либо произойти, либо не про-
изойти, то в теории вероятностей применяется понятие «вероят-
ность», которое используется для числовой характеристики воз-
можности появления события в тех или иных условиях, которые
могут повториться неограниченное число раз. Так, если мы гово-
рим, что вероятность появления погрешности измерения величины
не более 0,01 мм равна 0,5, то это значит, что при проведении изме-
рений из общей массы случаев может оказаться, что в половине
случаев измерений погрешность будет менее 0,01 мм. Рассмотрен-
ное выше понятие о систематической погрешности может быть
выражено как событие, у которого вероятность равна 1, т. е. со-
бытие происходит всегда, когда производится измерение. Может
оказаться, что вероятность будет равна нулю и тогда это событие
называется невозможным. Так, например, если мы знаем, что си-
стематическая погрешность равна 0,005 мм, то вероятность по-
явления систематической погрешности, меньшей или большей
этой величины, равна нулю.

Таким образом, числовая характеристика возможности по-
явления события, т. е. вероятность, находится в пределах от 0
(невозможность события) до 1 (достоверное событие).

Для случайной части погрешности характерно то обстоятель-
ство, что в общем случае значение этой погрешности теоретически
может быть равно бесконечности как со знаком плюс, так и со зна-
ком минус. Но это событие настолько маловероятно, что его можно
назвать практически невозможным событием, хотя теоретически
оно может произойти. Когда указывается числовое значение
случайной погрешности измерения, то всегда эта погрешность
дается с определенной вероятностью. А это значит, что имеется
в виду какой-то «риск», что в отдельных случаях указанные
в характеристике погрешности будут больше.

Так, например, если мы указываем, что случайная погрешность равна 0,005 мм
с вероятностью 0,95, то в этом случае <риск> равен 0,05; это означает, что, если
будет проведено 100 измерений, то может оказаться (а может и нет), что в 5 из-
мерениях случайная погрешность будет больше чем 0,005 мм и теоретически
стремится к ±оо при бесконечно большом числе измерений.

Вполне естественно, что не во всех случаях измерения слу-
чайная погрешность проявится величиной 0.005 мм, ведь это со-
бытие случайное. При измерении погрешность измерения может
быть равна и нулю, и 0,001, и 0,002 мм и принимать другие зна-
чения. В условиях поставленной задачи мы только знаем, что
значение этой погрешности в 5 случаях из 100 в среднем может вы-
ходить (а может и не выходить) за предельные значения 0,005 мм.
Поэтому в теории вероятностей рассматривается вопрос о вероят-
ности появления событий (в нашем случае о вероятности появле-
ния погрешностей, не превышающих определенную величину).
Так, в рассматриваемом случае можно говорить о вероятности
появления погрешностей не более 0,001 мм; не более 0,002;
не более 0,003 мм и т. д. Когда говорят о вероятно-
сти появления погрешности не более 0,002 мм, то имеют в виду
все возможные значения погрешности измерения, не превышающие
значения 0,002, т. е. значение, равное и меньшее 0.002 мм.

В связи с тем, что вероятность появления событий может ко-
лебаться в больших пределах, а иногда даже до ±ею, то в теории
вероятностей используется понятие «закон распределения слу-
чайных величин».

Законом распределения случайной величины называется вся-
кое соотношение, устанавливающее связь между возможными зна-
чениями случайной величины и соответствующими им вероятно-
стями. В этом случае про случайную величину обычно говорят,
что она подчинена данному закону распределения.

Вероятность появления случайных событий оценивают коли-
чественно с помощью математических выражений в виде функций
Рис. 2.1. Кривая распределения по нормальному закону:

а — число случаев в зависимости от ±о = 35%; ±20 = 94.5%; ±3о = 99,73%; б —
при разных значениях a (Oj > Ojj > °jjj)

от возможных значений случайной величины (в нашем случае от
значений случайной погрешности). Эти функции называются функ-
циями распределения случайной величины или интегральными
функциями распределения, или интегральными законами рас-
пределения.

Для практического применения чаше пользуются производной
от функции распределения, которую называют плотностью рас-
пределения (иногда «плотностью вероятности», или «дифферен-
циальной функцией распределения», или «дифференциальным за-
коном распределения»). Кривую, изображающую плотность рас-
пределения случайной величины, называют кривой распределения.

Кривые распределения бывают самые различные в зависимости
от характера изучаемого явления, от количества и значения факто-
ров, которые влияют на то, чтобы событие произошло или не про-
изошло.

В настоящем курсе мы остановимся на одном из них, который
называют «нормальный закон распределения» или часто назы-
вают просто «нормальный», или закон Гаусса, или «гауссовское
распределение». В отношении случайных погрешностей измере-
ния в большинстве случаев принимают, что они распределяются
по нормальному закону.

Кривая распределения по нормальному закону (рис. 2.1) име-
ет симметричный холмообразный (колоколообразный) вид.

Можно принять, что случайные погрешности распределяются
по нормальному закону, если они являются результатом влияния
большого числа независимых (или слабо зависимых) случайных
величин, подчиненных любому закону распределения. В практике
считается нормальным распределение случайного явления, если
имеется не менее четырех составляющих случайных элементарных
ошибок, каждая из которых вызвана действием отдельной при-
чины, не зависящей от остальных. Кривую распределения упро-
щенно можно рассматривать как графическое изображение связи
между значением случайной величины, например погрешности
измерения, и частотой вероятностного появления этой погрешности.

Так, на оси X (рис. 2.1) показаны возможные значения слу-
чайной величины рассматриваемого явления (в нашем случае
возможные значения погрешности), а по оси Y (X) показывается,
сколько раз может появиться это значение случайной величины.

Внешний вид кривой нормального распределения дает возмож-
ность сделать определенные заключения о свойствах случайных по-
грешностей, распределяющихся по этому закону в приложении к
характеристикам погрешности измерения (прибора).

1.	Появление равных по абсолютной величине погрешностей,
но имеющих знак (+) и (—), равновероятно (кривая симмет-
рична относительно центра группирования).

2.	Появление погрешности, имеющей большое по абсолютной
величине значение, менее вероятно, чем появление погрешностей
с малым значением. Это видно по кривой, которая резко спадает
от среднего значения при значениях случайной погрешности,
стремящихся к ± оо, кроме того, кривая асимптотически (посте-
пенно) приближается к нулевой линии, но не пересекается с ней.

3.	В связи с тем, что появление плюсовых и минусовых по-
грешностей равновероятно, то с увеличением числа измерений од-
ной и той же величины среднее арифметическое значение из вы-
деленных отдельных значений случайной величины будет стре-
миться к нулю. Это очень важное свойство случайной погрешно-
сти, которое необходимо запомнить.

Из него следует, что если ставится задача уменьшения влияния случайной
погрешности измерения, то необходимо провести большое число измерений
н за результата измерений принять среднее значение. Благодаря этому приему
уменьшится или практически исключнтся влияние случайной погрешности на
результаты измерения. Степень уменьшения случайной погрешности зависит
от числа измерений.

Необходимо обратить внимание на то, что этим приемом систематическая
погрешность измерения (прибора) совершенно ие исключается, поскольку остается
постоянной при всех измерениях, и для ее выявления необходима, как говори-
лось ранее, образцовая мера.

Для того чтобы имелась возможность исключить влияние си-
стематической погрешности многократным измерением, необходимо
создать условия, при которых систематическая погрешность проя-
вила бы себя как случайная. Для этого необходимо проводить
измерения одного и того же размера не одним прибором, а не-
сколькими приборами. Тогда систематическая погрешность од-
ного прибора превратится в случайную погрешность всего про-
цесса измерения и средние значения полученных результатов
будут характеризовать значение размера с уменьшенным влиянием
систематических и случайных погрешностей. Необходимо иметь
в виду, что при этом каждым из приборов следует производить
одинаковое число измерений.
Для оценки степени уменьшения влияния случайной погреш-
ности обычно пользуются так называемым правилом V1V (корень
квадратный из N), где N — число измерений.

Из этого правила следует, что при проведении измерения од-
ной и той же величины 4 раза влияние случайной погрешности на
результаты измерения, если принять за результат среднее зна-
чение, уменьшится в 2 раза; если измерить 9 раз, то уменьшится
в 3 раза, и т. д. Это относится и к случаю уменьшения влияния
систематической погрешности.

§ 4. ЧИСЛОВЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ СЛУЧАЙНЫХ
ПОГРЕШНОСТЕЙ

В качестве числовых характеристик, оценивающих
среднее значение случайных величин, т. е. указывающих значение,
относительно которого группируются возможные значения слу-
чайной величины, используют ряд параметров, но наиболее часто
используют математическое ожидание, равное сумме произведе-
ний всех возможных значений случайной величины на вероятность
этих значений. В практике измерения математическое ожидание
обычно заменяют на среднее арифметическое X, поскольку при
большом числе опытов (в нашем случае измерений) среднее ариф-
метическое значение случайной величины приближается к мате-
матическому ожиданию и выражается формулой

Х= ixtPl

i=i

где Р/ — частота появления случайной величины х.

Таким образом, во всех случаях измерения среднее арифмети-
ческое характеризует наличие или отсутствие систематической
погрешности.

В качестве числовых характеристик, оценивающих степень
разбрасывания случайной величины относительно среднего зна-
чения, также используют несколько характеристик, но наиболее
часто применяют среднее квадратическое отклонение, обозначае-
мое буквой о «сигма» (иногда это отклонение называют «стан-
дартом»).

Чем больше значение о (рис. 2.1, б), тем кривая нормального распределения
становится более пологой, растягиваясь вдоль оси абсцисс (кривая /). А это оз-
начает, что увеличивается вероятность появления относительно больших слу-
чайных значений (в нашем случае погрешности) При уменьшении значении о
кривая распределения (// и ///) вытягивается вверх и сжимается с боков, т. е.
увеличивается вероятность появления относительно небольших отклонений

При определении погрешности измерения для оценки разброса
случайной погрешности по результатам измерения вычисляют о,
а потом с использованием ее указывают предельное возможное зна-
чение случайной погрешности с учетом законов распределения по
грешности измерения и принимаемых доверительных границ». Под
последними понимается определенный интервал значений по-
грешности, внутри которого находятся случайные значения
с заданной вероятностью (риском).

Наиболее наглядно это можно проследить в случае, когда
погрешность измерения распределяется по нормальному закону.
После обработки результатов измерения, например, установили,
что среднее квадратическое отклонение равно 0,002 мм, т. е. о —
= 2 мкм. После этого и приступают к установлению доверитель-
ных границ, т. е. указанию возможных предельных случайных по-
грешностей измерения б изучаемого процесса, задаваясь опреде-
ленной вероятностью.

Так, если указать, что предельная случайная погрешность изучаемого про-
цесса равна 0,002 мм (т. е. б = 2 мкм), то доверительные границы установлены
с вероятностью Р = 0,65. А это значит, что когда мы будем пользоваться этим
измерительным средством в тех же условиях, которые были при получении дан-
ных, то в 35% случаев случайная погрешность измерения может быть больше
чем 0,002 мм.

Если принять доверительные границы, т. е. предельное значение случайной
погрешности измерения б = 2 а = 4 мкм, то эти границы устанавливают уже
с доверительной вероятностью 0,945. А это значит, что когда мы будем пользо-
ваться этим измерительным средством, то приблизительно в 5% (точнее в 4,5%)
случаев случайная погрешность измерения может быть больше чем 0,004 мм.
Ну а если принять предельную случайную погрешность измерения б = 3 о =
= 6 мкм, то эти границы устанавливают с вероятностью 0,9973. А это значит,
что когда будут пользоваться этим измерительным средством, то в 0,27%
(в 27 случаях из 10 000 измерений) случаев случайная погрешность измерения
может быть больше чем 0,006 мм.

Таким образом, для одного и того же измерительного средства
при одних и тех же условиях измерения можно указать предель-
ную случайную погрешность измерения, равную или 2, или 4,
или 6 мкм, но при этом будет различная степень риска, что в дей-
ствительности погрешность может оказаться больше. Так об-
стоит дело при нормальном законе распределения случайных ве-
личин. Ну а если случайные события распределяются по другому
закону, то и процент «риска» будет меняться в зависимости от того,
скольким о будет равна случайная погрешность измерения.

При использовании о для указания предельной случайной
погрешности измерения всегда нужно иметь в виду:

1.	Значение погрешности с указанием среднего квадратиче-
ского отклонения а характеризует только случайную погрешность,
а не всю погрешность, так как возможна еще систематическая
погрешность.

2.	Если предельная случайная погрешность равна б = ko,
то этим самым с помощью коэффициента k характеризуется про-
цент риска.

3.	Коэффициент k меняется при том же проценте риска в за-
висимости от закона распределения случайных погрешностей.

4.	Указанные выше доверительные границы и риск, который
возникает при этом, являются только частным случаем. Для
32
нормального закона распределения существуют таблицы, с по-
мощью которых, зная среднее квадратическое и среднее арифметиче-
ское отклонения, можно найти вероятность появления случайной
погрешности (события) в любом интервале значений. На практике
для оценки предельной случайной погрешности линейных изме-
рений принимают б = 2а.

§ 5. ОБРАБОТКА РЕЗУЛЬТАТОВ ИЗМЕРЕНИЯ

ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ПОГРЕШНОСТИ ИЗМЕРЕНИЯ

В настоящем параграфе мы постараемся рассмотреть
конкретные примеры определения погрешности измерения по
результатам измерения.

Пример. Для определения погрешности измерения используем образцовую
меру, размер которой равен 10,285 мм. Произведено 100 измерений этой меры
(N = 100) н требуется узнать погрешность измерения используемым измеритель-
ным средством в условиях измерения. Обработку результатов производим в оп-
ределенной последовательности, которая позволяет выявить отдельно системати-
ческую и случайную погрешности, а потом н погрешность измерения.

1.	Полученные результаты группируем по одинаковым показаниям при-
бора и определяем число одинаковых показаний (частота появления определен-
ного результата или численность).

Эти данные приведены в табл. 1а.

2.	Поскольку, как следует из табл. 1а, в показаниях прибора изменяются
только последние две цифры, то дальнейшую обработку результатов можно
производить только со значением, отличающимся от постоянной величины х0 =
= 10.285 мм. Значение хв может быть взято любым, но удобнее брать его близким
к среднему арифметическому значению, тогда значения будут меньше и легче

Таблица 1а

Пока- зания прибо- ра xt	10,282	10,283	10,284	10,285	10,286	10,287	10,288	10,289	10,290
Чис- лен- ность п	2	5	9	18	22	25	12	4	3

Таблица 16

Отклонения (Xi — х0), мкм	—3	—2	—1	0	+ 1	+2	+3	+4	+5	
Численность щ	2	5	9	18	22	25	12	4	3	
nt (xt — х0)	—6	—10	—9	0	+22	+50	+36	+ 16	+ 15	£114

2 Н. Н. Марков

33
Таблица 1в

(*1 — *о)2	9	4	1	0	1	4	9	16	25	
nt (xt — х0)2	18	20	9	0	22	100	108	64	75	£416

вести подсчет. Определяется среднее арифметическое значение погрешности
-	У.П-Х-

X = 10,285 + 4-1	- В табл. 16 приведены для расчета значения 2 nixt с уче-

том сказанного

X = 10,285 + -^- = 10,28614.

Поскольку отклонения менее одного микрометра при данных измерениях
не достоверны (образцовая мера аттестована с последней значащей цифрой до
1 мкм, отсчеты даны с таким же значением), то последними двумя цифрами полу-
ченного результата следует пренебречь, т. е. X = 10,286 мм.

3.	Определяем систематическую погрешность измерения

6ГИСТ = 10,286— 10,285 = +0,001 мм,
т. е. в изучаемом процессе (приборе) имеется систематическая погрешность, рав-
ная +0,001 мм.

4.	Определяем среднее квадратическое отклонение по формуле

О = V 7Г [ S — *>)* + *s] •

Если число измерений меньше 30, то вместо N необходимо брать N — I.

Подготовку данных удобнее вести в таблице (табл. 1в):

о = |/ -jQQ (416— 1) « 2,04 мкм.

5.	Определяем случайную погрешность нзмерення с различной доверитель-
ной вероятностью.

Если неизвестен закон распределения изучаемой погрешности измерения,
то следует принимать нормальный закон, тогда предельная случайная погреш-
ность измерения о = ±2 мкм при доверительной вероятности 0,65; 6 = ±4 мкм
при доверительной вероятности 0,95; О = ±6 мкм при доверительной вероят-
ности 0,9973.

Для практических случаев вполне достаточно принимать вероятность 0,95
при указании предельной случайной погрешности, т. е. в данном случае прини-
мать 6=4 мкм. При серьезных исследованиях нельзя без доказательства при-
нимать заранее нормальный закон распределения. Существуют приемы, которые
позволяют обработкой результатов измерения установить с определенной досто-
верностью действительный закон распределения.

6.	Определяем погрешности измерения с учетом систематической и случай-
ной погрешностей.

Поскольку в изучаемом процессе измерения имеется еще и систематическая
погрешность + I мкм, то с учетом этого погрешность измерения может колебаться
от —3 до +5 мкм.

Таким образом, наибольшая погрешность, которая может быть при изме-
рении, равна 5 мкм, т. е. это предельная величина (с вероятностью 0,95), на ко-
торую измеренные детали могут отличаться от своего действительного значения.
Эту величину следует указывать для оценки изучаемого процесса измерения, но
не указывать при этом знак ±, так как в общем случае могут появиться погреш-
ности измерения со знаком минус, хотя по расчету они будут меньше (—3 мкм).
§ в. СОСТАВЛЯЮЩИЕ ПОГРЕШНОСТИ ИЗМЕРЕНИЯ

На погрешность измерения, так же как и на частный
случай ее — погрешность прибора, оказывают влияние многие
факторы, которые чаще всего называют составляющими погреш-
ности измерения. Среди этих составляющих имеются такие, кото-
рые всегда влияют на погрешность измерения, и такие, которые
появляются не всегда. Поэтому нельзя руководствоваться раз и
навсегда установленными составляющими (гл. 9), а каждый раз
при определенных условиях измерения следует выделять состав-
ляющие для выявления погрешности измерения.

Для дальнейшего понимания вопросов взаимосвязи между
составляющими погрешности измерения и погрешностью измере-
ния коротко укажем на способы суммирования этих составляющих.

Все составляющие погрешности измерения по характеру про-
явления, как правило, имеют систематический и случайный ха-
рактер (см. § 2 этой главы). Поэтому если известны оба вида
погрешности по каждой составляющей, то суммируются отдельно
и систематические, и случайные, т. е. при нормальном законе
распределения бсл

6= 2 б<сист±К2бЕ7-

В отношении случайной погрешности могут быть, в принципе,
два варианта суммирования в зависимости оттого, какой критерий
известен. Если известно среднее квадратическое отклонение каж-
дой составляющей погрешности измерения, то погрешность изме-
рения определится по зависимости при любом законе распределе-
ния случайной погрешности:

6= 2 6.cBCT±KVS6h7.

В этой формуле К указывает, какие доверительные границы
приняты для предельной случайной погрешности измерения
(см. § 4 этой главы). Если же известно только предельное значение
составляющих случайной погрешности измерения, то для опре-
деления предельной погрешности измерения их можно склады-
вать под корнем квадратным, как это указано в первой формуле.

§ 7. НОРМАЛЬНАЯ ТЕМПЕРАТУРА

Когда в 1875 г. была подписана Международная
метрическая конвенция и установлена единица длины — метр
(см. Введение), естественно, встал вопрос о температуре окружа-
ющего пространства, при которой необходимо этот метр измерять
и сравнивать метры между собой. Тогда за такую исходную тем-
пературу (ей было дано название нормальная температура) было
принято О °C. Выбор значения этой температуры был обоснован
тем, что она может быть относительно просто получена и даже без
измерения, так как она соответствует температуре таяния льда.
Предполагалось, что при сравнении с исходным метром и проверя-
емый, и исходный метр будут помещаться в ванну с тающим
льдом. Но измерения в таких условиях оказались неудобными и
сравнение метров в Международном бюро проводили при темпера-
туре 15 °C, а потом расчетом определяли размер, который имел
бы метр, если бы температура была О °C. Пересчет размера при
температуре, отличающейся от «нормальной», называется «приве-
дение (пересчет) размера к нормальной температуре». Такое при-
ведение необходимо было делать не только при проверке эталон-
ных метров, но и при измерении деталей, и это было очень неудоб-
но, так как всегда требовалось пересчитывать размеры, хотя такой
пересчет и не простой, и не всегда точный [12], поскольку в про-
изводственных помещениях температура обычно находится в
пределах 15—25 °C.

Тогда и решено было за «нормальную температуру» принять
температуру в 20 °C. При этом исходили из того, что в большин-
стве случаев температура в помещении, если и не будет равна
20 °C, то будет отличаться ненамного и не потребуется пересчи-
тывать (приводить) размер к нормальной температуре.

При указании размера детали считается, что этот размер
деталь имеет при температуре 20 °C.

В связи с тем, что погрешности измерения одним и тем же
средством измерения в разных условиях применения могут коле-
баться в больших пределах, указанные в учебнике погрешности
измерения относятся к определенным условиям измерения, при-
веденным в источнике, на который дается ссылка. Чаще всего эта
погрешность измерения указана по РД 50-98—86 «Методические
указания. Выбор универсальных средств измерения до 500 мм» [ 16],
в которых приведены существующие средства измерения и ука-
заны погрешности измерения ими при определенных условиях.

Таким образом, необходимо всегда помнить, что указываемые
в любой документации погрешности измерения присущи этим
средствам измерения только при применении их в определенных
условиях.

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ

1.	Что такое погрешность измерения (с. 24)?

2.	Что такое погрешность прибора, какая разница с погрешностью изме-
рения? Что такое точность прибора и точность измерения, как они связаны с по-
грешностью (с. 24)?

3.	Что такое систематическая и случайная погрешности (с. 26)?

4.	Как можно найти систематическую погрешность измерения (с. 27)?

5.	Когда можно принимать распределения погрешности измерения по нор-
мальному закону (с. 29)?

6.	Свойство случайных погрешностей, распределяющихся по нормальному
закону (с. 30).

7.	Какие основные числовые характеристики используются для случайных
погрешностей и что они указывают (с. 31)?

8.	Что такое доверительные границы, какими они принимаются при нормаль-
ном законе распределения погрешности и с какой доверительной вероятностью
(с. 32)?

9.	Расскажите о последовательности обработки результатов для определе-
ния погрешности измерения (с. 33).

10.	Что такое нормальная температура и чему она равна (с. 35)?
РАЗДЕЛ Н

УНИВЕРСАЛЬНЫЕ СРЕДСТВА ИЗМЕРЕНИЯ

Универсальные измерительные средства, так же как
и вообще измерительные средства, можно разделить на меры и
измерительные приборы.

ГЛАВА 3. ПЛОСКОПАРАЛЛЕЛЬНЫЕ КОНЦЕВЫЕ
МЕРЫ ДЛИНЫ

§ 1.	ОСНОВНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ

Плоскопараллельными концевыми мерами длины на-
зывают меры длины с постоянными значениями размера, который
находится между двумя параллельными плоскостями у детали,
имеющей форму прямоугольного параллелепипеда (рис. 3.1, а).
Концевая мера, которую очень часто называют по-старому
«плитка», представляет собой металлический брусок, у которого
есть две параллельные плоскости и постоянный определенный
размер между ними. Название «плоскопараллельная концевая
мера длины» дано в связи с тем, что значение размера у этой меры
заключено между плоскими и параллельными концами детали.

Рис. 3.1. Плоскопараллельные концевые меры длины:

“ - н2ЙрН«ёреи?а87 и?' ® ~ ,<oнцeв,"• меРы свыше 100 «и с отверстием дли стяжек;
В большинстве случаев не пользуются полным названием этих
мер, а чаще всего называют их просто концевые меры длины, или
концевые меры.

§ 2.	КОНСТРУКЦИЯ КОНЦЕВЫХ МЕР длины

Изготовлять такие меры с размерами более 1000 мм
(1 м) нецелесообразно, так как пользоваться большими мерами
просто неудобно, трудно их хранить и они имеют большую
погрешность. Наименьший размер концевых мер бывает в пре-
делах 0,1—0,2 мм (специальные меры — «часовые»).

Нет необходимости делать концевые меры всех размеров в свя-
зи с тем, что нужный размер можно получить из нескольких сло-
женных («притертых») вместе концевых мер («блок концевых мер»,
или «блок мер», или даже просто «блок»). Многолетней практикой
установились определенные градации размеров концевых мер.
Концевые меры с размерами 1—2 мм, помимо целого значения
этого размера, могут отличаться между собой на 0,001; 0,01 и
0,2 мм; концевые меры с размерами от 0,5 до 25 мм изготовляют
с разностью 0,5 мм; концевые меры с размерами св. 10 до 100 мм
изготовляют с интервалами размеров через 10 мм; св. 25 до 200 мм—
через 25 мм; св. 50 до 300 мм — через 50 мм и концевые меры
с размерами от 100 до 1000 мм изготовляют с интервалами раз-
меров через 100 мм. Но указанная разбивка весьма условна, и
некоторые иностранные фирмы выпускают концевые меры с не-
сколько отличающимися градациями размеров.

В прямоугольном параллелепипеде размером меры является
его высота, а размеры основания можно отнести к нерабочим раз-
мерам. Большинство концевых мер изготовляют с размерами ос-
нования 9x35 мм (рис. 3.1, б), начиная с рабочего размера 10 мм.
При размерах концевой меры менее 10 мм размеры длинной сто-
роны основания бывают у разных мер 30, 20 и 15 мм, а узкой
стороны концевых мер менее 0,3 мм—5 мм.

На концевой мере наносят ее номинальный размер. При этом
цифру (без указания «мм») у мер более 5,5 мм наносят на боковой
(нерабочей) поверхности, а у небольших мер (5,5 мм и менее) зна-
чение размера указывают прямо на рабочей (измерительной)
поверхности.

§ 3.	НАБОРЫ КОНЦЕВЫХ МЕР, ПРИТИРАЕМОСТЬ
И БЛОКИ КОНЦЕВЫХ МЕР

Концевые меры поступают в продажу определенными
комплектами в одном футляре — так называемые наборы концевых
мер (рис. 3.1, в). В зависимости от вида работ, для которых пред-
назначены концевые меры, имеется различное число мер, находя-
щихся в одном наборе у разных изготовителей (до 20 и более в на-
боре). В определенной степени установилось, что наибольший на-
бор состоит из 112 концевых мер с наибольшим размером меры
100 мм. Этот набор мер чаще всего используют.

В этом наборе имеется одна мера размером 1,005 мм, 51 мера
от 1 до 1,5 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.

При собирании концевых мер в блок в принципе используют
два способа. При образовании блока свыше 200 мм (т. е. из
мер 100 мм и более с интервалами через 100 мм) используют спе-
циальные устройства, называемые «стяжками». С помощью этих
устройств меры стягивают друг с другом и образуют совместно
размер блока. Поэтому концевые меры от 100 мм и более, исполь-
зуемые для получения блоков с размером свыше 200 мм, имеют на
расстоянии 25 мм от каждого конца до центра отверстия диаметром
12 мм (рис. 3.1, б).

В большинстве случаев блоки мер образуют с использованием
свойства притираемости поверхностей концевых мер. Дело в том,
что если приложить одну концевую меру длины к другой и, при-
жимая их друг к другу, смещать (надвигать) одну относительно
другой, то они сильно сцепляются между собой. Это явление и
называют притираемостью концевых мер. Между поверхностями
мер создается очень сильное сцепление — исправные концевые
меры удерживаются, не распадаясь, если собрать несколько мер
в блок (рекомендуется собирать не более 5 шт.) н держать на весу
весь блок за конец одной меры.

Усилие сдвига одной меры относительно другой не менее 30—
40 Н, а в большинстве случаев для новых концевых мер необ-
ходимо приложить силу в 10—20 раз больше, чтобы притертые
меры оторвать в направлении, перпендикулярном притертым по-
верхностям.

Явление притираемости концевых мер изучено еще недостаточно полно.
Сцепление двух поверхностей концевых мер осуществляется благодаря наличию
тонкого слоя смазочного материала (0,1—0,02 мкм), который остается на поверх-
ности даже после удаления смазки сухой тканью. Высказываются предположе-
ния, что при контактировании поверхности одной концевой меры с поверх-
ностью другой возникает разрежение (вакуум), благодаря которому капельки
смазки выступают нз микротрещин на поверхность мер.

Как правило, размер блока концевых мер отличается от раз-
мера входящих в него мер на 0,05—0,1 мкм на каждый промежу-
точный слой (между двумя мерами).

При подборе концевых мер для собирания блока стремятся,
чтобы блок состоял из минимально возможного числа мер.

Порядок подбора мер заключается в последовательном выборе
мер, которые соответствуют последним наименьшим значениям
требуемого размера.

Пример. Необходимо собрать блок на размер 48,725 мм. Последняя цифра
может быть обеспечена мерой 1,005 мм:

48,725— 1,005 = 42,720.
Последняя цифра оставшегося значения может быть обеспечена концевой мерой
с градацией через 0,01 мм, т. е. 1,22, тогда

47,72 — 1.22= 46,5.

Оставшийся размер может быть обеспечен двумя мерами 6,5 и 40 мм (первая мера
с градацией через 0,5 мм, а вторая через 10 мм). Обычно для удобства подсчета
запись производят столбиком, т. е.

Необходимый размер	__48,725

1-я мера	1,005

Остаток	__47,72

2-я мера	1,22

Остаток	__46,5

3-я мера	6,5

Остаток	  40

4-я мера	40

Остаток	00

§ 4.	ОСНОВНЫЕ ТЕХНИЧЕСКИЕ ТРЕБОВАНИЯ
К КОНЦЕВЫМ МЕРАМ ДЛИНЫ

Материалом, из которого изготовляют концевые
меры, чаще всего бывает сталь с температурным коэффициентом
расширения (11,5 ± 0,1) 10”* на 1 °C при изменениях температуры
от 10 до 30 °C.

Это значит, что если имеется мера в 1 м, то при изменении тем-
пературы на 1 °C размер ее изменится на 11,5 мкм с отклонением
±0,1 мкм.

Если концевая мера меньше 1 м,то и деформация под действием
изменения температуры будет меньше во столько раз, во сколько
эта мера меньше 1 м.

Такое требование к материалу концевых мер обусловлено тем,
что очень часто их используют для сравнения с размером детали,
а поскольку в подавляющем большинстве измеряются стальные де-
тали (а они имеют температурный коэффициент расширения, близ-
кий к указанному для концевых мер), то при сравнении размера
детали с размером меры, даже если температура окружающего
воздуха будет отличаться от нормальной температуры (20 °),
это не отразится на погрешности измерения, если сама концевая
мера была измерена при температуре, близкой к 20 °C (см. § 7
гл. 2).

Наиболее подходящим материалом, используемым для изго-
товления концевых мер, являются хромистые стали марок 20 ХГ,
ХГ, ШХ15 и X. Твердость измерительных поверхностей стальных
концевых мер должна быть не менее HRC 62.

Изготовляют концевые меры и из твердого сплава (ВК6М),
\дагодаря чему стойкость таких концевых мер к истиранию
повышается в 10—40 раз по сравнению со стальными. Однако
материал таких концевых мер (твердый сплав) обладает темпера-
Рис. 3.2. Точность плоскопараллельных мер длины:

а — классы концевых мер; б — сопоставление разрядов концевых мер одного класса
турным коэффициентом расширения, равным 3,6-10”*, т. е. мера
в 1 м изменяется на 3,6 мкм при изменении температуры на 1 °C,
т. е. в два с лишним раза меньше, чем сталь. А это значит, что
если производить сравнение размера стальной детали с такой ме-
рой, то при отличии температуры от 20 °C размер стальной детали
в зависимости от температуры будет изменяться из расчета 11,5 мкм
на 1 м, а твердосплавная концевая мера — из расчета 3,6 мкм на
1 м. Из-за этого могут возникать большие погрешности измерения.

Шероховатость измерительных поверхностей концевых мер
длины, для того чтобы обеспечить хорошую притираемость и из-
носостойкость поверхностей, должна быть не более 0,063 мкм
по критерию Rz.

Точность концевых мер длины определяется в основном допу-
ском на изготовление или точностью аттестации ее размера. По-
скольку при разных случаях применения концевых мер как «но-
сителей» определенного размера требуются различные точности,
то существует несколько классов точности концевых мер длины.

Классы точности — это ряды допусков, построенные законо-
мерно в зависимости от номинального размера, т. е. это совокуп-
ность допусков, соответствующих одинаковой степени точности для
всех номинальных размеров.

У нас в стране установлено 7 классов точности концевых мер
длины (рис. 3.2), обозначаемых 00; 0; 1; 2; 3; 4 и 5 (класс 00
самый точный, т. е. концевые меры в этом классе имеют самый
маленький допуск на изготовление по сравнению с мерами тех
же номиналов в других классах).

За длину (размер) концевой меры длины (в любой точке) при-
нимается длина перпендикуляра, опущенного от одной из измери-
тельных (рабочих) поверхностей на противоположную измеритель-
ную поверхность.
Одновременно с допуском на изготовление размера концевой
меры для каждого класса нормируется требование к погрешности
геометрической формы измерительной поверхности, которая назы-
вается допускаемое отклонение от плоскопараллельности конце-
вой меры. Под этим термином понимается разность между наи-
большей и наименьшей длинами меры.

Допуск на изготовление при переходе из одного класса в дру-
гой изменяется в основном в два раза. И еще очень важно знать,
что допускаемые отклонения на размер концевой меры даются
симметричными относительно номинального размера, т. е. со
знаком ± (рис. 3.2, а). Так, например, для концевых мер 0-го
класса с номинальным размером до 10 мм допускаемые отклонения
на длину концевой меры составляют ±0,10 мкм, а допускаемые
отклонения от плоскопараллельности равны 0,09 мкм (90%);
для 5-го класса и тех же размеров мер соответственно ±4 мкм
и 0,6 мкм (7,5%).

При использовании концевых мер длины определенного класса
возможная погрешность меры (т. е. отклонение ее от номинального
размера) в предельном случае должна приниматься равной допу-
скаемому отклонению от номинала. При этом надо помнить, что
помимо погрешности самой концевой меры будет еще погрешность
от ее притирания в пределах от 0,05 до 0,1 мкм.

В одном наборе (в одном футляре) должны находиться конце-
вые меры одного класса.

Есть еще одна особенность в применении понятия о классе
концевой меры. Заключается она в том, что первые 5 классов
(от 00-го до 3-го) — это классы, допуски которых используются за-
водом, изготавливающим концевые меры. Допуски других двух
классов (4-го и 5-го) используются только при ремонте концевых
мер длины с тем, чтобы по возможности дольше применять конце-
вые меры на работах с невысокой точностью.

С целью повышения точности концевых мер для случая исполь-
зования их в качестве образцовых у нас в стране помимо классов
точности установлены еще и разряды концевых мер.

Разряд концевой меры длины характеризуется пределом допу-
скаемой погрешности измерения (аттестации) ее длины. У нас
в стране установлено 5 разрядов — с 1-го по 5-й (для первого
разряда наименьшая погрешность аттестации). При измерении
концевой меры длины с целью присвоения ей определенного раз-
ряда употребляют выражение «аттестации на разряд», потому
что после такого измерения на набор концевых мер (а в наборе
могут быть меры только одного разряда) выдается аттестат, в ко-
тором указываются действительные отклонения каждой меры от
нанесенного на ней номинального размера.

Поэтому при пользовании концевыми мерами, которые имеют
разряд, размер берут не только по номинальному значению, но
и учитывают действительное отклонение, приведенное в ат-
тестате.
Ну а если возникает задача выявить, какую погрешность вно-
сит концевая мера, имеющая разряд, то за погрешность меры надо
принимать допускаемую погрешность измерения при аттестации
этой концевой меры.

Пример. Предположим, что концевая мера 40 мм, которая изготовлена с до-
пуском по 3-му классу, аттестована на 3-й разряд, и оказалось, что ее действи-
тельный размер 40,001. Следовательно, когда эта мера используется одна или
устанавливается в блок, мы будем считать ее размер на 0,001 мм больше, чем
это указано на ней. Погрешность аттестации этой концевой меры длины равна
±0,15 мкм (для 3-го разряда). Следовательно, в предельном случае может ока-
заться, что концевая мера будет на 0,15 мкм больше или меньше, чем указано
в аттестате.

Таким образом, погрешность, вносимая этой концевой мерой, равна 0,15 мкм
(надо не забывать добавить еще погрешность от притирочного слоя, если мера
будет использована в блоке). Сравните разницу между погрешностями при ис-
пользовании концевой меры с указанием класса или разряда. При использова-
нии одной и той же меры в 40 мм, отнесенной к 3-му классу, в предельном случае
вынуждены указывать погрешность 1,6 мкм, а та же мера, но аттестованная
по 3-му разряду, будет вносить погрешность всего 0,15 мкм, т. е. и 10 раз меньше

Для того чтобы лучше усвоить разницу между классами и
разрядами, рассмотрим еще один пример.

Изготовлены две концевые меры длины с номинальным размером 60 мм и
допуском по 0-му классу (рис. 3.2, б). При аттестации I и 11-й мер размер их
оказался одинаковым и равным 60,0002 мм. Но I-я мера отнесена к 1-му разряду,
так как допускаемая погрешность измерения при ее аттестации была ±0,03 мкм,
а П-я мера — ко 2-му разряду, поскольку погрешность ее аттестации была
±0,09 мкм. Следует отметить, что разделение точности концевых мер длины на
классы и разряды не очень удобно для работы и вполне обоснованно можно пред-
положить, что в дальнейшем будет оставлен только один ряд точности. Наиболее
правильным следует считать оставление классов точности, во с допусками, близ-
кими к погрешностям аттестации на разряды.

§ 5.	ОБЛАСТИ ПРИМЕНЕНИЯ КОНЦЕВЫХ МЕР ДЛИНЫ

Концевые меры длины используют для хранения
и передачи единицы длины от эталона мерам и измерительным
приборам.

В этом случае используют концевые меры по разрядам, т. е.
образцовые, и от Государственного эталона длины (см. введение)
идет многоступенчатая передача точности размера непосредствен-
но до рабочих измерительных средств.

Концевые меры применяют для настройки измерительных
средств на измеряемый размер (установка на <нуль»).

Такую настройку производят, когда применяют метод сравне-
ния с мерой, т. е. измерительное средство настраивают по конце-
вой мере обычно на номинальное значение размера (часто называют
установкой, или «настройкой на нуль»), а потом при измерении
детали определяют, на сколько размер детали отличается от раз-
мера концевой меры, по которой был настроен прибор.

Концевые меры длины применяют для определения величины
перемещения подвижных элементов станка и другой технологиче-
ской оснастки, настройки разметочного оборудования и во всех
других случаях, когда необходимо иметь постоянное значение раз-
мера.

Для этой области применения обычно изготовляют так назы-
ваемые принадлежности к концевым мерам длины.

§ в. МЕТОДЫ И СРЕДСТВА ПОВЕРКИ
КОНЦЕВЫХ МЕР ДЛИНЫ

Прн аттестации концевых мер длины на определен-
ный разряд измеряют серединную длинуэ и ее принимают за номи-
нальную длину концевой меры. Номинальной «срединной» дли-
ной концевой меры называют длину перпендикуляра, опущен-
ного из центра одной из измерительных поверхностей на противо-
положную измерительную поверхность. Это определение отлича-
ется от ранее приведенного (§ 3) тем, что, определяя размер, на
измерительной поверхности выбирают только одну точку в центре
(в середине) и из нее опускают перпендикуляр. Это ограничение
сделано только для удобства измерения (аттестации) размера, хотя
по существу такое расхождение в понятиях для классов и разрядов
не очень удобно. Дополнительно измеряют и плоскопараллель-
ность.

При измерении концевых мер длины в основном используют
те же измерительные средства, что и при измерении деталей. Эти
измерительные средства будут рассмотрены далее. Здесь же мы
остановимся еще на некоторых принципиальных особенностях,
присущих методам и средствам поверки концевых мер.

Измерение длины и отклонений от плоскопараллельности кон-
цевых мер в основном производят методом сравнения с мерами
более высокого разряда. Так, если необходимо произвести атте-
стацию концевой меры, например на 4-й разряд, производят
сравнение ее с концевой мерой длины того же номинального раз-
мера, но имеющей 3-й разряд, с помощью конкретных измеритель-
ных средств. Измерение концевых мер 1-го разряда, а иногда и
2-го разряда производят с помощью так называемого абсолютного
интерференционного метода, когда размер меры сравнивают с опре-
деленным количеством длин волн специальных эталонных излу-
чателей света (см. гл. 18). Концевые меры с размером более 100 мм
обычно измеряют в горизонтальном положении. Для того чтобы
прогиб меры под действием собственного веса был минимальным,
на расстоянии, равном 0,211/ (где I — длина меры), наносят штри-
хи (так называемые точки Эри). Опоры для базирования такой меры
должны находиться против штрихов.

У концевых мер обычно отдельно определяют отклонения от
плоскостности с помощью плоских стеклянных пластин, исполь-
зую интерференционный метод. Плоскую пластину приклады-
вают к проверяемой поверхности под очень небольшим углом
(зазор не более 1,5—2 мкм), и если имеет место отклонение от плос-
костности, то изгибаются интерференционные линии. По величине
изгиба судят о величине отклонения от плоскостности (см. гл. 8).
Поскольку аттестация концевых мер длины на определенный
разряд занимает много времени, появились автоматические уста-
новки для этих целей. В частности, Ленинградский инструменталь-
ный завод «Измерен» изготавливает такую установку мод. 70700,
предназначенную для аттестации концевых мер на 4-й и 5-й раз-
ряды. Аттестация производится сравнением с мерой более высо-
кого разряда с помощью индуктивной измерительной системы
(см. гл. 6, § 2). Аттестуются меры от 0,5 до 100 мм. Время изме-
рения одной меры не более 3 мин. После установки образцовой и
поверяемой мер на загрузочное устройство с помощью манипуля-
тора меры подаются на измерительную позицию и перемещаются
таким образом, чтобы сравнить размер мер по пяти точкам. Ре-
зультаты аттестации выдаются в напечатанном виде.

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ

I.	Что такое плоскопараллельные концевые меры длины (с. 37)?

2.	Конструктивная форма концевых мер длины (с. 38).

3.	Что такое притнраемость концевых мер длины и чем она обеспечивается?
Толщина притирочного слоя (с. 38).

4.	Что такое наборы концевых мер (с. 38)?

5.	Принцип образования блоков концевых мер (с. 39).

6.	Требования к материалу, из которого должны изготовляться концевые
меры длины (с. 40).

7.	Что такое классы концевых мер длины и чем они характеризуются (с. 41)?

8.	Что такое плоскопараллельность концевых мер длины и что она характе-
ризует (с. 42)?

9.	Что такое разряд концевой меры длины н чем он характеризуется (с. 42)?
10. Сопоставьте понятие класса н разряда концевых мер длины (с. 43).
11. Чему равна погрешность от концевой меры длины при пользовании кон-
цевыми мерами, отнесенными к классам и разрядам (с. 43)?

12.	Области применения концевых мер длины (с. 43).

13.	Принцип поверки концевых мер длины. Что такое серединная длина»
(с. 44)?

ГЛАВА 4. ИЗМЕРИТЕЛЬНЫЕ ЛИНЕЙКИ
И ШТАНГЕНИНСТРУМЕНТ

§ 1.	ИЗМЕРИТЕЛЬНЫЕ МЕТАЛЛИЧЕСКИЕ ЛИНЕЙКИ

Измерительная линейка представляет собой метал-
лическую полосу, на плоскости которой нанесены деления.

В принципе, измерительные линейки, которые часто называют
масштабными линейками, относятся к многозначным мерам,
т. е. к мерам, воспроизводящим ряд одноименных значений раз-
личного размера.

Очень часто измерительные линейки называют штриховыми
мерами. Это название указывает, что линейка является мерой
Рис. 4.1. Линейки металлические.

а — измерительные линейки; б — штриховой метр

и эта мера многозначная, а размер по ней определяют между
штрихами.

Номенклатура измерительных линеек включает большую раз-
новидность — от простейших ученических деревянных линеек
до высокоточных металлических линеек, на которых имеется
лупа для отсчета по шкале, и линеек с точностью до долей микро-
метра, устанавливаемых в станках.

В связи с особенностью настоящего учебного курса мы будем
говорить только о металлических линейках, используемых в про-
мышленности (в машиностроении).

Металлические измерительные линейки изготовляют общей
длиной от 150 до 1000 мм. Обычно промежуточные размеры имеют
300 и 500 мм.

Конструкции линеек, в принципе, однотипны, т. е. представ-
ляют собой металлическую полосу, на широкой поверхности
которой нанесены деления в подавляющем большинстве случаев
через 1 мм между осями штрихов (рис. 4.1, а). Иногда линейки
делают с расстоянием 0,5 мм между штрихами, но практически
пользоваться такими линейками с отсчитыванием 0,5 мм трудно,
так же как и трудно такие линейки изготовлять.

Нулевой штрих, т. е. начало отсчета в линейках, обычно нахо-
дится с левой стороны, совпадая с концом линейки, и это дает
основание считать, что линейка со стороны нулевого штриха
является концевой мерой.

Линейки изготовляют либо с одной, либо с двумя шкалами.
Иногда изготовляют линейки, у которых нулевые деления имеются
и с левой, и с правой стороны. Ширина линейки обычно в среднем
бывает 20—40 мм, а толщина 0,5—1,0 мм. Поверхность линейки
подвергают хромированию для предохранения от коррозии.

Измерение линейкой производится так называемым непосред-
ственным методом, т. е. прикладыванием ее к измеряемому объекту
и сопоставлением его длины со значением меры. Чаще всего эти
измерения осуществляют совмещением нулевого штриха линейки
с краем детали. Непосредственным называется метод измерения,
при котором значение величины определяют непосредственно
по отсчетному устройству измерительного средства.

Погрешность измерения линейкой складывается из погрешно-
сти нанесения делений, погрешности совмещения штрихов с кра-
ями измеряемой детали и погрешности отсчета значения. Если
погрешность нанесения штрихов на линейках обычно находится
в пределах 0,1—0,2 мм, в зависимости от длины, то погрешность
отсчета доходит до 0,2—0,3 мм и более. В общем случае можно
принять, что погрешность измерения находится в пределах 0,5 мм
при условии острых краев измеряемой детали и тщательности
измерения, но в большинстве случаев при измерении линейкой
удовлетворяются погрешностью измерения в пределах 1 мм.

Поверку линеек, т. е. определение погрешности нанесения
штрихов, производят по образцовым измерительным линейкам,
которые называют штриховыми метрами. Штриховой метр
(рис. 4.1, б) представляет собой более жесткую конструкцию,
чем обычные линейки. На скосах этого метра нанесены деления
через 0,2 мм с погрешностью в пределах 0,05 мм. На специальных
направляющих метра помещают две каретки с кронштейнами,
на которых находятся лупы с 7-кратным увеличением. При по-
верке измерительной линейки штриховой метр устанавливают
на поверяемую линейку и сравнивают шкалы обеих линеек.
Погрешность такого сравнения не превышает 0,01 мм.

§ 2.	ШТАН ГЕН ИНСТРУМЕНТ

Под общим названием «штангенинструмент» объеди-
няется большая группа измерительных средств для измерения
и разметки линейных размеров. Отличительной особенностью
этих измерительных средств является то, что в качестве отсчет-
ного устройства используется шкала измерительной линейки
(штанга) с делениями через 1 мм, а отсчитывание частей деления
на этой основной шкале производится с помощью вспомогательной
(дополнительной) шкалы — нониуса.

а. Нониус. Нониус, как вспомогательная шкала, имеет не-
большое число интервалов (10—20) по сравнению с основной
шкалой. Первый штрих нониуса является началом вспомогатель-
ной шкалы и одновременно индексом (указателем) значения
размера на основной шкале. Если первый штрих (нулевой штрих)
нониуса совпадает с каким-либо штрихом основной шкалы
Шкала

4	5	б

7 »|1 I 1 S 11  1

О Нониус 0,! мм	Значение размера 40 мм

а)

4	5 ШКат S

,|1|'1||1||||В * * 11||||'111|Г|"|1"'

п Нониус 0,1мм Значение размера

5)	Щ7 мм

Шкала
4	5	6

° Нониус 0,1мм Значение размера

6)	42 мм

Рис. 4.2. Отсчет по шкале н нониусу

(рис. 4.2, а), то отсчитывают целое значение размера только по
основной шкале. Если же нулевой штрих нониуса не совпадает
ни с одним штрихом основной шкалы, то отсчет получается из
двух частей. Целое значение размера, кратное 1 мм, берут по
основной шкале по ближайшему меньшему значению (слева от
нулевого штриха нониуса) и добавляют дробное значение размера
по нониусу в зависимости от того, какое деление нониуса совпа-
дает с каким-нибудь делением основной Шкалы.

Так, на рис. 4.2, б отсчет равен 40,7 мм, поскольку к нулевому штриху
нониуса с левой стороны ближе всего находится штрих основной шкалы с циф-
рой 4, что означает 4 см, а точно совпадает с делением основной шкалы 7-й штрих
нониуса. Поскольку величина отсчета на этом нониусе равна 0,1 мм, то, следова-
тельно, совпадение 7-го штриха нониуса показывает, что дольное значение раз-
мера равно 0,7 мм (0,1X7), а весь размер равен 40,7 мм.

В принципе, нониус используют для того, чтобы избежать
ошибок оценки доли деления «на глаз». Можно себе представить,
что по шкале перемещается вместо нониуса один индекс (штрих),
который используется для отсчета, а когда он не совпадает со
штрихом основной шкалы, то отсчет берется «на глаз». Но это
не очень удобно и неточно. Тогда можно было бы взять на нониусе
один штрих, а по обе стороны от него нанести дополнительные
деления с интервалом, равным величине, которую хотели бы
отсчитать. Так, например, если мы хотим отсчитать одну десятую
от миллиметрового интервала основной шкалы (0,1 мм), то и
должны нанести по десять делений через 0,1 от основного штриха
нониуса. Но такая шкала была бы «слепая», нанести такие штрихи
трудно, а пользоваться такой шкалой очень неудобно и во всяком
случае не намного проще, чем пользоваться одним штрихом.

Принцип построения нониуса заключается в том, что интер-
валы его шкалы нанесены «растянутыми» относительно основной
шкалы и отличаются от интервалов основной шкалы на величину
отсчета, число делений нониуса точно укладывается в определен-
ное число делений основной шкалы.

Делается это следующим образом. Представим себе, что мы

хотим отсчитывать с помощью нониуса значения 0,1 мм. Для этого
на нониусе наносят первый штрих вправо от нулевого штриха
нониуса на расстоянии, меньшем, чем интервал основной шкалы,
на величину отсчета, т. е. на 0,1 мм. Следовательно, интервал
деления b нониуса будет равен 0,9 мм или в общем виде b =
= а — с, где а — интервал деления основной шкалы (обычно
1 мм); с — величина отсчета нониуса; b = 1—0,1 = 0,9 мм. И все
последующие штрихи нониуса наносят с таким же интервалом
(рис. 4.2, г). Из-за того, что интервалы делений нониуса меньше,
чем на основной шкале, постепенно накапливается «отставание»
положения штрихов нониуса от штрихов основной шкалы и на
приведенном примере (рис. 4.2, г) 10-й штрих нониуса совпадает
с 9-м штрихом от первого совпадающего штриха основной шкалы
(накопилось отставание на 1 мм).

Можно сделать так, чтобы интервалы нониуса были растянуты
и разница на величину отсчета приходилась, например, на два
деления основной шкалы (рис. 4.2, а, в) или на три и больше. Все
равно при отсчете дробных значений размера мы не отсчитываем
величины этих дробных значений по основной шкале, а просто
смотрим, какой штрих нониуса совпадает с каким-либо штрихом
основной шкалы и берем отсчет этих значений только по но-
ниусу. Но надо иметь в виду, что когда этот штрих «отстает» от
второго, а не от первого штриха основной шкалы, длина нониуса
увеличивается и увеличиваются габаритные размеры всего уст-
ройства.

При расчете интервала шкалы нониуса используется понятие
«модуль» у, с помощью которого устанавливается взаимосвязь
между интервалами основной шкалы и шкалы нониуса.

Коэффициент у характеризует соотношение между значениями
интервалов шкалы и нониуса.

Пример. Рассчитать данные для изготовления нониуса при интервале делений
основной шкалы 1 мм (а = 1 мм) и величине отсчета по ионнусу 0,1 мм (с =
= 0,1 мм).

1.	Задаемся величиной модуля, исходя из габаритных размеров шкалы и
устройства, на котором установлен ионнус. Примем, например, модуль равным 2
(у = 2).

2.	Определяем интервал деления для ноннуса (Ь):
b = уа — с= 2-1 — 0,1 = 1,9 мм
(если у = 1, то b = 0,9 мм, если принять у = 0, то b = —с, т. е. интервал де-
лений равен величине отсчета).

3.	Определяем число делений шкалы нониуса
п = а/с= 1/0,1 = 10 делений.

4.	Определяем длину шкалы нониуса (/)

I = nb = 10-1,9 = 19 мм.

обратите внимание, общая длина равна целому значению делений основной
шкалы).

Величина отсчета по нониусу для штангенинструмента у нас
в стране принята 0,1 и 0,05 мм. Ранее выпускали измерительные
средства с отсчетом 0,02 мм, но исследования показали, что по-
грешности при таком отсчете не меньше погрешностей при отсчете
Рис. 4.3. Штангенциркули:

ч — с раздельными губками для наружных и внутренних измерений; б — только для на-
ружных измерений; в — с разметочными губками и одними губками, но с разными изме-
рительными поверхностями для наружных и в и угрей них измерений; в — то же. но без
разметочных губок (/ — штанга. 2 — рамка. 3 — зажим рамки. За — зажим рамки ми-
кроподачн, 4 — нониус, б — линейка глубиномера, 6 — микрометрическая подача.
7 — гайка)

(0,05 мм). Не исключено, что в дальнейшем останется только
отсчет 0,1 мм.

б. Номенклатура штангенинструмента. Наиболее распростра-
ненными универсальными средствами измерения такого типа
являются штангенциркули, штангенглубиномеры и штангенрейс-
масы. Отличие их конструктивных форм в зависимости от назначе-
ния заключается в конфигурации измерительных поверхностей
и их взаимном расположения.

1.	Штангенциркули (рис. 4.3). Конструкцию штангенциркуля,
в принципе, можно представить как усовершенствованную кон-
струкцию масштабной линейки. С этой целью на конце линейки 1
(штанга), имеющей шкалу с делениями через 1 мм, находится
неподвижная измерительная губка, измерительные поверхности
которой перпендикулярны линейке. Вторая измерительная губка
находится на рамке 2, перемещаемой по линейке. На этой же рамке
находится нониус 4 для отсчета величины перемещения губки на
рамке 2. Таким образом, наружный измеряемый размер опре-
деляется по расстоянию между измерительными губками, которые
имеют плоские измерительные поверхности небольшой ширины.
Остальные элементы конструкции имеют вспомогательный харак-
тер, облегчая использование штангенциркуля или расширяя
область его применения. Так, в штангенциркуле, показанном на
рис. 4.3, в, верхние губки предназначены в основном для разметки
поверхности и для измерения размеров внутри узких проточек.
Устройство 6, называемое микрометрической подачей, предназна-
чено для медленного перемещения рамки по штанге. При поль-
зовании этой микроподачей вспомогательную рамку микроподачи
скрепляют со штангой винтом За, стопор 3 отпускают и вращением
гайки 7 перемещают рамку. Микроподачу в основном исполь-
зуют при установке на штангенциркуле размера для разметки.
Большинство штангенциркулей для измерения внутренних раз-
меров имеют либо отдельные измерительные губки (рис. 4.3, а),
либо специальные измерительные поверхности основных губок
(рис. 4.3, в, г). У штангенциркулей, показанных на рис. 4.3, виг,
губки для измерения внутреннего размера имеют цилиндрическую
поверхность. Размер этих губок в сведенном состоянии обычно
бывает b = 10 мм и маркируется на боковой поверхности одной
из губок. Если после ремонта этот размер меняется, то изменяется
и маркировка, поскольку нулевой отсчет по шкале и нониусу
соответствует наружным измерениям. Поэтому когда отсчитывают
размер при внутренних измерениях, к отсчету по шкале и нониусу
штангенциркуля необходимо добавить значение размера губок
для внутренних измерений (т. е. размер, указанный на одной
из губок).

Типоразмеры штангенциркулей охватывают диапазон измере-
ний до 2000 мм. Однако наиболее распространены штангенциркули
с диапазоном измерений от 0 до 125 (или 140) мм (рис. 4.3, а, б)
и с диапазоном измерений от 0 до 320 (200 или 250) мм
(рис. 4.3, в, г). Штангенциркули первого типа обычно имеют отсчет
по нониусу 0,1 мм, а второго — как 0,1, так и 0,05 мм. Штанген-
циркули с большим диапазоном измерения обычно имеют вели-
чину отсчета 0,1 мм. Практически штангенциркули для размеров
свыше 500 мм не выпускаются, хотя и известны.

2.	Штангенглубиномеры (рис. 4.4). На общей базе штанги и
нониуса конструкция этого измерительного средства приспособ-
лена для измерения глубин отверстий, пазов, высоты уступов
и т. д.

Конструкция штангенглубиномера отличается от штанген-
циркуля тем, что нет неподвижной губки, а вместо подвижной
губки на рамке 2, имеющей нониус 3, сделана траверса 4, явля-
ющаяся основанием (опорой) при измерении глубины. Остальные
элементы конструкции аналогичны штангенциркулю. Нулевой
отсчет в штангенглубиномере получается, когда торцы линейки 1
и основания 4 совпадают.

Штангенглубиномер можно представить как масштабную ли-
нейку, снабженную специальным движком для совмещения с одним
концом измеряемого размера. Получается, в принципе, мера со
специальным упором.

Типоразмеры штангенглубиномеров обычно охватывают диа-
пазон измерений не более 500 мм. При большом диапазоне изме-
рений отсчет по нониусу чаще всего составляет 0,1 мм, на меньших
пределах (200, 300 мм) отсчет составляет 0,05 мм.
Рис. 4.4. Штангенглубнномер (КРИН) Рис. 4.5. Штангеирейсмас (КРИН)

3.	Штангенрейсмасы (рис. 4.5). Строго говоря, основное назна-
чение этого устройства — разметка деталей, но оно может быть
использовано для измерения высоты деталей.

Конструкция штангенрейсмаса приспособлена для разметки
и измерений от плоской поверхности, на которой размещаются
как штангеирейсмас, так и размечаемая или измеряемая деталь
(часто говорят, что «штангеирейсмас предназначен для работы
от плиты»).

В конструкции штангенрейсмаса взамен неподвижной губки
штангенциркуля находится достаточно массивное основание 3,
с помощью которого штангеирейсмас устанавливают на плите.
Рамка 2 с нониусом 5 имеет специальную державку 4 для крепле-
ния сменных устройств в виде разметочных ножек («чертилок»)
разных видов или же для установки специальных ножек, когда
производят измерение высоты.

При разметке вертикальных плоскостей с помощью штанген-
рейсмаса по шкале 1 и нониусу 5 устанавливают размер, на кото-
ром необходимо провести линию от основания (при этом поль-
зуются микроподачей). Потом весь штангенрейсмас перемещают
по плите, одновременно прижимая основание к плите, а разметоч-
ную ножку к детали. На поверхности детали остается след от
разметочной ножки.

Типоразмеры штангенрейсмасов охватывают диапазон
до 2500 мм, но наиболее распространены для размеров до 250,
400 мм при отсчете 0,05 мм. Штангенрейсмасы больших размеров
изготовляют значительно реже, и они имеют отсчет 0,1 мм.

в.	Погрешности измерения штангенинструментом. Погреш-
ность измерения зависит в значительной мере от величины отсчета
и значения измеряемого размера. Погрешность измерения штан-
генциркулем наружных размеров до 500 мм при величине отсчета
0,05 мм будет составлять 0,1 мм (т. е. равна удвоенному значению
величины отсчета). При измерении внутренних размеров тем же
штангенциркулем погрешность измерения составляет 0,15—
0,25 мм для этого же диапазона размеров. При измерении штан-
генциркулем с отсчетом 0,1 мм наружных размеров в том же
диапазоне, т. е. до 500 мм, погрешность составляет 0,15—0,25 мм,
а для внутренних размеров 0,2—0,3 мм [16].

Погрешность измерения штангенглубиномером с отсчетом
0,05 мм глубин до 300 мм составляет 0,1—0,15 мм, а при отсчете
0,1 мм—0,2—0,3 мм [16].

Необходимо обратить внимание на то, что указаны погреш-
ности измерения, а не погрешности измерительного средства
(см. гл. 2).

Погрешность только самого штангенинструмента в условиях
его поверки, т. е. погрешность, которая нормируется, будет
меньше (обычно не более величины отсчета). Но, как говорилось
ранее (гл. 2), погрешность при поверке — это частный случай
погрешности измерения.

Погрешность измерения штангенинструментом возникает
в основном от двух причин — это, в первую очередь, погрешность
отсчета, вызванная параллаксом, а для штангенциркуля еще
и погрешность от нарушения принципа Аббе.

Поскольку эти источники погрешностей имеют место во многих
измерительных средствах, рассмотрим их более подробно.

Параллакс (от греческого слова parallaxis — отклонение) —
это видимое изменение относительного положения предметов
вследствие перемещения глаза наблюдателя. Это изменение поло-
жения предметов имеет место при отсчете, когда основная шкала
и шкала нониуса расположены не в одной плоскости.

Шкала нониуса располагается над основной шкалой (пла-
стинка или часть рамки, где нанесен нониус, имеет толщину),
поэтому совпадение штрихов может восприниматься неоднозначно
в зависимости от того, под каким углом наблюдатель прово-
дит отсчет.
Рис. 4.6. Погрешность отсчета из-за параллакса

На рис. 4.6, а условно показан только один штрих иа основной
шкале и один штрих на нониусе, и эти штрихи совпадают, если
смотреть на них строго перпендикулярно плоскости шкалы (поло-
жение / глаза наблюдателя). Если же смотреть на штрих под
углом к плоскости основной шкалы, то будет казаться, что штрихи
не совпадают и чем больше угол зрения будет отличаться от пря-
мого, тем больше будет погрешность отсчитывания из-за парал-
лакса. Величина этой погрешности (на рисунке ба1 и ба>) зависит
от положения по высоте штриха иониуса относительно штриха
шкалы (т. е. от толщины пластинки, на которой нанесен нониус,
и зазора между плоскостью шкалы и этой пластинкой) и от угла,
под которым смотрит наблюдатель, т. е. 6 = h tg а.

Приведенная формула может иметь и другой вид. Если при-
нять во внимание, что расстояние от глаз наблюдателя до шкалы
равно 250 мм (рис. 4.6, 6,1 = 250 мм), а из практики установлено,
что оператор при отсчете показаний смещается от перпендику-
лярного положения относительно шкалы на расстояние ~30 мм
(Ь = 30 мм), то погрешность от параллакса составляет б = hb/l =
= 0,12Л.

Таким образом, если расстояние от верхней кромки нониуса до поверхности
шкалы составляет 0,3 мм, то погрешность отсчета составит 0,12-0,3 = 0,036 мм
н при Л = 0,2 мм б = 0,024 мм. Этот расчет объясняет, в частности, почему не
имеет смысла делать штаигеиинструмент с отсчетом 0,02 мм, ведь только пог-
решность от параллакса составит значение, большее значения отсчета, поскольку
обеспечить положение нониуса от шкалы на меньшем расстоянии, чем указано
в примерах, практически очень трудно.

Известны конструкции штангенциркулей, в которых нониус
и основная шкала располагаются в одной плоскости, но такая
конструкция требует особо тщательной обработки и рамки, и
штанги (чтобы не возникло большого зазора).
Рис. 4.7. Погрешность штангенциркуля из-за на-
рушения принципа Аббе

Погрешность от параллакса наиболее
ощутима при использовании штангенинст-
румента, но она имеет место и в так назы-
ваемых стрелочных приборах, где шкала
и индекс (стрелка) расположены не всегда
в одной плоскости.

Принцип Аббе заключается в том, что
при измерении размера методом сравнения
с мерой погрешность измерения будет
меньше, если меру и измеряемый размер

располагать на одной прямой (последовательно, а не параллельно)

В штангенциркуле не соблюдается принцип Аббе, поскольку
шкала и нониус располагаются на линии, параллельной линии
измерения на детали (в штангенглубиномере принцип Аббе соблю-
дается). Погрешность возникает из-за того, что при параллельном
расположении трудно обеспечить перпендикулярность измери-
тельных поверхностей штангенциркуля к линии шкалы как при
изготовлении, так н при использовании из-за непрямолинейности
направляющих (при перемещении рамки по штанге). При изме-
рении цилиндрических или сферических деталей, когда контакт
происходит у концов измерительных губок штангенциркуля,
усилие поджима создает момент сил, который выбирает зазор
между рамкой и штангой. Этим нарушается перпендикулярность
измерительных поверхностей, которая вносит погрешность
в результат измерения.

На рис. 4.7 показано, как под действием усилия измерительные
губки длиной L поворачиваются на величину б, зависящую от
зазора Д между штангой и рамкой из-за отклонения от прямо-
линейности базовой поверхности. С некоторым приближением
погрешность от такого перекоса можно выразить как б = LL/1.

Полученное выражение показывает, что для уменьшения
влияния перекоса надо стремиться к возможно меньшему соотно-
шению L/1, т. е. делать по возможности короче измерительные
губки и длиннее рамку.

Погрешности, связанные с нарушением принципа Аббе, имеют
место во всех случаях, когда в приборе перемещается измеритель-
ный узел, а отсчет производится по линии, параллельной линии
перемещения.

Рассмотренный принцип был высказан в 1890 г. Эрнстом Аббе (1840—
1905 гг.) — немецким физиком-оптиком, автором теории образования изображе-
ния в микроскопе. Аббе разработал конструкции многих оптических приборов
и некоторые из них часто называют его именем (например, длиномер Аббе).
В конце XIX в., после смерти Цейсса, он стал фактическим собственником его
мастерских (ныне предприятие К. Цейсс), но отказался от права владельца и
создал для управления предприятием особый устав, по которому правление
состояло из представителей рабочих, государства и Йенского университета
Необходимо отметить, что на погрешность измерения штанген-
инструментом оказывает влияние то, что измерительное усилие
обеспечивается при измерении рукой без всякого приспособления.
Это, в свою очередь, приводит как к деформации деталей, так
и к деформации измерительного средства.

г.	Поверка штангенинструмента. В качестве мер для поверки
точности штангенинструмента используют концевые меры длины
соответствующей точности. Следовательно, под погрешностью
штангенинструмента нормируется и выявляется при поверке
погрешность измерения деталей с плоскими поверхностями, т. е.
при одном из возможных вариантов применения этих средств
измерения. При измерении, например, цилиндрических деталей
погрешность может быть больше, чем выявлена при поверке по
концевым мерам длины.

Несколько специфична методика поверки больших штанген-
циркулей, у которых начало отсчета не от нулевого деления.
Для этих штангенциркулей используют вспомогательную рамку,
которую накладывают на штангу. При этом рамка выполняет
роль неподвижной губки.

д.	Перспективы развития штангенинструмента. Первые штан-
генциркули, изготовленные из латуни или из дерева, применялись
уже в XVII в. Первоначально они, видимо, были с одним
штрихом на рамке для отсчета делений по шкале. Нониус в совре-
менном виде был предложен французским математиком Вернь-
ером в 1631 г. Название «ноннус» эта шкала получила по
имени португальского монаха Педро Нуниша, который предло-
жил способ для облегчения оценки дробных частей градусов на
угломерном, устройстве — квадранте, заключающийся в том, что
по обе стороны от указателя проводится по вспомогательному
штриху на расстоянии, немного меньшем, чем интервал. Поэтому
в некоторых странах эту вспомогательную шкалу иногда называют
«верньер», а в старых книгах можно встретить и двойное название
«нон и ус-верньер».

Была попытка оснастить штангенциркули устройством для
стабилизации измерительного усилия в виде отсчетной головки,
встроенной в неподвижную губку, или введения храпового меха-
низма [3]. Но эти предложения не получили распространения,
поскольку ненамного повышали точность измерения, но снижали
надежность и усложняли конструкцию.

Известны штангенциркули, изготовленные из пластмассы,
и это является одним из перспективных направлений в решении
многих вопросов по повышению надежности, но есть опасность
увеличения погрешности из-за температурных деформаций.

В перспективе должен быть решен вопрос об оптимальной
величине отсчета. Целесообразно остановиться только на отсчете
0,1 мм для повышения достоверности измерения штангенинстру-
ментом. Наибольшее влияние на погрешность измерения штанген-
инструментом оказывает погрешность отсчета дробных делений
A

на основной шкале с помощью нониуса. Поэтому в конце 70-х годов
появились новые средства измерения, которые по внешней кон-
фигурации и возможностям измерения соответствуют штанген-
инструменту, но не имеют нониуса. Строго говоря, это уже не
штангенинструмент, но в нормативной документации и других
публикациях за ними чаще всего сохраняется это название.

Два типа конструкций такого штангенинструмента отличаются
видом отсчетного устройства — со стрелочным механическим и
цифровым электронным отсчетными устройствами. Таким обра-
зом, новые средства измерения отличаются от традиционных
только видом отсчетных устройств.

В качестве примера на рис. 4.8 показан штангенциркуль
с механическим стрелочным отсчетным устройством. В этом при-
боре на штанге нанесена основная шкала с делениями через
10 мм. На рамке с подвижной губкой имеется скос, который
является как бы штрихом для отсчета целых делений, кратных
10 мм по основной шкале. Для отсчета дробных значений от 10 мм
используется зубчатая передача. Для этого вдоль штанги уста-
новлена рейка, находящаяся в зацеплении с зубчатым колесом,
расположенным в рамке. На оси зубчатого колеса закреплена
стрелка. При перемещении рамки зубчатое колесо вращается
и при измерении отсчитываются целые деления по основной
шкале, а дробные — по круговой. Известен штангенинструмент,
на штанге которого нанесена шкала, как у обычных приборов,
через 1 мм. Иногда на практике используется два зубчатых
колеса.

Таким образом, в этих видах приборов вместе с многомерной
Рис. 4.9. Штангенциркуль с
фирма «Мнцутойо». Япония)

электронным цифровым отсчетным устройством

мерой на штанге в виде шкалы имеется еще одна мера в виде
рейки. Безусловным достоинством таких приборов является
значительное облегчение отсчета дробных значений миллиметра.
Недостаток таких приборов — в значительном усложнении кон-
струкции, а следовательно, в более высокой стоимости и меньшей
надежности. При этом сохраняются указанные выше источники
погрешности. В приборах с цифровым электронным отсчетным
устройством также сохранены внешние очертания штанген-
инструмента (рис. 4.9). В этих приборах вдоль штанги также
располагается многозначная мера, по которой полностью отсчи-
тывается величина перемещения подвижной рамки. В качестве
многозначной меры используются или фотоэлектрические (гл. 8),
или емкостные преобразователи (гл. 6). При перемещении по-
движной рамки по штанге с отсчетной системы выдаются им-
пульсы, пропорциональные величине перемещения и с помощью
электронной системы импульса преобразуются в цифровой отсчет
величины перемещения.

Большинство штангенинструментов с электронным отсчетным
устройством имеет возможность выдавать сигнал на подключа-
емый к нему микропроцессор (рис. 4.10) и регистрирующее уст-
ройство. С помощью микропроцессора запоминаются результаты
многих измерений, производится обработка результатов измерения
по нахождению тех статистических характеристик, о которых
говорилось в § 4 гл. 2. При пользовании прибором с цифровым
отсчетным устройством облегчается отсчет измеренных значений.
Однако в них сохраняются все погрешности, связанные с измери-
тельным усилием, нарушением принципа Аббе, и совершенно не-
оправданно в большинстве этих приборов установлена цена деле-
ния 0,01 мм. Кроме того, такие приборы значительно дороже,
чем с отсчетом по нониусу, они менее надежны и требуют более
тщательного обращения при работе. Приборы эти обычно снаб-
Рис. 4.10. Штангенциркуль' с электронным цифровым отсчетным устройстве
и микропроцессором (фирма «Мицутойож, Япония)

жаются автономным питанием (батарейками), срок работы кото
рых ограничен.

Отечественная промышленность пока не выпускает штанген-
инструмент с электронным цифровым отсчетом. Но опыт произ-
водства таких приборов иностранными фирмами показал, что
выпускаются все три вида штангенинструмента (с нониусом,
механическим стрелочным и электронным цифровым отсчетом),
но в разных объемах. Больше изготавливаются с отсчетом по но-
ниусу, а с цифровым отсчетом — не более 10% и не ожидается
расширения производства. Выпускаются приборы в основном без
микропроцессора. Причиной этого являются недостатки, о кото-
рых было сказано ранее и прежде всего из-за высокой стоимости.

Можно высказать предположение, что штангенинструмент
с цифровым отсчетом и микропроцессором получит распростра-
нение при создании автоматизированных производств, например,
гибких производственных систем (гл. 17).
Для этих целей удобен и штангенинструмент с цифровым
отсчетом новых моделей, в которых помимо отсчета имеется свето-
вая сигнализация, показывающая годность или негодность изме-
ренного размера. Если при измерении загорается зеленый свет,
то измеренный размер находится в пределах допуска, если за-
горается красный, то размер бракованный и брак неисправимый,
а если загорается желтый сигнал — размер бракованный, но брак
исправимый (например, размер вала больше, чем допустимо,
и его можно исправить, если дополнительно обработать).

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ

1.	Что такое измерительная линейка? Какой интервал деления ее шкалы
(с. 45)?

2.	Способ поверки линеек и погрешность измерения ими (с. 47).

3.	Какое отличие имеют измерительные средства, называемые штаигении-
струментом (с. 47)?

4.	Что такое нониус и принцип его работы (с. 48)?

5.	В чем заключается расчет иониуса и как он производится (с. 49)?

6.	Номенклатура штангенинструмента (с. 50).

7.	Штангенциркуль, его конструкция и типоразмеры (с. 50),

8.	Конструкция штангенглубиномера и его типоразмеры (с. 51).

9.	Штангенрейсмас, его назначение, конструкция и типоразмеры (с. 52).

10.	Основные причины погрешностей измерения штвнгенннструментом
(с. 52)?

JI. Что такое параллакс, причины его появления и какие требования нужно
предъявлять к конструкции измерительных средств, чтобы уменьшить погреш-
ность от параллакса (с. 53)?

12.	В чем заключается принцип Аббе и какие требования необходимо предъ-
являть к конструкции измерительных средств, чтобы был соблюден принцип
Аббе или уменьшено влияние при несоблюдении этого принципа (с. 55)?

13.	Методы и средства поверки штангенниструмента (с. 56).

14.	Перспективы развития штангенинструмента (с. 56).

15.	Штангенинструмент с цифровым отсчетом (с. 58).

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 1

Измерение штангенциркулем

Задание. Измерение штангенциркулем размера диаметра и
погрешности формы.

Объект измерения — втулка с отверстием 30 ... 60 мм, глуби-
ной 50 ... 80 мм.

Средство измерения — штангенциркуль, диапазон измерения
0 ... 160 мм, величина отсчета по нониусу 0,05 мм.

Подготовка работы.

Подготовка измерительного средства.

Схема измерения — приведена в бланке отчета.

Измерение детали.

I. Измерение размера диаметра детали:

1)	сближают губки штангенциркуля;
Форма отчетных бланков для лабораторных работ № 1 и 4

Техникум, курс, группа		Ф. И. О. учащегося

Лабораторная работа № .

Допускаемая погрешность
измерения

Результаты измерения				Заключение о годности
Отсчеты показаний				
Dal		£>а//		Выполнил
D61		D6H		
Овальность		Конусообраэность		Принял
2)	вводят губки для внутренних измерений в отверстие детали;

3)	сдвигают рамку до контакта губок с поверхностью отвер-
стия;

4)	покачивают штангенциркуль то в диаметральной, то в осе-
вой плоскости; постепенно поджимая рукой рамку, находят
положение, при котором в осевой плоскости будет наибольший
размер; зажимают рамку с нониусом и снимают штангенциркуль
с детали, отсчитывают показания штангенциркуля (см. гл. 4).

II.	Измерение отклонений формы отверстия. Для этого все
действия для измерения диаметра, указанные выше, выполняют
четыре раза: в сечениях /—/ и II—II (около обоих торцов) в на-
правлениях а и б, как указано в схеме измерения (см. отчетный
бланк).

III.	Обработка результатов измерения. Путем вычитания из
больших измеренных размеров меньших получают отклонение
формы в следующем порядке:

т т а Ва 1 — Bq I
овальность в сечении I-I: Дов = ————;

11 11 л	Bq 11 — Bq 11

овальность в сечении П-П: Дов = —-----$—-----;

,	д Ва 1 — Da 11

конусообразность в направлении а: Дкон = —=—— -------;

..	R л	Bq I — Bq 11

конусообразность в направлении о: Днон = —-----------;

ГЛАВА 5. ИЗМЕРИТЕЛЬНЫЕ СРЕДСТВА

С МЕХАНИЧЕСКИМ ПРЕОБРАЗОВАНИЕМ

Принципом действия измерительного средства или
преобразователя называется физический принцип, положенный
в основу построения средств измерения данного вида.

В основе принципа действия современных средств измерения
линейных и угловых размеров используются следующие физи-
ческие принципы: механический, оптический, электрический,
пневматический и их сочетания.

В настоящей главе рассмотрены в основном измерительные
средства, в которых преобразовательный механизм построен на
механическом принципе действия, т. е. преобразование малых
перемещений измеряемых величин в большие перемещения на
отсчетном или регистрирующем устройстве производится с по-
мощью механических передач.

Универсальные измерительные средства с механическим пре-
образованием в зависимости от вида измеряемого размера можно
разделить на средства измерения наружных и внутренних раз-
меров; в зависимости от конструктивного оформления и области
назначения — на измерительные головки и измерительные сред-
ства с корпусом в виде скобы.

Измерительные головки

Измерительными головками называются отсчетные
устройства, преобразующие малые перемещения измерительного
наконечника в большие перемещения стрелки и имеющие шкалу,
по которой отсчитывают величины перемещений наконечника.
В последние годы появились измерительные головки, в которых
значение перемещения измерительного наконечника отсчитывают
по электронному цифровому устройству (§ 5).

В качестве отдельного измерительного устройства головки
использоваться не могут и для измерения их устанавливают
в специальных приборах, где требуется отсчитать какие-либо
перемещения. Поэтому их часто называют «отсчетные головки».

Измерительные головки конструктивно оформляют в одном
корпусе. Они имеют элементы, с помощью которых устанавли-
ваются (присоединяются) в измерительном устройстве. В подавля-
ющем большинстве случаев этот «присоединительный» элемент
делают в виде цилиндра диаметром 8 или 28 мм.

Во всех измерительных головках используются ранее указан-
ные цены делений (гл. 1, § 4) из принятого ряда 1, 2, 5.

Наиболее оправдали себя и получили широкое распростране-
ние головки, в которых используются преобразующие механизмы,
содержащие в себе только зубчатые передачи, рычажные вместе
с зубчатыми передачами и передачи с пружинными механизмами.
Применяемые ранее механизмы головок, содержащие только
рычажные передачи, например миниметры, практически не ис-
пользуются.

§ 1. ИЗМЕРИТЕЛЬНЫЕ ГОЛОВКИ С ЗУБЧАТЫМ
МЕХАНИЗМОМ. ИНДИКАТОРЫ ЧАСОВОГО ТИПА

Двойной заголовок этого параграфа объясняется
тем, что единственной измерительной головкой,, имеющей меха-
низм увеличивающего устройства в виде только зубчатых передач,
является- индикатор часового типа.

Термин «индикатор» произошел от латинского слова indico — указываю,
определяю Этот термин используется в различных областях техники для оп-
ределения устройств или приборов, отображающих ход процесса нлн состояние
обьекта наблюдения в форме, удобной для восприятия человеком (индикаторы
давления, индикаторы газоразрядки, индикаторы изотопные и т.д.). Технически
неграмотно называть «индикаторами» все измерительные головки, предназначен-
ные для измерения линейных размеров.

Название «часового типа» появилось, видимо, в связи с тем, что механизм
этого индикатора весьма близок к зубчатому механизму механических часов.
И совсем неверно, когда на производстве иногда называют этот индикатор «ин-
дикаторные часы». Если в официальном названии используется полное нанмено-
~56

Рис. 5.1. Индикатор часового типа:

а — схема; б — конструкция индикатора ИЧ-10 (завод КРИН)

вание — индикатор часового типа, то на практике в машиностроении его
чаще называют просто индикатор, хотя, как выше было сказано, термин «инди-
катор» еще не определяет вид измерительного средства.

а. Схема и конструкция индикатора часового типа. Схема ин-
дикатора (рис. 5.1, а) состоит из рейки 1, которая нарезана на
измерительном стержне, имеющем измерительный наконечник 7,
зацепляющийся с трнбом 2 (трнбом называют обычно зубчатое
колесо малого модуля с небольшим числом зубьев 6—16, чаще
всего изготовленное заодно со своей осью-валом, так называемое
«валковое колесо»). На одной оси с трибом установлено зубчатое
колесо 3 большего диаметра, находящееся в зацеплении с трибом 4,
на оси которого установлена основная стрелка 5. С помощью
стрелки по шкале 6 отсчитывают перемещения измерительного
наконечника 7.

Индикатор относится к так называемым многооборотным го-
ловкам, т. е. к головкам, в которых стрелка совершает несколько
оборотов при перемещении наконечника в диапазоне показания.
Поэтому в схеме индикатора установлена дополнительная стрелка
//на оси вспомогательного колеса 10, зацепляющегося с трибом 4,
и шкала 12, по которой отсчитывают числа оборотов основной
стрелки.

В связи с тем, что преобразующий механизм индикатора дол-
жен обеспечивать отсчет при перемещении измерительного стержня
в обоих направлениях (как известно, большинство зубчатых
передач работает по одной стороне профиля зуба, а по другим
профилям существует так называемый боковой зазор), в индика-
торе для этой цели используют вспомогательное колесо 10, нахо-
дящееся под воздействием пружинного устройства 9, обеспечива-
ющее зацепление всех зубчатых передач только по одним профи-
лям зубьев вне зависимости от направления перемещения изме-
рительного стержня. Плоскую спиральную пружину 9 чаще всего
называют «волосок» за ее малую толщину. Один конец этой пру-
жины закреплен на колесе 10, а второй конец закреплен непо-
движно на корпусе механизма индикатора.

В принципе, волосок можно было бы установить непосредственно на оси
триба 4, однако тогда необходимо было бы брать большой волосок, так как триб 4
делает несколько оборотов. Поэтому зубчатое колесо 10 выполняет роль умень-
шающей передачи от триба 4 иа волосок (колесо 10 имеет диаметр значительно
больший, чем триб 4).

В индикаторе предусмотрена винтовая пружина 8, один конец
которой укреплен на измерительном стержне, а другой — на
корпусе индикатора.

Этой пружиной измерительный стержень поджимается к детали,
т. е. создается измерительное усилие.

Механизм индикатора располагается в круглом корпусе
(рис. 5.1, б), диаметр которого зависит от диапазона
показания индикатора. Конструкция его понятна из рис. 5.1, б
с теми же позициями, что и на рис. 5.1, а. Измерительный стер-
жень, на котором нарезана рейка, обычно делают цилиндрической
формы. Он перемещается в корпусе по направляющей скольжения.
Для закрепления индикатора предусмотрена гильза — цилиндр
диаметром' 8 мм. Во многих индикаторах имеется специальное
крепление в виде кронштейна на плоскости крышки с противо-
положной стороны от шкалы (крепление <за ухо»).

Это крепление часто оказывается более удобным, так как при
установке на цилиндре при сильном сжатии можно «пережать»
стержень и он не будет перемещаться.

Для установления стрелки на нуль либо на любой штрих
шкалы в конструкции индикатора предусмотрен поворот шкалы
за наружный ободок относительно стрелки.

б) Типоразмеры индикатора и технические.характеристики.
Если взять индикатор часового типа в отдельности, т. е. не уста-
новленный в штативе или стойке (см. § 6), то для него диапазон
показаний и диапазон измерений имеет один и тот же смысл.
Подавляющее большинство индикаторов имеет диапазон показа-
ний 2 (или 3), 5 или 10 мм. Значительно реже изготовляют инди-
каторы с диапазоном показаний 25 и 50 мм. Индикаторы с диапа-
зоном показаний 5 и 10 мм обычно имеют одну и ту же конструк-
цию, но в индикаторе с диапазоном показаний 10 мм введен
ограничитель для получения индикаторов с диапазоном показаний
5 мм. Индикатор часового типа имеет цену деления 0,01 мм. По-
пытка обеспечить меньшую цену деления не дает положительных
результатов.

3 Н. Н. Mapxoi

65
Измерительное усилие индикаторов часового типа обычно
находится в пределах 0,8—2 Н (80—200 гс).

в. Расчет передаточного числа индикатора. Передаточным
числом механизмов, содержащих зубчатые передачи, называется
отношение чисел зубьев колеса (большее по диаметру зубчатое
колесо пары) к числу зубьев шестерни (меньшее зубчатое колесо
пары). Передаточное число последовательного соединения передач
равно произведению передаточных чисел отдельных пар. В общем
виде передаточное число для увеличивающих передач характери-
зует отношение величины перемещения выходного звена к пере-
мещению входного звена, т. е. оно всегда или равно, или больше 1.

Для случая индикатора передаточное число равно

где 7? — длина стрелки от оси поворота до свободного конца;
<р — угол поворота стрелки; — перемещение конца стрелки
индикатора (выходного звена); I — величина перемещения изме-
рительного наконечника (перемещение рейки входного звена).

Величину перемещения измерительного наконечника I можно
выразить как произведение радиуса делительной окружности
триба 3 (г8) на угол его поворота, т. е.

I = Гза-

(2)

Угол поворота стрелки <р равен углу поворота триба 3 (а),
умноженному на передаточное число передачи от стрелки до этого
триба, т. е.

(3)

Отсюда передаточное число индикатора и = —

или,

mzs

заменив г8 = получим

Одним из основных показателей индикатора, облегчающих
его использование и ограничивающих число вариантов для рас-
чета, является условие, что при перемещении наконечника на
I = 1 мм стрелки совершают один оборот, т. е. <р = 2л. Это огра-
ничение дает возможность получить выражение для определения
значения модуля зубчатых зацеплений, используя приведенные
выше зависимости для I (2) и для <р (3):

2л —

т =

2____«4_.

тга гь ’

1 г«

ла, га •

(5)
В отечественных конструкциях индикаторов с диапазоном
показаний 5 и 10 мм из многолетней практики установились
значения г, = 16; z4 = 100 и z6 = 10 зубьев, откуда
т = 3	10 = 0,199 мм. Это не очень удобное значение

модуля применяют широко только в зубчатых передачах индика-
торов часового типа.

В указанных выше индикаторах длина стрелки от оси поворота
до конца обычно равна 25 мм. Тогда передаточное число и =
2-25-100	1С7

= 0 199 16 10» 157, т. е. перемещения измерительного нако-
нечника индикатора преобразуются в перемещения конца стрелки
с увеличением в 157 раз.

Интервал деления на шкале индикатора определяют также,
исходя из принятого условия, что полный оборот стрелки должен
соответствовать перемещению наконечника на 1 мм. Поскольку
цена деления индикатора принята 0,01 мм, то на шкале должно
содержаться 100 делений. Тогда для определения интервала
деления шкалы необходимо длину окружности, описываемой
концом стрелки индикатора, разделить на 100 частей, т. е. а =
2л/?	.

— 100 ~ мм’

Приведенные числовые значения чисел зубьев и длины стрелки
относятся к частному случаю индикаторов часового типа, изго-
товляемых заводом <Красный инструментальщик» (КРИН) в г. Ки-
рове (обл.).

г.	Погрешность измерения индикатором. Погрешности инди-
катора нормируются в зависимости от используемого диапазона
показаний (в зависимости от перемещения измерительного
стержня). Обычно на участке 0,1 мм погрешность находится в пре-
делах 5—8 мкм; на участке 1—2 мм — 10—15 мкм; на участке
до 3 мм — до 15 мкм; на участке до 5—10 мм погрешность нахо-
дится в пределах 18—22 мкм.

Таким образом, на небольшом участке погрешность индика-
тора находится в пределах цены деления. На больших пределах
погрешность превышает цену деления. Это показывает, что отсчи-
тывать доли от цены деления (т. е. тысячные доли миллиметра —
микрометры) на индикаторе часового типа нецелесообразно.

При измерении колебаний размера погрешность измерения
зависит от используемого перемещения измерительного стержня,
нежесткости установочных узлов (штативов и стоек), о чем будет
подробно сказано в конце настоящей главы, от погрешности
отсчета показаний, связанной с параллаксом (см. гл. 4, § 2).
При использовании перемещения измерительного стержня до
10 мм погрешность измерения биения составит от 15 мкм (для
размеров деталей 1—3 мм) до 20 мкм (для размеров 350—500 мм).
При измерении биений в пределах 0,1 мм погрешность измерения
равна 10 мкм и практически не зависит от размера детали. При
измерении биений, равных 2—3 ценам деления -(20—30 мкм),
погрешность в большинстве случаев составляет 5 мкм. При этом
имеется в виду, что измерение производится с использованием
штативов, имеющих достаточную жесткость.

При измерении размеров деталей сравнением с размерами кон-
цевых мер длины погрешность измерения зависит также от точ-
ности используемых концевых мер длины и от температурных
условий, при которых производится измерение. В зависимости от
этих факторов погрешность измерения может составлять от 5
до 40 мкм.

д.	Поверка индикаторов. Поверку производят обычно с по-
мощью концевых мер длины.

Широко используют для поверки индикаторов также микро-
метры, у которых вместо пятки делают державку для установки
индикатора.

Для поверки индикаторов используют и оптические приборы
(микроскоп, длиномер, компаратор; см. гл. 8), которые имеют
оптические шкалы. Принцип поверки с помощью этих приборов
заключается в сравнении показаний по индикатору с показаниями
по оптической шкале.

Известно большое количество специальных приспособлений
для поверки индикаторов.

Необходимо иметь в виду, что при поверке прибора с арретированием на-
конечника (например, поверка по концевым мерам) и при поверке без арретиро-
вания (например, поверка сравнением с оптической шкалой) результаты поверки
могут не совпадать, поскольку в пеовом случае идет поверка при другом направ-
лении перемещения измерительного стержня, и, кроме того, соприкоснове-
ние наконечника с концевой мерой происходит с ударом (как бы осторожно не
опускали наконечник), а при ударе более надежно преодолевается сила трения
во всех опорах. Обычно погрешность индикаторов, а также других головок,
содержащих рычажные, зубчатые и рычажно-зубчатые передаточные механизмы,
бывает меньше при поверке с арретированием, чем при поверке без арретирова-
ния. Это относится практически ко всем устройствам, имеющим механические
перемещаемые элементы.

§ 2. ИЗМЕРИТЕЛЬНЫЕ ГОЛОВКИ С РЫЧАЖНО-
ЗУБЧАТЫМ МЕХАНИЗМОМ

В механизмах с зубчатыми передачами (индикатор
часового типа) можно получить большое передаточное число,
но практически трудно добиться погрешности менее 5—10 мкм
из-за погрешности зубчатых передач и особенно погрешностей
первой пары (рейка — триб), поскольку эта погрешность увели-
чивается к выходному звену. Поэтому и были созданы передаточ-
ные механизмы для измерительных (отсчетных) головок, в кото-
рых сочетаются рычажные и зубчатые передачи, причем рычажные
передачи установлены на входе передаточного механизма (взамен
рейки и первого триба), а зубчатые передачи — на выходе.

В настояшее время применяют два вида измерительных голо-
вок, передаточный механизм которых состоит из рычажных и
зубчатых передач, — это рычажно-зубчатые индикаторы и ры-
чажно-зубчатые головки.

1. Рычажно-зубчатые индикаторы. Под рычажно-зубчатыми
индикаторами понимают измерительные головки, передаточный
механизм которых состоит обычно из рычажной и одной или двух
зубчатых пар, причем наконечник располагается на малом плече
рычажной передачи (первое плечо).

а.	Схема и конструкция рычажно-зубчатого индикатора
(рис. 5.2). В схеме рычажно-зубчатого индикатора (рис. 5.2, а, в)
наконечник 1 расположен непосредственно на конце малого плеча
рычажной передачи. На конце большего плеча 2 находится зубча-
тый сектор 3, зацепляющийся с трибом 4. На оси триба 4 рас-
полагается зубчатое колесо 5, на торце которого нарезаны зубья
(«торцовое зубчатое колесо»). Зубчатое колесо 5 зацепляется
с трибом 6. На оси триба 6 располагается стрелка 3, с помощью
которой производится отсчет по шкале 7. Для обеспечения одно-
профильного зацепления зубчатых передач на одной оси со стрел-
кой 8 и трибом 6 установлен волосок 9. Как следует из
рис. 5.2, а, в, в зависимости от положения трнба 6 относительно
зубчатого колеса 5 получается индикатор с разным расположе-
нием шкалы относительно корпуса: на рис. 5.2, а — индикатор
с боковым расположением шкалы, а на рис. 5.2, в — с торцовым
расположением шкалы.

Головка при измерении устанавливается относительно изме-
ряемой поверхности таким образом, чтобы линия измерения —
линия, в направлении которой измеряется размер, была перпен-
дикулярна малому плечу, т. е. головка устанавливается как бы
боком к детали. Поэтому иногда такие головки называют голов-
ками бокового действия в отличие от головок осевого действия
(например, индикатор часового типа), где линия измерения должна
совпадать с осью измерительного стержня.

Конструкция рычажно-зубчатого индикатора с боковым рас-
положением шкалы показана на рис. 5.2, а, б, на которых пози-
ции, относящиеся к схеме и конструкции, совпадают.

Для измерения при разных положениях индикатора в про-
странстве малое (первое) плечо рычажной передачи, несущее
измерительный наконечник 1, устанавливают на оси 10 и скреп-
ляют со вторым плечом 2 обычно с помощью фрикционного устрой-
ства при большом усилии пружинкой 11 (реже с помощью зубчатой
муфты). Эти конструктивные решения позволяют установить
первое плечо под разным углом относительно второго плеча.
В большинстве случаев малое плечо может быть установлено
относительно 'корпуса индикатора на любой угол (не менее ±90°)
от среднего положения.

В конструкциях многих рычажно-зубчатых индикаторов пред-
усмотрена возможность переключать направление воспринима-
емых перемещений измерительного наконечника или, другими
словами, направление действия измерительного усилия. С этой
Рис. 5.2. Рычажно-Зубчатый индикатор:

схема (а) в конструкция (6) с боковой шкалой; схема (е) и конструкция («) с торцовой шкалой (завод КРИН)
целью в конструкции предусмотрена пружинка 12, которая пере-
ключателем 13 поджимает плечо 2 рычажной передачи в правое или
левое крайнее положение. Когда рычаг 2 поджат в крайнее правое
положение, то индикатором можно измерять при перемещении
наконечника слева направо, а когда рычаг поджат в крайнее
левое положение, то наконечник может перемещаться только
справа налево. Это сделано для того, чтобы можно было устано-
вить индикатор в удобное положение относительно измеряемой
детали. Пружина 12 вместе с волоском 9 создает измерительное
усилие. Известны конструктивные решения, при которых пред-
ставляется возможность обойтись без переключателя.

В конструкции торцового индикатора (позиции на рис. 5.2, а,
б, в, г совпадают) иногда корпус делают цилиндрической формы.
Индикатор закрепляют за цилиндрическую поверхность корпуса
и в случае необходимости изменения направления перемещения
наконечника весь индикатор может быть повернут в державке.

В конструкциях рычажно-зубчатых индикаторов обычно все
оси устанавливаются на каменных опорах для обеспечения малого
трения и малого измерительного усилия. Иногда ось первого
рычага устанавливают на подшипниках качения.

Во всех индикаторах предусмотрена возможность поворота
шкалы относительно стрелки для установки начала отсчета (уста-
новка на нуль).

Рычажно-зубчатые индикаторы, как правило, снабжают спе-
циальными державками для установки их при измерении.

Благодаря небольшому весу индикаторов, а также незначи-
тельной величине измерительного усилия державки к этим инди-
каторам обычно имеют шарнирные соединения, позволяющие
устанавливать индикаторы в положение, удобное для измерения
и отсчета по шкале. Некоторые индикаторы имеют на корпусе
цилиндрический хвостовик для крепления при измерении либо
направляющие (например, типа ласточкин хвост), на которых
в случае необходимости может быть установлен цилиндрический
хвостовик обычно диаметром 8 или 4 мм.

Рычажно-зубчатые индикаторы предназначены в основном для
измерения отклонений формы и расположения поверхностей,
т. е. для .измерения колебаний размера. Благодаря малым габа-
ритным размерам индикатор можно закрепить в различных местах
относительно измеряемой детали, особенно в местах, трудно-
доступных для измерительных головок осевого действия. Индика-
тор сравнительно легко закрепляется на шпинделе станка и яв-
ляется основным видом отсчетных головок, используемых при
расточных работах, а также при измерении корпусных деталей
от плиты. При этом индикатор может быть закреплен, например,
на штангенрейсмасе.

б.	Виды рычажно-зубчатых индикаторов и основные техниче-
ские характеристики. Известно несколько видов рычажно-зубча-
тых индикаторов, отличающихся расположением плоскости
шкалы относительно плоскости перемещения измерительного на-
конечника. Наиболее удобным является расположение шкалы
в плоскости, перпендикулярной плоскости поворота рычага с на-
конечником (см. рис. 5.2, а, 6). Размеры шкал у индикаторов делают
самыми разнообразными (от 25 до 50 мм), чаще всего в зависимости
от цены деления.

Рычажно-зубчатые индикаторы изготовляют в основном с ценой
деления 0,01 и реже с ценой деления 0,002 мм. Известны, но не
распространены индикаторы с ценой деления 0,001 и 0,005 мм.
Диапазон показаний по шкале составляет 0,8 мм для индикаторов
с ценой деления 0,01 мм (±40 делений с нулевой отметкой на сере-
дине) и 0,2 мм для цены деления 0,002 мм. Обычно все рычажно-
зубчатые индикаторы являются однооборотными.

Измерительное усилие рычажно-зубчатых индикаторов раз-
ного типа находится в широком диапазоне — от 8 до 35 сН (гс).

Рычажно-зубчатые индикаторы имеют небольшую массу
(30—50 г).

в.	Расчет передаточного числа рычажно-зубчатых индика-
торов. Передаточное число рычажио-зубчатого индикатора опре-
деляется как отношение длин плеч первого рычага 7? и последнего
рычага — стрелки I, умноженное на передаточное число зубчатых
пар, т. е.

и = -£^

/?г4гв ’

где г — числа зубьев с номерами колес, показанных на рис. 5.2.
За г3 берется не число зубьев сектора, а число зубьев колеса,
из которого как бы вырезан сектор, являющийся большим плечом
рычажной передачи.

Передаточное число можно выразить через диаметры началь-
ных окружностей сектора и триба, т. е.

.._

7? dtd„ •

г.	Погрешность измерения рычажно-зубчатыми индикаторами.
На погрешность измерения в основном оказывают влияние по-
грешность от индикатора и погрешность от прогиба подвески.

Погрешность индикатора обычно находится в пределах цены
деления при использовании всего диапазона показаний и в пре-
делах половины цены деления при использовании меньшего
интервала по шкале, особенно в пределах нескольких делений.

Погрешность от прогиба подвески возникает в связи с пере-
падом измерительного усилия, особенно в момент изменения
направления перемещения измерительного накоречника. Хотя
перепад измерительного усилия и небольшой [обычно для инди-
каторов с ценой деления 0,01 мм не более 5 сН (гс)], однако и
этот перепад может привести к погрешности до 5 мкм от прогиба
шарнирных подвесок. Величина прогиба зависит и от положения
индикатора в пространстве [16].
Погрешность измерения при разных положениях рычажно-
зубчатых индикаторов с ценой деления 0,01 мм при использова-
нии различных диапазонов показаний по шкале находится в пре-
делах 0,005—0,015 мм.

д.	Поверка рычажно-зубчатых индикаторов. Поверка (см.
гл. 18) может производиться либо по концевым мерам длины,
либо в специальных приспособлениях с использованием микро-
метрической головки, либо с помощью универсального микро-
скопа с использованием в качестве образцовой меры шкалы этого
микроскопа. Наиболее полно точностная характеристика выяс-
няется при поверке с помощью микроскопа или микрометра,
а также при поверке по оправке, биение которой заранее аттесто-
вано.

е.	Перспективы развитии рычажно-зубчатых индикаторов. Наиболее надеж-
ными являются индикаторы с ценой деления 0,01 мм и в подавляющем большин-
стве случаев применения их точность вполне достаточна.

Можно предполагать, что в перспективе будут использоватьси рычажно-
зубчатые индикаторы только с ценой деления 0,01 мм, а потребность в отсчет-
ном устройстве бокового действия с цеиой деления 0,002 мм и даже менее сравни-
тельно легко может быть удовлетворена с помощью индуктивных приборов с дат-
чиком бокового действия (см. гл. 6).

2.	Рычажно-зубчатые измерительные головки. Под рычажно-
зубчатыми измерительными головками понимают измерительные
головки осевого действия, в которых передаточный механизм
состоит из рычажных и зубчатых передач.

В этих головках входные пары являются рычажными, а конеч-
ные пары — зубчатыми, что представляет возможность повысить
точность измерительной головки по сравнению с индикатором,
так как рычажную передачу можно сделать более точно, чем зуб-
чатую передачу, а кроме" того (и в этом может быть самое главное),
принципиально возможны (которые реализуются) конструктивные
решения, при которых осуществляется регулировка размеров
рычажной передачи и не только для устранения погрешности
изготовления этой передачи, но и для уменьшения (компенсации)
части погрешностей изготовления даже последующих зубчатых
передач.

В настоящее время основным видом малогабаритных измери-
тельных головок, обеспечивающих получение цены деления 0,001
и 0,002 мм, являются головки, содержащие рычажно-зубчатую
передачу.

а.	Схема и конструкция рычажно-зубчатых головок. В зави-
симости от диапазона показаний рычажно-зубчатые головки раз-
деляются на однооборотные и многооборотные.

Однооборотные рычажно-зубчатые го-
ловки (рис. 5.3) имеют механизм, состоящий из двух рычажных
и одной зубчатой пары. Измерительный стержень / плоской по-
верхностью контактирует со сферой малого плеча 2 первой рычаж-
ной передачи. Специальная конфигурация верхней части стержня /
Рис. 5.3. Рычажно-зубчатая головка однооборотная (ИГ):
а — схема; б — конструкция (завод «Измерен*)

позволяет получить механизм, разгруженный от удара. Эго назва-
ние возникло вследствие того, что если произвести удар по изме-
рительному стержню вверх вдоль его оси, то этот удар не пере-
дается на весь механизм головки. В рассмотренных индикаторах
и рычажно-зубчатых индикаторах механизмы не были разгру-
жены от удара, хотя в индикаторах часового типа и есть кон-
струкции, которые обеспечивают такую разгрузку на первом
трибе (на рис. 5.1, б триб 2 установлен с зазором и соединен
с осью при помощи спиральной пружины — волоска, который
закручивается при резком ударе вдоль оси стержня /, не пере-
давая удар на остальной механизм).

Сферическая контактная часть малого плеча 2 (см. рис. 5.3),
взаимодействующая с измерительным стержнем, расположена
эксцентрично относительно цилиндра, с помощью которого она
устанавливается на рычаге. Благодаря этому поворотом опоры
можно изменять размер малого плеча, т. е. регулировать пере-
даточное число всего механизма. Большое плечо 5 рычажной
передачи контактирует со сферической опорой на секторе 8.
Положение сферической опоры на секторе также может изме-
няться для регулировки с целью компенсации погрешностей меха-
низма. Сектор 8 зацепляется с трибом 9, на оси которого уста-
новлена стрелка 10. На этой же оси закреплен один конец спи-
ральной пружины (волоска) 7, а второй конец ее укреплен на
плате, на которой монтируется весь механизм.

Для установки стрелки в нулевое положение весь механизм
с рычажной и зубчатой передачами размещается иа одном основа-
нии (плате), поворачиваемом при установке стрелки на нуль
на оси 4 с помощью винта 3, к которому плата прижимается
пружиной 6. Такое устройство обеспечивает поворот всего меха-
низма винтом 3 относительно неподвижной, точки контакта на
стержне 1, и этим обеспечивается так называемый фиксированный
нуль, т. е. нулевое положение шкалы и стрелки при поверке
и при измерении соответствует определенному положению меха-
низма.

В рассмотренных ранее индикаторах установка на нуль производится пово-
ротом шкалы, а это значит, что там нет фиксированного положения нуля, т. е.
при поверке точности прибора от нуля выявляется одна погрешность, а в ра-
боте при установке на нуль может оказаться другая (нули не совпадают).

Арретирование измерительного наконечника осуществляется
с помощью рычага 11, воздействующего на верхнюю часть изме-
рительного стержня.

Все оси механизма головки установлены на корундовых под-
шипниках, а контактные поверхности обычно армируются твер-
дым сплавом.

На корпусе головки установлены передвижные указатели для
обозначения границ допуска. Головка в штативе или стойке кре-
пится за гильзу диаметром 8 мм. В некоторых конструкциях
предусмотрено крепление за специальный кронштейн на задней
стенке корпуса (за ухо), как в индикаторе часового типа.

Многооборотные рычажно-зубчатые го-
ловки отличаются от однооборотных, в принципе, добавлением
на конце кинематической цепи еще одной дополнительной пере-
дачи. Можно, например, установить еще одну зубчатую передачу,
но погрешность ее будет больше влиять, чем погрешность рычаж-
ной передачи. Поэтому более правильно, как это сделано в измери-
тельных головках завода «Измерен», добавить дополнительные
рычажные пары с плечами 12 и 13 (рис. 5.4). При этом изменяют
соотношения некоторых размеров с целью получения небольших
габаритных размеров головки.

Поскольку головка является многооборотной, в схеме ее
предусмотрена дополнительная трибка 14, на оси которой рас-
положена стрелка оборотов 15 и волосок 7. Все остальные схемные
и принципиальные конструктивные решения в многооборотной
головке такие же, как в однооборотной (на рис. 5.3 и 5.4 позиции
совпадают).

б.	Типоразмеры рычажно-зубчатых головок и основные тех-
нические характеристики. Рычажно-зубчатые головки изготов-
ляют с ценой деления 0,001 и 0,002 мм. Однооборотные головки
обычно имеют на шкале 100 делений (±50) с нулевым штрихом
посередине. Следовательно, диапазон показаний составляет
Рис. Б.4. Рычажио-аубчатая головка многооборотная (МИГ)

а — схема; б — конструкция (невод «Измерон»)
±0,05 мм при цене деления 0,001 мм и ±0,10 мм при цене деления
0,002 мм.

Измерительное усилие однооборотных головок 100 сН и ко-
леблется в пределах 30 сН, а у многооборотных — измерительное
усилие 200 сН с колебанием 50—70 сН. .

Масса однооборотных головок не более 100 г, а у многооборот-
ных несколько больше.

в.	Расчет передаточного числа рычажно-зубчатых головок.
Аналогично рассмотренному ранее механизму рычажно-зубчатых
индикаторов передаточное число рычажно-зубчатых головок
определяется как отношение длины конечного звена механизма
(стрелки) к длине первого (малого плеча) рычажной передачи,
умноженному на передаточное число рычажных и зубчатых
передач, расположенных между ними.

Для однооборотной головки (см. рис. 5.3), состоящей из двух
рычажных и одной зубчатой пары,

и _ /? стр / — г г,

Р г za

(обозначения соответствуют рис. 5.3).

Для многооборотной головки, состоящей из двух рычажных
и одной зубчатых пар,

где ик1 и им — передаточные числа кулисных передач,

UK2 —

L + K

Для однооборотных измерительных головок мод. ИГ с ценой
деления 0,001 мм (см. рис. 5.3),

л ппп тт/п 25 30,4 — 4,6

при цене деления 0,002 (2ИГ) и = т-гё---гт----

4,1&	4,6

Для многооборотной головки мод. МИГ. с
0,001 мм (см. рис. 5.4)

30 о пл С ел 280 псп
и = -r-g- 3,24 • 2,64 —п— ~ 960;
0,0	11

« 480.

1о

ценой деления

при цене деления 0,002 (2МИГ) и = -ргтг 3,24 • 2,64—я— « 480.
1о,0	11

Приведенные у некоторых головок нецелые передаточные числа
корректируются выбором интервала делений по шкале, а также
возможностями регулировки длины рычагов, о которой говорилось
при рассмотрении схем головок.

В приведенных выражениях, в тех случаях, когда зубчатое
зацепление осуществляется сектором (zx), число вубьев берется
равным числу зубьев целого колеса, из которого «вырезан» этот
сектор.

г.	Погрешности измерения рычажно-зубчатыми головками.

1.	Для однооборотных головок на небольшом
диапазоне показаний (обычно ±30 делений) погрешность головок
составляет не более половины цены деления. На всем диапазоне
показаний этой головки погрешность не превышает цены деления.
Обычно отдельно нормируется требование в отношении точности
этих головок при поверке по биению. (В этом случае погрешность
головок нормируется не более цены деления).

Погрешность измерения размеров рычажно-зубчатыми го-
ловками зависит от используемого перемещения измерительного
стержня, от точности концевых мер и температурных условий
измерения. Для размеров 1—250 мм погрешность измерения
этими головками может колебаться от 1 до 4 мкм у головок с це-
ной деления 0,001 мм и от 1 до 6 мкм у головок — с ценой деле-
ния 0,002 мм.

2.	Для многооборотных головок погреш-
ность головок составляет 1,5—2 значения цены деления
при использовании диапазона показаний На одном обороте, 2—3
значения цены деления при диапазоне показаний до 1 мм и 3—4
значения цены деления при диапазоне показаний до 2 мм.

Погрешность измерения многооборотными головками для раз-
меров 1—250 мм составляет 1,5—4,5 мкм для цены деления
0,001 мм для разных случаев применения, а у головок с ценой
деления 0,002 мм — 2—6 мкм для тех же условий применения.

3.	При измерении биения погрешность
измерения зависит от размера детали (изменяется длина
вылета кронштейна, на котором устанавливается головка) и зна-
чения измеряемого биения (изменяется перемещение измеритель-
ного стержня). При использовании однооборотных головок по-
грешность измерения составляет 1,5—2,5 мкм при значении изме-
ряемого биения 0,02—0,04 мм и при размерах деталей до 250 мм
практически вне зависимости от цены деления измерительной
головки.

При применении многооборотных головок для измерения бие-
ний в пределах 0,05—0,2 мм и использовании стойки погрешность
измерения составляет 2,5—4 мкм. При измерении биения величи-
ной 1—2 мм и использовании штативов погрешность измерения
составляет 5—9 мкм (первые цифры везде относятся к головкам
с ценой деления 0,001 мм, а вторые — с ценой деления 0,002 мм).

Из анализа приведенных данных о погрешности измерения
необходимо обратить внимание на два важных для практики
вывода:

1)	погрешность измерения в большинстве случаев больше,
чем цена деления головки, поэтому отсчитывать значения долей
деления по шкале головки, как это иногда делают, нецелесооб-
разно;
2)	погрешность измерения в большинстве случаев практиче-
ски мало отличается при использовании головок с ценой деления
0,001 и 0,002 мм, а это, в свою очередь, вызывает сомнение в целе-
сообразности широкого использования головок с обеими ценами
делений, кроме случая, когда необходимо иметь большой диапазон
показаний, например, когда при одной настройке измеряют де-
тали, для которых заданы большой допуск на размер и малый до-
пуск на биение.

д. Поверка точности рычажно-зубчатых головок. Поверку
рычажно-зубчатых головок в основном производят по концевым
мерам длины 3—4-го разрядов. Отдельно поверяют погрешность
головок при измерении биения с помощью оправки. Аттестацию
этих оправок производят с помощью более точных измерительных
головок (например, микрокаторов). Необходимо обратить вни-
мание на то, что при поверке головку устанавливают в стойке,
а поэтому выявляемая погрешность не будет равна погрешности
измерения,, когда эта же головка будет установлена на штативе,
обладающем меньшей жесткостью.

е. Перспективы развития рычажно-зубчатых головок. Рычажно-зубчатые
головки широко применяют в промышленности как отсчетные устройства для ис-
пользования непосредственно в цехе.

Известны головки с ценой деления 0,0005 мм, но точность таких головок
невысокая, так же как и точностная надежность. Известны также и головки с це-
ной деления 0,01 мм, но они обладают небольшим диапазоном показаний.

Цена деления 0,001 и 0,002 мм в определенной мере подтверждена практикой
как оптимальная. Однако погрешность измерения мало отличается при разных
ценах делений, поскольку другие составляющие погрешности измерения оказы-
вают значительное влияние на погрешность измерения. Это обстоятельство ста-
вит под сомнение необходимость параллельного изготовления головок с двумя
ценами делений.

Появившиеся в последние годы измерительные головки с электронным циф-
ровым отсчетным устройством (см. § 5) во многих случаях измерений будут за-
менять рычажно-зубчатые головки, особенно при создании измерительно-инфор-
мационных систем.

Контрольная работа № 2. Рассчитать передаточное число изме-
рительной головки по прилагаемой схеме и значениям z, /и, 7?стр,
длины плеч рычагов lt и 1а.

§ 3.	ИЗМЕРИТЕЛЬНЫЕ головки С ПРУЖИННЫМ
МЕХАНИЗМОМ

а.	Принцип действия пружинных головок. Под пружинными го-
ловками, в широком понимании этого термина, подразумевается
группа головок, в конструкции которых передаточным механизмом
является пружина (плоская или свернутая) и используются ее
упругие свойства. В настоящее время этот термин применяют
только к одному виду головок с преобразовательным механизмом
в виде скрученной от средней части ленточной пружины.

Принцип работы пружинного преобразовательного механизма, состоящего
из скрученной ленты, аналогичен принципу действия самодельной игрушки —
Рис. 5.5. Принцип получения скру-
ченной пружины для пружинных
головок

«жужжалкн», состоящей из нитки и пуго-
вицы. В этой игрушке через два противо-
положных отверстии пуговицы пропу-
скают нитку и, связав ее концы, образуют
кольцо (рис. 5.5). Теперь, если надеть это
кольцо на большие пальцы рук так, чтобы
пуговица была посередине, и закручивать
пуговицу, то нитка будет образовывать
спираль с направлением в разные стороны
от середины. Если после закручивания
растягивать в разные стороны концы по-
лученной спирали, то пуговица будет вра-
щаться в сторону, обратную той, в кото-

рую она закручивалась первоначально.

Механизм пружинной головки можно себе представить еще как форму обертки
карамели, когда концы обертки закручены. Если потянуть за концы обертки,
то карамель будет вращаться.

Передаточный механизм пружинной головки можно предста-
вить себе в виде полоски металлической (бронзовой) ленты, кото-
рая закручена за среднюю часть при неподвижных концах. В сред-
ней части укрепляется указатель (стрелка), поворот которой
характеризует величину осевого перемещения одного из концов
пружины.

В общем можно сказать, что принцип действия современных
пружинных головок основан на использовании упругих свойств
скрученной .пружинной ленты.

б.	Виды пружинных головок. Всю большую номенклатуру
пружинных головок можно разделить на четыре вида:

1)	головки измерительные пружинные (микрокаторы) с при-
соединительным размером цилиндра 28 мм;

2)	головки измерительные пружинно-оптические (оптика-
торы) с присоединительным размером цилиндра 28 мм;

3)	головки измерительные пружинные малогабаритные (мика-
торы) с присоединительным размером цилиндра 8 мм;

4)	головки измерительные рычажно-пружинные (мини-
каторы).

1.	Головки измерительные пружинные (микрокаторы). Эти наи-
более распространенные теперь головки были первыми (30-е годы
XX в.) с рассмотренным выше пружинным механизмом.

Схема микрокатора (рис. 5.6) включает в себя следующие
основные функциональные элементы: измерительный стержень /,
пружинный угольник 13, спиральную ленту (пружину) 12, шкалу
10, стеклянную стрелку 9, на конец которой наносят небольшую
каплю шеллака как противовес, консольную пружину 8, устрой-
ство 7 для натяжения пружины 12, винт 6 для перемещения конца
пружины 12 при установке стрелки 9 на нуль, винтовую пру-
жину 5, создающую измерительное усилие, устройство 15 для
регулировки измерительного усилия при изготовлении микро-
катора, ограничители 4 хода измерительного стержня / и плоскую
пружину 2, на которой подвешен измерительный стержень 1.
На конце измерительного стержня / находится наконечник 3.
Рис. 5.6. Пружинная измерительная головка-мнкрокатор:

а — схема; 6 — конструкция микрокатора; в — конструкция верхней части микрока-
тора (завод «Измерон»)

Головка работает следующим образом. Наконечник 3 контак-
тирует с поверхностью измеряемой детали и смещается вместе
с измерительным стержнем /, подвешенным на плоской пружине 2

и угольнике 13. При перемещении стержня / угольник 13 повора-
чивается и его верхний конец растягивает пружину 12 в осевом
направлении, благодаря чему средняя часть пружины 12 повора-
чивается вместе с укрепленной на ней стеклянной стрелкой 9,
которая показывает на шкале 10 перемещения измерительного
наконечника. При установке положения стрелки 9 на нуль или
какой-либо другой штрих шкалы 10 вращением винта 6 деформи-
руется кронштейн, на котором прикреплена консольная плоская
пружина 8, и этим самым создается осевое растяжение пружины
12. В головке винта 6 предусмотрен ограничитель, с тем чтобы
смещать стрелку только на несколько делений (обычно на 6 деле-
ний). УстройстЬом 7, состоящим из двух винтов, обеспечивается
также смещение левого конца пружины 12 для того, чтобы создать
необходимое натяжение этой пружины при сборке микрокатора
с целью получения необходимого передаточного отношения.
В схеме микрокатора предусмотрено демпфирующее устройство 11,
представляющее собой небольшую трубочку, охватывающую
Рис. 5.7. Схема микрокатора
с регулируемым измеритель-
ным усилием:

а — схема; б — вид сбоку (за-
вод <Измерон>)

пружину 12, а внутри
трубочки находится
капля жидкости, обла-
дающей большой вяз-
костью. Узлы микрока-
тора (рис. 5.6, б, в — но-
* мера позиций такие же,
как на рис. 5.6, а) по-
мещены в стальной труб-
ке 19 с наружным диа-
метром 28 мм и в верх-
нем пластмассовом кор-
пусе 17. Трубка 19 и
корпус 17 скрепляются
‘С помощью основания

18, на котором монтиру-
ются все основные эле-
менты пружинного ме-
ханизма. Микрокаторы
снабжаются указате-
лями поля допуска 16,
нижней части микрокатора

размещается гайка 15, с помощью которой измерительный стер-
жень / поджимается к верхнему ограничителю 4 для того, чтобы
при перевозке микрокатора не произошла поломка пружины 12
и стрелки 9 от сотрясений при ударах. Остальные второстепен-
ные элементы конструкции микрокатора видны на рис. 5.6, бив.
Микрокаторы изготовляют с ценой деления от 0,01 до 0,0001 мм,
а иногда делают высокоточные уникальные головки с ценой деле-
ния 0,00005 и 0,00002 мм. Обычно микрокаторы имеют на шкале
±20; ±30 или ±40 делений.

Измерительное усилие микрокаторов обычного применения
находится в пределах 150—300 сН (для цен делений соответственно
0,001 и 0,01 мм).

Изготовляют также микрокаторы, в которых устанавливается
небольшое измерительное усилие (например, 50 сН или даже
5 сН) или предусматривается возможность установки измеритель-
ного усилия в зависимости от того, какое усилие потребуется при
измерении.

На рис. 5.7, а и б показана схема микрокатора, в котором
измерительное усилие может устанавливаться при работе в пре-
делах от 40 до 150 сН. По всем основным функциональным эле-
ментам схема и конструкция этого микрокатора одинакова с рас1
смотренным ранее, но устройство, обеспечивающее измерительное
усилие, отличается. В микрокаторе с переменным измерительным
усилием изменяется натяжение пружины 2 (рис. 5.7) перемещением
стакана / с помощью зубчатых колес 9 и 5. Зубчатое колесо 5
имеет резьбовое отверстие, которым навертывается на резьбу
тяги 4 стакана /. Осевое перемещение зубчатого колеса 5 огра-
ничено с торцов, поэтому, если вращать зубчатое колесо 9, вра-
щается и колесо 5 (т. е. гайка) и перемещается стакан /, изменяя
усилие от пружины 2. На торце зубчатого колеса 9, выступающего
из корпуса микрокатора, указывается величина измерительного
усилия при определенном положении колеса. Однако такой
регулировки оказывается недостаточно для обеспечения неболь-
шого перепада усилия и, прежде всего, из-за массы измеритель-
ного стержня. Поэтому в микрокаторе с переменным усилием
предусмотрено пружинное устройство, состоящее из плоской
пружины 8 с упором 6 и регулировочных винтов 7. В этом устрой-
стве измерительный стержень через упор 6 контактирует с плоской
пружиной 8, благодаря чему влияние массы измерительного
стержня на измерительное усилие может быть изменено в зависи-
мости от силы упругости пружины 8, создаваемой при сборке
осевым натягом с помощью винтов 7.

Арретирующими устройствами 3 в виде рычага снабжаются
все пружинные головки. Предусмотрена возможность нажимать
на длинный рычаг не только непосредственно рукой, но и с по-
мощью тросика, используемого при спуске затвора в фотоаппарате.

2.	Головки измерительные пружинно-оптические (оптикаторы).
Оптикатором называется пружинная измерительная головка, у ко-
торой передаточный механизм в виде скрученной ленты, а ин-
декс— в виде изображения нити на фоне светлого пятна («зайчик»).

Принципиальное отличие оптикатора от микрокатора заклю-
чается в том, что у него на скрученной ленте вместо стрелки уста-
новлено зеркало 1 размером 1,5 х 1,5x0,1 мм (рис. 5.8, а, б).
Перемещение измерительного наконечника, как и в микрокаторе,
преобразуется в поворот средней части скрученной ленты, а сле-
довательно, и в поворот зеркала. Схема и конструкция устройства
для передачи перемещений от наконечника до поворота пружины
у оптикатора совершенно одинаковы с микрокатором. На зер-
кало /, приклеенное к средней части пружины, направлен свето-
вой поток от лампы 6 через конденсор 5, прямоугольную диаф-
рагму 4 и объектив 3. В диафрагме 4 посередине натянута тонкая
нить, а поэтому на зеркало 1 попадает изображение диафрагмы
в виде светлого прямоугольника с узким темным штрихом посере-
дине. Этот штрих и используется в качестве индекса при отраже-
нии изображения диафрагмы («зайчика») на коническую поверх-
ность шкалы 2 оптикатора. Оптические узлы головки вместе
с лампой находятся в одном корпусе — осветителе 7 (рис. 5.8, 6).

В оптикаторе используются оригинальные указатели поля
допуска в виде двух светофильтров — красного и зеленого (на
Рис. 5.8. Пружин ио-оптичес кая
измерительная головка-оптика-
тор:
а — схема; б — конструкция верх-
ней части

рис. 5.8 не показаны), ко-
торые окрашивают изобра-
жение диафрагмы, когда
оно переместится на шкале
за границы настроенного
размера.

У оптикаторов, в отли-
чие от микрокаторов, уве-
личено последнее плечо
благодаря использованию
оптического рычага. По-
этому оптикаторы выпу-
скают в основном с ценой
деления 0,0001, 0,0002 и
0,0005 мм, т. е. менее
0,001 мм, и при значитель-
но большем диапазоне по-
казаний (0,024, 0,050,
0,100 мм). Измерительное
усилие у этих головок
150 сН. Изготавливаются
оптикаторы с регулиру-
емым измерительным уси-
лием от 5 до 150 сН.

Рассмотренные микрокаторы и оптикаторы относятся к одно-
оборотным головкам. Однако механизм в виде свернутой пластины
дает возможность сделать головки с расширенным диапазоном
показаний.

3.	Головки измерительные пружинные малогабаритные (мика-
торы). Микатором (рис. 5.9) называется пружинная измеритель-
ная головка, у которой передаточный механизм выполнен в виде
скрученной ленты, а присоединительный цилиндр имеет диаметр
8 мм.

Принципиальная схема микатора (рис. 5.9, а) аналогична
схеме микрокатора, а конструкция его (рис. 5.9, 6) соответственно
изменена с целью уменьшения габаритных размеров.

В отличие от микрокатора и оптикатора измерительный стер-
жень / микатора (см. рис. 5.9) установлен на шариковых направ-
ляющих 2. Измерительный стержень 1 имеет в верхней части
дополнительный кронштейн 6, через который создается измери-
тельное усилие с помощью пружины 3.

При перемещении измерительного стержня его упор 5 в верх-
ней части освобоэвдает рычаг 4, к которому прикреплен конец
Рнс. 5.9. Пружинная малогабаритная измерительная головка-микатор:
а — ехема; б — конструкция (завод «Измерен»)

свернутой ленты 8. Рычаг 4, отгибаясь, растягивает свернутую
ленту 8, которая поворачивается вместе со стрелкой 7. При такой
схеме неосторожный удар вдоль оси измерительного стержня не
распространяется на свернутую ленту.

Остальные принципиальные решения в отношении регули-
ровки механизма у микатора аналогичны микрокатору.

Микаторы изготовляют с ценой деления 0,0002, 0,0005, 0,001
и 0,002 мм с измерительным усилием 100—150 сН и с уменьшен-
ным усилием 50 сН. Все головки имеют на шкале по 100 делений
(±50), что и определяет их диапазон показаний.

4.	Головки измерительные рычажно-пружинные (миникаторы).
Миникатором называется пружинная измерительная головка,
у которой передаточный механизм выполнен в виде скрученной
ленты, а передача на один конец этой ленты осуществляется с по-
мощью рычага.

- Миникатор относится к головкам бокового действия (как
и рассмотренные ранее рычажно-зубчатые индикаторы).

Основными элементами миникатора (рис. 5.10, а, б) являются
свернутая пластина 1 (пружина), одним концом закрепленная за
неподвижную при работе плоскую пружину 2, а другим концом —
ва пружину 3. В средней части пружины / прикреплена стрелка 13,
располагаемая над шкалой 12. Рычажная передача состоит из
Рнс. 5.10. Рычажно-пружинная измерительная головка-мнннкатор:
а — схема; б — конструкция (завод «Измерен»)

рычага 7, подвешенного на двух плоских пружинах 11, на конце
которого имеется сфера. Второй конец рычага имеет винт 4, с по-
мощью которого рычаг 7 упирается в пружину 3.

При перемещении измерительного наконечника рычаг 7 пово-
рачивается на своих подвесках и иглой винта 4 прогибает пру-
жину 3, благодаря чему один конец пружины / растягивается
и поворачивается вместе со стрелкой 13. Регулировка передаточ-
ного отношения осуществляется, как и в других пружинных
головках, изменением положения конца плоской пружины 2.

В миникаторе отсутствует демпфирующее устройство для
того, чтобы обеспечить небольшое измерительное усилие и неболь-
шой перепад его при разных положениях миникатора в простран-
стве. Но это, в свою очередь, приводит к тому, что при работе
миникатор чувствителен к вибрациям (стрелка «дрожит»).

Часть рычага вместе с измерительным наконечником можно
устанавливать под различным углом к корпусу миникатора.
С этой целью рычаг 7 состоит из двух частей, соединенных с по-
мощью шарнира 10. Часть рычага с винтом 4, имеющим на конце
иглу, сделана на левом конце в виде вилки, за которую рычаг
86
крепится к корпусу на плоских пружинах //. Вторая часть 8
рычага со сменным измерительным наконечником 9 крепится на
резьбе в корпусе шарнирного соединения. Поэтому когда необ-
ходимо установить рычаг под каким-либо углом относительно
корпуса, отворачивают немного наконечник (освобождают его
от крепления с шарниром), а потом поворачивают наконечник
на необходимый угол и вновь завертывают до упора (скрепляют
с шарниром).

Для переключения направления измерений в миникаторе
имеется плоская пружина 6 и переключатель 5.

Миникатор выпускают с ценой деления 0,001 мм, но снабжают
сменным удлиненным наконечником, при использовании которого
цена деления у той же головки в два раза больше (0,002 мм).
На шкале головки 80 (±40) делений.

Измерительное усилие миникатора не более 20 сН при исполь-
зовании короткого наконечника (30 мм) и не более 10 сН при
использовании длинного (72 мм) наконечника.

Принципиальная конструкция скрученной ленты у всех кон-
струкций пружинных головок одинакова. Вся номенклатура
головок, изготовляемых заводом «Измерен», обеспечивается тремя
типоразмерами скрученных лент (толщина х' ширина в мм):
0,004 x0,08; 0,06x0,1; 0,008 x0,12.

Материалом ленты является оловянно-цинковая бронза
БрОЦ 4—3 (3,5—4% олова, 2,7—3.,3% цинка, остальное медь).

в.	Расчет передаточного числа пружинных головок. В общем
виде свернутая лента, используемая в пружинных головках, имеет
передаточное число 1 ... 10 угл. град/мкм, т. е. при перемещении
конца пружины на 1 мкм средняя часть ее поворачивается у раз-
ных пружинок на 1 ... 10 угл. град.

Передаточное число ил может быть приблизительно выражено
следующей зависимостью:

ил«0,45-^-4

(-Я+>3.2(4-)*

1

где Е — модуль упругости материала ленты (для БрОЦ 4—3 Е —
= 115 000 ГПа); G — модуль сдвига материала ленты (для
БрОЦ 4—3 G = 45 000 ГПа); а, Ь — толщина и ширина ленты,
мм; t — шаг спирали, мм.

Передаточное число может быть выражено также эмпирической
зависимостью для микрокаторов и микаторов:

0,0175/?ир

“**—	0,001	. AQ/9 ’

ил +11 3EJ

где R — длина стрелки, мм; ир — передаточное число рычажной
системы от стержня на конец пружины; ил — передаточное число
ленты; т] — экспериментальный поправочный коэффициент, учи-
тывающий деформацию рычажной системы; AQ — растягивающее
усилие, соответствующее повороту среднего, сечения ленты на 1°;
Е — модуль упругости материала ленты; J — момент инерции
поперечного сечения ленты, мм4; / — свободная длина свернутой
ленты, мм.

Приведенные зависимости характеризуют влияние отдельных
элементов механизма и материала пружинной головки на пере-
даточное число и могут быть использованы только для ориенти-
ровочного расчета передаточного числа.

Для микрокатора передаточное число может быть упрощенно
написано следующим выражением:

“м — 6180 ~~ 0,0175 6 ’

где R — длина стержня микрокатора от оси поворота до свобод-
ного конца, мм; 6 — перемещение измерительного наконечника,
мм; 6 — угол поворота середины ленты (угл. град), соответству-
ющий перемещению измерительного стержня.

Для оптикаторов передаточное число может быть выражено
следующей упрощенной формулой:

u = 2Q^-,

где R — длина плеча от плоскости зеркала до шкалы; I — длина
ленты; г — длина плеча от оси стержня до подвижного конца
ленты; Q — поправочный коэффициент.

г.	Погрешности измерения пружинными головками. Погреш-
ности микрокаторов на всем диапазоне показаний почти для всех
цен делений не превышают цену деления, а в некоторых случаях
равны цене деления. Только для микрокаторов с ценой деления
0,0001 и 0,0002 мм погрешность равна цене деления в диапазоне
показаний 30 делений. У остальных микрокаторов в диапазоне
показаний в пределах 30 делений погрешность обычно равна поло-
вине цены деления.

Приблизительно такой же точностью обладают микаторы.
Оптикаторы, благодаря наличию оптического рычага, обладают
меньшей погрешностью по сравнению с другими головками. Так,
в пределах 100 делений погрешность оптикаторов не превышает
половины цены деления, а на всем диапазоне показаний уклады-
вается в цену деления.

Поскольку головка при измерении устанавливается в стойки,
на которых можно производить измерения деталей длиной до
180 мм, то указанные ниже погрешности относятся именно к из-
мерениям размеров от 1 до 180 мм.

Погрешность измерения микрокаторами и оптикаторами с ма-
лой ценой делений (0,0001; 0,0002 мм) колеблется в пределах
2—5 цен делений, а для микрокаторов с ценой деления от 0,0005
до 0,01 мм и оптикаторов с ценой деления 0,0005 мм погрешность
при измерении малых размеров не превышает половины цены де-
ления, а для больших размеров — одной цены деления. Как ви-
дите, это практически совпадает в общем виде с погрешностью

1
самих головок. Эго объясняется прежде всего тем, что погреш-
ность головок выявляется с помощью концевых мер длины при
определенных температурных условиях, которые и рекомендуются
при измерении. Эго еще раз подтверждает высказанное ранее
положение, что погрешность прибора есть частный случай по-
грешности измерения этим прибором.

Для микаторов погрешность измерения составляет от 1 до 2
цен деления.

Указанные выше укрупненные погрешности измерения зави-
сят от точности используемых концевых мер, вида стойки и тем-
пературного режима. Требования к этим условиям указаны в ра-
боте [16] для обеспечения приведенных выше погрешностей.

При измерении колебания размера, т. е. биений, отклонений
формы и расположения, погрешность измерения микро-
каторами и оптикаторами с малой ценой деления (не более
0,0005 мм) составляет не более одной цены деления, а для головок
с другими ценами делений — не более половины цены деления
(сравните с погрешностями при измерении размеров).

При использовании миникатора, специально предназначен-
ного для измерения биения, погрешность находится в зависимости
от величины измеряемого биения в пределах от 0,5 до 1,5 цены
деления.

д.	Поверка точности пружинных головок. Методика поверки
головок с ценой деления от 0,0005 мм и более, чаще всего с по-
мощью плоскопараллельных концевых мер длины, не отличается
от поверки других головок с теми же недостатками в отношении
того, что фактически поверяется погрешность только при одном
направлении перемещения измерительного наконечника, хотя
погрешность обычно нормируется для прямого и обратного хода.
Для поверки точности пружинных головок с ценой деления ме-
нее 0,001 мм («долемикронные» головки) созданы специальные
установки, которые включают в себя трубки контактного интер-
ферометра (гл. 8), позволяющие сравнивать показания головки
с длиной волны света. При такой поверке можно выявлять по-
грешность при прямом и обратном ходе наконечника.

е.	Перспективы развития пружинных головок. Пружинные измерительные
головки'широко используются как станковые приборы при установке как в стой-
ках, так и во всевозможных приспособлениях (например,-в подшипниковой про-
мышленности) в качестве отсчетного устройства. Пружинные головки практи-
чески вытеснили широко применявшиеся ранее миниметры — это измерительные
головки, передаточный механизм которых состоит только из рычажных передач.

Многообразие типоразмеров пружинных головок мало оправдано, поскольку
при использовании их помимо погрешности головки оказывают влияние и дру-
гие составляющие погрешности от установочных мер, от температурных дефор-
маций и т. д. Поэтому возможно уменьшение многообразия цен деления голо-
вок. Возможно, эта задача будет решена выпуском головок с большим диапазо-
ном показаний.

В отношении пружинных головок с ценой деления 0,0001 и 0,0002 мм весьма
проблематичным являетси дальнейшее их сохранение при более широком разви-
тии индуктивных приборов (гл. 6).
Вполне обоснованно можно предположить об отказе в дальнейшем от выпуска
рычажно-пружинных головок — миникаторов. Их основные недостатки — боль-
шие габаритные размеры и чувствительность к вибрациям — ограничивают
возможность использования их непосредственно в цехе. В дальнейшем можно
предполагать, что миникаторы будут полностью заменены рычажно-зубчатыми
индикаторами с ценой деления 0,002 мм и индуктивными приборами с датчиками
бокового действия (гл. 6).

Во многих случаях пружинные головки будут заменяться измерительными
головками с электронным цифровым отсчетным устройством (см. § 5).

§ 4. ПОГРЕШНОСТИ РЫЧАЖНЫХ ПЕРЕДАЧ

В некоторых из рассмотренных измерительных го-
ловок передаточный механизм содержит в себе рычажные пере-
дачи.

Важной особенностью рычажных передач, используемых в из-
мерительных средствах, является то, что контакт между сопря-
гаемыми элементами рычажной передачи делается скользящим.
Наилучшая форма контакта — в виде сферы и плоскости, так как
в этих случаях контакт теоретически осуществляется в точке
и эти поверхности относительно просто изготовить. При этом
оказывается, что точность передачи зависит от того, на каком эле-
менте передачи будет установлена плоскость, а на каком сфера
и как эти плоскость и сфера расположены относительно опоры
вращения.

Сфера может быть установлена либо на звене, совершающем
поступательное движение, либо на звене с вращательным движе-
нием (рис. 5.11). Для обоих этих рычагов теоретическая вели-
чина перемещений конца рычага sT при малых углах поворота
равна длине рычага, умноженной на угол поворота, т. е. s = /ф.
На рис. 5.11, а у рычажной передачи величина перемещения
sT = I sin <р. Поэтому за механизмами, у которых сфера распо-
ложена на звене, совершающем вращательное движение, устано-
вилось название синусные передачи, а за рычагами, у которых
на конце находится сфера — синусные рычаги. На рис. 5.11,6
у рычажной передачи сфера находится на звене, совершающем
поступательное движение. Величина перемещения s = I tg ф.
За такими механизмами, у которых сфера расположена на звене,
совершающем поступательное движение, установилось название
тангенсных механизмов, а за рычагами, у которых рабочей по-
верхностью является плоскость, — тангенсных рычагов.

Обычно в передаточных механизмах используются и синус-
ные, и тангенсные рычаги (на рис. 5.11, в рычаги 1 и 3 —«синус-
ные, а рычаг 2 — тангенсный). В рычажно-зубчатых головках,
рассмотренных ранее (см. рис. 5.3; 5.4), можно найти оба вида
рычагов.

Погрешность синусных рычагов. Для определения значения
расчетной погрешности рычажной передачи заменим sin ф фор-
мулой разложения этой тригонометрической функции в степен-
ной ряд по углу ф и ограничимся членами со степенью аргу-
Рис. 5.11. Схемы рычажных механизмов:

а — синусного; б — тангенсного; в — двухрычажная передача с угловым рычагом, е —
двухрычажная передача со сферическими опорами иа одной прямой

мента <р не выше третьей: sin ф « ф-Тогда вместо s =

— I sin ф можно записать s = / (ф —	• Погрешность пере-

мещения синусного рычага будет равна разности между теоре-
тическим перемещением sT и расчетным s, т. е.

As = sT — s — 1ф — I (ф —	=

\ о / и	и

Таким образом, синусные рычаги имеют систематическую
(функциональную) погрешность со знаком плюс, которая зави-
сит от длины рычага и угла поворота.

Погрешность тангенсных рычагов. Используя тот же прием,
получим

1ёФ«ф+-^-; в = /(ф+-у);

As = sT — s = /ф — I +	/ V

Погрешность тангенсных рычагов имеет минусовый знак и
также зависит от угла поворота и длины исходного рычага. Вы-
явленные погрешности часто называют погрешностями схемы
(схемные погрешности), и они носят расчетный характер без учета
погрешности изготовления.
Сопоставление погрешностей синусного и тангенсного рычагов
и общие рекомендации по их применению. 1. Погрешность синус-
ных рычагов проявляется со знаком плюс, а погрешности тан-
генсных рычагов — со знаком минус.

2.	Погрешности синусного рычага в два раза меньше, чем тан-
генсного, при одинаковых начальных длинах рычагов и равных
углах поворота.

3.	При последовательной установке обоих видов рычагов
можно произвести взаимную компенсацию погрешностей при со-
ответствующей регулировке длин плеч рычагов, что и используют
в рычажно-зубчатых головках.

4.	Регулировкой плеч рычагов (а практически это можно
осуществить изменением положения сферы) можно компенсиро-
вать расчетную погрешность.

5.	Зазоры в направляющих с поступательным перемещением
практически не отражаются на погрешностях передачи при си-
нусном рычаге, но проявляются при тангенсных рычагах (увели-
чивается случайная погрешность).

6.	При конструировании рычажной передачи необходимо,
чтобы центр сферы располагался на прямой, проходящей через
центр опоры, и в исходном положении эта прямая была перпенди-
кулярна линии перемещения поступательного звена (см.
рис. 5.11, а и 6). Если используется прямолинейный рычаг, на
втором конце которого находится также сфера, то все центры
сфер должны располагаться на одной линии (см. рис. 5.11, г).
Если используется угловой рычаг, то центры сфер должны быть
расположены в исходном положении на концах угла с вершиной
на оси вращения, который должен быть дополнительным к углу
между линиями измерения элементов, совершающих прямоли-
нейное движение.

Более подробные рекомендации по конструкциям рычажных
передач можно найти в работе [10].

§ б. ИЗМЕРИТЕЛЬНЫЕ ГОЛОВКИ С ЭЛЕКТРОННЫМ
ЦИФРОВЫМ ОТСЧЕТНЫМ УСТРОЙСТВОМ

Недостатками всех рассмотренных измерительных
головок является трудность отсчета измеряемых значений по
шкале со стрелкой и относительно небольшой диапазон измерения
при малой цене деления. В связи с этим в последние годы разра-
ботаны в разных странах мира измерительные головки с цифро-
вым электронным отсчетным устройством, имеющим обычно цену
деления 0,001; 0,002; 0,005 и 0,010 мм, с диапазоном измерения 10,
30, 60 (50) и 100 мм. Принципиальная схема практически всех
этих головок базируется на широкодиапазонном растровом фото-
электрическом преобразователе.

Растр (от латинского raster — грабли) представляет собой
пластинку, на которой обычно нанесены чередующиеся прозрач-
ные и непрозрачные линии (штрихи). Протяженность участков
между линиями (шаг) прозрачных и непрозрачных участков оди-
наковая .

В головках с электронным отсчетным устройством исполь-
зуется два таких растра, которые соприкасаются между собой
(или с очень маленьким зазором 15—30 мкм) по плоским поверх-
ностям таким образом, что штрихи у них располагаются парал-
лельно. Если перемещать один растр относительно другого в на-
правлении, перпендикулярном штрихам, то при совпадении про-
зрачных участков одного и другого растра через них может пройти
световой поток, а когда совпадают прозрачный участок одного
растра с непрозрачным участком другого, то световой поток че-
рез растры не пройдет.

В растровых измерительных головках по одну сторону спарен-
ных растров установлен источник светового потока (часто исполь-
зуется инфракрасный светодиод), а по другую сторону — прием-
ник в виде фоторезистора. Таким образом, при перемещении од-
ного растра, когда прозрачные и непрозрачные участки у обоих
растров совпадают, световой поток от источника проходит через
прозрачный участок, засвечивает фотоприемник и в последнем
вырабатывается фототок. Когда светлый участок одного растра
находится против темного участка другого, световой поток не
попадает на фотоприемник и фототок не возникает.

В растровых измерительных головках один из растров имеет
длину, равную диапазону измерения (10, 30, 60, 100 мм), и часто
называется «измерительным, или основным растром». Этот растр
устанавливается на измерительном стержне и перемещается
вместе с ним при измерении. Другой растр (индикаторный) не-
большой длины и установлен неподвижно в корпусе головки.
На этом растре два штриховых участка расположены последова-
тельно и смещены друг от друга на 1/4 шага для того, чтобы можно
было определить направление перемещения измерительного
стержня.

Таким образом, в процессе измерения, когда измерительный
наконечник перемещается вместе с измерительным растром, в элек-
тронную схему прибора выдаются дискретные (отдельные) элек-
трические сигналы при засвечивании фотоприемника. Эти сиг-
налы обрабатываются в электронном блоке и выдаются на цифро-
вом табло в виде значения размера. Описанные растровые сопря-
жения относятся к светопропускающим растровым шкалам.
В некоторых приборах с электронным цифровым отсчетным устрой-
ством, например штангенинструменты, применяются так назы-
ваемые отражающие растровые системы, где используется отра-
женный световой поток.

Все растровые головки по конструктивному признаку могут
быть разделены на два вида: головки с выносным цифровым от-
счетным устройством и головки со встроенным отсчетным устрой-
ством.
Рис. 5.12. Измерительная головка с выносным цифровым отсчетным устрой-
ством (мод. 19000, 19001, 19002, завод «Измерен»)

Измерительные головки с выносным цифровым отсчетным
устройством (рис. 5.12) состоят из малогабаритного преобразова-
теля (датчика) 1 [на рисунке показаны еще два датчика с диапа-
зоном измерения 30 мм (2) и 60 мм (3) Ьи электронного блока 4
с цифровой индикацией. Цена деления у этих головок 0,001 мм.
При этом погрешность зависит от диапазона измерения: на уча-
стке до 10 мм погрешность 1—2 мкм, до 30 мм — 2—3 мкм и до
60 мм — <5 мкм. Таким образом, относительная погрешность,

т. е. погрешность, отнесенная к диапазону измерения, состав-
ляет незначительную величину. Для всех датчиков используется
один и тот же электронный блок. Растровые головки приме-
няются вместе с штативами и стой-

ками (см. § 6). Для установки датчик
имеет присоединительный цилиндр
диаметром 8 мм при диапазоне изме-
рения до 30 мм и 28 мм — при диапа-
зоне измерения свыше 30 мм.

Измерительные головки со встро-
енной цифровой индикацией (рис.
5.13) с таким же диапазоном измере-
ния, как и рассмотренные выше го-
ловки (10,30,60, 100 мм), имеют боль-
ший набор цен делений (0,001; 0,002;
0,005 и 0,010 мм). Эти головки более
удобны для работы по сравнению с
головками с выносным блоком инди-
кации, поскольку оператору при сня-
тии отсчета не надо поворачивать

Рис. 5.13. Измерительная головка со встроен-
ным цифровым отсчетным устройством (мод.
19010, завод «Измерои»)
голову от датчика, где производится измерение, к отсчет-
ному блоку. Погрешность этих головок такая же, как и у преды-
дущих головок, т. е. в пределах 1—2 цены деления.

Во всех измерительных головках с электронным цифровым
отсчетным устройством предусмотрена пятиразрядная индика-
ция, построенная на светодиодах или на люминисцентных отра-
жателях. На световом табло высвечивается запятая для отде-
ления целых значений. Имеется знак «минуо для указания на-
правления измерений. В электронном блоке предусмотрена функ-
ция «обнуление» для того, чтобы в любом положении измеритель-
ного стержня можно было на световом табло установить начало
отсчета. Практически все головки имеют функции «память»
и «снятие памяти», которые используются при необходимости
запоминать измеренное значение..

Многие измерительные головки имеют выход для подключе-
ния к внешним устройствам с целью обработки результатов из-
мерения на ЭВМ или для подключения к управляющим устрой-
ствам, если головка применяется на станке или в контрольном
автомате. Некоторые иностранные фирмы изготавливают спе-
циальные микропроцессоры для работы с растровыми головками
(рис. 5.14). Микропроцессор предназначен для статистической
обработки результатов измерения; на распечатке указываются
наибольший и наименьший измеренные размеры, разброс разме-
ров, их среднее арифметическое значение и среднее квадратиче-
ское отклонение (см. § 5, гл. 2). Большинство измерительных
головок с электронным отсчетным устройством питаются от элек-
трической сети и от автономных источников питания — аккуму-
ляторов (батарей).

Измерительные головки с электронным отсчетным устройст-
вом, как и обычные механические измерительные головки, ис-
пользуются в качестве отсчетного устройства, например, в ну-
тромерах, глубиномерах и т. д. Обычно принципиальная схема
приборов, в которых устанавливаются головки, остается неизмен-
ной и заменяется только головка. Иногда электронная отсчетная
система встраивается внутрь прибора.

Основной недостаток измерительных головок- с электронным
цифровым отсчетным устройством по сравнению с обычными ме-
ханическими головками со шкалой и стрелкой заключается в за-
труднениях с отсчетом показаний при измерении колебания раз-
мера, например биения, отклонений формы и т. д., когда необ-
ходимо определять разность размеров. Аналогично и измерение
нутромерами, когда в процессе измерения возникает необходи-
мость определения наименьшего размера покачиванием нутро-
мера. В головках с цифровым отсчетом при этих измерениях
приходится запоминать наибольший и наименьший размеры.
Правда, в наиболее совершенных головках предусмотрен так
называемый амплитудный режим работы, когда головка показы-
вает разность размеров или фиксируется максимум (минимум)
Рис. 5.14. Измерительная головка со встроенным отсчетным цифровым устрой
ством и микропроцессором (фирма «Мицутойо», Япония)

значений. К недостаткам головок относится также их большая
сложность по сравнению с механическими головками, а следова-
тельно, и высокая стоимость У некоторых головок имеется недо-
статок, заключающийся в «мерцании» изображения цифр, от
которого у оператора устают глаза Неоспоримым достоинством
цифрового отсчета является быстрота и безошибочность отсчета
измеренных значений Таким образом, можно предположить,
что в дальнейшем сохранятся измерительные головки со стре-
лочным и цифровым отсчетными устройствами Область примене-
ния последних — автоматизированное производство и как эле-
мент измерительно-информационных систем

§ 6.	ШТАТИВЫ И СТОЙКИ, ИСПОЛЬЗУЕМЫЕ
С ИЗМЕРИТЕЛЬНЫМИ ГОЛОВКАМИ

Для измерительных головок, рассмотренных выше,
изготовляются универсальные приспособления — «установочные
узлы», в которых головки могут быть установлены для универ-
Рис. 5.15. Стойки и штативы для измерительных головок:

а — стойка — тип CI; б — стойка — тип СП; в — стойка — тип СШ; в — стойка —
тип CIV; д — штативы — типы ЦП, ШП, ШШ; е — штативы — типы ШМ1, ШМН.
ШМШ; (1 — основание; 2 — колонка; 3 — кронштейн; 4 — измерительный стол; Б —
микроподача, винт тонкой установки иа размер; 6 — винт крепления измерительной
головки)

сального использования. Такие установочные узлы разделяют
на две группы: стойки и штативы.

Стойкой называется установочный узел, на который устанав-
ливается как измерительная головка, так и измеряемая деталь.

Штативом называется установочный узел, на котором уста-
навливается только измерительная головка.

Стойки изготовляют чаще всего для измерительных головок
с диаметром присоединительного цилиндра 28 мм и реже 8 мм.
Некоторые разновидности стоек приведены на рис. 5.15 (а, б, в, г).

Стойки со столами, которые имеют возможность смещаться по
высоте, чаще всего изготовляют для использования с головками,
имеющими цену деления 0,001 мм и менее (рис. 5.15, а). В сто-
лах этих стоек очень часто вводится и механизм малых переме-
щений для обеспечения установки на нуль головки. Кронштейн
стойки, в котором устанавливается измерительная головка, всегда
имеет возможность перемещаться в вертикальном направлении.

Штативы изготовляют только для головок с диаметром при-
соединительного цилиндра 8 мм. Штативы устанавливают на ос-
новании, в котором иногда колонка имеет возможность перестав-
ляться (рис. 5.15, д). У некоторых видов в основании штативов
имеется переключаемый постоянный магнит (рис. 5.15, е), ко-
торый либо замыкается на корпус основания и тогда все основа-
ние становится магнитом и притягивается к стальной или чугун-
ной поверхности, либо отключается и тогда штатив можно снять
с поверхности. В основании имеется призматическая прорезь, позво-
ляющая устанавливать штатив на цилиндрическую поверхность.

4 Н. Н. Марков

97
— максимальный перепад; APj и APj — перепад
измерительного усилия на прямом и обратном ходе; АРа — перепад измерительного
усилия в момент реверса; ДР, — местные перепады в пределах 2—3-х делений шкалы при
прямом или обратном ходе

Большинство штативов изготовляют с колонкой высотой 250 мм.
Однако имеются, но не очень широко распространены штативы
с колонкой высотой до 630 и даже до 1000 мм и более. Последние
штативы иногда на заводах изготовляют для собственных нужд.

Специфичным требованием к штативам является требование
к их жесткости. При недостаточной жесткости установочных уз-
лов (стоек и штативов) возникают большие погрешности изме-
рения, особенно при измерении биений, когда у измерительной
головки появляется перепад измерительного усилия при пере-
мещении измерительного стержня.

Параметры измерительного усилия головок. Если снять диа-
грамму измерительного усилия при прямом и обратном ходе из-
мерительного стержня, то в зависимости от величины перемеще-
ния диаграмма измерительного усилия будет представлять собой
петлю (рис. 5.16), площадь которой в общем виде характеризует
работу по преодолению сил трения в механизме прибора. Для
оценки измерительного усилия важен перепад этого усилия,
особенно для момента «реверса», т. е. когда изменяется переме-
щение измерительного стержня с прямого хода на обратный.
Влияние этого перепада на погрешность измерения в утрирован-
ном виде представлено на рис. 5.17. При измерении биения ци-
линдрической детали под действием измерительного усилия шта-
Рис. 5.17. Влияние перепада измерительна
усилия на погрешность измерения отклонений
формы

тив изогнулся на какую-то величину.
При вращении детали размер ее под на
конечником будет изменяться, но одно-
временно будет изменяться и величина
измерительного усилия, а следова-
тельно, и величина прогиба установоч-
ного узла. Вместо того, чтобы корпус
головки находился на месте, а измери-
тельный стержень смещался и стрелка

показывала изменение размера детали,
головка вся перемещается в пространстве, не показывая биений
поверхности измеряемой детали, хотя биение имеется. При этом
погрешность может достигать больших величин. Так, если при-
менять рычажно-зубчатые головки с ценой деления 0,001 мм на
штативах с тонкими стержнями (10—12 мм), то погрешность из-
мерения биения может доходить до 0.003—0.005 мм. т. е. в не-
сколько раз больше, чем цена деления.

На рис. 5.16, б, е приведены примеры диаграмм измеритель-
ных усилий для различных измерительных головок.

Измерительные средства с корпусом в виде скобы

Конструкция этих измерительных средств представ-
ляет собой сдобу, на концах которой расположены измеритель-
ные элементы, контактируюшие с измеряемой деталью. При этом
реализуется так называемая двухточечная схема измерения ли-
нейных размеров.

§ 7.	ДВУХТОЧЕЧНАЯ СХЕМА ИЗМЕРЕНИЯ

ЛИНЕЙНЫХ РАЗМЕРОВ

У любой детали в процессе изготовления номинально
правильная геометрическая форма искажается, что приводит
к появлению бесчисленного множества значений размеров как
расстояний между двумя точками (диаметров и длин). С точки
зрения собираемости деталей, видимо, наиболее важное значе-
ние имеют размеры условной детали номинальной формы, в ко-
торую вписывается (для внутренних размеров) или описывается
(для наружных размеров) объем детали. Этот размер называют
размером, соответствующим «максимуму материала», или «про-
ходному пределу». В производственной практике при измерении
размеров чаще всего используется так называемая двухточечная
схема измерения. При двухточечной схеме измерения за измеряе-
мый размер принимается расстояние между двумя точками. Это
понятие относится к деталям различной геометрической формы
Этот размер называют размером, соответствующим «минимуму
материала», или «непроходному пределу».

В результатах измерения может быть выявлено бесконечное
число измеренных размеров, и остается открытым вопрос о том,
а что же принимать за размер детали, какое значение размера
ей присвоить?

Ответ на этот вопрос может быть самым различным в зависи-
мости от назначения и условий работы детали. Так, если деталь
в процессе установки в механизм будет деформироваться (на-
пример, кольцо), то за ее размер может быть принято среднее
значение по результатам измерения размеров при двухточечной
схеме измерения..В настоящее время нет однозначного понятия,
что же является размером детали, а главное — как размер де-
тали связан с существующими схемами измерения.

При отсутствии одного значения размера у измеряемой де-
тали определяют значения «текущих» размеров детали и деталь
признается годной, если ни один из измеренных размеров не выхо-
дит за пределы допускаемых значений.

Таким образом, для большинства измерений размеров принята
двухточечная принципиальная схема измерения, хотя она далеко
не всегда строго выдерживается и не выявляется размер по макси-
муму материала.

В качестве примера можно привести измерение с помощью рассмотренных
в предыдущем разделе измерительных головок. При использовании головок в стой-
ках измеряемую деталь устанавливают на столик (контакт цилиндрической де-
тали со столиком происходит по линии, плоской детали — по плоскости), и
с противоположной стороны контакт с деталью осуществляется с помощью точеч-
ного наконечника головки или, в крайнем случае, с помощью небольшой пло-
щадки. Следовательно, при этой схеме измерении за размер цилиндрической де-
тали принимают расстояние от прилегающей образующей цилиндра (прямой)
до одной точки или до малого отрезка прилегающей образующей, находящейси
в одном осевом сечении с первой образующей. Этот размер, строго говоря, и не
диаметра, и не цилиндра, а что-то среднее между ними.

Двухточечная схема измерения линейных размеров принята
потому, что она дает более полную информацию о текущих раз-
мерах измеряемой детали, но при анализе полученных резуль-
татов необходимо оценивать возможные значения «действующего»
размера, т. е. размера, действующего в реальном сопряжении
для выполнения поставленной цели для этого сопряжения. Ос-
новной недостаток двухточечной схемы измерения заключается
в том, что при этой схеме не выясняется целый ряд отклонений
(см. гл. 13).

В измерительных средствах с корпусом в виде скобы реали-
зуется номинально двухточечная схема измерения, которая в боль-
шинстве случаев несколько отличается тем, что вместо двух точек
используют две небольшие плоскости в виде круга диаметром 6—
12 мм.

Небольшие измерительные плоскости используются в основ-
ном только для повышения износостойкости измерительных
поверхностей и облегчения условий нахождения размера на де-
тали.

К измерительным средствам с корпусом в виде скобы отно-
сятся микрометры гладкие, рычажные микрометры и скобы с от-
счетным устройством.

§ 8.	МИКРОМЕТРЫ ГЛАДКИЕ

Микрометром называется измерительное средство
с корпусом в виде скобы и двухточечной схемой измерения, в ко-
тором перемещение одной из точек определяется с помощью резь-
бовой пары — винта и гайки.

Известно, что если повернуть болт на один оборот, когда гайка
неподвижна, то болт переместится в направлении оси на вели-
чину, равную шагу резьбы. Но для того чтобы отсчитывать вели-
чины перемещения болта, не только кратные шагу резьбы (т. е.
полные обороты), но и значения, меньшие, чем шаг (дольные зна-
чения шага), в микрометры введены дополнительные шкалы.

а.	Схема и конструкция микрометра. В корпусе микрометра
в виде скобы / (рис. 5.18, позиции на рис. а, б, в общие) заключены
неподвижная пятка 2, которая реализует неподвижную точку
в двухточечной схеме измерения, и гайка 6 резьбовой пары.
С гайкой 6 соединен неподвижно стебель 3. Винт 4 скреплен
с барабаном 5, на конце узла винт — барабан находится устрой-
ство 7, обеспечивающее измерение с определенным усилием.

Рис. 5.18. Микрометр гладкий (завод <Калибр»):

а — схема; б — конструкция для диапазона измерения 0—25 мм а — отсчет по шкале
иа стебле и барабане; е — «трещотка»
На стебле 3 вдоль оси проведена сплошная линия 8 (рис. 5.18, в),
которая используется для отсчета целых оборотов винта 4 и вместе
с ним и барабана 5. Полные обороты отсчитывают при совпаде-
нии нулевой отметки на барабане 5 с линией 8 на стебле 3. На ба-
рабане 5 на скошенной поверхности нанесены деления 10, слу-
жащие для отсчета части полного оборота винта 4 и барабана 5.
Число таких делений зависит от шага резьбы. Наиболее часто
шаг резьбы делают равным 0,5 мм и тогда на барабане наносят
50 интервалов, т. е. при повороте на один интервал осевое пере-
0 5

мещение винта (барабана) будет равно = 0,01 мм.
□и

Значение b = 0,01 мм весьма близко к понятию цены деления, но более пра-
вильно его называть «величиной отсчета», как это имело место при измерении
штангенциркулями, поскольку деления на барабане выполняют такую же функ-
цию, как и деления нониуса, и также позволяют отсчитывать дробные значения
по основной шкале, наносимой на стебле микрометра и имеющей интервал де-
ления, равный шагу резьбы (т. е. наиболее часто цена деления шкалы состав-
ляет 0,5 мм). На стебле при шаге резьбы 0.5 мм штрихи шкалы наносят для удоб-
ства отсчета с двух сторон от осевой линии.

На рис. 5.18, в нижние деления 11 соответствуют значению
с окончаниями 1 мм и оцифрованы через 5 делений и верхние 9
с окончанием на 0,5 мм, а на той и на другой части шкалы интер-
валы между штрихами равны 1 мм. Винт, используемый в микро-
метрах или других устройствах, служащий для определения ве-
личины перемещения или для измерения, или установки размера,
называют микрометрическим винтом или сокращенно микровин-
том. Резьбовую пару для указанных случаев применения также
часто называют сокращенно микропарой.

В конструкции микропары для обеспечения беззазорного со-
прикосновения резьбы винта и гайки предусмотрена регулировка,
которая осуществляется деформацией гайки 6. Для этого гайка 6
обычно имеет несколько пазов, проходящих вдоль оси (разрез-
ная гайка). Часто наружную поверхность ее делают в виде ко-
нуса, а на цилиндрической поверхности гайки нарезают резьбу.
При вращении регулировочной гайки 13 ее конусная поверхность
через конусную поверхность гайки 6 сжимает гайку или отпу-
скает в зависимости от направления вращения гайки 13. Устрой-
ство 7, создающее измерительное усилие, обычно бывает двух
принципов действия: в виде трещотки или в виде фрикциона.
Трещотка (рис. 5.18, г) представляет собой храповой механизм. На
одной торцовой поверхности втулки, скрепленной с микровин-
том, имеются зубцы, на другой поверхности, за которую вра-
щается винт, установлен подпружиненный цилиндр со скосом
(«зуб»). При вращении в направлении соприкосновения измери-
тельных поверхностей с деталью или между собой поджим этих
поверхностей будет происходить с усилием, обеспечиваемым пру-
жиной, поджимающей зуб. (Обычно это усилие составляет 500—
900 сН). При дальнейшем вращении храповой механизм про-
скальзывает и раздается характерный треск, когда зуб соскаль-
зывает со скосов (отсюда название «трещотка»). В некоторых
механизмах используется фрикционная пара, в которой измери-
тельное усилие обеспечивается усилием поджима фрикционных
поверхностей (по привычке такие устройства часто называют
также трещоткой, хотя треска и не слышно).

В конструкциях микрометров существует большое разнообра-
зие конструкций стопорных устройств 12, например в виде втулки
и винта (рис. 5.18, б), цанг и других устройств. Узел микро-
винт 4, барабан 5 и трещотка 7 обеспечивают возможность уста-
новки микрометра на нулевое деление. В этом случае сводятся
до соприкосновения измерительные поверхности. При раскреп-
лении трещотки 7 с барабаном 5 последний поворачивается от-
носительно винта 4 до совмещения нулевого деления барабана 5
и стебля 3. Для осуществления такой внешне простой операции
требуется определенный навык. Эго является одной из трудно-
стей в работе с микрометром.

б.	Номенклатура микрометров. Типоразмеры. Основные тех-
нические характеристики. Разновидности микрометров, пред-
назначенных для измерения наружных размеров, приведены на
рис. 5.18 и 5.19.

Помимо приведенных микрометров изготовляют микрометры
для измерения среднего диаметра резьбы и длины общей нормали
у зубчатых колес. Эти микрометры рассмотрены в разделе изме-
рений резьбы и зубчатых колес.

Наибольшее распространение имеют и наиболее часто приме-
няются на производстве гладкие микрометры (см. рис. 5.18).

Типоразмеры микрометров в значительной мере предопреде-*
ляются длиной микровинта, обеспечивающего диапазон измере-
ний. В результате многолетней практики установлено, что опти-
мальной длиной резьбы микровинта является длина 25 мм. Поэ-
тому обычно типоразмеры микрометров изготовляют с диапазо-
ном измерения через 25 мм, т. е. О—25, 25—50, 50—75, 75—100
и т. д. Наибольший размер, измеряемый микрометрами, обычно
600 мм. Практически наиболее широкое применение имеют микро-
метры до 100 мм. У микрометра для размеров свыше 100 мм диа-
пазон измерений обычно составляет не 25 мм, а 100 мм, что дости-
гается перестановкой неподвижных пяток или эти пятки делают
сменными. Отсчитывать размер на этих микрометрах непосред-
ственно по микропаре можно только в пределах 25 мм.

Все микрометры, кроме тех. у которых измерение начинается
от нуля, снабжаются так называемыми установочными мерами,
представляющими собой цилиндр, у которого размер между тор-
цовыми поверхностями равен нижнему пределу измерения микро-
метра (например, микрометр с диапазоном измерения 75—100 мм
имеет установочную меру размером 75 мм). С помощью этой меры
микрометр устанавливают на начало отсчета (на нуль). В прин-
ципе, можно настраивать микрометры по концевым мерам длины
и не только на начало отсчета, но и непосредственно на значение
Рис. 5.19. Разновидности микрометрических измерительных средств (КРИН):
а — микрометр для измерения листового материала: б — микрометр для измерения
толщины стенок труб; е — микрометрический глубиномер; е — микрометрический вы-
сотомер

измеряемого размера. Этим приемом можно повысить точность
измерения по сравнению с обычным использованием микрометра,
так как значительно уменьшается погрешность микрометра.

Еще одна разновидность микрометрических измерительных
средств, которую нельзя называть микрометром или измеритель-
ным средством со скобой, — это микрометрический глубиномер
(рис. 5.19, е). Его конструкция состоит из микропары 2 и планки /,
в которой она установлена. Из-за особенности измерения оциф-
ровка шкалы на стебле дана в обратном направлении по сравне-
нию с обычным микрометром. Пределы измерения глубиномером
обычно до 100 мм, иногда до 200 мм, и весь диапазон обеспечи-
вается сменными стержнями 3, вставляемыми в отверстие в торце
микровинта.

К измерительным средствам для измерения внутренних раз-
меров относится микрометрический нутромер. Он рассмотрен
ь § 15.

Микрометрические высотомеры предназначены для установки
измерительных средств на требуемый размер и отсчета измерен-
ного размера при работе от плиты. Во многих из них исполь-
зуются микрометрические пары (рис. 5.19, г). В принципе, вы-
сотомер представляет собой многозначную меру, поставленную
вертикально, состоящую из ступенек 1 (типа лестницы),
которые могут смещаться все вместе по высоте с помощью
микрометрической пары 2. Расстояние между верхними и ниж-
ними поверхностями соседних ступенек равно диапазону изме-
рения используемой микропары (например, 25 или 15 мм). При
установке рейсмаса на размер значения размера, кратные раз-
меру между ступеньками, берутся по соответствующей ступени,
а последние цифры размера устанавливаются подъемом всех
ступеней (в том числе и ступеньки, соответствующей целому
числу интервалов) на необходимую величину с отсчетом по
микропаре.

Например, высотомер имеет ступеньки через 15 мм с общим пределом до
300 мм. Необходимо установить размер 125,75 мм. В этом случае целое значение
размера, кратное 15 мм, равно 120 мм и будет соответствовать 8-й ступени от ос-
нования (15Х 8 = 120 мм). А оставшееся значение размера 5,75 мм обеспечивается
тем, что все ступеньки (в том числе и 8-и) поднимаются с помощью микрометриче-
ской пары на 5,75 мм.

Аналогичным образом поступают и при измерении от плиты,
когда отсчетное устройство, закрепленное, например, на рейс-
масе, устанавливают на нуль по поверхности измеряемой детали,
а потом действиями высотомера в направлении, обратном описан-
ному выше, добиваются нулевого показания при касании нако-
нечником отсчетного устройства ближайшей ступени и отсчиты-
вают значение размеров в зависимости от номера ступени и пока-
заний микрометрической пары. Иногда такие высотомеры снаб-
жают цифровым отсчетным устройством (см. § 5). В высотомере,
показанном на рис. 5.19, г, для этой цели установлен сельсин 3.

в.	Погрешности измерения микрометром. В общем случае
погрешность измерения микрометром возникает от погрешности
микрометра, установочной меры или блока концевых мер, откло-
нений от параллельности измерительных поверхностей, разгиба
скобы под действием усилия, погрешности от отсчета показаний,
погрешности от температурных и контактных деформаций.

Погрешность от микрометра обычно нормируется равной от 4
до 10 мкм в зависимости от диапазона измерений при поверке по
концевым мерам длины.

Погрешность от установочных мер входит в погрешность изме-
рения микрометром с диапазоном измерения св. 25 мм. Точность
измерения можно повысить при установке микрометра по блоку
концевых мер. В этом случае погрешность микропары оказывает
влияние только на небольшом используемом интервале. Экспери-
ментально установлено, что эта величина находится в пределах
2 мкм.

Погрешность от отклонений от параллельности измерительных
поверхностей при точечном контакте (рис. 5.20, а) может пол-
г)

Рис. 5.20. Влияние отклонений от
параллельности измерительных по-
верхностей на погрешность измере-
нии:

а — при точечном контакте; 6 — при
плоскостном контакте (перекос поверх-
ности микровинта); е — то же, пере-
кос обеих поверхностей; 9 — при ли-
нейчатом контакте

ностью войти в погрешность измерения в зависимости от поло-
жения точек контакта на измерительных поверхностях. При
плоскостном контакте, если одна из измерительных поверхностей
не перпендикулярна оси вращения микровинта (рис. 5.20, б),
то погрешность практически не вносится. Если же имеется пере-
кос обеих поверхностей (рис. 5.20, е), то величина погрешности
определяется величиной перекоса той поверхности, где этот пере-
кос меньше. При линейчатом контакте (рис. 5.20, г) в погрешность
измерения может войти половина непараллельности измеритель-
ных поверхностей, так как контакт с деталью осуществляется
приблизительно средней частью измерительных поверхностей,
в то время как при поверке по концевым мерам с плоскими по-
верхностями контакт может быть по краям измерительных по-
верхностей.

Погрешность от разгиба скобы происходит из-за непостоян-
ства измерительного усилия (колебания измерительного усилия
порядка 200 сН). Обычно нормируется величина разгиба скобы
под действием усилия 10 Н в пределах 2—12 мкм, т. е. колеба-
ние усилия может вызвать погрешность, равную 0,2 от нормируе-
мой (0,4—2,4 мкм). Эта относительно небольшая погрешность
имеет место, когда при работе пользуются трещоткой. Однако
очень часто при работе в нарушение правил не пользуются тре-
щоткой и этим создают очень большую величину перепада измери-
тельного усилия (30 Н и более), а это, в свою очередь, приводит
к появлению погрешности и от разгиба скобы 0,01—0,02 мм и
более.

Погрешность от отсчета показаний возникает из-за параллакса
(шкалы на стебле и барабане расположены на разных поверхностях)
и трудности отсчета. Эта погрешность составляет ориентировочно
2 мкм.
Погрешность от температурных деформаций связана:

а)	с деформацией из-за разности температур детали, устано-
вочной меры и микрометра, с разными коэффициентами темпера-
турного расширения;

б)	с деформацией микрометра, возникающей из-за нагрева
его руками оператора.

Погрешность от нагрева руками нельзя практически опреде-
лить в каждый конкретный момент времени, так как установить
зависимость между температурой на поверхности микрометра и
его деформациями не представляется возможным.

Величина и знак деформаций зависят от положения рук опе-
ратора на скобе. Если расположить руки на внутренней части
скобы, т. е. обращенной к детали, то помимо общего изменения
размера скобы произойдет ее разгиб за счет того, что расшире-
ние материала с внутренней стороны скобы будет больше, чем
с наружной. При расположении рук оператора с наружной сто-
роны скобы помимо общего расширения скобы произойдет сжа-
тие, т. е. эти деформации частично компенсируют друг друга.

Для уменьшения влияния рассмотренных деформаций на по-
грешность измерения обычно большие скобы оснащают тепло-
изоляционными накладками.

Погрешность от контактных деформаций возникает в основном
при измерении сферических поверхностей (точечный контакт)
из-за измерительного усилия. При измерении сферы радиусом
5 мм величина контактной деформации достигает 3 мкм, с радиу-
сом свыше 5 мм — 2 мкм.

Погрешность измерения микрометром с учетом влияния рас-
смотренных составляющих погрешности измерения находится
в пределах от 5 до 50 мкм в зависимости от типоразмера микро-
метра (первая цифра для микрометра 0—25 мм, вторая — для
микрометра 400—500мм). Эти значения соответствуют опреде-
ленным температурным условиям при использовании установоч-
ных мер, а микрометр при работе находится в руках. При уста-
новке микрометра в специальный штатив или при обеспечении
надежной изоляции скобы от тепла рук оператора погрешность
измерения для типоразмеров, начиная с 25—50 мм, значительно
сокращается (в 2 раза и более).

г.	Поверка микрометров. Поверку микрометров производят
с помощью концевых мер длины. При этом выясняется погреш-
ность измерения микрометром размера детали с плоскими поверх-
ностями. В связи с этим отдельно поверяют плоскостность и па-
раллельность измерительных поверхностей с помощью плоско-
параллельных стеклянных пластин.

д.	Перспективы развития микрометров. Использование винтовой пары в ка-
честве отсчетного устройства было известно еще в XVI в., например в пушеч-
ных прицельных механизмах (1570 г.), а позднее в различных геодезических
приборах.

Первый патент иа микрометр как на самостоятельное измерительное устрой-
ство с современной, в принципе, системой отсчета был выдай иа имя Пальмера
в 1848 г. во Франции. В настоящее время существует огромное количество кон-
струкций микрометров, отличающихся формой скобы, видом стопора, устройст-
вом, стабилизирующим измерительное усилие, способом регулировки натяга
гайки, материалом отдельных частей и т. д.

В последние годы появился ряд конструктивных решений с введением циф-
рового отсчетного устройства с тем, чтобы получить размер, не определяя совпа-
дение штрихов (см. § 5).

Недостаток микрометра, связанный с измерительным усилием, заключается
в том, что имеется возможность использовать микрометр и без применения уст-
ройства для стабилизации измерительного усилия, а это вносит погрешность из-
мерения. Уже известны конструкции микрометров, в которых стабилизирующее
устройство встроено в барабан и при работе микрометром всегда обеспечивается
стабилизация усилия и невозможно пользоваться микрометром без стабилиза-
тора измерительного усилия.

§ 9.	МИКРОМЕТРЫ РЫЧАЖНЫЕ

Рычажным микрометром называется измерительное
средство с корпусом в виде скобы с двухточечной схемой изме-
рения, в котором перемещение одной из точек определяется с по-
мощью резьбовой пары, т. е. винта и гайки, а другой—с помощью
стрелочного отсчетного устройства (измерительной головки). При
этом механизм стрелочного отсчетного устройства может быть
либо встроен в корпус скобы, либо установлен в виде сменной
измерительной головки.

а.	Схема и конструкция рычажного микрометра. В рычажном
микрометре при двухточечной схеме измерения обе измеритель-
ные поверхности связаны с отсчетными устройствами
(рис. 5.21, а). При этом величина перемещения измерительной
поверхности 1 связана с микровинтом 3 и отсчетом по микропаре,
а измерительная поверхность 12 связана с механизмом отсчет-
ного устройства.

При определении размера детали, находящейся между двумя
измерительными поверхностями (/ и 12), необходимо алгебраи-
ческое суммирование показаний по микропаре и по стрелочному
отсчетному устройству.

Схема и конструкция рычажного микрометра состоят из
ранее рассмотренных схем и конструкций других измерительных
средств.

Микрометрическая пара рычажного микрометра, как и обыч-
ного микрометра, состоит из микровинта 3, гайки 5, стебля 2
со шкалой вдоль оси, барабана 4 с делениями на скосе. Конструк-
ция микропары отличается тем, что в ней отсутствует устройство
для стабилизации измерительного усилия, поскольку в нем нет
необходимости, так как силовое замыкание обеспечивается уси-
лием, создаваемым в механизме стрелочной отсчетной головки.
Отсчет показаний по микропаре производится, как и у обычного
микрометра.

Стрелочное отсчетное устройство при относительно неболь-
шом диапазоне измерения (обычно не более чем до 150 мкм) уста-
навливается в корпусе скобы (рис. 5.21, а, б), для больших
Рнс. 5.21. Микрометр рычажный:

а — схема; б — конструкция микрометра с диапазоном измерения 0—25 мм (завод «Из-
мерен»); а — микрометр настольный со стрелочной отсчетной головкой; (завод «Изме-
рен»); в— микрометр рычажный для размеров свыше 500 мм (завод КРИН)

диапазонов измерений в качестве отсчетного устройства исполь-
зуется одна из рассмотренных ранее измерительных головок —
рычажно-зубчатая головка с ценой деления 0,002 мм, или
индикатор часового типа с ценой деления 0,01 мм (рис. 5.21, г).

При встраивании механизма в корпус скобы раньше создава-
лась передача, состоящая из одного рычага и одной зубчатой пары,
теперь в отечественных приборах используется механизм от из-
мерительных головок. Так, на рис. 5.21, а, б показана схема и
конструкция рычажного микрометра, в который встраивается
механизм рычажно-зубчатой головки (см. рис. 5.21), состоящей
из рычажной и зубчатой передач. Стержень 11 с измери-
тельной поверхностью 12 перемещается в своих направляющих,
и эти перемещения передаются через рычаг 10 на сектор 9 и зуб-
чатое колесо 8, на оси которого установлена стрелка 7. Для ар-
ретирования измерительной поверхности 12 имеется устройство,
которое отводит стержень // при нажатии на кнопку 6.

При работе с рычажным микрометром обычно перемещением
микровинта добиваются положения, при котором совпадают
штрихи на стебле и барабане, соответствующие целому значению
размера. При этом стрелка отсчетного устройства находится в по-
ложении, при котором можно отсчитать значение размера по его
шкале. После этого отсчитывают целое значение размера по ми-
кропаре до значений 0,01 мм, а по стрелочному отсчетному уст-
ройству с ценой деления 0,002 мм — для размеров приблизи-
тельно до 500 мм и 0,01 мм — для размеров свыше 500 мм. Отсчи-
тываемое значение по стрелочному отсчетному устройству или
прибавляется, или отнимается от показаний по микропаре (ал-
гебраическое суммирование) в зависимости от знака отклонения
на стрелочном отсчетном устройстве.

б.	Типоразмеры рычажных микрометров и основные техниче-
ские характеристики. Рычажные микрометры обычно изготовляют
для размеров до 2000 мм. Микропара имеет отсчет 0,01 мм. Для
размеров обычно до 150 мм стрелочное отсчетное устройство встраи-
вают в скобу. Это устройство имеет цену деления 0,002 мм с пре-
делом измерения не менее 0,06 мм (±0,03 мм). Остальные типо-
размеры имеют съемное отсчетное устройство с ценой деления
0,002 мм для размеров до 500 мм и 0,01 мм для остальных разме-
ров (до 2000 мм).

Если для размеров обычно до 150 мм диапазон измерения оп-
ределяется диапазоном микровинта, т. е. 25 мм, то с увеличением
размеров измеряемых деталей диапазон измерения составляет 50,
100 и 200 мм. Это достигается тем, что подвижные пятки могут
переставляться. Для этой цели рычажный микрометр снабжают
несколькими установочными мерами 13 (рис. 5.21, г), дающими
возможность устанавливать микрометр на размер внутри диапа-
зона измерения.

Измерительное усилие рычажных микрометров находится
в пределах 6—10 Н в зависимости от диапазона измерений, при
этом колебание усилия может быть в пределах ± (100—200) сН.

в.	Погрешность измерения рычажными микрометрами. Состав-
ляющие погрешности измерения аналогичны ранее рассмотрен-
ным составляющим для микрометра и для измерительных головок
с учетом особенностей принципиальной схемы.

Погрешность отсчета у рычажных микрометров по микропаре
приблизительно в 2 раза меньше, чем у гладкого микрометра,
так как при правильном пользовании рычажным микрометром
необходимо совмещать штрихи барабана и стебля, а не отсчиты-
110
вать степень несовпадения. Для малых диапазонов измерения по-
грешность измерения при цене деления отсчетного устройства
2 мкм составляет 3 мкм, а для больших диапазонов доходит до
6 мкм, т. е. в общем виде погрешность измерения составит от 1,5
до 3 цен деления.

Принципиальная схема рычажного микрометра позволяет
производить измерения, пользуясь одновременно и микропарой,
и стрелочным отсчетным устройством. Можно настраивать ми-
крометр по установочной мере 13 и пользоваться только стрелоч-
ным устройством, а можно настраивать по блоку концевых мер
на размер, при котором измеряемые отклонения будут отличаться
на несколько делений от настроенного. Последний способ исполь-
зования рычажного микрометра не отличается в принципе от ис-
пользования измерительных головок при методах измерения
сравнением с размером концевых мер.

Используя концевые меры различной точности и другие
приемы, можно получить погрешность измерения, например, для
размеров 0—25 мм в пределах от 0,5 до 4 мкм, а для размеров
400—500 мм — от 3 до 50 мкм. При этом наименьшие погрешности
получаются при многократном измерении одного и того же раз-
мера с целью уменьшения влияния случайной погрешности из-
мерения в основном отсчетной головкой. При однократных изме-
рениях погрешность может быть от 2 до 4 мкм для размеров 0—
25 мм и от 7 до 50 мкм для размеров до 400—500 мм.

г.	Поверка рычажных микрометров. Поверку рычажного мик-
рометра производят по концевым мерам длины. В принципе эта
поверка не отличается от поверки микрометров гладких и от по-
верки измерительных головок. В рычажных микрометрах со
съемной измерительной головкой головку поверяют так же, как
было указано выше.

§ 10.	СКОБЫ С ОТСЧЕТНЫМ УСТРОЙСТВОМ

Скобой с отсчетным устройством называется изме-
рительное средство с корпусом в виде скобы и двухточечной схе-
мой измерения, у которой перемещение одной из точек опреде-
ляется с помощью стрелочного отсчетного устройства (измери-
тельной головкой).

Так же как и рычажные микрометры, скобы изготовляют со
встроенным стрелочным отсчетным устройством. Такие скобы на-
зывают «скобы рычажные», а за рубежом — «пассаметры». Скобы,
оснащенные съемными измерительными головками, называют ин-
дикаторными скобами, так как в качестве отсчетной головки часто
используют индикатор часового типа.

Принципиальное отличие в использовании скоб с отсчетным
устройством заключается в том, что перед измерением скоба должна
быть настроена на измеряемый размер с помощью установочных
мер (чаще всего концевых мер длины).
а.	Схема и конструкция скобы с отсчетным устройством.
Скобы со встроенным отсчетным устройством обычно имеют ме-
ханизм стрелочного отсчетного устройства (рис. 5.22, а) такой же,
как у рычажных микрометров. Скоба состоит из неподвижной
(переставной) при измерении пятки / и подвижной пятки 2.
Перемещение последней через рычаг 3, сектор 4 передается на
зубчатое колесо 5, на оси которого находится стрелка 6. Скоба
снабжена арретирующим устройством 7, с помощью которого
смещается подвижная пятка 2 при установке скобы на деталь.
Неподвижная при измерении пятка / при настройке на размер
смещается с помощью гайки 8 и стопорится с помощью кол-
пачка 9, который как бы выполняет функцию контргайки к винту
10. На торце винта 10 располагается неподвижная пятка /.

У скоб со сменной отсчетной головкой схема неподвижной
пятки в принципе одинакова, а в торец подвижной пятки уста-
навливают индикатор часового типа или рычажно-зубчатую го-
ловку.

Конструкция скобы со встроенным отсчетным устройством
(рис. 5.22, б, позиции общие с рис. 5.22, а) весьма близка к кон-
струкции подобных рычажных микрометров.

б.	Типоразмеры скоб с отсчетным устройством и основные тех-
нические характеристики. Скобы со встроенным отсчетным устрой-
ством изготовляют для измерения размеров до 150 мм с ценой де-
ления отсчетного устройства 0,002 мм и диапазоном показаний до
±0,14 мм (0,28 мм). Типоразмеры этих скоб обычно изготовляют
через 25 мм (т. е. 0—25, 25—50, 50—75 и т. д.). Скобы со съем-
ным отсчетным устройством предназначены для размеров 0—
1000 мм с ценой деления головки 0,01 мм (индикатор часового
типа) и диапазоном показаний 3 или 5 мм. У этих скоб перестав-
ная пятка может устанавливаться на 50 мм, и для некоторых
типоразмеров скоб придается по две или три переставные пятки,
а следовательно, диапазон измерения у одной скобы составляет
соответственно 50, 100 и 150 мм. Две переставные пятки обычно
поставляют со скобами для измерения свыше 100 мм.

Измерительные усилия скоб в зависимости от типоразмера на-
ходятся в пределах 500—1200 сН с колебанием 150—200 сН.

в.	Погрешность измерения скобами с отсчетным устройством.
Основные составляющие погрешности измерения скобами та-
кие же, как и при измерении измерительными головками. При
этом добавляются погрешность от нагрева корпуса скобы теплом
рук оператора, погрешность от разного положения скобы в про-
странстве, если она была настроена на размер в положении, ко-
торое отличается от положения при измерении, а также погреш-
ность от нежесткости конструкции.

Поверку скоб обычно производят по концевым мерам длины,
как и измерительных головок. При таком способе поверки по-
грешность скоб обычно нормируется равной или близкой к цене
деления отсчетного устройства на всем диапазоне показаний.
со

7

Рис. 6.22. Скоба со встроенный отсчетным устройством (завод «Измерен»):
о — схема; б — конструкция скобы е диапазоном измерения 0—25 мм
У скоб для измерения больших размеров (св. 500 мм) погрешность
составляет 1,5—2 цены деления (т. е. 15—20 мкм).

Варианты использования скоб могут отличаться точностью
применяемых концевых мер длины, используемым участком шкалы.
При работе на всем диапазоне показаний шкалы погрешность
измерения скобами со встроенным механизмом может быть обес-
печена от 4 (для размеров до 25 мм) до 25 мкм (для размеров 125—
150 мм), а при работе на участке шкалы в пределах 10 деле-
ний — соответственно 2 и 5 мкм.

Для скоб со съемными отсчетными устройствами могут быть
обеспечены условия для получения погрешности не более 10 мкм
для малых размеров (до 50 мм) и не более 60 мкм для больших
размеров (400—500 мм). Использованием концевых мер более
высокой точности при соответствующих температурных условиях
можно добиться погрешностей и на больших размерах не более
10 мкм.

§ 11. ИЗМЕРИТЕЛЬНЫЕ СРЕДСТВА С КОРПУСОМ
В ВИДЕ СКОБЫ И ЦИФРОВЫМ ЭЛЕКТРОННЫМ
ОТСЧЕТНЫМ УСТРОЙСТВОМ

Одним из недостатков измерительных средств с кор-
пусом в виде скобы является трудность отсчета измеряемых
значений, а для некоторых средств измерения и трудность на-
стройки на измеряемый размер. Так, в приборах с микропарой
трудно отсчитать значение размера по шкале и нониусу, а в ско-
бах возникает трудность с настройкой на измеряемый размер.
Известны разработки микрометрических пар, в которых при-
менен механизм для цифрового отсчета измеряемых значений.
Это устройство состоит из относительно сложного механизма,
включающего несколько зубчатых передач. В настоящее время
выпуск таких микропар практически прекращен.

В последние годы появилось большое число конструкций
средств измерения в виде скобы, в которых имеется электронное
цифровое отсчетное устройство.

Приборы с корпусом в виде скобы и электронным цифровым
отсчетным устройством бывают двух видов. В приборах первого
вида сохранена механическая часть микрометра (микровинт с гай-
кой), но введено электронное устройство для отсчета величины
перемещения микровинта. В другом виде приборов сохранена
только конфигурация корпуса в виде скобы, а вместо микропары
установлен гладкий стержень и введено электронное устройство
для измерения величины поступательного перемещения этого
стержня. При этом для обоих видов приборов имеются и встроен-
ные отсчетные устройства, и выносные.

В приборах, где сохранена микропара (рис. 5.23) для опреде-
ления величин перемещения микровинта, имеется электронное
устройство, измеряющее угол поворота винта, который при оп-
ределенном шаге винта характеризует его линейное перемещение.
Рис. 5 23 Микрометр (. электронным цифровым отсчетным устройством и вра
щающимся микровинтом (завод «Калибр»)

В устройстве для измерения угла поворота микровинта исполь-
зуются растровые или емкостные датчики. Растровые системы
аналогичны системам, используемым в измерительных головках
с электронным отсчетным устройством (гл. 5, § 5), только растры
сделаны в виде дисков. В остальном конструкция таких микро-
метров в основном сохранена, в том числе имеется устройство для
обеспечения постоянства измерительного усилия в виде трещотки
или фрикциона. На рис. 5.23 приведена конструкция микро-
метра с электронным цифровым отсчетным устройством, разрабо-
танная заводом «Калибр». В принципе, конструктивная схема
этого микрометра аналогична обычному микрометру (см. гл. 5,
§ 8), т. е. имеется скоба 2, микровинт /, стебель 7 с гайкой 6
и барабан 5 с фрикционным устройством для стабилизации из-
мерительного усилия. На стебле 7 и барабане 5, как у обычных
микрометров, нанесены шкалы и по ним можно отсчитать значе-
ние измеряемого размера. В отличие от обычных микрометров
для использования электронного цифрового отсчетного устрой-
ства микрометр снабжается встроенным фотоэлектрическим уст-
ройством (преобразователем), которое преобразует вращение
винта в электрический сигнал с цифровым отсчетом на табло 8.
Электронное отсчетное устройство включает в себя растровый
фотоэлектрический преобразователь. В корпусе скобы 2 микро-
метра установлена неподвижно кодовая маска 4, содержащая две
группы по четыре штриха. На микровинте / установлен так назы-
ваемый измерительный растр 3 в виде диска, на котором нанесено
Рис. 5.24. Прибор с корпусом в виде скобы со встроенным цифровым отсчет-
ным устройством (завод «Измерен»):

/ — скоба; 2 — электронный модуль; 3 — цифровое табло; 4 — включатель; Б — крышка
отсека для источника питания; 6 — неподвижная пятка; 7 — измерительной стержень;
в — кнопка режима «память»; 9 — арретир; 10 — обнуление счета и сброс режима «па-
мять»

125 штрихов. Измерительный растр 3 установлен на микровинте 1
таким образом, что при вращении микровинта и его осевом пере-
мещении измерительный растр только вращается. Для этого из-
мерительный растр установлен на микровинте 1 с помощью
шпонки, т. е. на микровинте имеется паз, а у растра имеется под-
пружинный шарик, выполняющий роль шпонки. Кроме того,
измерительный растр ограничен в осевом направлении с помощью
шайб.

В корпусе скобы 2 установлен источник света 10 в виде диода,
а против него расположен фотоблок 11. При измерении вращается
и поступательно перемещается микровинт 1, а вместе с ним вра-
щается измерительный растр 3. В тот момент, когда риски измери-
тельного растра 3 и маски 4 совпадают, свет от источника 10
попадает на фотоблок 11 и вырабатывается электрический сиг-
нал. Когда в следующий момент риски измерительного растра 3
совпадут с просветами маски 4, свет от источника 10 не пройдет
на фотоблок 11 и электрического сигнала не будет. Таким образом,
с фотоблока 11 в электронную часть отсчетного устройства по-
ступают сигналы в виде импульсов, характеризующих величину
перемещения микровинта /, т. е. значение измеренного размера, и
на цифровом табло отсчетного устройства 8 появляется значение
этого размера.

На панели отсчетного устройства имеется несколько кнопок,
используемых при работе: включение электрического питания 9,
запоминание размера (кнопка «память») 13, установка нуля 12
и начало отсчета 14. Последняя кнопка необходима только для
микрометров с диапазоном измерения свыше 25 мм (микрометры
разработаны для размеров до 75 мм) для установки исходного
размера по установочной мере или по концевым мерам длины.

Приборы, в которых только сохранена конструкция корпуса
в виде скобы (рис. 5.24), строго говоря, нельзя называть микро-
метрами, так как в них нет микропары. В этих приборах в кор-
Рис. 5.25. Микрометр с электронным цифровым оточетиым устройством и микро-
процессором (фирма <Мицутойо», Япония)

пусе в виде скобы для осуществления двухточечной схемы изме-
рения перемещение подвижного наконечника определяется с по-
мощью растрового преобразователя таким же образом, как это
сделано в измерительных головках с электронным цифровым
отсчетным устройством (гл. 5, § 5). Таким образом, эти приборы
представляют собой растровые измерительные головки, конструк-
ция которых оформлена в корпусе в виде скобы и введена допол-
нительно неподвижная пятка.

В обоих видах приборов с электронным цифровым отсчетным
устройством электронной схемой реализуются установка нулевого
отсчета в любом месте диапазона измерения, запоминание изме-
ренного размера, возможность предварительной установки зна-
чения измеряемого размера, который необходимо получить с
отсчетом на табло отклонений измеренного размера от заданного,
а также предусмотрена сигнализация о повышении скорости пере-
мещения измерительного стержня. Как правило, все эти приборы
с электронным цифровым отсчетным устройством имеют автоном-
ное питание (аккумуляторы, батареи). Обычно предусмотрена
сигнализация, когда напряжение питания достигает минимально
допускаемых значений. Многие приборы имеют питание и от сети.
У большинства этих приборов предусмотрен выход на внешние
устройства для подключения приборов к ЭВМ с целью обработки
результатов измерений или подключения к управляющим устрой-
ствам, если по результатам измерения необходимо управлять
каким-либо процессом.

Некоторыми иностранными фирмами изготавливаются микро-
процессоры для использования с этими и подобными простей-
шими приборами с электронным цифровым отсчетным устрой-
ством (штангенинструмент, измерительные головки). Микропро-
цессор (рис. 5.25) производит статистическую обработку резуль-
татов определенного числа измерений. Обычно на распечатке
микропроцессора выдают данные о наибольшем и наименьшем
измеренных размерах, величине разброса значений измеренных
размеров, среднем арифметическом значении размеров и среднем
квадратическом отклонении, характеризующем рассеяние изме-
ренных размеров. Приборы с цифровым электронным отсчетным
устройством очень удобны и эффективны при статистическом
управлении качеством выпускаемой продукции, особенно когда
производство автоматизированное, в том числе при гибком произ-
водстве (см. гл. 17).

Выше были перечислены практически все функции, которые
выполняют приборы с корпусом в виде скобы. Но не все приборы
имеют все эти функциональные возможности. Как правило, в этих
приборах сохранен диапазон измерений, кратный 25 мм, т. е.
О—25, 25—50, 50—75 и т. д. Почти во всех этих приборах цена
деления 0,001 мм, а погрешность в 2—3 раза больше, чем цена
деления. В некоторых приборах предусмотрена возможность
установки предельных допустимых размеров и выдается световой
сигнал, если измеренный размер оказывается больше или меньше
допустимого.

Рассмотренные выше устройства для отсчета величины пере-
мещения в микропаре с цифровым электронным отсчетным устрой-
ством используются не только для создания измерительных при-
боров с корпусом в виде скобы, но и во всех других приборах,
рассмотренных в учебнике, где применяются для отсчета изме-
ренных значений шкала и нониус, т. е. микропара (высотомеры,
микрометрические нутромеры, глубиномеры и т. д.).

Применение приборов с цифровым отсчетом приводит практи-
чески к устранению погрешностей при отсчете измеренных зна-
чений и сокращению времени на отсчитывание. Так, исследования,
проведенные фирмой «Мицутойо» (Япония), показали, что один
отсчет измеренных значений у обычного микрометра составляет
13,5 с, а по цифровому отсчетному устройству 9,2 с. Если погреш-
ность отсчитывания значений 0,5 мм по обычной микропаре со-
ставляет не менее 14%, а величиной 0,01 мм — 2,7%, то при
отсчете по цифровому устройству такие погрешности отсутствуют.
Но надо иметь в виду, что приборы с электронным цифровым
устройством значительно сложнее и цена их может быть от 5 до
50 раз выше, чем обычных приборов.

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ

1.	В чем заключается двухточечная схема измерения линейных размеров?
Ее достоинства и недостатки (с. 99).

2.	Что представляют собой измерительные средства с корпусом в виде скобы
и какие приборы к ним относятся (с. 99)?

3.	Что такое микрометр, его принцип действия, принцип отсчета показаний
(с. 101)?

4.	Конструкция микрометра (с. 101).

5.	Разновидности микрометров и их основные технические характеристики
(с. 103).

6.	Что такое микрометрический глубиномер и микрометрический высото-
мер (с. 104)?
7.	Основные составляющие погрешности измерения микрометром (с. 105).

8.	Каковы перспективы развития микрометров (с. 107)?

9.	Что такое рычажный микрометр? Его принципиальная схема (с. 108).

10.	Виды и типоразмеры рычажных микрометров и их основные технические
характеристики (с. 110).

11.	Погрешности измерения рычажными микрометрами (с. НО).

12.	Достоинства и недостатки рычажных микрометров (с. НО).

13.	Что такое скобы с отсчетным устройством (с. 111)?

14.	Виды скоб с отсчетным устройством (с. 112).

15.	Погрешности измерения скобами с отсчетным устройством (с. 112).

16.	Принцип действии измерительных средств с корпусом в виде скобы
и электронным цифровым отсчетным устройством (с. 114).

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 2

Измерения микрометрическими измерительными средствами

Задание 1. Установить микрометр на нуль.

Задание 2. Измерить микрометром диаметр вала и отклонение
формы его поверхности.

Задание 3. Измерить микрометрическим глубиномером глубину
уступа в цилиндрической втулке.

Задание 1.

1.	Протирают микрометр чистой тканью, в особенности изме-
рительные поверхности.

2.	Проверяют установку микрометра на нуль. Для этого,
вращая микровинт за трещотку, плавно подводят его торец к
торцу пятки до тех пор, пока трещотка не станет провертываться.
В этом положении нулевой штрих шкалы барабана должен совпа-
дать с продольным штрихом стебля.

3.	Устанавливают микрометр на нуль.

а)	закрепляют стопор микровинта;

б)	разъединяют барабан и микровинт — для этого отверты-
вают корпус трещотки;

в)	совмещают нулевой штрих барабана с продольным штри-
хом стебля и после этого вращают корпус трещотки (по часовой
стрелке) до плотного закрепления барабана на микровинте;

г)	освобождают стопор микрометра;

д)	проверяют правильность установки микрометра на нуль
(см. п. 2). Если установка с первого раза не удалась, то ее повто-
ряют.

Задание 2.

Объект измерения — цилиндрический вал, номинальный диа-
метр 10 ... 25 мм, длина 50—75 мм.

Средство измерения — микрометр гладкий 0 ... 25 мм.

Схема измерения — см. бланк отчета.

Перед началом измерения проверяют правильность установки
микрометра на нуль.

Измерение диаметра вала. 1. Отводят микровинт до появления
на шкале стебля из-под барабана штриха, показывающего размер
на 0,5 мм больше, чем номинальный размер измеряемого вала.
2.	Охватывают измерительными поверхностями микрометра
поверхность измеряемого вала. Затем, вращая за трещотку, под-
водят микровинт к поверхности детали до зажима ее между изме-
рительными поверхностями так, чтобы трещотка провернулась
2—3 раза.

3.	Отсчитывают показания микрометра (см. рис. 5.18).

Измерение отклонений формы вала. Для определения откло-
нений формы вала следует измерить размеры диаметров вала
в сечениях аг, aIIt аг11 и бг, бц, бщ (см. бланк отчета). Показания
микрометра записывают в графы отчетного бланка.

Подсчитывают отклонения формы отдельно в следующем по-
рядке:

1.	Овальность для каждого сечения:

△ов (I) = 0,5 (daI — del)\

Аов (in = 0,5 (daI I — d6II)\

Аов (in) = 0,5 (daI 11 — d6IH).

2.	Конусообразность по диаметрам сечений, расположенных
у торцов вала:

Аков (а) = 0,5 (daI daIII)',
АКОН (б) = 0,5 (del — d6111).

3.	Бочкообразность или седлообразность как полуразность
диаметров, взятых из сечений у торца и в середине вала:

Абочк (о) ~ 0,5 (daII daI),
Абочк (6) = 0,5 (d6 II — de I).

Затем заполняют отчетный бланк.

Задание 3.

Объект измерения — втулка с выточкой в торце, глубина
выточки 40 ... 45 мм.

Средства измерения — микрометрический глубиномер 0 ...
100 мм; вспомогательное стекло диаметром 60 мм, или доведенный
брусок, или поверочная линейка.

Подготовка измерительного средства.

1.	Производят установку глубиномера со сменным стержнем
25 ... 50 мм на «0». Для этого:

а)	установочную меру ставят на стекло (на поверочную ли-
нейку или доведенный брусок);

б)	вывинчивают микровинт до появления нулевого штриха-
шкалы и устанавливают измерительную поверхность основания
глубиномера на свободный торец меры;

в)	прижимают основание глубиномера к мере и, вращая тре-
щотку, опускают микровинт до тех пор, пока измерительный
стержень не прижмется к плоскости линейки и трещотка про-
вернется 2—3 раза. В этом положении нулевой штрих барабана
должен совпадать с продольным штрихом стебля.
Форма отчетных бланков для лабораторных работ № 2 (задание 2),
№ 3 н № Б

Техникум, курс, группа

Ф. И. О. учащегося

Лабораторная работа № .

Задание № .

Наименование СИ

Диапазоны

Схема измерения

Результаты измерения						Заключение о годности
Отсчеты показаний						
dal		dall		dalll		Выполнил
del		d6ll		d6lll		
Овальность			Конусообразность			Принял
Бочкообразность (седлообразность)						
Форма отчетного бланка для лабораторной работы № 2 (задание 3)

Техникум, курс, группа		Ф. И. О. учащегося		
Лабораторная работа № 2. Измерение микрометрическими СИ				
Задание 3. Измерение глубины уступа				
Обозначение детали			Наименование СИ	
Предельные размеры				
Н шах	^mln		Диапазон измерения	
Величина допуска			Предельная погрешность измерения	
Допускаемаи погрешность измерения				

Схема измерения

Результаты измерения			Заключение о годности
Отсчеты показаний			
Нг	Н2	Ht	Н,		Выполнил
Отклонение от параллельности торцов			Принял
Если такого совпадения в данном положении нет, то необходимо
выполнить установку микропары на нуль так, как это указано
в задании 1.

Измерение детали.

1.	Устанавливают основание глубиномера на торец детали.
Плотно прижимают основание к торцу детали и вращают микро-
винт за трещотку до упора сферы измерительного стержня в дно
уступа до провертывания трещотки. Затем закрепляют стопор и
снимают глубиномер с детали.

2.	Отсчитывают показание с учетом обратного расположения
цифр на шкалах глубиномера.

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 3

Измерения индикатором часового типа, микрокатором, рычажным
микрометром и скобой с отсчетным устройством

Задание 1. Измерить диаметр и отклонение формы вала инди-
катором часового типа.

Задание 2. Измерить диаметр и отклонение формы калибра-
пробки микрокатором.

Задание 3. Измерить диаметр и отклонение формы калибра-
пробки скобой с отсчетным устройством.

Задание 4. Измерить диаметр и отклонение формы калибра-
пробки рычажным микрометром.

Задание 1.

Объект измерения — гладкий вал диаметром 20 ... 30 мм,
длиной 75 ... 100 мм.

Средства измерения — индикатор часового типа, установлен-
ный в стойке с круглым столиком, концевые меры длины, набор
№ 1.

Схема измерения — см. бланк работы № 2, задание 2.

Подготовка измерительных средств.

1.	Подготавливают блок из концевых мер длины.

2.	Закрепляют индикатор в стойку.

3.	Устанавливают индикатор на нуль. Для этого:

а)	устанавливают блок концевых мер на середину столика
стойки. Затем опускают кронштейн до касания измерительного
наконечника индикатора с поверхностью концевых мер;

б)	устанавливают концевые меры серединой измерительной
поверхности под наконечником индикатора, а затем устанавли-
вают стрелку индикатора против нуля;

в)	проверяют правильность установки на нуль. Для этого
арретируют измерительный стержень индикатора, снимают кон-
цевые меры, затем снова устанавливают их на столик и плавно
опускают измерительный стержень индикатора. В этом положе-
нии стрелка должна стать снова на 0.

Измерение детали.

1.	Измеряют диаметр вала:
а)	измеряемый вал укладывают на столик стойки сечением
II—II против наконечника индикатора (см. эскиз);

б)	плавным движением обеих рук сдвигают вал от себя, скользя
им по столику до подвода осевого сечения вала под измерительный
наконечник;

в)	в этом положении, плотно прижимая вал к поверхности
столика, покачивают его по поверхности стола без скольжения.
Наблюдая за стрелкой индикатора, определяют самое дальнее деле-
ние, до которого она доходит при вращении по часовой стрелке.
Такое качание выполняют несколько раз. Записывают значение
по шкале в графу «отклонение по шкале» отчетного бланка;

г)	отсчитывают полученное значение от номинала блока кон-
цевых мер, получают действительный размер диаметра вала в се-
чении II—II и записывают его в соответствующую графу отчет-
ного бланка.

2.	Измеряют отклонения формы вала, как и в работе № 2, в
тех же сечениях и также подсчитывают величину отклонения.

Задание 2.

Объект измерения — калибр-пробка диаметром 30 ... 50 мм.

Средства измерения — микрокатор е ценой деления 0,5 ...
2 мкм, концевые меры длины, набор № 1.

Схема измерения — см. лабораторную работу № 2, задание 2.

Подготовка измерительных средств.

1.	Подготавливают блок концевых мер длины. Для номи-
нального размера блока принимают тот предельный размер отвер-
стия, для контроля которого предназначена измеряемая калибр-
пробка, т. е. для проходной пробки — наименьший предельный
размер отверстия, а для непроходной — наибольший предельный
размер отверстия.

2.	Закрепляют микрокатор в стойку.

3.	Устанавливают микрокатор на размер и шкалу микрокатора
на нуль.

Измерение детали.

Размер и отклонения формы калибра-пробки измеряют, при-
меняя те же приемы, которые использовались при выполнении
работы по заданию № 1.

Задание 3.

Подготовка рычажной скобы и блока мер.

1.	Подготавливают блок из концевых мер длины.

2.	Устанавливают пятки рычажной скобы на размер и стрелку
на нуль шкалы. Для этого:

а)	освобождают стопор скобы и свинчивают предохранитель-
ный колпачок с винта перестановки жесткой пятки;

б)	жесткую пятку отводят от подвижной на расстояние,
большее номинального размера блока концевых мер длины;

в)	укладывают блок концевых мер на стол между торцами
пяток. Вращая головку винта, подводят жесткую пятку к блоку
мер до тех пор, пока стрелка не станет на 0-й штрих шкалы;
г)	зажимают стопор скобы. Если при этом стрелка сдвинется
с нулевого штриха, то используют винт установки стрелки на
нуль, имеющийся на отсчетной головке;

д)	навинчивают предохранительный колпачок на головку
винта перестановки жесткой пятки.

Измерение детали.

1.	Измеряют диаметр калибра-пробки:

а)	арретируют подвижную пятку и вводят измеряемую пробку
между торцами пяток и отпускают арретир. Стрелка становится
на деление, показывающее отклонение действительнс го размера
пробки от 0, установленного по блоку концевых мер. Это откло-
нение запоминают и, нажав на арретир, разводят пятки и выни-
мают пробку из скобы;

б)	выявленное отклонение с его знаком заносят в отчетный
бланк; отсчитывают это отклонение от номинала блока кон-
цевых мер и получают действительный размер диаметра измерен-
ного калибра-пробки в среднем сечении; его тоже заносят в бланк.

2.	Измеряют отклонения формы калибра-пробки. Подсчет
отклонений проводят аналогично предыдущим заданиям.

Задание 4.

Объект измерения — калибр-пробка диаметром 8 ... 24 мм
или цилиндрическая оправка диаметром в тех же пределах.

Средство измерения — микрометр рычажный 0 ... 25 мм.

Схема измерения — см. лабораторную работу № 2, задание 2.

Подготовка измерительного средства.

1. Проверяют совпадение нулевых показаний шкал рычаж-
ного микрометра — при совмещении стрелки с нулевым штрихом
шкалы скобы должен совмещаться и нулевой штрих шкалы бара-
бана с продольным штрихом стебля.

Если эти нулевые показания не совпадают, то выполняют
установку барабана на нуль так же, как и гладкого микрометра,
рассмотренного в лабораторной работе 2.

Измерение детали.

1.	Измеряют диаметр детали (см. порядок работы с рычажным
микрометром — гл. 5, § 9).

2.	Измеряют отклонения формы детали. Как и в предыдущих
работах, производят измерение диаметра (см. лабораторную
работу № 2, задание 2).

Измерительные средства для внутренних размеров

§ 12. ОСОБЕННОСТИ ИЗМЕРЕНИЯ ВНУТРЕННИХ
РАЗМЕРОВ

Измерение внутренних размеров значительно слож-
нее, чем измерение наружных.

При измерении внутренних размеров приходится практически
всегда пользоваться двухточечной (иногда многоточечной) схемой
измерения (только, пожалуй, при измерении штангенциркулем
внутренних размеров на небольшой глубине имеет место линей-
чатый контакт).

Вторая особенность измерений внутренних размеров по срав-
нению с измерением наружных заключается в том, что измери-
тельные наконечники средств измерения должны находиться
внутри детали, иногда на большой глубине, а измерительное
средство должно обладать устройством, «выводящим» показание
прибора в место, удобное для отсчета.

$ 13. ОСНОВНЫЕ ВИДЫ ИЗМЕРИТЕЛЬНЫХ СРЕДСТВ
ДЛЯ ВНУТРЕННИХ РАЗМЕРОВ

Измерительные средства для внутренних размеров
разделяются на накладные и станковые.

Накладными называются приборы, которые при измерении
находятся на измеряемой детали; такие приборы для внутренних
измерений чаще всего называют нутромерами.

Станковыми называются приборы, у которых деталь устанав-
ливается на приборе и весь процесс совмещения линии измерения
с измеряемым размером осуществляется перемещением детали
относительно наконечников с помощью специальных механизмов
прибора.

Это принципиальное отличие накладных и станковых прибо-
ров относится и к измерению наружных размеров.

§ 14. СПЕЦИФИЧЕСКИЕ СОСТАВЛЯЮЩИЕ
ПОГРЕШНОСТИ ИЗМЕРЕНИЯ, СВЯЗАННЫЕ
С ИЗМЕРЕНИЕМ ВНУТРЕННИХ РАЗМЕРОВ

К специфическим составляющим погрешности изме-
рения относятся погрешности, возникающие от смещения линии
измерения относительно измеряемого диаметра.

а.	Погрешность от совмещения линии измерения в плоскости,
перпендикулярной оси измеряемого отверстия, возникает от того,
что при смещении линии измерения относительно измеряемо! <
диаметра на величину с (рис. 5.26, а) измеряется не диаметр,
хорда, т. е. меньший размер.

Погрешность измерения

AcLd-±(R - г).

Чем больше радиус (диаметр) измеряемого отверстия, тем
меньше влияет смещение линии измерения на погрешность изме-
рения.

б.	Погрешность от совмещения линии измерения в плоскости,
проходящей через ось (рис. 5.26, б), возникает из-за того, что
линия измерения оказывается наклоненной к измеряемому диа-
метру и измеряется размер, больший, чем действительный. При
Рис. 5.26. Смещение линии измерения относительно диаметра отверстия:
а — в плоскости, перпендикулярной оси; б — в плоскости, проходящей через ось

наклоне линии измерения на угол а погрешность измерения Дас!
будет

Attd = -~-c0-s“(D-2r).
“	cos а '	'

Для малых углов наклона с достаточной точностью можно
принять со~а— = -у и тогда Даа = сг (К — г). С увеличе-
нием радиуса измерительного наконечника погрешность измере-
ния уменьшается.

в.	Погрешность от динамики процесса совмещения линии изме-
рения возникает от того, что оператор неоднократно проводит
относительные смещения детали и прибора и на момент «кажуще-
гося» совмещения оказывает влияние много факторов — вели-
чина шероховатости поверхности, цена деления отсчетного устрой-
ства и т. д. Оператор при поиске размера, как правило, при совме-
щении «проходит» размер на 3—5 делений, чтобы убедиться в по-
ложении этого размера. Величина смещения линии измерения
с измеряемого размера в значительной мере зависит от ампли-
туды относительного перемещения детали и измерительных на-
конечников [11].

Установка в приборах измерения для внутренних размеров голо-
вок с малой ценой деления позволяет уменьшить погрешность из-
мерения прежде всего из-за более точного совмещения линии из-
мерения с измеряемым диаметром.

На увеличение амплитуды перемещения при измерении вну-
тренних размеров оказывают влияние также поверхностные не-
ровности детали, случайные погрешности отсчетной головки,
субъективные особенности оператора, погрешности формы изме-
ряемого отверстия, малое измерительное усилие и т. п.
При измерении на станковых приборах динамика процесса
несколько отличается от измерения нутромерами, но скорее коли-
чественно, чем качественно.

г.	Погрешность от настройки прибора имеет место всегда
у приборов для измерения внутренних размеров, поскольку прак-
тически все приборы работают методом сравнения с установоч-
ной мерой.

При установке прибора на размер возникают те же погрешно-
сти совмещения линии измерения, которые присущи процессу
измерения внутренних размеров.

Наиболее часто установку приборов при измерении внутрен-
них размеров производят по установочным кольцам и блокам
концевых мер длины, а нутромеров — еще и по гладким микро-
метрам.

Настройка на размер по установочным кольцам является наи-
более простой и точной (при точной аттестации размера колец),
так как в этом случае процесс настройки наиболее близок к усло-
виям измерения. Погрешность аттестации находится в лучших
случаях в пределах 0,3—1 мкм.

Настройка на размер по блоку концевых мер длины широко
распространена, так как является универсальной. В этом случае
блок концевых мер устанавливается вместе с боковиками (аналогич-
ными по типу концевым мерам, но значительно большей длины),
закрепленными в струбцину, в которой они стягиваются винтами
(рис. 5.27). Выступающие концы боковиков как бы продолжают
измерительные поверхности блока мер, равного измеряемому
размеру отверстий.

Поскольку винт струбцины часто скрепляют воротком или
отверткой, то усилие сжатия блока доходит до 2000 Н (200 кгс)

Рис. Б.27. Струбцина с концевыми мерами и боковиками для настройки нутро-
мера на размер:

1 — струбцина 2 — боковики; 3 — блок концевых мер; 4 — винт
и это приводит к деформациям, которые можно рассчитать по
формуле

д/="
sE ’

где F — сила сжатия, Н; I — размер блока, см; s — опорная
площадь меры, см2; Е — модуль упругости, Н/см2.

Для блока размером I = 100 мм, F = 1000 Н (100 кгс) дефор-
мация будет равна Л/ — 0,002 мм.

Помимо деформации концевых мер изменяется параллельность
поверхностей боковиков до 0,001—0,003 мм.

Погрешность настройки по блокам концевых мер длины можно
уменьшить, если аттестовать толщину боковиков, а после собран-
ного блока аттестовать наружный размер по боковикам и вы-
честь размеры боковиков.

Настройка на размер по микрометру производится только
у нутромеров. В этом случае микрометр устанавливают на размер
и микровинт стопорят. Настройка будет более точной, если на-
страивать микрометр по блоку концевых мер. Настройка по микро-
метру менее точна, чем по концевым мерам, так как размеры изме-
рительных поверхностей микрометра небольшие. Особенно ве-
лика погрешность установки (до 0,020 мм) при настройке нутро-
мера на размер свыше 100 мм.

§ 15.	НАКЛАДНЫЕ СРЕДСТВА ИЗМЕРЕНИЯ
ВНУТРЕННИХ РАЗМЕРОВ. НУТРОМЕРЫ

1.	Нутромеры микрометрические. Нутромером мик-
рометрическим называется накладной прибор для измерения
внутренних размеров с двухточечной схемой измерения, в кото-
ром перемещение одной из точек определяется с помощью резьбо-
вой пары, т. е. винта и гайки.

Микрометрический нутромер включает (рис. 5.28, а) помимо
микрометрической головки, а в другой разновидности (рис. 5.28, г)
и головки с индикатором часового типа, комплект так называемых
удлинителей (рис. 5, б, в), из которых составляется длина изме-
ряемого размера. Микрометрическая головка (рис. 5.28, а) со-
стоит из корпуса 3, на который установлена муфта 2 с внутренней
резьбой для навертывания корпуса удлинителя. Внутри этой
муфты на торце корпуса установлен сферический наконечник /,
с которым контактирует стержень удлинителя. На корпусе име-
ется стебель 4 и за одно с корпусом сделана гайка микропары.
Плавность вращения винта регулируется гайкой 6. Микрометри-
ческий винт 5 скреплен с барабаном 7 гайкой 8.

Удлинители, из которых составляется размер, представляют
собой стержень 1 (рис. 5.28, б, е) со сферическими концами (ра-
диусом 12—60 мм). Стержень расположен внутри корпуса 2,
имеющего на одном конце наружную, а на другом — внутрен-
нюю резьбу. Внутри корпуса располагается пружина 3, которая
Рис. 5.28. Микрометрический нутромер (ЧЗИП):
а — конструкция микрометрической головки; б, 6 — конструкция удлинителей; е —
конструкция микрометрической головки в индикатором

обеспечивает силовое замыкание стержней удлинителя между
собой и поджим к упору микрометрической головки. По типу
удлинителя сделан и измерительный наконечник (только неболь-
шого размера), который устанавливается на конце собранного
нутромера. Настройку нутромера на необходимый размер произ-
водят установкой микрометрической головки на нуль с помощью
специальной скобы, входящей в комплект прибора. Затем подби-
рают из комплекта прибора удлинители необходимого размера.

Типоразмеры микрометрических нутромеров определяются диа-
пазоном измерения. Общий диапазон измерения этих нутромеров
от 50 до 10 000 мм. Обычно этот общий диапазон разбивают на
несколько типоразмеров. Нутромеры для размеров более 1000 мм,
как правило, изготовляют с микрометрическо-индикаторной го-
ловкой (рис. 5.28, г). Обеспечение диапазона измерения в основном
достигается набором удлинителей, а поэтому нутромеры могут
изготовляться с разными диапазонами измерения. В отечественной
практике, например, весь диапазон измерения от 50 до 10 000 мм
разбивают обычно на 8 типоразмеров нутромеров (50—75; 75—
175; 75—600, 150—1250; 800—2500; 1250—4000; 2500—6000;
4000—10 000 мм).

Погрешность измерения микрометрическими нутромерами за-
висит от ряда составляющих, которые имеют место для всех ну-
тромеров (§ 14). Дополнительная погрешность возникает от уси-
лия свинчивания удлинителей. Поэтому рекомендуется для повы-
шения точности измерения размер собранного нутромера атте-
стовать на измерительной машине (гл. 8), тогда вместо погрешно-
сти от свинчивания в общую погрешность измерения войдет
только погрешность аттестации, которая значительно меньше.
При использовании микрометрической головки оператор дис-
кретно изменяет размер нутромера и по ощущению движения
нутромера в отверстии определяет соответствие этого размера
измеряемому диаметру. Экспериментально установлено, что по-
грешность от перекоса микрометрического нутромера даже для
небольших размеров составляет 0,01—0,02 мм [111.

Погрешность нутромера обычно нормируется в зависимости
от измеряемого размера от 0,006 (для размеров 50—125 мм) до
0,180 мм (для размера 4000—10 000 мм).

Погрешность измерения микрометрическими нутромерами при
измерениях размеров от 50 до 500 мм можно обеспечить не более
0,015—0,030 мм при настройке по установочной мере и 0,01—
0,02 мм при аттестации собранного нутромера.

Поверка микрометрических нутромеров для измерения неболь-
ших размеров обычно производится на горизонтальном опти-
метре или измерительной машине (гл. 8). Нутромеры с большим
диапазоном измерения поверяют на измерительной машине в соб-
ранном виде или отдельно микрометрическую головку и удлини-
тели.

Перспективы развития микрометрических нутромеров весьма
ограничены в связи с большим количеством недостатков, кото-
рыми они обладают (невысокая точность, трудность процесса
измерения и т. д.).

2.	Нутромеры со стрелочной отсчетной головкой. Нутромером
со стрелочной отсчетной головкой называется накладной прибор
для измерения внутренних размеров, в котором перемещение из-
мерительного наконечника определяется с помощью стрелочной
отсчетной головки (измерительной головки).

Очень часто такие нутромеры называют индикаторными, хотя
это название не совсем точное, если учесть, что отсчетное устрой-
ство у большинства нутромеров сменное и, помимо индикатора,
можно установить любое другое устройство с присоединительным
цилиндром 8 мм, что часто и делают.

Схема нутромера чаще всего состоит из двух измерительных
стержней, из которых стержень / (рис. 5.29, а, б, в) в процессе
измерения неподвижен, а стержень 2 перемещается по направ-
ляющим скольжения. Перемещение стержня 2 механизмом 3
(чаще всего угловым рычагом) передается на шток 4, а через него
на отсчетное устройство 6.

Принципиальная особенность, присущая нутромерам, заклю-
чается в наличии устройства, предназначенного для обеспечения
расположения линии измерения в плоскости, проходящей через
ось измеряемого отверстия. Чаще всего это устройство называют
центрирующим устройством или более просто — мостиком. При
наличии центрирующего устройства «поиск» измеряемого диа-
метра необходимо производить только, покачивая нутромер
в плоскости, проходящей через ось, и находя минимальное зна-
Вид A

Рис. 5.29. Нутромер со стрелочной отсчетной головкой и угловой передачей:
а — схема: б — конструкция с индикатором часового типа (КРИН); в — конструкция
рычажно-зубчатой головкой (завод «Калибр»)

чение размера. Схема одного из возможных видов центрирующего
устройства приведена на рис. 5.29, а. Эго устройство представляет
собой планку (мостик), имеющую скругленные поверхности (опо-
ры) 8, с помощью которых планка контактирует с поверхностью
измеряемой детали 11. Основное требование к этой планке заклю-
чается в том, чтобы точки (опоры в) контакта поверхности мостика
с деталью 11 были симметричны относительно линии измерения,
образуемой стержнями 1 и 2. Планка 9 под действием пружин 12
поджимается к детали 11. При введении нутромера в деталь он
базируется внутри цилиндра с помощью трех точек — две точки
(опоры 8) центрирующего мостика и одна точка стержня 1. Эти
три точки принадлежат вершинам равнобедренного треугольника,
132
Рис. 5.30. Нутромер со стрелочной отсчетной головкой и конусно-шариковой
передачей (завод «Калибр»):

а — схема: б — конструкция

а линия измерения совпадает с высотой этого треугольника и ее
продолжением.

В подавляющем большинстве нутромеров используется именно
такая трехточечная схема базирования (центрирования) при
разных конструктивных решениях, за исключением схемы шари-
кового нутромера (рис. 5.30). В шариковом нутромере исполь-
зуется принцип клиновой передачи. Конусный наконечник 1
перемещается по направляющим и выдвигает два шарика 3,
которые смещаются до соприкосновения с поверхностью измеряе-
мой детали 4. Величина перемещения конуса отсчитывается по
измерительной головке и характеризует отклонение размера из-
меряемого отверстия от настроенного размера. Угол конуса,
в принципе, может быть любой, но для удобства использования
известных измерительных головок этот угол выбирают из условия,
чтобы перемещение конуса было равно изменению диаметра от-
верстия. Поскольку имеется два шарика, то необходимо, чтобы
величина перемещения каждого из шариков в отдельности была
равна половине перемещения конуса вдоль оси, т. е. tg а = 0,5,
где а — половина угла конуса, равная 26° 34', и 2а = 53° 08'.
Схема центрирующего устройства этого нутромера состоит также
из двух шариков 5 (рис. 5.30, а), диаметры которых на 0,01 мм
меньше диаметров шариков, производящих измерение.

Благодаря такому соотношению между размерами двух пар шариков сме-
щение нутромера с линии измерения может быть не больше разности диаметров.

Но в то же время при погрешности формы отверстия в пределах этой раз-
ницы может быть внесена ошибка измерения из-за того, что центрирующие ша-
рики будут выполнять функцию измерительных, если против ннх окажется диа-
метр измеряемого отверстия меиыпий, чем диаметр перед измерительными шари-
ками.

Нутромеры различаются в основном конструкцией устройства
передачи перемещений измерительного наконечника на отсчетное
устройство, конструкцией центрирующего устройства. Исполь-
зуемые в нутромерах отсчетные головки должны иметь обратную
оцифровку шкалы, так как опускание наконечника головки при
измерении показывает увеличение размера. Поэтому шкалы мно-
гих измерительных головок, особенно индикаторов часового типа,
снабжают двойной оцифровкой (по часовой стрелке) — прямой (для
наружных измерений) и обратной (для внутренних измерений).

Конструкция нутромера с угловым рычагом, приведенная на
рис. 5.29, б, является типичным примером конструкции нутромера
с отсчетной головкой (индикаторного нутромера). Позиции на
рис. 5.29, б одинаковы с позициями, указанными на рис. 5.29, а.
Размеры углового рычага 3 обеспечивают передачу 1:1. Регу-
лировка этой передачи осуществляется поворотом эксцентриковой
втулки 13, в которой установлен шарик. Установку положения
неподвижного при измерении стержня 1 производят перемещением
по резьбе с закреплением контргайкой 7. Измерительное усилие
нутромера создается с помощью измерительного усилия индика-
тора и дополнительной пружины 5.

На рис. 5.29, в приведен еще один нутромер с отсчетным устрой-
ством, который отличается конструкцией центрирующего устрой-
ства. В этом нутромере (позиции совпадают с позициями, указан-
ными на рис. 5.29, а) центрирующее устройство выполнено в виде
рычага 15, установленного в корпусе на оси 14. Достоинством
конструкции такого центрирующего устройства является то, что
опоры 8 при износе могут быть повернуты, а в случае необходи-
мости и заменены.

Шариковый нутромер (рис. 5.30) снабжается набором
съемных узлов. В корпусе нутромера установлены две пары
шариков 3 и 5. Имеется специальное устройство 7 для уста-
новки сечения с помощью упора 8 в плоскости, перпендикулярной
оси, где должно производиться измерение. При пользовании этим
упором, если торец детали перпендикулярен к оси отверстия,
нет необходимости поиска размера.

Принцип клиновой передачи для определения глубины проник-
новения конуса используется в конструкциях цанговых нутроме-
134
ров. Известны цанговые нутромеры для размеров от 0,95 мм. Из-
вестны также нутромеры с конусным наконечником и отсчетным
устройством, в котором конус непосредственно входит в измеряе-
мое отверстие, и глубина вхождения его относительно базирующего
торца характеризует размер отверстия. Такие нутромеры исполь-
зуют для измерения небольших диаметров отверстий (от 0,15 до
8 мм) и определяют размер только в торцевом сечении.

Типоразмеры нутромеров с отсчетной головкой для многих
приборов мало связаны с их схемой и конструкцией.

Диапазон измерения всеми типоразмерами инди-
каторных нутромеров обычно составляет 6—1000 мм. Наиболее
часто применяют типоразмеры из следующего ряда 6—10; 10—18;
18—50; 50—100; 100—160; 160—250; 250—450; 450—700; 700—
1000 мм. Для обеспечения заданных диапазонов нутромеры сна-
бжают обычно комплектом сменных измерительных стержней.
Конструкции больших нутромеров (450—1000 мм) отличаются от
рассмотренных выше тем, что они обычно не имеют передаточного
механизма, а измерительный стержень отсчетной головки распо-
лагается непосредственно на линии измерения.

Наибольшую глубину измерения, т. е. ту
глубину детали, на которую можно проникнуть нутромером, при-
нимают от 100 (диапазон измерения от 10 мм) до 500 мм (диапазон
измерения 250—450 мм).

У шариковых нутромеров глубина измерения установлена
в диапазоне 20—50 мм.

Измерительное усилие нутромеров находится
в пределах от 200—250 до 500—900 сН в зависимости от диапа-
зона измеряемых размеров.

Погрешности измерения нутромерами в общем виде зависят
от используемого перемещения измерительного стержня, от вида
установочной меры, от шероховатости измеряемой поверхности
и от температурных условий [6].

При измерении нутромером (рис. 5.31, а) от нагрева рукой из-
меняется в основном длина корпуса, находящегося в непосред-
ственном контакте с рукой. Из записи (рис. 5.31, б) следует, что
через 1 мин нагрева нутромера показание отсчетной головки изме-
нилось на 0,004 мм. Весьма характерно, что погрешность от
нагрева руками нутромера имеет знак, противоположный знаку
погрешности от нагрева непосредственно по линии измерения.

Погрешность нутромеров с учетом принятой методики про-
верки обычно нормируется равной 1,5—2,5 цены деления отсчет-
ной головки. Так, для нутромеров с отсчетной головкой 0,01 мм
погрешность устанавливается от 0,012 (для размеров 6—18 мм)
до 0,025 мм (для' размеров 160—1000 мм). Для нутромеров с ценой
деления 0,001 и 0,002 мм погрешность устанавливается от 0,003
(для размеров 3—6 мм) до 0,005 мм (для размеров 18—50 мм).

Погрешность измерения нутромером с ценой деления 0,01 мм
при измерении размеров от 3 до 500 мм можно обеспечить в преде-
Рнс. 5.31. Влияние иагрева нутромера
теплом рук оператора на погрешность
измерения:

а — принципиальная схема нутромера; б —
изменение показаний нутромера при нагреве его
руками

лах 0,005—0,015 мм для небольших размеров (3—18 мм) и 0,01—
0,025 мм для относительно больших размеров (120—260 мм).
Погрешность можно практически уменьшить почти в два раза,
если в эти нутромеры установить измерительную головку с ценой
деления 0,001—0,002 мм.

Погрешность уменьшается при настройке по установочным
кольцам и использовании отсчетного устройства на небольшом
диапазоне (0,01 мм). Погрешность измерения, например, для раз-
мера 3—50 мм можно обеспечить в пределах 1,5—2,5 мкм при со-
ответствующей точности аттестации колец 0,5 мкм [11].

Поверка нутромеров в основном заключается в поверке точности
механизма и точности центрирования. Поверку наиболее полно
производят по образцовым кольцам. Более часто поверку нутро-
меров с отсчетным устройством производят по набору концевых
мер длины с боковиками и другими принадлежностями к конце-
вым мерам длины. Некоторые типоразмеры поверяют на горизон-
тальном оптиметре или измерительной машине (гл. 8). Для по-
верки нутромеров изготовляют различного рода приспособления,
особенно для нутромеров с отсчетной головкой с ценой деления
0,01 мм, в которых в качестве устройства, задающего образцовые
перемещения измерительному стержню, используется аттестован-
ная микрометрическая пара.

Для нутромеров предусмотрена поверка погрешности центри-
рования, которая определяется по разности показаний нутромера
при настройке на размер по блоку концевых мер (центрирующее
устройство не участвует) и измерении кольца того же размера,
136
что и блок (центрирующее устройство участвует). Обычно погреш-
ность центрирования нормируется величиной, не превышающей
цены деления отсчетной головки.

Помимо точностных данных при поверке определяют величину
измерительного усилия измерительного стержня и усилия цен-
трирующего устройства.

Перспективы развития нутромеров с отсчетной головкой. Рас-
смотренные нутромеры являются типичными, наиболее часто
применяемыми представителями этого вида измерительных
средств. В действительности существует чрезвычайно большая
группа нутромеров.

Известны трехточечные и даже многоточечные нутромеры.
Из трехточечных наибольшую известность получил нутромер,
выпускаемый фирмой Цейсс, у которого имеются две центриру-
ющие точки, расположенные под углом 72°, и третья измеритель-
ная, расположенная на биссектрисе угла между базирующими
точками. Этот прибор известен под названием пассиметр. До-
стоинством такой схемы измерения является надежность базиро-
вания в измеряемой детали без дополнительного центрирующего
устройства. Однако при этой схеме определяется не диаметр
измеряемого цилиндра, а разность высот треугольника, вписан-
ного в измеряемую окружность, из-за чего выявляется только
65% такого отклонения геометрической формы, как овальность.
Недостатком такой схемы является необходимость настройки
прибора только по установочным кольцам с размером, близким
к измеряемому размеру.

Многоточечные схемы нутромеров обычно базируются на ис-
пользовании конусного и микрометрического устройств. Анало-
гично шариковому нутромеру конус при осевом перемещении, кото-
рое измеряется микрометром, раздвигает несколько цилиндричес-
ких измерительных стержней, расположенных на измерительной го-
ловке. Все эти многоточечные схемы также не получили широкого
распространения, поскольку измеряемый размер не характери-
зует состояние точности технологического процесса и недоста-
точно выявляет размеры детали как элемента сопряжения. Крат-
кий обзор не исчерпывает многообразия существующих нутроме-
ров. Можно предположить несколько путей повышения точности.
В настоящее время возможно встраивать индуктивные датчики
непосредственно у измерительных наконечников. Этим исклю-
чается погрешность от нагрева корпуса нутромера, а также повы-
шается точность нахождения размера, поскольку индуктивное
отсчетное устройство имеет несколько цен деления.

§ 16.	СТАНКОВЫЕ ПРИБОРЫ ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ
ВНУТРЕННИХ РАЗМЕРОВ

Наиболее распространенными станковыми прибо-
рами для измерения внутренних размеров являются универсаль-
ные оптико-механические приборы: горизонтальный оптиметр,
Рис. 5.32. Совмещение линии измерения
с диаметром отверстия по методу хорды

длиномер и измерительная машина
(гл. 8). Здесь же мы рассмотрим прибор
с электронным индикатором контакта.

Но прежде чем рассказать об этом
приборе, рассмотрим некоторые особен-
ности станковых приборов в отношении
совмещения линии измерения с измеря-

емым диаметром.

а.	Совмещение линии измерения в
плоскости, перпендикулярной к оси из-
меряемого отверстия, может быть произведено поиском наиболь-

шего размера и методом хорды.

При методе поиска наибольшего размера
деталь смещается в горизонтальной плоскости относительно изме-
рительных наконечников и определяется максимальный размер
отверстия.

Этот метод обеспечивает погрешность измерения от центриро-
вания не менее 0,5—0,7 мкм, так как влияет случайная погреш-
ность отсчетного устройства, случайная погрешность от положе-
ния измерительных наконечников, трение по поверхностям на-
конечника и детали, знакопеременное усилие на измерительных
наконечниках, стабильность работы механизма прибора, масса
и положение детали на столике прибора.

При методе хорд деталь перемещают в горизонтальной
плоскости относительно измерительного наконечника от произ-
вольной точки К (рис. 5.32) до противоположной точки /<' изме-
ряемого отверстия в направлении, перпендикулярном предпола-
гаемой линии измерения, и определяют длину хорды I. После
этого смещают столик прибора с деталью на размер, равный поло-
вине длины измеренной хорды, и этим самым совмещают линию
измерения с измеряемым диаметром отверстия. После этого при
измерении одним наконечником перемещают его от одной до дру-
гой образующей по линии измерения и находят диаметр отверстия
D = 2R = L' — L” + d, где L' — L” — показания отсчетного
устройства, соответствующие двум крайним положениям наконеч-
ников при измерении диаметра; d — диаметр измерительного
наконечника.

Погрешность измерения диаметра Acd при этом методе совме-
щения зависит от погрешности отсчетного устройства для измере-
ния хорды и погрешности определения момента контакта на-
конечника с отверстием. Для случая, когда R — г = 0,5 мм (т. е.
радиус наконечника всего на 0,5 мм меньше радиуса измеряемого
отверстия), погрешность от совмещения методом хорды будет
составлять всего 0,05 мкм.
Без совмещении линии измерения в принципе можно определить диаметр
на двухкоординатной машине (например, на микроскопе) измерением длин двух
взаимно перпеидикулирных хорд, выходящих из одной точки окружности, и
тогда диаметр отверстия можно рассчитать как гипотезу примоугольного треуголь-
ника, катетами которого являются измеренные хорды.

б.	Совмещение линии измерения в плоскости, проходящей
через ось измеряемого отверстия, может быть произведено поиском
наименьшего размера и установкой линии измерения параллельно
базовой поверхности.

При методе поиска наименьшего раз-
мера деталь наклоняется в плоскости, проходящей через ось,
и определяется наименьший размер. На погрешность измерения
при таком совмещении оказывают влияние в основном те же
составляющие, что и при совмещении в плоскости, перпендику-
лярной оси. Аналитический подсчет показывает [11], что угол
наклона при совмещении составляет до 6—10'.

При установке линии измерения парал-
лельно базовой поверхности стола при-
бора предполагается, что деталь имеет базовую поверхность,
перпендикулярную оси отверстия.

Обычно если выставить столик прибора на угол в пределах
4—5' (по точному уровню), то погрешностью от совмещения можно
пренебречь, опять же при условии перпендикулярности оси от-
верстия в детали базовому торцу.

в.	Станковый прибор с электронным индикатором контакта
для измерения внутренних размеров. Принцип электрон-
ного индикатора контакта заключается в том, что
измерительный наконечник и измеряемая деталь включены в элек-
трическую цепь и момент контакта наконечника с деталью опре-
деляется по специальному электронно-световому индикатору,
который иногда называют «магическим глазом».

Усилие контакта при этом не превышает (5 — 15) 10-6 Н, т. е.
пренебрежимо мало. Погрешность определения контакта наконеч-
ника с деталью находится в пределах 0,01—0,02 мкм, если дости-
гается положение, при котором имеет место «мерцание сектора
лампы».

Явление «мерцания», т. е. периодического касания наконечника и детали,
обусловлено вибрацией измерительного наконечника и детали с частотой 6—10Гц.

Схема прибора с электронным индика-
тором контакта представляет собой двухточечную схему
(рис. 5.33, а, б). Измерительные наконечники 3 и 7 (каждый в от-
дельности) подключены к электронным лампам 4 и 5. Смещение
наконечника 7 определяется с помощью измерительного средства,
состоящего из датчика 12 и показывающего прибора //
(рис. 5.33, б) (в принципе можно установить любую измеритель-
ную головку или другое отсчетное устройство). Верхняя часть
стола изолирована от остальных частей прибора. Наконечники 3
и 7 также изолированы от остальных элементов прибора. Таким
Рис. 5.33. Станковый прибор с электронным индикатором контакта для изме-
рения внутренних размеров:

а — схема измерения; б — общий вид прибора БВ-2024; е — конструкции механизма
малых перемещений (завод «Калибр»)

образом, каждый из наконечников образует вместе со своей
лампой электрическую цепь.

Измерение на приборе осуществляется в следую-
щей последовательности. На столик 1 прибора устанавливают
блок концевых мер длины 6, размер которого равен размеру изме-
ряемого отверстия за вычетом размера диаметра шариков (/слов =
= Don — di — da). К блоку с помощью винта 2 предварительно
подводят измерительный наконечник 3. После этого микровин-
том 9 столик 1 с блоком концевых мер 6 подводят окончательно
к наконечнику 3 др мерцания лампы 4. Второй наконечник с по-
мощью микровинта 8 также подводят до мерцания. На шкале при-
бора 11 устанавливается нулевой отсчет. После этого на столик 1
устанавливают измеряемую деталь, которую, как правило, даже
ставят над блоком концевых мер на специальные опоры. Затем
производят совмещение линии измерения с диаметральным раз-
мером в плоскости, перпендикулярной оси, методом хорды.

Когда линия измерения совместится с плоскостью, проходящей
через ось, столик 1 с деталью перемещают микровинтом 9 до каса-
ния с наконечником 3, а потом микровинтом 8 перемещают на-
конечник 7 до касания с деталью и по отсчетному устройству про-
изводят отсчет.

Конструкция прибора (рис. 5.33, б) с электронным
индикатором контакта базируется на станине 13 горизонтального
оптического длиномера (гл. 8). Измерительные позиции на
рис. 5.33, б такие же, как и на рис. 5.33, а. Для удобства пользо-
вания в этом приборе индуктивное отсчетное устройство 11 сделано
в одном корпусе с индикаторными лампами 4 и 5. Для обеспечения
небольших перемещений стола 1 и наконечника 7 в приборе ис-
пользуют механизмы для создания малых линейных перемеще-
ний 8 и 9.

В корпусе 1 этого механизма (рис. 5.33, в) монтируется микрометрическая
пара 8, перемещение от микровинта через шарик 7 передается на промежуточ-
ный стержень 6. На другом торце стержня 6 располагается штырь 2, смещенный
относительно оси стержня 6. Штырь 2 контактирует с элементом выходного
звена 3, которое, в частности, для рассматриваемого случая может быть упором
иа каретке. Поверхность, с которой контактирует штырь 2, неперпеидикулярна
оси стержня 6 и выходного звена 3. Работа механизма для малых перемещений
осуществляется следующим образом: относительно большие перемещения осу-
ществляются с помощью микрометрической пары 8, винт которой через шарик 7,
стержень 6, упор 2 и выходное звено 3 получает поступательное перемещение.
Если требуются небольшие перемещения, то при остановленном микровинте
производитси поворот кольца 5 и штыря 4, а вместе с ним и стержня 6, который
через штырь 2 воздействует на скошенный торец выходного звена 3, давая ему
малые перемещения.

Технические характеристики прибора
мод. Б В-2024 с электронным индикатором контакта в отношении
габаритных размеров измеряемых отверстий ограничиваются диа-
пазоном от 4 до 200 мм. Наименьший размер в определенной мере
предопределяется размерами шариков, а больший — массой из-
меряемых деталей (до 6 кг).

Высота измеряемых деталей не более 50 мм. Погрешность при-
бора не более 0,2 мкм.

г.	Поверка станковых средств измерения внутренних размеров
производится аналогично нутромерам по образцовым кольцам,
но чаще всего по концевым мерам длины. Высокоточные приборы
практически невозможно проверить кольцом и концевыми ме-
рами. В этом случае при поверке приборов приходится поверять
отдельные его функциональные узлы, влияющие на погрешность
измерения; исходя из этих предпосылок и нормируется требова-
ние к этим узлам, а к прибору в целом — только в отношении
случайной погрешности.

Перспективы развития станковых приборов. Они предназначены в меньшей
мере для измерения деталей изделий, а в большей мере для аттестации колец,
используемых для установки и поверки нутромеров и пневматических пробок
(см. гл. 7). Повышение точности измерения в основном происходит за счет устра-
нения влияний контактных деформаций. Известны устройства, на которых с по-
мощью электронных индикаторов контакта можно измерять размеры деталей,
изготовленных из токонепроводящих материалов. В одном случае на измеряемую
поверхность детали наносят тонкую токопроводящую пленку толщиной 0,01—
0,02 мкм, которую можно не учитывать при определении размера. В другом слу-
чае создают спаренный наконечник взамен рассмотренного, с помощью которого
регистрируется взаимное положение наконечника и детали при деформации на-
конечника под действием усилия 0,1—1 сН (0,1—1 гс).

Известны приборы с одним наконечником и электронным индикатором кон-
такта. Такие приборы известны как для относительно больших размеров — гори-
зонтальный длиномер (для диаметров от 1 до 50 мм), так и для малых размеров —
БВ-2021 (для диаметров от 1 до 4 мм).

Помимо электронного индикатора контакта известны приборы с исполь-
зованием так называемого перфлектометра, осуществляющего оптический кон-
такт с внутренней поверхностью детали. При этом величины перемещения от
одной образующей до другой отсчитывают по точному отсчетному устройству.

Применяют приборы, в которых размер отверстия в стеклянной детали оп-
ределяется по интерференционным полосам сравнением с цилиндрической де-
талью, наружный размер которой известен.

Дальнейшие перспективы развитии станковых средств измерения внутрен-
них размеров, видимо, заключаются в создании средств прежде всего для обеспе-
чения аттестации установочных и образцовых колец с большой производитель-
ностью.

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ

1.	В чем заключается особенность измерении внутренних размеров по
сравнению с наружными (с. 125)?

2.	Основные виды измерительных средств для внутренних размеров и их
принципиальное отличие (с. 126).

3.	Специфические составляющие погрешности измерения внутренних раз-
меров, связанные с совмещением линии измерения (с. 126).

4.	Способы настройки средств измерения внутренних размеров и погреш-
ности, возникающие при этом (с. 128).

5.	Что такое нутромеры (с. 129)?

6.	Что такое микрометрический нутромер и каковы его основные характе-
ристики (с. 129)?

7.	Что такое нутромеры со стрелочной отсчетной головкой? Назовите их
основные виды (с. 131)

8.	Основные технические характеристики нутромеров с отсчетной головкой
(с. 135).

9.	Основные составлиющие погрешности измерении нутромерами со стрелоч-
ным отсчетным устройством. Погрешность от температурных деформаций при на-
греве руками (с. 135).

10.	Что такое станковые приборы для измерения внутренних размеров и ка-
ковы способы совмещения линии измерения (с. 137)?

11.	Каков принцип действия электронного индикатора контакта и схема
прибора с двумя наконечниками с таким индикатором (с. 139)?
ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 4

Измерение нутромером индикаторным

Задание — измерить диаметр и отклонение формы отверстия
нутромером индикаторным.

Объект измерения — деталь с отверстием 0 10 ... 50 мм, глу-
биной 30 ... 100 мм. Шероховатость поверхности отверстия не
грубее Ra = 0,8 мкм.

Средства измерения — нутромер индикаторный, концевые меры
длины, набор № 1, боковики плоскопараллельные или радиусные
и державки для концевых мер размером до 330 мм.

Схема измерения — см. отчетный бланк.

Подготовка работы

1.	Закрепляют измерительную головку в нутромере так, чтобы
шкала циферблата была направлена в одну сторону с центри-
рующим мостиком.

2.	Подготавливают установочный комплект из блока концевых
мер длины, боковиков и державки для концевых мер (см. стр. ПО)
или подбирают установочное кольцо.

3.	Устанавливают нутромер на номинальный размер по уста-
новочному комплекту или установочному кольцу. В зависимости
от конструкции нутромера применяют различные действия в со-
ответствии с инструкциями к нутромерам.

4.	Устанавливают нутромер на нуль:

а)	по концевым мерам; для этого: 1) берут нутромер за тепло-
изоляционную втулку и вводят измерительными стержнями между
боковиками; 2) наблюдая за стрелкой измерительной головки,
перемещают нутромер, то покачивая от себя-на себя, то пово-
рачивая вправо-влево вокруг оси, стараясь установить изме-
рительные стержни в положение, совпадающее с наименьшим
расстоянием между измерительными поверхностями боковиков
(крайнее положение стрелки измерительной головки). В этом поло-
жении устанавливают отсчетное устройство на нуль и вновь
повторяют установку (можно запомнить крайнее показание го-
ловки как нулевое);

б)	по установочному кольцу; для этого вводят нутромер
в кольцо, перемещают его, как при измерении отверстия (см.
ниже), находят правильное положение и устанавливают отсчет-
ную головку на нуль или запоминают ее показание.

Измерение детали. Измерение диаметра. Нутромер накло-
няют, нажимая центрирующим устройством на поверхность от-
верстия, вводят его внутрь и покачивают в осевой плоскости.
Замечают штрих шкалы, до которого стрелка доходит при пока-
чивании, отсчитывают число делений и знак отклонения от нуля.
Отсчитанное число делений отклонения умножают на цену деле-
ния шкалы, определяют отклонение с выявленным знаком от
номинального размера блока концевых мер или установочного
кольца и получают действительный размер диаметра отверстия
в измеренном сечении.

Измерение отклонений формы поверхности отверстия. Для
оценки величины каждого вида отклонений формы измеряют по
два отклонения диаметра отверстия в соответствующих сечениях
и определяют отклонение формы, как в предыдущих работах.

Полученные данные записывают в отчетный бланк.

ГЛАВА 6. ИЗМЕРИТЕЛЬНЫЕ СРЕДСТВА
С ЭЛЕКТРИЧЕСКИМ ПРЕОБРАЗОВАНИЕМ
(ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ ПРИБОРЫ)

§ 1.	ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ

Измерительными средствами с электрическим пре-
образованием для измерения линейных размеров или, как их
чаще всего называют, электрическими или электронными при-
борами, называются измерительные средства, в которых преоб-
разование измерительной информации, т. е. информации, содер-
жащей сведения об измеряемом размере, осуществляется через
преобразование рода или параметров электрического тока.

Функциональная схема любого прибора с электрическим пре-
образованием (рис. 6.1.) включает в себя первичный преобразова-
тель — датчик, воспринимающий механические перемещения (ли-
нейные или угловые) и совместно с входной цепью вырабатывает

Рис. 6.1. Принципиальная схема прибора с электрическим способом преобразо-
вания измерительной информации
сигнал, содержащий информацию об измеряемой физической ве-
личине; преобразователь, обрабатывающий поступающую ин-
формацию и вырабатывающий аналоговый сигнал, который пере-
дается в выходную цепь. Последняя может быть в виде отсчет-
ного или регистрирующего устройства — шкалы со стрелкой,
цифрового отсчетного устройства или самописца. Выходная цепь
может включать в себя дискриминатор, т. е. устройство, выдаю-
щее сигнал о годности или браке измеряемого объекта или отне-
сении его к определенной размерной группе. В качестве выходной
цепи может быть и АЦП — аналого-цифровой преобразователь,
преобразующий сигнал в вид сигнала, который может принять
ЭВМ для обработки. В некоторых электронных приборах имеются
все перечисленные выходные цепи, а у некоторых только одна из
них в зависимости от назначения прибора. Схемы всех электрон-
ных приборов обязательно включают блок питания, получающий
ток от электрической сети или от автономного источника — акку-
мулятора, батареи.

Первичный преобразователь — датчик выделяется в электри-
ческих приборах в отдельный конструктивный узел, который рас-
полагается непосредственно на измерительной позиции, а осталь-
ные конструктивные элементы схемы выводятся от измерительной
позиции в места, удобные для размещения, или даже монтируются
непосредственно в устройстве, где используется измерительная
информация (например, активного контроля — см. гл. 17). Часто
все элементы электрической цепи, кроме датчика, конструктивно
оформляются в виде отдельного узла, называемого электронным
блоком. В некоторых приборах отдельно конструктивно оформ-
ляются несколько узлов: блок питания, отсчетное устройство,
самописец и т. д.

Изменяющиеся параметры электрического тока, которые несут
информацию о значении измеряемой величины, часто входят
в название прибора, а чаще всего в название датчика, хотя прин-
ципиально датчик может быть использован только совместно
с остальными перечисленными выше элементами. Поэтому, го-
воря об электронном приборе, имеют в виду прибор с индуктивным
датчиком или индуктивный прибор и т. д.

Наибольшее распространение в последние годы в промышлен-
ности получили приборы с индуктивным способом преобразования
(приборы с индуктивным датчиком). Реже применяют приборы
с емкостным датчиком. В контрольных автоматах находят приме-
нение фотоэлектрические и электроконтактные датчики (см.
гл. 17). В настоящей главе рассматриваются приборы, которые
имеют универсальное применение, а приборы для автоматических
измерений рассмотрены в гл. 17.

§ 2.	ПРИБОРЫ С ИНДУКТИВНЫМ ДАТЧИКОМ

Под приборами с индуктивным датчиком понимают
измерительные средства с электрическим преобразованием, в ко-
Ряс. 6.2. Схемы индуктивных дат-
чиков:

а, б — недяфференцнальные; в, в —
дифференциальные; а, » — по измене-
нию зазора; б. а — по изменению пло-
щади

торых линейные или угловые
перемещения вызывают изме-
нения индуктивности элек-
трической цепи.

Индуктивность (от латинского
слоиа inductio — наведение, побуж-
дение) — это физическая величина,
характеризующая магнитные свой-
ства электрической цепи. Ток, те-
кущий в проводящем контуре, со-
здает в окружающем пространстве
магнитное поле, причем магнитный
поток Ф, пронизывающий контур,
прямо пропорционален силе тока /,
т. е. Ф = LI. Коэффициент пропор-
циональности L называют индук-
тивностью, или коэффициентом са-
моиндукции контура. Индуктив-
ность зависит от размеров и формы
контура, от магнитной проницаемо-
сти проводников, образующих цепь,

и от окружающей среды. Для созда-
ния большой индуктивности изолированный проводник свертывают в спираль (ка-
тушка индуктивности), чаще всего в несколько слоев, и внутри устанавливают

сердечник — магнитопровод из ферромагнитных материалов (электротехнической
стали, карбонильного железа, пермаллоя, ферритов). Величина индуктивности
пропорциональна линейным размерам катушкн, квадрату числа витков намотки
и магнитной проницаемости поперечника (магннтопровода).

Электрическая схема этого вида приборов состоит из датчика,
в котором механические перемещения вызывают изменение ин-
дуктивности, и элементов цепи, представляющих собою электри-
ческую цепь измерения индуктивности.

а.	Виды индуктивных датчиков. Индуктивным датчиком назы-
вают устройство для преобразования механических перемещений
в электрический сигнал, представляющее собою одну или не-
сколько катушек индуктивности с магнитопроводом и подвижным
элементом (якорем), который при измерении линейного или угло-
вого размера перемещается и изменяет индуктивность ка-
тушки.

Схема индуктивного датчика состоит из катушек индуктивно-
сти, т. е. проводника, свернутого в спираль, магнитопровода,
состоящего из сердечника (постоянной части) и якоря, который
при измерении размера смещается относительно катушки и этим
самым изменяет магнитную проницаемость (сопротивление) сердеч-
ника, а следовательно, изменяет индуктивность катушки.
Изменение индуктивности происходит либо в результате изме-
нения зазора между подвижной частью магнитопровода-якоря
и сердечником (рис. 6.2, а, в), либо в результате изменения пло-
щади (рис. 6.2, б, г). Индуктивные датчики бывают недифферен-
циальными (рис. 6.2, а, б) и дифференциальными (рис. 6.2, в, г).

Понятие дифференциальные датчики и дифференциальные измерения отно-
сится не только к датчикам, это понятие широко используется при измерении
линейных и угловых размеров. Происхождение этого термина, видимо, связано
с термином «дифференциальный механизм», т. е. механизм, который позволяет
получить результирующее движение как сумму или разность составляющих
диижеиий (например, дифференциал .автомобиля). В рассматриваемых дифферен-
циальных датчиках значение измеряемого размера зависит от результирующего
воздействия, связанного с увеличением индуктивности на одной катушке при
одновременном уменьшении на другой. При дифференциальных схемах измере-
ния многие влияющие факторы (например, питание сети) одновременно воздей-
ствуют на обе катушки и поэтому практически не оказывают влияния иа соотно-
шение их, т. е. иа вначение измеряемого размера.

Индуктивность зависит от изменения параметров зазора

<ва

L = ~n	k	>

P-o^on	Ph*$h

1	1

где <o — число витков катушки; lm, SOn — длина и площадь
п-го воздушного участка магнитной цепи; lh, Sk —длина и пло-
щадь k-ro ферромагнитного участка магнитной цепи; р0. Нл —
магнитная проницаемость соответственно воздуха и материала k-ro
участка магнитной цепи; N — число воздушных участков маг-
нитной цепи; k — число ферромагнитных участков магнитной цепи.

Датчики, работающие по принципу изменения зазора, исполь-
зуются для малых перемещений (от долей микрометра до 50—
100 мкм), а работающие по принципу изменения площади —для
перемещений от 0,5 до 100 мм. Частота питания современных
приборов с индуктивными датчиками применяется в пределах
3—15 кГц и при этом чаще всего используются магнитопроводы
из феррита, обладающего хорошей магнитной проницаемостью,
малыми потерями и хорошей температурной стабильностью (фер-
рит — от латинского слова ferrum — железо, структурная со-
ставляющая сплавов железа, представляющая собой твердый
раствор углерода (до 0,02%) и легирующих элементов в а-железе).

Расчет магнитной цепи является поверочным, так как в боль-
шинстве случаев геометрией и размерами магнитопровода и
катушек задаются, исходя из технологических и конструктивных
требований, с учетом условий эксплуатации. При этих расчетах
прибегают к различным упрощениям и допущениям, поэтому
погрешности таких расчетов находятся в пределах от 7 до 50% [2].

Конструкции индуктивных датчиков в зависимости от области
применения делят на датчики осевого действия (рис. 6.3, а, б)
и датчики бокового действия (рис. 6.3, в).
В датчиках осевого действия обычно стремятся обеспечить
размер присоединительного цилиндра 8 (рис. 6.3, а) или 28 мм
(рис. 6.3, б). Датчики с присоединительным размером 28 мм ис-
пользуют при необходимости иметь катушки с большой индук-
тивностью, т. е. обеспечить или малую цену деления (например,
0,02 мкм), или большой диапазон показаний (например, свыше 1 до
4 мм). Во всех остальных случаях используются датчики с при-
соединительным размером цилиндра 8 мм. Эти датчики имеют наи-
большее применение (обеспечивают перемещения до 1 мм).

Конструктивное оформление датчика в отношении катушек
индуктивности и магнитопровода в основном идентично.

В датчиках осевого действия (рис. 6.3, а, б) в корпусе 2 уста-
новлены две катушки индуктивности 6 и сердечник, который
вместе с ферритовыми шайбами 4 образует замкнутую неподвиж-
ную часть магнитопровода. Внутри катушек проходит ферритовый
якорь 7, установленный на измерительном стержне 3, оканчиваю-
щийся наконечником 1. Измерительный стержень 3 установлен на
направляющих 9 шариковых (рис. 6.3, а) или цилиндрических
(рис. 6.3, б). В нижней части корпуса 2 установлено уплотняющее
устройство 10 для предохранения от проникновения влаги и пыли
внутрь датчика. Измерительное усилие создается силой тяжести
подвижных частей, дополнительной пружиной 8, электромагнит-
ными усилиями, возникающими между катушками и якорем.
Выводы от катушек индуктивности 6 и подключение выходного
шнура осуществляется с помощью планки 5. Масса датчика диа-
метром 8 мм около 0,3 кг, а диаметром 28 мм — 0,5 кг.

У датчика бокового действия (рис. 6.3, в) механизм установлен
в прямоугольном корпусе 1, закрытом крышкой 22. Измеритель-
ный рычаг 3 со сферическим наконечником установлен на оси 2,
которая имеет конусные цапфы, расположенные на шариковых
опорах. Измерительный рычаг 3 крепится к державке 4 на резьбе.
Державка 4 фрикционно связана с осью 2 и может поворачиваться
(а следовательно, и наконечник) на угол ±90° от среднего поло-
жения. Второе плечо рычага 5 рычажной передачи имеет на конце
упор 18, который контактирует с якорем 15. На это плечо дей-
ствуют пружины 20 и 6, создающие измерительное усилие. Изме-
нение направления измерительного усилия осуществляется пере-
ключателем 8 со штифтом 7, эксцентрично расположенным отно-
сительно оси. Поворот рычага 5 ограничивается упорами 19
и 17. Магнитопроводы датчика и катушки аналогичны по кон-
струкции датчикам осевого действия. В латунном корпусе 11
находятся два ферритовых кольца 14, две индуктивные катушки 10
и ферритовый якорь 15, подвешенный к корпусу магнитопровода
на плоских пружинах 12. Постоянный контакт якоря 15 и упора 18
обеспечивается пружиной 13. Выводы от катушек располагаются
на планке 9, куда подпаивается и выходной шнур 23. Крепление
датчика на измерительной позиции осуществляется с помощью
направляющих типа ласточкин хвост, образованных планками 21
148
Ряс. 6.3. Конструкции индуктивных датчиков:

а — осевого действия с посадочных диаметром 8 мм БВ-6033М); б — то же 28 мм
(БВ-6085); 6 — бокового действия (БВ-6039М)
и 16. На эти направляющие обычно устанавливается державка
с цилиндром диаметром 8 или 28 мм.

Размерами подвижных частей датчика удается создать относи-
тельно небольшие усилия в пределах 20—50 сН (гс) с учетом элек-
тромагнитных сил, возникающих между катушками и якорем.

б.	Электрические (измерительные) схемы приборов с индук-
тивными датчиками. Принципиальные схемы для индуктивных
и емкостных датчиков одинаковы. В связи с преимуществом диф-
ференциальных схем датчиков схемы приборов будут рассмотрены
только для этого вида датчиков как наиболее часто употребляе-
мых. Принципиально используются в приборах три разновид-
ности мостовых схем.

Схема включения датчика с трансформатором (рис. 6.4, а).
В этой схеме катушки датчика с индуктивностями и L2 обра-
зуют мостовую схему вместе с первичными обмотками трансфор-
матора Трг. Эти обмотки трансформатора имеют wt = w2. В исход-
ном положении, т. е. в среднем положении якоря, Lt = La,
поэтому токи, протекающие по первичным обмоткам трансформа-
тора, равны и магнитные поля обмоток и w2 взаимно компенси-
руются, а поэтому напряжение на выходе Трг равно нулю. При
перемещении якоря изменяются индуктивности и La, и тогда
ток в одном плече уменьшится, а в другом увеличится. По транс-
форматору пройдет ток Д/, который вызовет отклонение стрелки
на приборе Пр, пропорциональное перемещению измерительного
стержня датчика. Дополнительный трансформатор Тр2 установлен
в качестве усилителя тока от датчика, и он питается обычно от
сети с частотой 50 Гц или от генератора с большей частотой.

Эту схему целесообразно использовать при датчиках с боль-
шим сопротивлением. Погрешность таких схем составляет 2—3%
от измеряемой величины.

Схема включения датчика с реостатом. Один из простейших
вариантов этой схемы приведен на рис. 6.4, б. Сопротивления
и La дифференциального датчика образуют вместе с потенциоме-
тром R мостовую схему, в диагонали которой расположено от-
счетное Пр или регистрирующее устройство. При среднем поло-
жении якоря датчика = La, и при среднем положении движка
потенциометра мост находится в сбалансированном состоянии и
выходное напряжение равно нулю. При изменении положения
якоря изменяется индуктивность его катушек и в диагонали моста
появляется ток. В принципе, возможны два режима работы при-
бора с мостовой схемой.

В уравновешенном режиме добиваются условия нулевого на-
пряжения в диагонали моста, т. е. на выходе. Это достигается
тем, что при появлении тока в диагонали моста движок потенцио-
метра R смещается до момента достижения баланса и производится
отсчет величины перемещения движка, которая пропорциональна
величине смещения якоря датчика. По такой схеме, в частности,
работают некоторые самописцы с индуктивным датчиком, у кото-
рых перо связано с движком потенциометра, а ток в диагонали
моста подается на реверсивный двигатель, перемещающий перо
через движок потенциометра.

В неуравновешенном режиме работы при изменении индук-
тивности катушек и La от перемещения якоря в диагонали моста
появляется ток и напряжение этого тока измеряется пропорцио-
нально перемещению якоря, т. е. изменению размера. Погрешность
этих схем измерения составляет 1—3% от измеряемой величины.

Дифференциальные схемы. Эти схемы также являются мосто-
выми схемами (рис. 6.4, в), у которых вторичные обмотки трансфор-
матора Тр являются плечами моста вместе с индуктивностями ка-
тушек Lj и Lz датчика. Через эти вторичные обмотки трансформа-
тора осуществляется питание датчика. При перемещении якоря
датчика и изменении индуктивности и L2 снимается выходное
напряжение со средних точек вторичных обмоток трансформатора
и датчика.

в.	Номенклатура приборов с индуктивным датчиком и основ-
ные технические характеристики. В приборах с индуктивным дат-
чиком в отличие от приборов с механическим преобразованием
можно иметь в одном приборе несколько цен делений и соответ-
ственно несколько диапазонов показаний. Обыкновенно стре-
мятся создать гамму приборов с индуктивным датчиком с учетом
удовлетворения потребностей в средствах измерения при различ-
ных случаях использования. Цены деления устанавливают
в соответствии с ранее указанным рядом чисел 1, 2, 5. Для ин-
дуктивных систем эти цены делений бывают от 0,00001 до 0,05 мм
(0,00001; 0,0001; 0,0002; 0,0005; 0,001; 0,002; 0,005; 0,010;
0,050 мм).

Диапазон показаний обычно устанавливают, исходя из деле-
ний, наносимых на шкале. У разных приборов наносят 40 (±20);
60 (±30) и 100 (±50) делений. Сочетание цен делений и диапазо-
нов показаний в одном приборе встречается самое разнообразное
и во многих приборах, даже образующих целую гамму, имеет
место перекрытие.

По количеству используемых датчиков
приборы выпускаются либо с одним, либо с двумя датчиками.
При использовании двух датчиков осуществляется одна из про-
стейших операций — алгебраическое суммирование величин пе-
ремещений (т. е. сложение с учетом знака). В таких приборах
обычно один датчик обозначен буквой А, а другой Б и имеется
дополнительный тумблер А ± Б и А — Б. С помощью двух дат-
чиков можно осуществлять различные измерения, при которых
либо сам параметр требует алгебраического суммирования (на-
пример, измерение конуса), либо использование двух датчиков
позволяет исключить погрешность базирования детали на измери-
тельной позиции (например, при измерении толщины тонких
деталей, которые имеют изогнутую поверхность).

Такой вид измерения, когда значения размера определяются
как результат перемещения двух датчиков, тоже часто называют
дифференциальным измерением.

Известны специальные приборы, в которых может быть исполь-
зовано одновременно до 10 датчиков с одним электронным блоком
и специальный переключатель для поочередного включения
(«опроса») датчиков. Такие устройства используют в автомати-
зированных контрольных приспособлениях (см. гл. 17).

П и т а н и е у большинства индуктивных приборов осуще-
ствляется от сети напряжением 127/220 В с частотой 50 Гц. Име-
ются приборы с питанием от встроенных в них аккумуляторов.
В некоторых приборах предусмотрено питание и от сети, и от
аккумуляторов или батареи.

Определение измеряемых значений у боль-
шинства приборов осуществляется по шкале и стрелке. Однако
большинство приборов, как правило, снабжают дополнительными
выходами электронного блока, к которым можно подключать
записывающее устройство, систему цйфрового отсчета (например,
трехразрядный цифровой вольтметр), стандартную цифропечат-
ную машину или другие устройства, работающие с цифровым
кодом (например, для дальнейшей обработки данных), устройство
для амплитудных измерений (т. е. измерений колебаний размера,
например биения с отсчетом непосредственного значения биения
вместо запоминания максимальных и минимальных отклонений),
светофорный блок, указывающий отклонения размера за границы
допуска загоранием соответствующих ламп, или даже устройство,
предназначенное для разделения деталей на размерные группы
для осуществления селективной сборки.

Унификация и агрегатирование являются од-
ним из приемов, используемых для создания приборов с индуктив-
ным датчиком. Обычно создают одну или две базовые модели,
которые включают в себя минимально необходимые функциональ-
ные узлы. На основе этих базовых моделей создают гамму (ряд)
индуктивных приборов с добавлением к ним функциональных
узлов, в том числе выпускаемых в виде отдельных приборов (на-
пример, самописпы).

г.	Погрешность измерения приборами с индуктивным датчи-
ком возникает по тем же причинам, что и погрешность при исполь-
зовании измерительных головок (см. гл. 5, § 1, 2, 3, 5).

Погрешность большинства индуктивных приборов, выявлен-
ная в условиях их поверки, обычно не превышает цены деления
при использовании одного датчика и двух цен делений при исполь-
зовании двух датчиков.

д.	Поверка точности приборов с индуктивным датчиком анало-
гична поверке точности измерительных головок, т. е. осуще-
ствляется по концевым мерам длины, точность которых устанав-
ливается в зависимости от нормируемой точности приборов.
Иногда разрабатывают специальные установки для осуществле-
ния поверки приборов высокой точности, которые используются
и для механических измерительных головок, и для приборов
с индуктивным датчиком.

§ 3. ПРИБОРЫ С ЕМКОСТНЫМ ДАТЧИКОМ

Под прибором с емкостным датчиком понимается
измерительное средство с электрическим преобразованием, в ко-
тором линейные (или угловые) перемещения преобразуются в из-
менения электрической емкости электрической цепи.

Электрическая емкость — это электрическая характеристика проводника или
системы проводников. Электрической емкостью одного проводника называется
физическая величина С, равная отношению электрического заряда q, который
сообщается проводнику, к его электрическому потенциалу <р, т. е. С = q/q>.
Взаимная электрическая емкость двух проводников (в частности, конденсаторов)
зависит от их формы, размеров, взаимного расположения и от диэлектрической
проницаемости среды.
Рис. 6.Б. Схемы емкостных датчиков:

а, б — иедифференцнальные; в, г, д, е — дифференциальные; а, в. д — по изменению за
вора; б, г, г — по изменению площади

Датчик в этих приборах в принципе является электрическим
конденсатором.

Электронный блок представляет собой устройство, предназна-
ченное для измерения электрической емкости. Схемы этих блоков
аналогичны и для емкостных, и для индуктивных датчиков и рас-
смотрены в предыдущем параграфе.

а.	Виды емкостных датчиков. Емкостным датчиком назы-
вается устройство для преобразования механических перемещений
в электрический сигнал, представляющее собой плоскопарал-
лельный или цилиндрический электрический конденсатор, у ко-
торого при изменении линейного или углового размера меняется
зазор между пластинами или площадь их взаимного перекрытия.

Емкостные датчики разделяются на недифференциальные и
дифференциальные.

Не дифференциальным емкостным датчиком (рис. 6.5, а, б)
называется датчик, состоящий из одного конденсатора,^включаю-
щего подвижную и неподвижную обкладки, разделенные воздуш-
ным зазором, причем подвижная обкладка связана с измеритель-
ным наконечником, воспринимающим изменение размера.
У недифференциального датчика, работающего по изменению
зазора между параллельными обкладками (рис. 6.5, а), изменение
емкости С [пФ] связано следующей зависимостью с изменением
расстояния между обкладками I [мм], т. е. с изменением измеряе-
мого размера:

___ eS
с ~~Г’

где е — диэлектрическая проницаемость; S — полезная площадь
обкладок, см1.

Недифференциальный датчик, работающий по изменению пло-
щади перекрытия пластины (рис. 6.5, б), чаще всего представляет
собой два коаксиальных цилиндра с зазором, значительно мень-
шим, чем диаметры. У этих датчиков изменение емкости С [пФ]
связано следующей зависимостью с изменением длины пере-
крытия пластин I [мм], т. е. изменением измеряемого размера:

С = 27,8-1
и — а’

где Dud — диаметры наружной и внутренней обкладок, мм.
Дифференциальным емкостным датчиком называется датчик,
содержащий два или более (четное число) конденсаторов, емкости
которых изменяются с разным знаком, причем подвижная об-
кладка связана с измерительным наконечником, воспринимаю-
щим изменение размера (рис. 6.5, в, г, д, е).

Дифференциальные емкостные датчики, работающие по прин-
ципу изменения зазора (рис. 6.5, в), имеют рабочие конденсаторы,
состоящие как минимум из двух плоских неподвижных пластин
круглой или прямоугольной формы и как минимум одной подвиж-
ной пластины, расположенной между ними (т. е. как бы два кон-
денсатора).

Датчики, работающие по принципу изменения полезной пло-
щади (рис. 6.5, г), также имеют две неподвижные и одну подвиж-
ную обкладки цилиндрической формы.

Большее применение имеют дифференциальные датчики, хотя
они и более сложные. Эти датчики обладают более высокой чув-
ствительностью, имеют более линейную характеристику (измене*
ние показания прибора от изменения размера выражается пря-
мой линией), погрешность их в меньшей мере зависит от внешней
среды.

Для повышения полезной емкости датчиков их чаще всего де-
лают состоящими из нескольких пластин с сохранением принципа
действия по зазору (рис. 6.5, д) или из нескольких цилиндров
(рис. 6.5, е) при работе по перекрытию площадей.

б.	Достоинства приборов с емкостным датчиком

1.	Высокая линейность выходной характеристики (отклонение
от линейности можно обеспечить в пределах 0,0001—0,00001% [2].

2.	Высокая чувствительность, т. е. может быть получена малая
цена деления.
Рис. 6.6. Дифференциальный емкостной датчик по изменению площади и прин-
ципиальная схема включения для больших диапазонов измерения (фирма «Сель-
вак», Швейцария)

3.	Возможность обеспечить большой диапазон показаний.

4.	Возможность обеспечения малых измерительных усилий и
даже бесконтактных измерений.

в.	Недостатки приборов с емкостным датчиком.

1.	Большое выходное электрическое сопротивление, что услож-
няет сопряжение с электронным блоком и его конструкцию.

2.	Большая по сравнению с индуктивным прибором чувстви-
тельность к внешним условиям и элементам электрической цепи
(колебание температуры изменяет полезную площадь конденса-
торов и расстояние между ними, внешние присоединительные
кабели воздействуют как дополнительная емкость, влажность
изменяет диэлектрическую проницаемость и т. д.).

3.	Необходимость снимать сигнал с подвижного элемента
(с подвижной обкладки).

Указанные недостатки привели к тому, что емкостные приборы, несмотря
на то что оии появились давно, редко используются в качестве универсальных
средств измерения линейных размеров. Однако некоторые фирмы, например фирма
«Мезельтрон» (Швейцария), бывшая фирма «Мовоматик». изготовляют приборы
с емкостным датчиком с ценой деления 0,0001 мм, диапазоном измерения 30 мм
и погрешностью не более 0,0003 мм.

Емкостные приборы иногда применяют в качестве бесконтактных средств
измерения, когда одной обкладкой конденсатора является поверхность измеряе-
мой детали, например, при измерении вибрапии или радиального биения вращаю-
щейся детали, когда подвижной обкладкой является поверхность детали, виб-
рацию или биение которой измеряют.

Используют, но не широко, емкостные датчики для измерения уровня жид-
кости, величины усилия, давления, влажности и т. д. В последнее десятилетие
многие иностранные фирмы освоили выпуск некоторых видов универсальных
средств измерения с большим диапазоном измерения (например, штангенинстру-
меит), с электронным цифровым отсчетным устройством фирмы «Сельвак» (Швей-
цария). В этих отсчетных системах используется дифференциальный емкостной
датчик, реагирующий на перемещение одной из обкладок конденсатора по изме-
нению площади перекрытия. Дифференциальный емкостный датчик (рис. 6.6)
Рис. 6.7. Принцип работы емкостного
датчика фирмы «Сельвак» для обес-
печения большого диапазона измере-
ния

состоит из неподвижных при измерении
изолированных пластин 1 и 2 и под-
вижной пластины 3. При перемещении
пластины 3 изменяются емкости между
этой пластиной и пластинами 1 и 2. Пе-
ревод изменений емкости при переме-
щении пластины 3 в электрическое на-
пряжение для дальнейшей обработки
осуществляется по указанной на
рис. 6.6 схеме. С помощью переключа-
телей Sj и Sa, управляемых от генера-
тора прямоугольных импульсов, пла-
стины 1 и 2 в течение одного полупери-
ода с помощью сервоустройства подк-
лючаются к источникам постоянного
напряжения и Us и заряжаются, а в
другой полупериод подключаются к
выходной цепи 1/м считывающего
блока. Контур следящего механизма

и,

Ч,

«4

М44444

регулирует напряжение (7М, характеризующее величину перемещения под-
вижной пластины 3, таким образом, чтобы напряжение иа пластине 3 было
равно нулю. А это означает, что заряды на пластинах 1 и 2 уравновешены, т. е.
равны по значению и противоположны по знаку. Для обеспечения перемещений
на большом диапазоне с помощью одного дифференциального конденсатора ис-
пользуется набор пластин (проводящие линии — регулярные структуры), ко-
торые располагаются в виде шкалы, а в электрическом отношении они образуют
пластины 1 и 2 дифференциального конденсатора (рис. 6.7). Пластина 3 перекры-
вает несколько пластин на шкале и в пределах этой группы пластин выдается
сигнал о величине перемещения. После того как пластина 3 пройдет хотя бы одну
из пластин шкалы, автоматически формируется следующий набор пластин, со-
ответствующий обкладкам конденсатора 1 и 2. При перемещении пластины 3

по шкале выходное напряжение изменяется от минимума до максимума на каж-
дой пластине и в момент достижения максимума происходит замена участков
шкалы, соответствующих пластинам 1 и 2, с которых снимается сигнал измеритель-
ной информации. Шкала и считывающая головка получаются печатным спосо-
бом (травление меди иа эпоксидной основе). Шкала делается с шагом 4 мм. Счи-
тывающая головка расположена над шкалой на расстоянии 4 мм и шагом про-
водящих линий 0,5 мм. Четыре последовательно расположенные линии шкалы
образуют один электрод, последующие четыре — второй. Таким образом, диффе-
ренциальная емкость конденсатора образуется с помощью 8 линий считывающей
головкн. Использование одновременно 8 электродов в дифференциальонм дат-
чике позволяет в значительной мере устранить случайные составляющие погреш-

ности шкалы, возникающие при ее изготовлении.

Фирма «Сельвак* разработала и цилиндрические емкостные дифференциаль-
ные датчики для использования взамен индуктивных с целью получения боль-
шого диапазона измерения с погрешностью не более, чем у индуктивных систем.

§ 4. ДОСТОИНСТВА И НЕДОСТАТКИ ИЗМЕРИТЕЛЬНЫХ
СРЕДСТВ С ЭЛЕКТРИЧЕСКИМ ПРЕОБРАЗОВАНИЕМ

Электрический принцип действия в универсальных
приборах для измерения линейных размеров особенно широко
стал применяться с 60-х годов XX в.
Достоинства приборов с электрическим принципом действия:
1. Возможность получения практически любого передаточного
отношения.

2.	Аналоговый (непрерывный) характер выдаваемой измери-
тельной информации.

3.	Измерительная информация может быть использована для
считывания по шкале или цифровой индикации, или регистриро-
ваться записывающими (печатными) устройствами, или подвер-
гаться математической обработке с помощью электронных уст-
ройств.

4.	Дистанционность измерения без ограничения расстояния.

5.	Возможность сочетания с механическим, оптическим и
пневматическим принципами действия.

6.	Возможность разработки датчиков малых габаритных раз-
меров, хотя это иногда и приводит к погрешностям от темпера-
турных деформаций, если датчик имеет габаритные размеры (диа-
метр), значительно отличающиеся от размеров элементов стойки,
образующих с ним механическую измерительную размерную цепь.

7.	Универсальный источник питания — электрический ток.

8.	Возможность иметь в одном приборе несколько цен деле-
ний и диапазонов показаний.

9.	Возможность использования отдельно функциональных бло-
ков, узлов и деталей, применяемых в общей электротехнике и
радиотехнике, т. е. возможность создания приборов на так назы-
ваемой стандартной элементной базе.

Недостатки приборов с электрическим принципом действия:
1. Сложные схемы и конструкции по сравнению с механиче-
скими и пневматическими приборами, требующие для обслужива-
ния специалистов узкого профиля.

2.	Высокая относительная стоимость приборов.

3.	Недостаточно высокая надежность, причем особенно опасны
постепенные отказы, которые по внешнему виду прибора невоз-
можно обнаружить.

4.	Некоторая трудность измерения из-за неудобства располо-
жения датчика (где производится непосредственно измерение)
относительно электронного блока (где производится отсчет по-
казаний).

§ б. ПЕРСПЕКТИВЫ РАЗВИТИЯ ИЗМЕРИТЕЛЬНЫХ
СРЕДСТВ С ЭЛЕКТРИЧЕСКИМ ПРЕОБРАЗОВАНИЕМ

Дальнейшее совершенствование приборов с индук-
тивными датчиками, видимо, пойдет по пути устранения отмечен-
ных недостатков электрических приборов и расширения указан-
ных достоинств. Развитие электронных схем для космонавтики,
одно из требований к которым заключается в миниатюризации
функциональных блоков с малым потреблением энергии, будет
способствовать совершенствованию приборов для измерения ли-
нейных размеров.
В дальнейшем большинство индуктивных приборов, пред-
назначенных для универсального применения, будут изготов-
ляться с питанием от малогабаритных батарей или аккумулято-
ров с большим запасом энергии. В ближайшее время будет освоен
выпуск индуктивных приборов с так называемыми взаимозаменяе-
мыми датчиками. В этом случае потребитель может приобретать
датчики и электронные блоки в отдельности.

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ

1.	Что такое измерительные средства с электрическим преобразованием
(с. 144)?

2.	Что называется датчиком (первичным преобразователем) в приборах
с электрическим преобразованием (с. 145)?

3.	Что такое приборы с индуктивным датчиком (с. 145)?

4.	Принцип действия индуктивных датчиков (с. 146).

5.	Понятие о дифференциальных датчиках и дифференциальных схемах из-
мерения (с. 147).

6.	Конструкция индуктивных датчиков и их разновидности (с. 147).

7.	Виды электрических схем приборов с индуктивным датчиком (с. 150).

8.	Цены делений и диапазоны показаний приборов с индуктивным датчиком
(с. 152).

9.	Примеры использования приборов с двумя индуктивными датчиками
(с. 152).

10.	Принцип унификации и агрегатирования при создании индуктивных
приборов (с. 153).

11.	Погрешность приборов с индуктивным датчиком (с. 153).

12.	Что такое приборы с емкостным датчиком (с. 153)?

13.	Принцип действия емкостных датчиков (с. 154).

14.	Достоинства и недостатки приборов с емкостными датчиками и перспек-
тивы их развития (с. 155).

15.	Достоинства и недостатки измерительных средств с электрическим
преобразованием (с. 157).

16.	Перспективы развития измерительных средств с электрическим преоб-
разованием (с. 158).

ГЛАВА 7. ИЗМЕРИТЕЛЬНЫЕ СРЕДСТВА

С ПНЕВМАТИЧЕСКИМ ПРЕОБРАЗОВАНИЕМ
(ПНЕВМАТИЧЕСКИЕ ПРИБОРЫ)

§ 1.	ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ

Измерительными средствами с пневматическим пре-
образованием для измерения линейных размеров, или пневма-
тическими приборами, называют такие измерительные средства,
в которых преобразование измерительной информации, т. е. ин-
формации, содержащей сведения об измеряемом размере, осуще-
ствляется путем изменения параметров сжатого воздуха в воз-
душной магистрали при его истечении.

Слово пневматика произошло от греческого слова pneumatikos — воздуш-
ный и используется в названии всех устройств, где сжатый воздух применяется
либо в качестве источника энергии (пневматический молот, пневматическая дрель
и т. д.), либо в качестве носителя информации (например, пневматические при-
боры) .

Принцип действия всех пневматических приборов для измере-
ния линейных размеров основывается на положении, известном
в газовой механике, о том, что если в какой-либо магистрали воз-
духопровода (камере) находится воздух под давлением и вы-
пускается через небольшое отверстие в атмосферу или в любую
другую среду с номинально постоянным давлением, то расход G
воздуха через это отверстие в общем виде будет зависеть от пло-
щади f проходного сечения отверстия и от давления р внутри
магистрали, т. е. G = F (pf). Если же обеспечить постоянство
давления внутри воздухопровода, то расход воздуха будет зави-
сеть только от площади проходного сечения отверстия.

Отверстия, через которые происходит истечение газа (в нашем
случае воздуха) или жидкости, широко используются в технике
для разных целей (например, в реактивных двигателях) и назы-
ваются соплами.

Соплом называется специально спрофилированный закрытый
канал, предназначенный для разгона жидкостей или газов до
заданной скорости и придания пЬтоку заданного направления.

Для измерения линейных размеров сопла, из которых проис-
ходит истечение воздуха (их чаще всего называют измерительные
сопла), имеют внутреннюю цилиндрическую поверхность (цилин-
дрические сопла) или в виде прямоугольного профиля (щелевые
сопла).

Непосредственно принцип действия пневматических приборов — опреде-
ление расхода воздуха через малое отверстие — может быть использован для из-
мерения размера небольших отверстий (от 0,1 до 4 мм); достаточно пропускать
через измеряемое отверстие сжатый воздух под постоянным давлением и опреде-
лять расход воздуха. В этом случае расход будет зависеть только от проходного
сечеиия измеряемого отверстия. Строго говоря, в этом случае измеряется не раз-
мер отверстия, а площадь поперечного сечения.

Пневматическая система обладает еще одним характерным
свойством, заключающимся в том, что если на пути распростране-
ния воздушного потока вблизи отверстия поставить предмет,
оказывающий препятствие истечению сжатого воздуха, то расход
воздуха изменится, а также изменится давление в воздушной
магистрали около сопла. Сочетание сопла с находящимся перед
ним предметом получило название сопло-заслонка. В качестве
заслонки используется либо поверхность измеряемой детали
(бесконтактные измерения), либо элемент конструкции измери-
тельного устройства, положение которого связано с измеряемой
деталью (контактные измерения).

Для обеспечения постоянного давления воздуха прибор сна-
бжается устройствами для стабилизации давления (стабилизато-
рами) и устройствами для очистки воздуха от примесей: взвешен-
ных частиц, паров воды, масла и т. д. (фильтрами). Очень часто
эти устройства объединяются конструктивно в один узел под
названием блок (узел) подготовки воздуха, а иногда коротко —
блок (узел) фильтра-стабилизатора.

Существует большое количество расходомеров, однако для
измерения линейных размеров наиболее широко применяют рас-
ходомеры постоянного перепада давления из группы расходоме-
ров обтекания (ротаметрические приборы) и расходомеры пере-
менного перепада давления (манометрические приборы).

§ 2.	ПНЕВМАТИЧЕСКИЕ ИЗМЕРИТЕЛЬНЫЕ СРЕДСТВА
ПОСТОЯННОГО ПЕРЕПАДА ДАВЛЕНИЯ
(ПРИБОРЫ РОТАМЕТР И ЧЕС КО ГО ТИПА)

Пневматическими измерительными средствами по-
стоянного перепада давления для измерения линейных размеров
(ротаметрическими приборами) называются приборы с отсчетным
устройством для измерения расхода воздуха, в которых в воздуш-
ном потоке помещается поплавок, воспринимающий динамиче-
ское давление потока и перемещающийся в вертикальном направ-
лении по потоку в зависимости от величины расхода, изменяю-
щегося из-за изменения проходного сечения измерительного
сопла. При этом площадь проходного сечения в воздушной ма-
гистрали прибора изменяется таким образом, что перепад давле-
ния по обе стороны поплавка остается практически постоянным.

Единственным получившим широкое распространение видом
приборов этого типа для измерения линейных размеров является
ротаметр, который известен у нас в стране как длиномер пневма-
тический высокого давления.

Происхождение термина ротаметр связано с тем, что в первых приборах для
измерения расхода жидкости поплавки делали с косыми прорезями, поэтому
они вращались, когда находились в потоке. Иногда такой вращающийся попла-
вок называли ротором (от латинского roto —вращаюсь), а весь прибор — рота-
метром.

а. Схема длиномера высокого давления (ротаметра). В соответ-
ствии с данным определением в магистрали воздухопровода
прибора находится стеклянная трубка 5 с внутренней конической
поверхностью (рис. 7.1). Внутри трубки 5 помещен поплавок 6.
Воздух через кран 1 поступает в узел подготовки воздуха 2, где
он очищается фильтром 12 и стабилизируется (создается постоян-
ное давление) стабилизатором 11. Величину этого давления можно
определить по манометру 3. Очищенный и стабилизированный
воздух поступает снизу в вертикально расположенную трубку 5
и далее через измерительное сопло 7 в атмосферу. Если закрыть
полностью сопло/, то расхода воздуха не будет и поплавок 6
опустится вниз трубки 5. Если же открыть сопло 7, то воздушный
поток, проходя через трубку 5, будет поднимать поплавок до
момента, когда сила воздушного потока, связанная с расходом
воздуха, уравновесится силой тяжести поплавка. В этом поло-
Рис. 7.1. Схема пневматического прибора постояииого перепада давления (рота
метр) завода «Калибр»

жении поплавок «зависает» в трубке и его положение по высоте
может быть отсчитано по шкале 4, которая градуируется в микро-
метрах изменения зазора S между соплом 7 и измеряемой де-
талью 8. В схеме прибора предусмотрен вентиль (кран) 9, через
который можно выпускать часть поступающего воздуха в атмо-
сферу, изменяя общий расход воздуха. С помощью этого вентиля
можно сместить положение поплавка при установке начального
зазора (поднять поплавок, не изменяя зазора у измерительного
сопла 7). Другой вентиль 10 вместе с дополнительным соплом (дрос-
селем — сужающим устройством в воздухопроводе) используется
для изменения чувствительности прибора и даже при перена-
стройке его на другую цену деления. С увеличением степени от-
крытия вентиля 10 расход воздуха увеличивается через сопло,
но он не регистрируется отсчетным устройством, чувствительность
прибора уменьшается (увеличивается диапазон показаний).

Условие равновесия поплавка может быть записано следующим
уравнением:

hf + Pn = Hf + N,

где f — площадь поперечного сечения поплавка; Н — рабочее
давление (после стабилизатора 15 Н/см2); Рп — сила тяжести
поплавка; N — сила трения воздушного потока о поплавок;
h — давление над поплавком, или уравнением

И h f f .

В правой части формулы находятся постоянные значения, сле-
довательно, условием равновесия поплавка является постоянство
разности давления над и под поплавком, т. е. Н — h =п = const.
В связи с постоянством рабочего давления Н получается, что и
давление над поплавком при его уравновешенном состоянии также
постоянно. Отсюда и название — расходомер постоянного пере-
пада давления.

Величина перемещения I поплавка относительно исходного
положения внутри конусной трубки выражается следующей
зависимостью:

0,51/Л5—dn — £>0
Хт

где А = d2]/^ И ~п _ cons|. — диаметр сечения конической
трубки у нулевого штриха шкалы; Н — рабочее давление; Лт —
конусность трубки; п = Н — h (h — давление над поплавком);

S — величина зазора у измерительного сопла; d2 — диаметр
отверстия измерительного сопла; da — диаметр поплавка.

Передаточное число ротаметра имеет следующее выражение:
d/	А

ds 4КТ у AS — d*

Из формулы следует, что передаточное число увеличивается
с увеличением рабочего давления и диаметра измерительного
сопла, а увеличение конусности, силы тяжести поплавка и ве-
личины измерительного зазора приводит к уменьшению переда-
точного числа.

б. Конструкция длиномера высокого давления. Конструкция
прибора состоит из трех функциональных узлов (рис. 7.1): узла
подготовки воздуха I (фильтр-стабилизатор); узла отсчетного
устройства // и узла оснастки с измерительным соплом (или
соплами) ///.

Узел подготовки воздуха является типовым узлом, применяе-
мым в приборах разного вида, автоматах для измерения линейных
размеров и т. д.

Узел отсчетного устройства состоит из конусной трубки.
Внутри трубки помещается поплавок. За трубкой установлена
шкала.

Узел оснастки III с измерительным соплом рассмотрен в § 4.

в.	Типоразмеры приборов и основные технические характери-
стики. Характерной особенностью конструкций является воз-
можность создания блоков, имеющих до 10 показывающих уст-
ройств, для осуществления так называемых многомерных изме-
рений.

Технические характеристики ротаметра обычно относятся
к случаю изготовления его с одним измерительным соплом диа-
метром 1 и 2 мм, поскольку они (характеристики) могут значи-
тельно меняться, особенно точностные данные, при использовании
различной оснастки.

Цены деления обычно устанавливают равными 0,1; 0,2; 0,5;
1; 2; 5 и 10 мкм. При этом известны приборы, в которых переход
с одной цены деления на другую осуществляется заменой по-
плавка, а иногда поплавка вместе с трубкой. Диапазон показаний
составляет соответственно 5, 10, 20, 35, 60, 100, 160 мкм, т. е.
от 16 до 50 делений. Используются трубки с конусностью 1 : 400
и 1 : 1000.

Давление воздуха в сети, от которой питаются приборы, равно
0,31—0,59 МПа (3,2—6 кгс/см2). Рабочее давление, т. е. после
стабилизатора, 0,1 ... 0,2 МПа (1 ... 2 кгс/см2).

В пневматических приборах для измерения линейных размеров
это давление считается большим, поэтому ротаметры и называют
«длиномеры пневматические высокого давления». Расход воздуха
обычно равен 9 л/мин (0,54 ма/ч) при работе с трубкой, имеющей
конусность 1 : 1000 (малая цена деления), и 16 л/мин (0,96 м3/ч)
для трубок 1 : 400. При отсутствии детали на измерительной
позиции расход воздуха составляет свыше 40 л/мин (2,4 м3/ч).

г.	Погрешность измерения. Погрешность измерения зависит
от тех же факторов, что и при использовании измерительных
головок. Значение этой погрешности при применении рота-
метра с одним измерительным соплом приблизительно равно по-
грешности измерения пружинными головками при разных усло-
виях их применения (см. гл. 5, § 3). При использовании ротаметра
в специальных приборах погрешность измерения должна выяв-
ляться отдельно с учетом условий применения. Погрешность
прибора с измерительным соплом не превышает цены деления
0,5 и 1 мкм и несколько меньше при других ценах деления. При
изготовлении ротаметра с использованием пробок для измерения
внутренних размеров погрешность ротаметра приблизительно
на 80% больше, чем погрешность прибора с одним соплом.

§ 3. ПНЕВМАТИЧЕСКИЕ ИЗМЕРИТЕЛЬНЫЕ СРЕДСТВА
ПЕРЕМЕННОГО ПЕРЕПАДА ДАВЛЕНИЯ
(ПРИБОРЫ МАНОМЕТРИЧЕСКОГО ТИПА)

В пневматических приборах для измерения линей-
ных размеров используется несколько измененная схема расходо-
мера переменного перепада давления. В этих приборах создается
рабочая камера 1 (рис. 7.2, а), в которую подается стабилизиро-
ванный воздух под рабочим давлением Н. В камере установлено
дополнительное сопло 2, которое называют входным соплом,
а иногда головным. Воздух из камеры истекает в атмосферу через
зазор S у измерительного сопла 4. В этом случае измерительное
давление h в пространстве между входным и измерительным соп-
лом, называемом измерительной камерой, зависит от величины
расхода Q, т. е. от величины зазора S (естественно, в определен-
ных пределах этого зазора). Изменение давления h под влиянием
изменения зазора (а это равносильно изменению размера L или
величины перемещения измеряемой поверхности) производится
с помощью манометра 3.
a)

Рис. 7.2. Пневматический прибор переменного перепада давления (прибор
манометрического типа)

Зависимость между параметрами пневматической системы и
измеряемым давлением может быть выражена приблизительно
следующей формулой:

и . И

 '+(-&-)’ 

где Fi — площадь проходного сечения для сжатого воздуха у вход-
ного сопла; F2 — то же для истечения воздуха у измерительного
сопла.

При цилиндрической форме сопел Fi (2>-----ndl4(2) , где dT и

d2 — диаметры отверстия соответственно входного и измеритель-
ного сопел.

При измерении размеров по методу зазора между цилиндри-
ческим соплом и заслонкой формула будет иметь следующий вид:

dl ’

1 + 16 Jp.

где S — зазор у измерительного сопла.

Зависимость h = f (S) в прямоугольных координатах назы-
вается характеристикой пневматического устройства (рис. 7.2, б).
Рабочий участок является, как правило, прямолинейным участком
расходной характеристики. Тангенс угла наклона этой кривой
.	dh гт

характеризует передаточное число и = tg а = На прямо-
линейном участке характеристики это число практически по-
стоянно и является максимальным.

Отличительной особенностью приборов переменного перепада
давления (манометрических приборов) является возможность соз-
дания схем измерения дифференциального типа, т. е. измеряемые
величины определяются как результат двух перемещений. Для
пневматических приборов дифференциальное измерение — это из-
мерение разности двух давлений от измерительных сопел, при этом
Рис. 7.3. Принципиальная схема дифференциального пневматического прибора
манометрического типа

оба давления могут быть связаны с изменением измеряемого раз-
мера, либо одно давление является постоянным, а другое зависит
от измеряемого размера. На рис. 7.3 приведен пример дифферен-
циального пневматического прибора манометрического типа. Сжа-
тый воздух с постоянным давлением после стабилизатора 10
разделяется на две ветви / и II, в каждой из которых находятся
входные сопла 1 и 9.

Измерительное давление hr в измерительной камере ветви /
зависит от рабочего давления Н, диаметра di ц, входного сопла 1,
диаметра dz <d измерительного сопла 4 и зазора Sv т. е. величины
размера Lr детали 5.

Измерительное давление Л2 в измерительной камере ветви //
зависит от рабочего давления Н, от диаметра di (п) вход-
ного сопла 9, диаметра dacm измерительного сопла 8 и зазора S2
у торца этого сопла.

Разность давления (перепад давления) ha — в измеритель-
ных ветвях измеряется с помощью дифманометра 2, показания
которого на шкале 3 отградуированы в единицах длины сравни-
ваемых размеров La и La деталей 5 и 6. Обычно стремятся, чтобы
di (и = di (п) = di и d2(i) = dz (И) = dz для обеспечения рав-
ных передаточных чисел обеих ветвей. С помощью дифферен-
циальных схем можно измерять не только разность размеров, но
и один размер. Для этого в одну измерительную ветвь, напри-
мер //, вместо измерительного сопла 8 устанавливают сопло 7
с постоянным проходным сечением. Такое сопло принято назы-
вать вентилем противодавления, или соплом противодавления..
Проходное сечение вентиля 7 регулируют при наладке прибора,
в процессе измерения оно остается постоянным. С помощью про-
тиводавления устанавливают начало отсчета на шкале.

Из приборов, основанных на определении расхода воздуха по
изменению зазора, а следовательно, и давления в измерительной
Рис. 7.4. Схема длиномера пневматического низкого давления (завод «Калибр»)

камере, наиболее известными для универсального применения
являются длиномеры пневматические низкого давления, которые
больше известны у специалистов под названием «солекс».

а.	Схема прибора низкого давления (солекса). В этом приборе
сжатый воздух от сети поступает через кран 1 (рис. 7.4), фильтр 2
и стабилизатор 3, который осуществляет предварительную ста-
билизацию воздуха. Подготовленный воздух попадает по трубке
в водяной стабилизатор 4, который представляет собой резервуар,
наполненный водой. Подводная трубка опущена в резервуар
обычно на глубину 500 мм, благодаря чему в магистрали воздухо-
провода (в измерительной камере) обеспечивается постоянное
давление, равное 500 мм вод. ст. (5- 10а Н/м2), и избыточный воз-
дух через воду выходит в атмосферу (вода в приборе «бурлит»).
Стабилизированный воздух через входное сопло 7 поступает в из-
мерительную камеру, из которой подается в измерительное сопло 8
и трубку водяного манометра 5, второй конец которой связан
с резервуаром. В зависимости от зазора между измеряемой де-
талью 9 и измерительным соплом 8 изменяется расход воздуха,
а следовательно, давление в рабочей камере, которое вызывает
изменение положения жидкости в трубке манометра 5. Таким
образом, принципиальная схема прибора низкого давления пред-
ставляет собой схему U-образного дифференциального манометра,
у которого левое, более широкое колено находится под воздей-
ствием атмосферного давления (колебанием его пренебрегают),
а правое — под воздействием переменного давления, связанного
с изменением зазора. Жидкость в широкой части колена одно-
временно выполняет роль стабилизатора давления воздуха, по-
ступающего в измерительное сопло и правое колено манометра.
Величину расхода воздуха определяют по шкале 6, на которой
вместо расхода воздуха указывают значение зазора у измеритель-
ного сопла. Для лучшей видимости уровня воду подкрашивают
специальными красителями.

б.	Типоразмеры приборов и основные технические характери-
стики. Так же как в приборах высокого давления, в конструкции
приборов низкого давления предусмотрена возможность созда-
ния блоков, содержащих до семи отсчетных устройств. В подав-
ляющем большинстве случаев приборы изготовляют с рабочим
давлением воздуха 500 мм вод. ст. (0,005 МПа; 0,05 кгс/см2),
хотя в принципе можно сделать и больше (например
1000 мм вод. ст.), но в этом случае увеличиваются и габаритные
размеры (практически в два раза). Для этих приборов принят
диаметр измерительного сопла 2 мм. С таким соплом изготовляют
приборы с ценами делений 0,0005; 0,001; 0,002; 0,005 мм и диапа-
зоном показаний соответственно 0,02; 0,04; 0,08 и 0,16 мм. Пере-
стройка на другую цену деления в основном осуществляется
заменой входного сопла. Входное давление воздуха в сети со-
ставляет 2—6 кгс/см1 (0,2—0,59 МПа). Расход воздуха с одним
измерительным соплом не более 10 л/мин. Масса прибора с одним
отсчетным устройством ~12 кг, а с семью ~30 кг.

в.	Погрешность измерения. Погрешность измерения в случае
применения приборов в качестве универсальных зависит от тех же
факторов, что и при измерении измерительными головками. В
специальных случаях использования приборов погрешность за-
висит от условий применения и особенностей оснастки. По-
грешность одного прибора с измерительным соплом 2 мм не
превышает цены деления прибора.

§ 4. ИЗМЕРИТЕЛЬНАЯ ОСНАСТКА, ИСПОЛЬЗУЕМАЯ
С ПНЕВМАТИЧЕСКИМИ ПРИБОРАМИ,
И ВИДЫ ПРОИЗВОДИМЫХ ИЗМЕРЕНИЙ

а.	Бесконтактные измерения. В случае использова-
ния бесконтактного пневматического способа, когда отсутствует
механический контакт, на поверхность измеряемой детали дей-
ствует давление в зависимости от соотношения размеров сопел,
величины зазора и величины измерительного давления.

У приборов низкого давления при бесконтактных измерениях
усилие составляет несколько граммов. У приборов высокого
давления при разных соотношениях размеров усилие может быть
до 40 сН. Возможны и минусовые измерительные усилия, т. е.
подсос измеряемой поверхности.

Наиболее часто для универсального использования при бес-
контактном измерении применяют приборы с одним измеритель-
ным соплом (рис. 7.5, а). Приведенная форма рабочей части сопла
может быть выполнена в виде отдельной детали, чаще всего с при-
соединительным цилиндром диаметром 8 мм, за который сопло
устанавливается на измерительной позиции. Помимо сопел с диа-
метром 1 и 2 мм применяют сопла с диаметром 0,7 и 1,5 мм и щеле-
вые сопла с размером канала 0,5x3 мм.

Приборы зысокого и низкого давления наиболее часто исполь-
зуют при бесконтактных измерениях внутренних диаметров.
В этом случае изготовляют так называемые пневматические пер-
168
Рис. 7.Б. Измерительная оснастка к пневматическим приборам (завод «Калибр>):
а — рабочая часть измерительного сопла; б — пневматическая пробка; в — головка
контактная осевого действия (мод. 314): в — то же бокового действия (мод. 345)
винные преобразователи, которые больше известны как пневмати-
ческие пробки. В этих пробках (рис. 7.5, б) в корпусе / имеются
измерительные сопла 2 (обычно их два — через 180°), т. е. это
измерительное устройство с двухточечной схемой измерения.

Корпус пробки несколько меньше, чем диаметр измеряемого
отверстия (на 5—15 мкм). Торец сопла несколько ниже наружной
поверхности корпуса, на нем делают продольные и поперечные
пазы (канавки) для выхода воздуха в атмосферу. Корпус соеди-
няется резьбой с ручкой 3, которая армируется пластмассовой
втулкой 4. В средней части корпуса 1 сделаны сверления для про-
хода воздуха, а в ручке находится трубка 5 (обычно поливинил-
хлоридная). Наружные поверхности корпуса или армируют твер-
дым сплавом, или хромируют. Конструкции пробок несколько
отличаются друг от друга в зависимости от измеряемого размера.
Диапазон изготовляемых пробок 3—160 мм (завод «Калибр»)
с диаметрами сопел 0,7; 1,0; 1,5; 2,0 мм.

Пневматические пробки используют в условиях серийного
и массового производства, поскольку их размеры изготовляют не
только для каждого номинального диаметра, но и практически для
каждого поля допуска и номинального размера. Для настройки
прибора с пробками на размер можно практически пользоваться
только установочными кольцами, так как форма поверхности,
на которую дует струя воздуха при настройке и измерении, влияет
на погрешность измерения. Для настройки пневматического
прибора обычно требуется два кольца с размерами, соответствую-
щими наибольшему и наименьшему допускаемому размеру, чтобы
убедиться, что используется прямолинейный участок.

б.	Контактные измерения. Контактные измерения пневмати-
ческими приборами осуществляются установкой измерительного
сопла в измерительную головку, у которой изменяется положение
заслонки относительно сопла при изменении положения измери-
тельного наконечника, имеющего механический контакт с изме-
ряемой поверхностью.

По виду перемещения эти контактные головки так же, как и
измерительные головки (см. гл. 5, § 1), разделяют на головки осе-
вого (рис. 7.5, в) и бокового (рис. 7.5, г) действия.

Головка осевого действия (рис. 7.5, в) имеет корпус 4 из не-
ржавеющей стали (для предохранения от коррозии, так как вы-
ходящий воздух содержит пары воды). По шариковым направ-
ляющим перемещается измерительный стержень 5, на конце кото-
рого находится наконечник 1. В верхней части стержня 5 нахо-
дится пятка б (заслонка). Над пяткой 6 установлено измеритель-
ное сопло 7. Измерительное усилие создается пружиной 3 вместе
с усилием от давления воздуха (общее измерительное усилие не
более 30.сН). Нижнее положение измерительного стержня 5
ограничивается гайкой 2.

Имеются варианты так называемых разгруженных конструкций.
(мод. 313, завод «Калибр»), в которых измерительная пятка при
перемещении вверх увеличивает зазор, а не уменьшает, как в го-
ловке, показанной на рис. 7.5, в. Имеется вариант конструкции
головки с микрометрической подачей.

Головка бокового действия (рио. 7.5, г) также содержит кор-
пус 2, в котором установлено сопло 3, а заслонка 12 располагается
на большом плече 5 рыч'ажной передачи. Рычаг 5 закреплен на
оси 8. На этой же оси установлена державка 6, в которую встав-
ляется наконечник 7. Державка 6 может поворачиваться (с уси-
лием 200—300 сН) на оси на угол ±90° от среднего положения,
а вместе с ней — измерительный наконечник 7. Ось 8 располо-
жена на шариковых опорах при конических цапфах. Измеритель-
ное усилие создается с помощью пружин 11 и 9, а направление
действия пружины 9 может переключаться. Величина усилия
в пределах 40—60 сН. Для ограничения угла поворота рычага 5
служат регулируемые упоры 4 и 10. Крепление головки на из-
мерительной позиции осуществляется с помощью хвостовика 1
цилиндрической формы диаметром 8 мм.

§ 5. ДОСТОИНСТВА И НЕДОСТАТКИ
ИЗМЕРИТЕЛЬНЫХ СРЕДСТВ С ПНЕВМАТИЧЕСКИМ
ПРЕОБРАЗОВАНИЕМ

Достоинства пневматических приборов:

1.	Простота конструкции в изготовлении и в обслуживании
специалистами, знакомыми с механическими приборами; невы-
сокая стоимость.

2.	Дистанционность измерения при непрерывном характере
сигнала.

3.	Возможность бесконтактных измерений с высокой точ-
ностью (при высоком давлении воздуха поверхность детали
в месте измерения очищается от жидкости и мелких частиц пыли).

4.	Малые размеры измерительной оснастки (сопла), которая
может быть размещена в труднодоступных местах.

5.	Возможность получения суммы или разности измеряемых
размеров без каких-либо счетно-решающих устройств, возмож-
ность получения усредненных сигналов.

6.	Возможность получения больших передаточных чисел.

7.	Возможность автоматизации приборов с переменным пере-
падом давления при использовании манометра с упругими чув-
ствительными элементами.

Недостатки пневматических приборов]

1.	Необходимость иметь сжатый воздух, очищенный от всяких
примесей.

2.	Небольшой диапазон показаний (линейность характери-
стики в пределе 0,2 мм).

3.	Большая инерционность системы, хотя в некоторых слу-
чаях (например, в приборах активного контроля) это свойство
используется для повышения точности.
4.	Создание при бесконтактных измерениях в зоне измерения
воздушного потока, приводящего к колебанию температуры в этой
зоне. При этих видах измерения ненадежное замыкание измери-
тельной цепи.

§ 6. ПЕРСПЕКТИВЫ РАЗВИТИЯ ИЗМЕРИТЕЛЬНЫХ
СРЕДСТВ С ПНЕВМАТИЧЕСКИМ ПРЕОБРАЗОВАНИЕМ
И ОБЛАСТЬ ИХ ПРИМЕНЕНИЯ

Появление пневматических средств измереиия линейных размеров отно-
сится к 1922 г., когда французская фирма «Сакма> выпустила приборы типа
<Солекс».

Помимо рассмотренных приборов высокого и низкого давления известны 
другие отсчетные пневматические приборы, используемые для универсальных
измерений. Известны приборы, в которых используется сочетание мембраны мано-
метра с пружинным мехаииамом оптикатора (см. гл. 5, § 3) или сильфона с ры-
чажным механизмом, или с зеркалом (оптический рычаг) и т. д. Известен прибор,
сочетающий в себе пневматические и электрические принципы преобразования,
когда, например, на чувствительный элемент прибора для измерения давле-
ния (например, мембрану) устанавливается якорь индуктивного датчика и т. д.
Для расширения диапазона показаний до 0,5—0,9 мм используются эжекторные
сопла, представляющие собой комбинированное сопло из сближенных входного
и измерительного сопел так, что расстояние между ними составляет 0,3—0,5 мм
и общая длина 20—25 мм.

Достоинства пневматического принципа преобразования в опре-
деленной мере совпадают с достоинствами, о которых говорилось
в отношении приборов с электрическим преобразованием (дистан-
ционность, аналоговый сигнал, автоматизация и т. д.). Целе-
сообразно их сопоставить и дать рекомендации в отношении
области применения того или иного способа.

1.	Точность измерения при использовании индуктивных при-
боров несколько выше, чем пневматических, хотя с помощью
последних относительно просто (по-видимому, это значение яв-
ляется оптимальным) можно получить погрешность в пределах
0,001—0,005 мм.

2.	Стоимость пневматических приборов при прочих равных
условиях примерно на 50% ниже, чем индуктивных.

3.	Наладка измерительных средств, основанных на пневмати-
ческом принципе преобразования, в 4—6 раз быстрее, чем элек-
трических.

4.	Подготовка специалистов по обслуживанию пневматиче-
ских приборов требует времени приблизительно в 4 раза меньше,
чем для обслуживания электрических приборов.

5.	Быстрота действия электрических приборов значительно
выше, чем у пневматических.

6.	Электрические приборы передают сигнал практически на
любое расстояние, а для пневматических это расстояние огра-
ничено, так как увеличивается инерционность из-за увеличения
объема системы.
7.	При автоматизации и механизации контроля в пневматиче-
ских приборах необходимо преобразование информации в элек-
трический сигнал, а в электрических этого не требуется.

8.	Пневматические приборы обладают большей надежностью,
чем электрические, благодаря меньшему числу функциональных
элементов.

Приведенное сопоставление дает возможность в какой-то
мере дать ориентировочные рекомендации по использованию
пневматического принципа преобразования. Пневматический прин-
цип преобразования следует применять:

1.	Во всех случаях, когда требуются бесконтактные приборы
(легкодеформируемые детали, нельзя допустить повреждения по-
верхности).

2.	При дистанционных измерениях, когда по каким-либо
причинам нельзя допустить электрический ток и магнитные поля
в зоне измерения.

3.	При измерении отверстий в условиях серийного и массового
производства, особенно отверстий малого диаметра (3—4 мм).

4.	При измерениях, когда инерционность пневматического
преобразования дает возможность получить усредненный сигнал
(например, в приборах активного контроля).

В последние годы во всем мире средства измерения с пневмати-
ческим способом преобразования заменяются приборами с ис-
пользованием электронного (в основном индуктивного) и опто-
электронного способов преобразования. Связано это с тем, что
в современных средствах измерения широко применяется вычисли-
тельная техника для обработки результатов измерения и для
автоматизации процесса измерения. При использовании в этом
случае пневматического способа необходимо проводить еще однс
преобразование для получения электрического сигнала для вве-
дения его в ЭВМ, поскольку, как было показано ранее, в пневма-
тических приборах информация о значении размера содержится
в изменении расхода воздуха или изменении давления. При ин-
дуктивных и оптоэлектронных способах преобразования изме-
няются параметры или род тока и эти изменения относительно
просто можно ввести в ЭВМ.

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ

1.	Что такое пневматический прибор и каков его принцип действия (с. 159)?

2.	Что такое сопло-заслонка и для чего она используется (с. 159)?

3.	Принцип действия пневматических приборов постоянного перепада дав-
ления (ротаметрические) (с. 161).

4.	Основные технические характеристики длиномеров высокого давления
(с. 163).

5.	Принцип действия пневматических приборов переменного перепада дав-
ления (манометрические) (с. 164).

6.	Схема прибора низкого давления (солекс) (с. 167).

7.	Основные технические характеристики длиномеров низкого давления
(с. 167).
8.	Измерительная оснастка, используемая с пневматическими приборами
(с. 168).

9.	Достоинства и недостатки измерительных средств с пневматическим пре-
образованием (с. 171).

10.	Перспективы развития измерительных средств с пневматическим пре-
образованием и область их применения (с. 172).

11.	Проведите сопоставление приборов с пневматическим и электрическим
(индуктивным) способами преобразования (с. 172).

ГЛАВА 8. ИЗМЕРИТЕЛЬНЫЕ СРЕДСТВА С ОПТИКО-
МЕХАНИЧЕСКИМ ПРЕОБРАЗОВАНИЕМ

Измерительные средства с оптико-механическим пре-
образованием (оптико-механические измерительные приборы)
представляют собой средства измерения, в которых при измерении
главную функцию выполняют комплексы оптических и механиче-
ских элементов: объективы, окуляры, призмы, зеркала и передви-
гающие их рычаги, стержни, направляющие и т. п. Все оптические
элементы соединяются направляемыми потоками лучей, несущими
в себе информацию об измеряемой детали.

§ 1.	ОПТИМЕТРЫ

Оптиметрами принято называть контактные оптико-
механические приборы для измерения линейных размеров сравне-
нием с мерой (рис. 8.1) с преобразователем в виде рычажно-опти-
ческого устройства, которое малые перемещения измерительного
наконечника преобразует в большие наблюдаемые перемещения
шкалы.

Оптиметры состоят из измерительной головки, трубки опти-
метра и устройства для установки трубки и базирования измеряе-
мой детали.

1.	Окулярная трубка оптиметра (рис. 8.1). Элементы оптико-
механической схемы трубки разделяют на группы: осветительную,
преобразовательную и отсчетную.

Осветительная группа состоит из внешнего зеркала 1 (рис. 8.2)
и осветительной призмы 2.

Преобразовательная группа содержит угловую призму 4, объек-
тив 5, внутреннее зеркало 6, измерительный стержень 8. В верхнем
торце стержня 8 запрессован шарик, на который опирается нижняя
поверхность зеркала 6, а на нижний участок стержня 8 надевается
измерительный наконечник. В пластину 9 сверху запрессованы два
опорных шарика, на которые опирается также нижняя поверхность
зеркала 6. «Пиния, соединяющая вершины этих двух шариков,
является осью поворота зеркала 6 при перемещениях стержня 8
вдоль оси присоединительной трубки В. Расстояние I между осью
шарика в торце стержня 8 и общей осью опорных шариков в плас-
1

Рис. 8.1. Оптиметр вертикаль- Рис. 8.2. Оптическая схема окулярной
иый окулярный ОВО-1	трубки оптиметра

тине 9 является механическим плечом рычага передачи трубки
оптиметра.

Отсчетная группа состоит из стеклянной пластины 3 и окуляра
7. Пластина 3 имеет две зоны а и б, расположенные по разные
стороны оси горизонтальной трубки А. Зона а окрашена. В краске
вычищено окно, в котором нанесена шкала из 200 делений (±100).
Ось этой шкалы смещена относительно оси горизонтальной трубки
А на расстояние Ь; в зоне б также имеется окно, в котором нанесен
неподвижный штрих-указатель.

Ход лучей. Поток лучей, посланный призмой 2 на плас-
тину 3 в зону а, проходит сквозь окно и несет дальше изображение
шкалы. Затем лучи падают на угловую призму 4, преломляются
в ней под углом 90° и попадают вместе с изображением шкалы в
объектив 5.

Здесь происходит автоколлимация лучей. При автоколлимации
лучи, а с ними и изображение шкалы проходят через объектив 5,
падают на зеркало 6, отражаются обратно в объектив 5 и выносят
из него изображение шкалы по другую сторону фокусной оси.
Затем лучи с изображением шкалы преломляются в призме 4 и
падают на пластину 3, но уже в зоне б. Здесь мы видим в увеличен-
ном виде через окуляр 7 изображение шкалы, наложенное на
штрих-указатель.

Перемещение х стержня 8 вызывает соответственный поворот
на угол а зеркала 6, а значит, и пропорциональное ему перемеще-
Рис. 8.3. Горизонтальный оптиметр ИКГ с валом

ние изображения шкалы у относительно неподвижного штриха-
указателя.

II.	Устройства для установки трубки и базирования измеряе-
мой детали. По расположению линии измерения оптиметры разде-
ляют на вертикальные и горизонтальные. Благодаря единому
присоединительному размеру (28 мм) трубки их взаимозаменяемы.
Различие состоит в устройствах базирования измеряемых деталей.

а)	Вертикальные оптиметры представляют собой
станковые приборы, в которых базирующим устройством являются
стойки (см рис 8 1, а) такой же конструкции, как и стойки, рас-
смотренные раньше в гл. 5, § 5. Ось присоединительной трубки
оптиметра располагается вертикально.

б)	Горизонтальные оптиметры представляют
собой станковые приборы (рис. 8.3 и 8.4), на которых присоедини-
тельная трубка оптиметра расположена горизонтально.

В настоящее время применяют горизонтальный оптиметр ИКГ
с валом (рис. 8.3) и ОГО-1 со станиной (рис. 8.4).

1.	Горизонтальный оптиметр с валом ИКГ (см. рис. 8.3) состоит
из следующих частей: основания Г, вала 6, жестко укрепленного в
основании; кронштейнов 5 и 15, переставляемых по валу и закреп-
ляемых на валу зажимами 4 и 16 (в верху кронштейнов имеются
отверстия для трубок с зажимами трубок 10 и 14)', пиноли 8 с вин-
том 9 для перестановки жесткого наконечника 12, винтом 7 зажима
пиноли и окнами 11с винтами регулировки соосности наконечни-
ков, трубки оптиметра 13’, предметного стола 18 с площадкой 17,
176
Рис. 8.4. Горизонтальный оптиметр ОГО-1 со станиной

перемещающейся на шариках параллельно оси измерения, рукоят-
кой 19 для поперечного перемещения детали, рукояткой 3 для
вертикального перемещения детали с зажимом высоты 2 и ограни-
чителями вертикального хода 20. Рукояткой 22 вращают деталь
вокруг горизонтальной оси и фиксируют положение зажимом 21,
а рычагбм23 вращают площадку с деталью вокруг вертикальной оси.

Рукоятками стола можно придавать укрепленной на нем детали
практически любое положение между наконечниками прибора,
требуемое для заданного измерения.

2.	Горизонтальный оптиметр ОГО-1 (рис. 8.4) состоит из сле-
дующих частей: основания — станины 1 с горизонтальными на-
правляющими; предметного стола 2 с подвижной площадкой для
укрепления детали. Стол и площадка снабжены рукоятками,
обеспечивающими все перемещения детали, необходимые для изме-
рения размера, аналогично столу горизонтального оптиметра с
валом (см. рис. 8.3).

Кроме того, горизонтальный оптиметр ОГО-1 состоит из бабки
пиноли 3 (с отверстием для присоединения трубки пиноли 0 28 мм,
рукояткой 4 для перестановки бабки по станине, зажимом положе-
ния бабки 5 и зажимом пиноли б); трубки пиноли 7, аналогичной
пиноли оптиметра с валом, трубки оптиметра 9. (окулярной или
экранной) и бабки трубки оптиметра 10 (с присоединительным от-
верстием 0 28, зажимом трубки 3, рукояткой И для переста-
новки бабки по станине и зажимом бабки 12).

3.	Основные виды и технические характеристики оптиметров
следующие:

цена деления 1 мкм; диапазон показаний ± 100 мкм. Осталь-
ные — см. табл. 2.

III.	Расчет передаточного числа трубки оптиметра. Оку-
лярная головка. Схема головки представляет собой оп-
тико-механическую рычажную передачу, в которой оптическое
плечо рычага состоит из потока лучей (см. рис. 8.2), падающего
на зеркало, и потока, отраженного на пластину 3 в зависимости
Таблица 2

Техническая характеристика	Вертикальные оптиметры		Горизоитял ь н ые оптиметры	
	ОВО-1	ОВЭ-1	ИКГ	ОГО-1
Диапазон измерений, мм: наружных длин и диаметров	0—180	0—200	0—350	0—500
внутренних длин	—	—-	13,5—150	13,5—400
внутренних диаметров	—	—	13,5—150	13,5—150
внутренних длин и диаме-	—	—	1—13,5	1—13,5
трое С ПОМОЩЬЮ ГК-3 Допускаемая погрешность на участке шкалы, мкм:  от 0 до ±60	±0,2	±0,2	±0,2	±0,2
св. ±60	±0,3	±0,3	±0,3	±0,3
Измерительное усилие, сН: при наружных измерениях	200	200	200	200
при внутренних измерениях	—	—	250	250

от положения зеркала 6. Механическое плечо — расстояние /
между осью измерительного стержня и осью шарнира зеркала.

Передаточное число ир определяется отношением величины
смещения у (см. рис. 8.2) луча при повороте зеркала на угол а
к перемещению измерительного стержня на величину х:

ир = —,
р х »

х = tg а, где а — угол поворота зеркала при перемещении стерж-
ня на длину х; у = F tg 2а, где F — фокусное расстояние объекти-
ва, т. е. длина оптического плеча рычага.

Отсюда

,. _ У _ F tg 2а
р х I tg а

Перемещение х весьма мало по сравнению с величиной /,
поэтому можно заменить tg а « а и tg 2а « 2а; тогда

“р =

F2a
la

2F

I •

Полная величина передаточного числа трубки будет равна
uT = upVOK, где Уок — увеличение окуляра. Для трубки опти-
метра (F = 200 мм; I = 5 мм; Уок = 12х) получим ит =
2•200-12

= ----5---= 960, т. е. перемещение наконечника увеличива-

ется на отсчетном устройстве в 960 раз.

Для обеспечения* цены деления головки 0,001 мм' шкала на
пластине 3 (см. рис. 8.2) имеет интервал 0,08 мм, а с учетом увели-
чения окуляра в 12х видимый интервал составляет 0,96 (0,08 X
X 12), а общее передаточное число ит =	= 1000.
IV.	Погрешности измерения. При измерении на оптиметрах
в погрешности входят те же составляющие, что и для других изме-
рительных средств с отсчетными головками осевого действия
(см. гл. 5, § 1, 3).

К составляющим погрешностям следует отнести:

1.	Погрешность, вносимую при отсчете показаний, — не более
0,1 мкм и погрешность из-за параллакса трубки оптиметра —
не более 0,1 мкм.

2.	Погрешность расположения измерительной поверхности пло-
ского наконечника относительно плоскости стола (на вертикаль-
ном оптиметре) или. отклонений от параллельности наконечников
(на горизонтальном оптиметре) и отклонений от соосности 0,3—
0,4 мкм. К этой погрешности может прибавиться еще погрешность
из-за смещения наконечника при передвижении кронштейнов по
колонке или валу; она доходит до 0,4 мкм.

3.	Погрешность из-за нестабильности работы подвижной части
стола до 0,2 мкм у горизонтального оптиметра.

4.	Погрешность от концевых мер длины.

5.	Погрешность из-за температурных деформаций.

Погрешность измерения наружных размеров вертикальным
оптиметром в пределах от 0,3 до 1,0 мкм при определенных усло-
виях. Погрешность измерения горизонтальным оптиметром в пре-
делах от 0,4 до 2,0 мкм также при определенных условиях. При
измерении внутренних размеров погрешность измерения горизон-
тальным оптиметром составляет от 1,5 до 9 мкм для размеров до
500 мм.

Поверку оптиметров с ценой деления 1 мкм произ-
водят по концевым мерам 3-го разряда.

§ 2. ДЛИНОМЕРЫ

Длиномерами называются оптико-механические кон-
тактные приборы, оснащенные подвижной шкалой, расположенной
на линии измерения. Длиномерами измеряют наружные раз-
меры деталей по методу непосредственной оценки или сравне-
ния с мерой.

Принципиальной особенностью этих приборов является полное
соблюдение принципа Аббе (см. гл. 4). Первая модель вертикаль-
ного длиномера была разработана Аббе, и этот вертикальный дли-
номер часто называют длиномером Аббе.

Длиномеры разделяют на вертикальные и горизонтальные.

Вертикальные длиномеры (рис. 8.5). Оптическая схема в прин-
ципе у всех вертикальных длиномеров одинакова (рис. 8.6).
Эта схема функционально разделяется на три группы:

/ — осветительная: свет от лампочки 1 собирается
конденсором 2 в пучок параллельных лучей;

// — измерительная: подвижная пиноль 5 (касаю-
щаяся измерительным наконечником 4 детали на предметном сто-
Рис. 8.Б. Вертикальный длиномер
ИЗВ-1

Рис. 8.6. Принципиальная схема длино
мера

ле 3) несет в себе основную шкалу 6. Основная шкала нанесена на

стеклянной пластине через 1 мм и имеет 100 делений (погрешность
нанесения интервала обычно не превышает 0,1—0,2 мкм);

/// — отсчетная. Микроскоп ОМС: поток лучей от

лампы 1 с изображением штрихов шкалы проходит через объек-
тив 7, неподвижный диск 8 с прямой шкалой 1 (рис. 8.7) (с =

= 0,1 мм), вращающийся руко-
яткой 9 диск 10 (см. рис. 8.6) с
круговой шкалой 2 (см. рис. 8.7)
с отсчетом 0,001 мм и двойной
спиралью 3, имеющей шаг
0,1 мм. Вместе с изображе-
ниями штрихов подвижной ос-
новной шкалы 4, неподвижной
шкалы 1, круговойшкалы2и вит-
ков двойной спирали 3 поток лу-
чей попадает в окуляр 11.

Рис. 8.7. Поле зрения отсчетного спи-
рального микроскопа ОМС:

1	— неподвижная деци милли метровая шка-
ла; 2 — круговая мнкрометровая шкала;

3	— двойная спираль; 4 — основная мил-

лиметровая шкала
В поле окуляра (рис. 8.7) деления подвижной основной шкалы 4
(с — 1 мм) оказываются разделенными на 10 частей делениями
неподвижной шкалы 1 (с — 0,1 мм). Для удобства отсчета ось
неподвижной шкалы продлена в виде штриха-указателя.

На деления этих шкал в поле зрения наложены и витки двой-
ной спирали. Спираль 3 нанесена на вращающемся диске вместе
с круговой шкалой 2 (с = 0,001 мм). За один оборот диска в поле
зрения мимо штриха-указателя проходят 100 делений круговой
шкалы и радиус спирали увеличивается на 0,1 мм. Если же по-
вернуть диск на часть оборота, например на 67 делений круговой
шкалы 2 (см. рис. 8.7), то радиус двойной спирали увеличится
соответственно на А/? = 0,67-0,1 мм = 0,067 мм.

Полное значение отсчета размера по микроскопу ОМС состоит
из:

1)	значения штриха основной шкалы 4 в миллиметрах, види-
мого в поле зрения в зоне витков двойной спирали. На рис. 8.7
это размер 73:

2)	значения штриха неподвижной шкалы 1 с = 0,1 мм ближай-
шего меньшего к штриху основной шкалы. На рис. 8.7 это размер
0,2 мм;

3)	значения штриха круговой шкалы 2с — 0,001 мм, оказав-
шегося против указателя при расположении витка двойной спи-
рали по бокам штриха основной шкалы. На рис. 8.7 это размер
0,067 мм.

Полный отсчет, показанный на рис. 8.7, — значение
73,267 мм.

В конструкцию вертикального длиномера ИЗВ-1 (см. рис. 8.5)
помимо рассмотренных элементов оптико-механической схемы
входят: основание с предметным столом 3; кронштейн 12, в кото-
ром размещены элементы оптико-механической схемы и направля-
ющие подвижной пиноли; винт 13 согласования нулей основной
шкалы пиноли и неподвижной шкалы ОМС; колонка 14: корпус 15;
демпфер 16, задерживающий опускание пиноли (в длиномере
ИЗВ-1 — гидравлический, а в ИЗВ-2 — пружинный).

Отечественная промышленность выпускает вертикальный авто-
матизированный длиномер ИЗВ-5 (рис. 8.8), . предназначенный
для измерения наружных размеров деталей методами непосред-
ственной оценки или сравнением с мерой.

Оптическая схема ИЗВ-5 аналогична схеме ИЗВ-1, но отлича-
ется тем, что схема ИЗВ-5 состоит из оптических элементов, шкал
и фотоэлектрической измерительной системы, основанной на опре-
делении перемещений дифракционных решеток. Эта система вы-
полняет электронное считывание показаний со шкал и вырабаты-
вает электрические импульсы, дающие информацию о процессе из-
мерения. Эти импульсы расшифровывает блок автоматизации 8
и передает их в визуальное 5 и на печатающее 7 устройства.

На рис. 8.8 показан ИЗВ-5, в конструкцию которого входят:
основание 1 с предметным столом 2, визирное устройство 3, ко-
Рис. 8.8. Вертикальный длиномер ИЗВ-5

лонка 4, визуально-контрольное устройство (ВКУ) с экраном 5,
пульт управления 6, печатающее устройство 7 и блок автоматиза-
ции 8. Оборудование длиномера ИЗВ-5 электронными устройст-
вами автоматически выполняет: 1) математическую обработку
результатов измерения; 2) вынесение на экран визуально-конт-
рольного устройства 5 и печатающего устройства 7 информации
о процессе измерения, исходных и окончательных данных вы-
числения; 3) автоматизацию процесса измерения блоком 8.

Горизонтальные длиномеры представляют собой приборы
с той же измерительной системой, что и горизонтальные оптиметры
со станиной, но вместо трубки оптиметра установлено длиномер-
ное устройство. Все основные конструктивные элементы прибора
(рис. 8.9) совпадают, а порой и унифицированы с горизонтальным
оптиметром со станиной.

Отечественная промышленность изготовляет горизонтальный
автоматизированный длиномер ИЗГ-5, оснащенный ЭВМ.

Длиномер ИЗГ-5 предназначен для измерения наружных и
внутренних размеров деталей с плоскими, цилиндрическими и
сферическими поверхностями и деталей с резьбой. На рис. 8.9
показан длиномер ИЗГ-5, в который входит: основание 1, левая
бабка 2 с пинолью и переставным наконечником 3, предметный
стол 4, правая бабка 7 с оптической схемой, снабженной электрон-
ным отсчетом, измерительным наконечником 5 и экраном 6.

ИЗГ-5 оснащен ЭВМ 10 типа С512, блоком 8 с цифровой инди-
кацией и цифропечатающим устройством 9. ЭВМ служит для об-
182
Ряс. 8.9. Горизонтальный
длиномер ИЗГ-5 с ЭВМ

работки результатов измерения детали или партии деталей по
заданной программе. К длиномеру ИЗГ-5 могут прилагаться следу-
ющие программы:

для подсчета среднего арифметического размера;

для определения размера детали;

для оценки размера КМД;

для подсчета размера резьбы;

для подсчета размера шага резьбы;

для определения размера отверстия, измеренного с помощью
электронного контакта.

Основные типы и технические характеристики. В эксплуатации
находятся следующие модели длиномеров: вертикальные — ИЗВ-1,
ИЗВ-2, ИЗВ-З и ИЗВ-5; горизонтальные — ИКУ-2 и ИЗГ-5.
Диапазон измерения вертикальных длиномеров зависит от вы-
соты колонки: для ИЗВ-1 —250 мм; для ИЗВ-2 — 150 мм; для
ИЗВ-З и ИЗВ-5 — 160 мм. Диапазон измерения горизонтальных
длиномеров: наружных размеров призматических деталей от 0
до 500 мм, цилиндрических деталей от 0 до 225 мм; внутренних
размеров ИКУ-2 от 10 до 200 мм, а ИЗГ-5 — от 1 до 400 мм.

Величина отсчета по шкалам длиномеров ИЗВ-1, ИЗВ-2 и
ИКУ-2 равна 1 мкм. Дискретность отсчета по цифровой индика-
ции у длиномеров ИЗВ-5 равна 0,1 мкм, а ИЗГ-5 — 0,2 мкм.

Измерительное усилие вертикальных длиномеров, регулируе-
мое съемными шайбами на торце пиноли, — в пределах от 120
до 200 сН. Горизонтальные длиномеры оснащают электронно-
световым индикатором контакта, при котором возможно получе-
ние измерительного усилия, практически равного нулю (см.
гл. 5, § 16).

Погрешность длиномеров нормируется в зависимости от изме-
ряемого размера L для разных типов приборов:
для вертикальных

ИЗВ-1 6 = 1,5 4- L/100;

ИЗВ-2 б = 1,4 + L/140;

ИЗВ-5 б = 0,3 + L/800;

для горизонтальных при наружных измерениях

ИКУ-2 б = 1,4 + 21/100;

ИЗГ-5 б = 0,3 + L/1000;

при внутренних измерениях

ИКУ-2 и ИЗГ-5 б = 1,9 + L/100.

Погрешность измерения оптическими длиномерами. В число
составляющих погрешность измерения входят:

1)	погрешность отсчета по спиральному микроскопу — при
двухкратном отсчете эта погрешность составляет не более 1 мкм;

2)	погрешность из-за измерительного усилия;

3)	погрешность от температурных деформаций.

Предельные погрешности измерения длиномерами составляют
от 1,5 до 2,5 мкм при разных условиях применения.

Поверка длиномеров. Для поверки применяют концевые
меры длины 4-го разряда. Особенностью поверки является необ-
ходимость выравнивания температур концевых мер и поверяемых
приборов, вызываемая большими номинальными размерами блоков
мер, применяемых при поверке.

Выравнивание температур выполняют вылежкой мер на ме-
таллической плите для размеров до 100 мм не менее 1 ч, для раз-
меров 150 и 250 мм не менее 2 ч.

§ 3. ИНТЕРФЕРОМЕТРЫ

Интерферометрами называются оптико-механические
приборы для измерения линейных размеров, в которых оптико-
механическое преобразование происходит с использованием ин-
терференции света.

Основным назначением их является измерение и аттестация
концевых мер длины, измерение контркалибров, аттестация образ-
цовых деталей и т. п.

Картиной интерференции называется наблюдаемая совокуп-
ность интерференционных полос, возникающих при сложении и
вычитании волн когерентных световых лучей.

Из физики известно, что интерференция возникает при про-
хождении лучей света через клин между двумя отражающими
поверхностями прозрачных пластин. На рис. 8.10 показано, что
лучи света, пройдя через плоскопараллельное стекло на нижней
плоскости А, разделяются на два пучка. Первый пучок, отразив-
шись от плоскости А вверх, выходит из стекла наружу. Второй
184
Рис. 8.10. Картины интерференции

пучок проходит в клин между пло-
скостями А и Б, отражается от пло-
скости Б снова на А, проходит сквозь
нее внутрь стекла и вместе с первым
пучком выходит наружу.

При этом второй пучок на своем
пути через клин получает оптическую
разность хода по сравнению с первым
по фазе, а потому интерферирует с ним
при выходе из стекла, и мы видим в
итоге картину интерференции, состо-
ящую из ряда темных и светлых по-
лос. Первая от ребра клина темная
полоса возникает в том сечении клина,
где его толщина равна половине дли-
ны волны света Х/2, вторая темная по-
лоса — там, где толщина сечения кли-
на равна длине волны X, третья по-

лоса — там, где толщина клина равна

ЗХ/2, и т. д. Как видно, темные полосы

возникают в ряде сечений с разностью хода лучей, равной нечетному
числу полуволн. Для белого света полосы возникают в сечениях с
разностью хода 0,3; 0,6; 0,9 мкм и т.д. Важно усвоить, что каждая
темная полоса возникает в сечении с определенной толщиной, т. е.

разностью хода, и если клин изменится и эта толщина переместится
в другое место по сечению клина, то полоса интерференции пере-
местится по клину за этой «своей» толщиной.

При уменьшении угла клина расстояние между полосами интер-
ференции увеличится, а при увеличении угла шаг полосы умень-
шится, т. е. они сблизятся. Значит, если мы видим шаг полос
большой, то угол клина малый и наоборот.

Интерферометры разделяют по характеру взаимодействия с по-
верхностью измеряемого объекта на контактные и бесконтактные;
по расположению оси измерения — на вертикальные и горизон-
тальные; по типу устройства для отсчета показаний — на оку-
лярные и экранные. В нашей стране наиболее широкое применение
получили контактные интерферометры.

По типу оптического луча интерферометры разделяют на обыч-
ные световые и на лазерные. В последнее время все большее рас-
пространение получают лазерные интерферометры. Это объяс-
няется тем, что в интерферометрах необходимо строго когерентное
излучение с малорасходящимся лучом света. Обычное излучение,
полученное от ламп накаливания, обладает этим свойством в не-
высокой степени, тогда как лазер дает луч света, практически не
расходящийся.
Контактные интерферо-
метры. I. Схема и кон-
струкция (рис. 8.11 и
8.12). Оптической схемой кон-
тактного интерферометра яв-
ляется известная схема Май-

Рис. 8.11. Интерферометр контактный кельсона.

икпв	Лучи от лампы / (см. рис.

8.12) собираются конденсо-
ром 2 в параллельный поток и проходят диафрагму 3. Для работы
в монохроматическом свете (монохромат — одноцветный) на пути
лучей после диафрагмы может устанавливаться светофильтр 4,
пропускающий только зеленые лучи. Длина волны лучей, пропу-
скаемых светофильтром, установленным на данной трубке, атте-
стуется и маркируется на трубке. Если нужно работать в белом
свете, то светофильтр убирается с пути лучей.

Затем лучи падают на разделительную пластину 6, имеющую
на нижней поверхности полупрозрачное покрытие. Здесь поток
лучей разделяется на два пучка.

Первый пучок идет в горизонтальном направлении, доходит
до регулировочного зеркала 5, отражается от него, возвращается
на пластину 6, проходит через нее и сквозь объектив 7 попадает
на пластину 8 со шкалой.

Второй пучок идет в вертикальном направлении, проходит че-
рез компенсатор 11 до зеркала 12, соединенного со стержнем 13,
отражается от этого зеркала на той высоте, которая будет опреде-
лена положением наконечника, т. е. размером объекта, установ-
ленного иа столе под трубкой. Отраженный луч вновь проходит
сквозь компенсатор 11 и, преломившись от нижней поверхности
пластины 6, пройдя через объектив 7, тоже приходит на пластину 8.
Компенсатор 11 служит для уравнивания оптической длины хода
обоих пучков лучей света — без компенсатора горизонтальный
пучок проходит дважды через стеклянную среду, тогда как верти-
кальный идет только в воздушном пространстве.

В плоскости пластины 8 оба пучка интерферируют, и через
окуляр 9, 10 на фоне шкалы видна картина интерференции. Если
на пути лучей поставить светофильтр 4, то поток будет состоять
из лучей одной длины волны и картина интерференции будет иметь
вид ряда темных полос с зелеными промежутками; если же свето-
фильтр убрать с пути потока, то лучи будут «белого» света, т. е.
будут состоять из лучей разной длины волны, и тогда картина
интерференции будет иметь вид ряда радужных полос с одной
черной полосой в середине.

При изменении размера детали под наконечником стержня
переместится весь стержень 13, а вместе с ним и зеркало 12, из-за
чего изменится величина оптической разности хода вертикального
и горизонтального пучка света, которая была до изменения раз-
мера детали. Это вызовет сдвиг картины интерференции, что будет
видно по смещению черной полосы картины на фоне шкалы в поле
зрения окуляра трубки интерферометра.

Чувствительность рассмотренной схемы можно регулировать,
изменяя расстояние между полосами интерференции, т. е. меняя
угол наклона между зеркалами 5 и 12. Эту регулировку выпол-
няют поворотом регулировочного зеркала 5.

Преимуществом рассмотренной схемы является наличие при
белом свете в картице интерференции черной полосы, которая
используется при работе трубки в виде индекса (стрелки). Ее
устанавливают на нулевой штрих шкалы и по ней затем читают
отклонение от установленного размера.

Конструкции контактных интерферометров включают трубку
и устройства для установки трубки и базирования детали.

Трубка контактного интерферометра (рис. 8.11) состоит из
осветителя 1 на штанге, углового корпуса 2, ручки светофильтра 3,
микроскопа 4, присоединительного цилиндра 5, окуляра 6 и теп-
лового экрана 7.

Устройством для установки трубки и базирования детали для
вертикальных интерферометров является стойка, аналогичная
ранее рассмотренной С-1 (см. гл. 2), но отличающаяся размерами
предметного стола и наличием в столе нижнего наконечника, рас-
положенного на одной вертикальной оси с измерительным стерж-
нем трубки.

Для горизонтальных интерферометров таким устройством яв-
ляется основание — станина с бабками и предметным столом, од-
нотипным со станиной, бабками и столом горизонтального опти-
метра ОГО-1 (см. § 1).
II.	Основные виды и технические харак-
теристики контактных интерферометров.
Вертикальный (ИКПВ) и горизонтальный (ИКПГ) интерферомет-
ры имеют одинаковые трубки, но отрегулированы на разные из-
мерительные усилия в связи с разным расположением в простран-
стве.

Характеристики трубки: цена деления шкалы — регулируе-
мая, предпочтительные цены деления 0,05; 0,1 и 0,2 мкм, число
делений шкалы 100 (±50), т. е. диапазон показаний соответственно
5, 10 и 20 мкм; измерительное усилие в вертикальном интерферо-
метре (150 ± 19) сН, в горизонтальном (200 ± 10) сН.

Характеристики приборов: диапазон измерения для верти-
кального до 150 мм, для горизонтального до 500 мм. Допускае-
мая погрешность прибора:

для ИКПВ б = ±^0,03 + пс-^-^ мкм,

для ИКПГ б = ±(о,ОЗ + 1,5пс мкм,

где п — число делений от нулевого штриха до поверяемого; с —
цена деления; X — длина волны светофильтра; АХ — погрешность
аттестации длины волны светофильтра; ДХ/Х — относительная
погрешность аттестации длины волны.

Случайная погрешность не более 0,02 мкм.

III.	Расчеты при регулировке цены де-
ления. Чувствительность прибора обратно пропорциональна
величине угла клина между зеркалами 5 и 12 (см. рис. 8.12),
т. е. чем меньше угол клина (шире расстояние между полосами
в картине интерференции), тем выше чувствительность и, наобо-
рот, чем больше угол клина (чаще расположены полосы), тем ниже
чувствительность. Требуемое соответствие между ценой деления
kN
и интервалом полос подсчитывают по зависимости п ==
или с =	, где X — значение длины волны света, пропускае-

мого светофильтром; с — необходимая цена деления; N — число
интервалов между полосами; п — число делений шкалы.

Из опыта эксплуатации контактных интерферометров выяв-
лено, что наилучшая точность регулировки достигается при сле-
дующих сочетаниях N в зависимости от цены деления: при ценах
деления 0,05; 0,1; 0,2 мкм соответственно N = 8; 16; 32 по-
лосы.

Пример. Требуется отрегулировать трубку интерферометра
на с = 0,1 мкм. Известно, что светофильтр трубки имеет длину
волны к = 0,580 мкм; принимаем N = 16; при подстановке полу-
MV 0,580-16 лс с
чаем п — ~2^~ =  2 q t— = 46,5 делении.

IV.	Погреш ности измерения контакт-
ными интерферометрами. Основными составляю-
188
щими погрешности измерения являются погрешность блока кон-
цевых мер длины и погрешность от температурных деформаций,
причем последняя погрешность доминирующая [32].

Численные значения погрешности измерения наружных раз-
меров на ИКПВ равны: для размеров от 1 до 18 мм — 0,25 мкм;
от 18 до 80 мм — 0,3 мкм и от 80 до 120 мм — 0,4 мкм.

Измерения внутренних размеров на ИКПГ не получили доста-
точного распространения, несмотря на принципиальную и кон-
структивную возможность их выполнения, из-за больших по-
грешностей от использования концевых мер в струбцине.

V.	Поверка контактных интерферомет-
ров. Для поверки интерферометров применяют концевые меры
длины, аттестованные по 1-му разряду. При этом применяют так
называемый парный метод, т. е. для поверки пользуются парами
концевых мер длины, имеющими специальную разность размеров,
требуемую для поверки определенных делений шкалы.

Бесконтактные интерферометры применяют при измерении
как непосредственным сравнением с длиной волны света, так и
сравнением с мерой. Основой оптической схемы является также
схема Майкельсона. На бесконтактном интерферометре измеря-
ют размеры и отклонения от плоскопараллельности концевых
мер длины в числах длин - полуволн света.

§ 4.	ОПТИЧЕСКИЕ СРЕДСТВА ИЗМЕРЕНИЯ

БОЛЬШИХ РАЗМЕРОВ

Измерительные машины (машины для измерения
длин). Измерительными машинами называют оп-
тико-механические контактные приборы, оснащенные шкалами и
устройствами отсчета для измерения деталей с большими разме-
рами методом непосредственной оценки или сравнения с мерой
(рис. 8.13).

В их конструкции не соблюден принцип Аббе, так как объект
измерения и шкалы прибора расположены в параллельных пло-
скостях (см. гл. 4). Соблюдение принципа Аббе привело бы к
удвоению общей длины прибора, а на этих машинах измеряют
детали до 1, 2, 3 и даже 10 м длиной.

Схема и конструкция измерительных машин. А. Оптическая
схема. Оптическая схема измерительной машины состоит из
следующих групп (рис. 8.14):

Осветительная группа: в нее входят лампа 2
и конденсор 4, размещенные в упорной бабке 1.

Группа оптических ш к а л: 1) биссекторная шка-
ла 5. Это стальная пластина с окнами, в которых укреплены стек-
ла, а на них нанесены двойные штрихи — биссекторы. Над бис-
секторами поставлены цифры, показывающие расстояние в де-
циметрах от оси данного биссектора до оси биссектора с цифрой 0,
который находится в окне, ближайшем к измерительной бабке 22.
Рис. 8.13. Измерительная машина

Число окон с биссекторами в пластине шкалы равно числу деци-
метров в наибольшем измеряемом размере на данной машине;
2) шкала И. Она выполнена на стеклянной пластине, цена деле-
ния этой шкалы 0,1 мм, число делений 1000, т. е. общая длина
ее 100 мм.

Передаточная группа: посылающие элементы —
призма 6 и объектив 7, которые укреплены в трубе под упорной
бабкой /; принимающие элементы — объектив 9 и призма 10,
они укреплены в трубе под измерительной бабкой 22.

Отсчетная группа; в нее входят объектив 14 и
окуляр 16, которые смонтированы в микроскопе 15, установленном
на бабке 22.

Трубка оптиметра;в нее входят оптические элементы
трубки 17, 18, 19, 20, 21 (см. § 1). Трубка укреплена в измери-
тельной бабке 22.

Конструкция измерительной машины (рис. 8.13) (позиции на
рис. 8.14 общие). Основанием машины является станина 8, по
которой перемещаются бабки — упорная 1 и измерительная 22.
На направляющих размещены предметный стол 24 (аналогичен
столу горизонтального оптиметра) и призматические люнеты 25.
На правом краю направляющих станины 8 укреплен узел микро-
подачи измерительной бабки 22 с винтом микроподачи 12 и зажи-
мом 13. Упорная бабка 1 оснащена пинолью, перемещаемой ру-
кояткой 3, такого же типа, как и пиноль горизонтального опти-
Рис. 8.14. Оптическая схема измерительной машины:

а. — схема; б — оптические шкалы (шкала биссекториая основная дециметровая н шкала
дополнительная децимиллиметровая)

метра, и маховиком 26 для перестановки этой бабки по направля-
ющим станины 8. Измерительная бабка 22 оснащена отсчетным
микроскопом 15, трубкой оптиметра 23, стопором микроподачи
и рукояткой для перестановки бабки 22 по направляющим ста-
нины 8 в пределах шкалы 11.

Ход лучей в оптической схеме. Перед началом измерения упор-
ную бабку 1 необходимо поставить над окном с требуемым бис-
сектором шкалы 5. В этом положении оптическая ось осветитель-
ной группы схемы оказывается над окном с биссектором шкалы 5.
Лучи от лампы 2 через конденсор 4 освещают этот биссектор и
сквозь него попадают в посылающую группу схемы, в которой
призма 6 преломляет лучи, а объектив 7 собирает их в параллель-
ный пучок. Так как биссектор находится в фокусе объектива 7,
то в этом пучке получается бесконечно удаленное изображение
Рис. 8.16. Пример отсчета размера 860, 382 мм по шкалам измерительной ма-
шины

биссектора. Это изображение попадает в приемную группу. Здесь
объектив 9 через призму 10 накладывает на расположенную в его
фокусе шкалу 11 полученное изображение биссектора шкалы 5.
Участок шкалы 11, на который проецируется изображение бис-
сектора шкалы 5, зависит от положения измерительной бабки 22
и может изменяться при ее перемещении. Через микроскоп 15,
имеющий объектив 14 и окуляр 16, наблюдают шкалу 11 и от-
считывают показание до 0,1 мм по шкалам 5 и 11 (рис. 8.14, а).
Отсчет микрометров ведется по трубке оптиметра (рис. 8.15),
где отсчет равен 860, 382 мм.

Типоразмеры и технические характеристики измерительных
машин. Отечественные измерительные машины выпускаются с диа-
пазоном измерения для наружных размеров 1, 2 и 4 м (внут-
ренние размеры на 200 мм меньше).

Наибольший диаметр детали, укладываемой на стол, до 50 мм.
Наибольшая масса детали, устанавливаемой на стол, до 10 кг.

Допускаемая погрешность биссекторной шкалы ± (0,3 +
+ 9-10"8L) мкм, шкалы с отсчетом с = 0,1 мм ± (0,7 +
+ 5-10-8L), где L — номинальный размер в мм.

Погрешности измерения на измерительной машине. При изме-
рении методом непосредственного сравнения со шкалами машины
основной составляющей погрешности измерения является по-
грешность, вносимая температурными деформациями. Для разме-
ров от 1 до 120 мм погрешность измерения составит 1—2 мкм,
а для размеров от 120 до 500 мм — от 3 до 6 мкм [40].

При использовании метода сравнения с мерой погрешности
измерения будут такие же, как и при измерении на горизонталь-
ном оптиметре.

Поверка измерительных машин. Поверке подвергают точность
шкал станины (шкалы 5 и 11) и трубки оптиметра. Поверку произ-
водят по концевым мерам 3-го разряда или 0-го класса точности.

Средства измерения перемещений. В современном машино-
строении, кроме измерения размеров деталей, осуществляют из-
Рис. 8.16. Лазерный измеритель
перемещений ИПЛ-МП

мерение точности перемеще-
ния частей машины или при-
бора. Такое измерение выпол-
няют с помощью лазерных из-
мерителей перемещений, на-
пример лазерным интерферо-
метром ИПЛ-МП с програм-
мным управлением.

Назначение ИПЛ-МП—
измерение линейных и угло-
вых перемещений: контроль
точности перемещений столов
и суппортов металлообраба-

тывающих станков, предметных столов координатно-измеритель-
ных и координатно-разметочных машин, предметных столов изме-
рительных микроскопов и т. п. Измерение размера на ИПЛ-МП
можно выполнить только сравнением с мерой.

Основные части ИПЛ-МП (рис. 8.16): преобразо-
ватель-интерферометр 1 с двухчастотным гелий-неоновым лазе-
ром, создающим пучок света; блок управления 2 с микропроцес-
сором, устройством обработки информации и цифровой индика-
ции 3; подвижные отражатели, оснащенные трехгранными угол-
ковыми призмами — для измерения линейных 4 и угловых 6 пере-
мещений; основание 5.

Ход лучей при измерении линейных перемещений: лазерный
пучок света из преобразователя 1 поступает в подвижный отра-
жатель 4, установленный на перемещающуюся часть машины, и
отражается от его уголковой призмы обратно в преобразователь 1,

где этот пучок попадает на внутреннее зеркало и, отразившись
от него, возвращается на призму в отражателе 4, а от нее вновь
приходит в преобразователь /, где он интерферирует с первичным
пучком лазера. Таким образом, луч лазера четыре раза проходит
расстояние между преобразователем 1 и подвижным отражате-
лем 4. Это увеличивает в два раза оптическую разность хода между
первичным и выходящим пучками лучей и тем самым передаточное
отношение интерферометра.

Фотоэлектрический датчик блока управления 2 вырабатывает
числовые данные об интерференции лучей в первом положении
отражателя 4, которые направляются в систему блока управле-
ния 2, где закладываются в память микропроцессора и выводятся
на цифровую индикацию 3. После этого перемещают узел контро-
лируемой машины вместе с передвижным отражателем 4 во второе
положение. По новому положению картины интерференции фото-
электрический датчик вырабатывает соответствующие числовые
данные, которые подсчитываются блоком управления, определя-
ется их разность с числовыми значениями первого положения,
а на цифровую индикацию выводится измеренное перемещение.

Технические характеристики ИПЛ-МП
Диапазон измеряемых линейных перемещений, м..............От 0 до 60

Дискретность отсчета, мкм................................0,1; 0,01

Пределы погрешностей, мкм, при перемещении:
от 0 до 0,5 м.......................................±0,5

от 0,5 до 1,0 м.....................................±1,0

св. 1,0 м...........................................±1,0L (где L —

длина в метрах)

Диапазон измеряемых угловых	перемещений, ...°..........±10

Дискретность отсчета, ..."...............................±0,1

Пределы погрешностей,
от —1 до +1°	..............................±0,5

от —10 до 4-10°	...................................±0,5ф (где ф —

угол в градусах)

ИПЛ-МП выпускают в трех вариантах исполнения:
ИПЛ-МП1 — для измерения линейных перемещений с ручным
вводом поправок на изменения условий окружающей среды и
параметров измеряемого объекта;

ИПЛ-МП2 — для измерения линейных и угловых перемещений
с ручным вводом поправок на изменение условий окружающей
среды и параметров измеряемого объекта;

ИПЛ-МПЗ — для измерения линейных и угловых перемещений
с автоматическим вводом поправок на изменение условий окружа-
ющей среды и параметров измеряемого объекта.

§ 5.	ДВУХКООРДИНАТНЫЕ ИЗМЕРИТЕЛЬНЫЕ
ПРИБОРЫ

А. Измерительные микроскопы. Измерительными
микроскопами называются бесконтактные оптические приборы,
на которых, наблюдая в увеличенном виде контуры детали, изме-
ряют линейные и угловые размеры элементов этих контуров в

Рис. 8.17. Измерительный микро-
скоп

прямоугольных или полярных ко-
ординатах. Процесс измерения на
них осуществляется только непо-
средственной оценкой по линейным
и угловым шкалам этих приборов
(метод сравнения с мерой здесь
практически не применяется).

1.	Схема и конструкция. Все
измерительные микроскопы выпол-
нены по одной принципиальной
схеме (рис. 8.17), в которую входят
осветитель /; основание 2; стол
предметный 3 с двумя каретками
на взаимно перпендикулярных на-
правляющих, снабженных (каж-
дая) линейной шкалой и отсчетным
Рис. 8.18. Оптическая схема
большого инструментального
микроскопа БМИ

устройством; микроскоп
4 для наблюдения дета-
ли в увеличенном виде;
оборотная призма 5;
окулярная головка 6;
кронштейн 7; колонка 3;
шарнир 9 для наклона
колонки.

Измерительные мик-
роскопы разделяются на
две основные группы —

инструментальные и универсальные.

Эти названия являются чисто условными, так как принципи-
альной разницы в них нет. Отличие между этими группами опре-
деляется только диапазонами измерения, ценой деления шкал
и наличием дополнительных устройств, расширяющих возможности
прибора.

Для удобства рассмотрения будем их в дальнейшем различать
общепринятыми сокращенными обозначениями: большой микро-
скоп инструментальный — БМИ; универсальный измерительный
микроскоп — УИМ; микроскоп инструментальный — ИМЦЛ
150Х50Б.

2.	Инструментальные измерительные микроскопы. Ход лу-
чей и работа оптической схемы БМИ. Лучи
от лампы 1 (рис. 8.18) через конденсоры 2 и 4 и светофильтр 3
проходят через ирисовую диафрагму 5, размер которой устанав-
ливается в зависимости от размера измеряемой детали. Затем
пучок лучей падает на поворотное зеркало 6 и через конденсор 7
освещает снизу контур предмета, лежащего на предметном столе 8.
После этого поток лучей, несущий в себе контур предмета, попа-
дает в объектив 9, который увеличивает изображение контура
в 1,5х, а также превращает его в обратное. Это обстоятельство
крайне неудобно для оператора, так как он видит в поле зрения
обратное изображение деталей. Для устранения этого дефекта
установлена оборотная призма 10, с помощью которой обратное
изображение становится прямым. После призмы 10 лучи попа-
дают в наблюдательную часть окулярной головки на пластину 15
со штриховой сеткой, которая расположена в фокусной плоскости
объектива 9. Линзы окуляра 18 увеличивают изображение пред-
мета еще в 20х, и оператор наблюдает через окуляр 18 прямое
изображение предмета увеличенным в 30 раз и наложенным на
штриховую сетку (рис. 8.19). Линейные размеры измеряются на
БМИ в двух прямоугольных координатах непосредственно по
отсчетным устройствам кареток стола (см. ниже конструкцию
29

(ИйМ^

60 50 W 30 20 Ю О

Рис. 8.20. Пример .отсчета 29° 43' по
угломерному микроскопу

прибора), а угловые размеры —
с помощью оптической схемы уг-
ломерной головки. В этой схеме
пластина 15 (рис. 8.18) со штри-
ховой сеткой конструктивно
жестко соединена с диском лим-

ба 12, на котором нанесена кру-
Рис. 8.19. Штриховая сетка иаблюда- говая шкала ИЗ 360 делений С
тельного микроскопа	ценой деления Г, причем цен-

тральный штрих сетки пластины
15 совпадает с нулевым и 180-м штрихами круговой шкалы лимба.
Ориентируя центральный штрих сетки поворотом всего узла
по элементу контура детали, оператор поворачивает пластину 15
и лимб 12 вместе. Значит, положение штриха определяет положение
лимба и отсчет по шкале лимба дает информацию о положении
линии контура элемента детали по отношению к осям оптической

системы микроскопа.

Лучи света от зеркала 11 (в новых микроскопах здесь приме-
няют электрическую лампочку) проходят через диск с лимбом и
светофильтр 13 в объектив 14, по пути освещая пластину 16 с ми-
нутной шкалой, которая находится в фокусной плоскости объек-
тива 14. Через окуляр 17 оператор наблюдает штрихи лимба 12
на фоне минутной шкалы пластины 16 и отсчитывает показание
угломерного микроскопа (рис. 8.20).

Конструкция БМИ (рис. 8.21). Наблюдательный
микроскоп с объективом 6, окулярной головкой 8 и осветителем 7
установлен в кронштейне 9 над деталью, лежащей на предметном
стекле в столе микроскопа. Стол микроскопа состоит из попереч-
ной каретки 2 с микропарой 3 с величиной отсчета 0,005 мм и
продольной каретки 1 с микропарой 4, имеющей также отсчет
0,005 мм. Обе каретки помимо перемещения от микропар имеют
и свободное перемещение, каждое в своем направлении. Для пред-
отвращения удара при свободном перемещении каретки снабжены
воздушно-механическими демпферами.

Верхняя часть стола может вращаться специальной рукояткой
в горизонтальной плоскости на полный оборот. Для отсчета угла
на диске нанесена круговая шкала с ценой деления Г, с 360 де-
Рис. 8.21. Большой инструментальный микроскоп БМИ

лениями, а на поперечной каретке укреплен нониус с отсчетом 3'.
Для тонкой фокусировки детали тубус микроскопа снабжен микро-
подачей объектива, а для грубой фокусировки кронштейн 9
передвигается в вертикальном направлении по направляющим
колонки 10 с помощью рукоятки 11 с реечной передачей и закреп-
ляется на наужной высоте зажимом. Для наблюдения детали
под углом,.например при измерении резьбы, колонка 10 наклоня-
ется поворотом вокруг оси шарнира 12 вращением рукоятки 5,
снабженной устройством для отсчета углов наклона.

Конструкция инструментального микроскопа ИМЦЛ 150 х50Б
(рис. 8.22). Основные части микроскопа: основание 1, блок обра-
ботки информации и цифровой индикации 2, телевизор 3, каретки
стола 4, предметный стол 5, объектив 6, окуляр 7, монитор 8,
колонка 9, винт наклона колонки 10, блок питания 11; оптическая
схема этого микроскопа аналогична оптической схеме БМИ.

В микроскоп ИМЦЛ встроены линейные фотоэлектрические
преобразователи ПЛПХ и ПЛПУ, установлено фотоэлектриче-
ское устройство наведения на границы измеряемых объектов.
Измерение осуществляется с помощью микропроцессорной системы
управления. Микроскоп оснащен телевизионным монитором-на-
садкой и телевизором с экраном для наблюдения изображения де-
тали и штриховых сеток окулярных головок. Отдельно приложен
блок обработки информации, имеющий цифровую индикацию
продольных и поперечных перемещений кареток прибора.
Рис. 8.22. Инструментальный микроскоп ИМЦЛ 150X50Б

3.	Универсальный измерительный микроскоп УИМ. Опти-
ческая схема универсального микроскопа идентична
БМИ, а отсчетная часть аналогична схеме оптического длиномера
(см. § 2, рис. 8.6).

Конструкция УИМ-21 (рис. 8.23). Конструктивное
решение универсальных микроскопов в принципе подчинено вы-
полнению тех же измерений, что и на инструментальных микро-
скопах. Отличие заключается в том, что в УИМ наблюдательный
микроскоп 8 (рис. 8.23) движется вместе с поперечной кареткой //
над деталью, установленной на продольной каретке 2, на которой
размещается вся осветительная группа оптической схемы, а также
устройство 9 для наклона колонки 7. Поперечная каретка 11
имеет свободный ход от руки и микроподачу /3, а также зажим 12
для закрепления в требуемом положении. Продольная каретка 2,
несущая шкалу 3, имеет свободный ход от руки и микро подачу /,
а также зажим 15. Продольная и поперечная каретка движутся
на шариковых подшипниках, укрепленных на станине 14. Вели-
чину линейного перемещения продольной каретки 2 отсчитывают
по оптической шкале со штрихами через 1 мм, имеющей 200 деле-
ний. Шкала расположена вдоль каретки 2 в кассете с прозрачной
крышкой. Отсчет по ней производится по микроскопу, установ-
ленному в кронштейне 4. Величину перемещения поперечной ка-
ретки 11 отсчитывают по оптической шкале со штрихами через
1 мм, имеющей 100 делений.'Шкала укреплена в кассете каретки 11
198
Рис. 8.23. Универсальный измерительный микроскоп УИМ-21

сзади стойки 7 (кассета' на рис. 8.23 не показана). Отсчет произ-
водят по спиральному микроскопу, укрепленному в кронштейне 5,
установленном на основании — станине 14.

Величина отсчета по обоим ОМС равна 0,001 мм.

Измерение и отсчет углов на УИМ-21 производят по окуляр-
ной угломерной головке наблюдательного микроскопа 8. Окуляр-
ный микроскоп 8 перемещается по колонке 7 с помощью рукоятки 6.
Фокусировка производится с помощью кольца 10.

Б. Двухкоординатный измерительный прибор ДИП-3. При-
бор ДИП-3 (рис. 8.24) является современной модификацией уни-
версального измерительного микроскопа УИМ-21. В конструкцию
ДИП-3 входят: основание 1, каретка продольного перемещения 2
с предметным столом, каретка поперечного перемещения 5, ко-
лонка 3, система визирного микроскопа 4 с монокуляром и бино-
куляром, блок автоматизации 6, стойка с блоком цифровой инди-
кации 7 типа БЦИ-1, вычислительно-управляющее устройство 8
типа «Электроника ДЗ-28» и печатающее устройство 9.

Основная оптическая схема ДИП-3 такая же, как и в БМИ,
ИМЦЛ 150Х50Б и в УИМ-21.
Рис. 8.24. Двух координатный измерительный прибор ДИП-3

Особенность ДИП-3 состоит в том, что его каретки 2 и 5
имеют устройства, перемещение которых определяется располо-
женными в основании 1 электронными преобразователями ли-
нейных перемещений Ш1ПХ и ПЛПУ. Эти преобразователи дей-
ствуют на основе определения взаимного перемещения дифрак-
ционных решеток (аналогично инструментальному микроскопу
ИМЦЛ 150Х50Б).

Визирный микроскоп Сможет оснащаться насадкой фотоэлект-
рического наведения ФЭН, увеличивающей точность совмещения
штрихов сетки микроскопа с краями контура измеряемой детали
в поле зрения микроскопа. Для удобства наблюдения вместо оку-
ляров на микроскоп устанавливают насадку с экраном. Последо-
вательность действия системы двухкоординатного измерительного
прибора ДИП-3: с помощью насадки ФЭН исполнитель совмещает
в поле зрения микроскопа штрих сетки с требуемой точкой нр
краю контура измеряемой детали. Затем нажатием кнопки ввода
данных ВВПД фиксирует координаты этой точки совмещения
по шкалам кареток 2 и 5 преобразователями ПЛПХ и ПЛПУ,
которые вырабатывают соответствующие этой точке электрические
сигналы и подают их в.блок БЦИ-1. Этот блок формирует цифровые
коды этих сигналов и выводит их на цифровую индикацию и на
печатающее устройство. Так фиксируются координаты первой
точки контакта сетки микроскопа с контуром детали.

Затем каретки ДИП-3 с расположенной на них деталью пере-
мещаются до совмещения того же штриха сетки микроскопа со
второй, требуемой точкой контура детали и нажатием кнопки
Технические характеристики	БМИ	ИМЦЛ	УИМ-21	дип-з
Диапазон измерений:				
продольных перемещений по координате X, мм	0—150	0—150	0—200	0—200
поперечных перемещений по координате У, мм	0—50	0—50	0—100	0—100
угловых размеров, ...°	0—360	0—360	0—360	0—360
Цена деления отсчета кареток, мкм	5	—	1	—
Цена деления угломерной шкалы,	1	1	1	1
Дискретность отсчета линейных пе- ремещений, мкм	—	0,2	—	0,5
Наибольший диаметр деталей в цен- трах, мм	85	85	100	100
Наибольшая длина деталей в цен- трах, мм	235	235	700	700
Допускаемая погрешность измере- ния линейных размеров, мкм	±3	±3	От 3 до 10	±1

ВВПД в том же порядке фиксируют координаты второй точки
контакта.

Разность координат определяется блоком 6 и вычислителем 8,
а затем выдается на окна БЦИ-1 7 и печатающее устройство 9.
Так происходит измерение размера между первой и второй точ-
ками контура детали.

Основные типы и технические характеристики двухкоординат-
ных измерительных приборов приведены в табл. 3.

5.	Погрешности измерения иа измерительных микроскопах.
Составляющие погрешности измерения на БМИ. Одной из основных
составляющих является погрешность наведения штриха сетки
на контур детали. Эта погрешность связана с увеличением объек-
тива и составляет: при увеличении Iх—2,5 мкм; при 1,5х —
1,7 мкм; при 3х — 0,8 мкм; при 5х — 0,5 мкм.

Линейное перемещение кареток на БМИ с .помощью микро-
пары имеет составляющую погрешность не более 3 мкм. Погреш-
ность отсчета по микропаре не более 1,4 мкм. При использовании
концевых мер длины погрешность перемещения равна: от 25 до
50 мм — 2 мкм; от 50 до 75 мм — 3 мкм; от 50 до 125 мм —
— 5 мкм.

Предельные погрешности измерения наружных размеров на
микроскопе БМИ для размеров от 1 до 150 мм составляют от 5 до
10 мкм при определенных условиях.

Погрешности измерения внутренних размеров на БМИ нахо-
дятся в пределах 7—1.0 мкм [40].

Предельные погрешности измерения на УИМ призматических
деталей размером 1—200 мм составляют 3—10 мкм; цилиндриче-
ских деталей, измеряемых проекционным методом, для размеров
от 1 до 100 мм погрешности составляют 6—8 мкм; при измерении
методом осевого сечения погрешности составляют 3—5 мкм.

Погрешности измерения внутренних размеров на УИМ со-
ставляют 5—7 мкм.

6.	Поверка микроскопов. Поверку угломерной головки микро-
скопов производят по угловым мерам первого класса точности.
Погрешность измерений кареток поверяют по образцовой шкале.

7.	Перспективы развития микроскопов. Измерительные микро-
скопы появились в первом десятилетии нашего века (изготовитель
фирма К. Цейсс, Германия).

Современные конструкции измерительных микроскопов имеют
экраны вместо Окуляров как для визирования контура детали,
так и для отсчета показаний.

Усовершенствованная модель БМИ и бинокулярный инстру-
ментальный микроскоп (БИМ) имеют бинокулярную головку,
которая облегчает наблюдение контура детали, экранные шкалы
имеют отсчет 2 мкм.

Известна модель БМИ-1Ц, снабженная устройством с цифровым
отсчетом перемещения обеих кареток, что существенно повышает
производительность измерения на БМИ.

Имеются модели измерительных микроскопов, оснащенные
электронными устройствами для отсчета линейных перемещений,
подключаемыми к мини-ЭВМ с буквопечатающими приставками.
Это решение можно считать на ближайшее время наиболее ве-
роятным направлением дальнейшего совершенствования измери-
тельных микроскопов.

§ 6. ПРОЕКТОРЫ

Проекторами называются бесконтактные оптические
измерительные приборы, позволяющие получить на экране уве-
личенное изображение контура детали и измерить размеры от-
дельных элементов этого контура по шкалам прибора или весь
контур сравнить с контуром чертежа.

Все измерения могут производиться в прямоугольных и по-
лярных координатах.

1. Схемы и конструкции. Принципиальная оптическая схема
проектора показана на рис. 8.25.

Элементы схемы и ход лучей: осветительная группа — свет
от лампы 1 проходит конденсор 2 и превращается в поток парал-
лельных лучей; деталь Д размещается в этом потоке

проекционная группа — объектив 3, диафрагма 4 и экран 5;
место детали Д определяется фокусным расстоянием Fx от фокус-
ной плоскости объектива 3.

Тень от детали Д прохоДит через объектив 3, диафрагму 4 и
падает в увеличенном изображении на экран 5, расположенный на
фокусном расстоянии F, от объектива 3.
Рис. 8.2Б. Оптическая схема измерительного проектора

Такая схема дает' возможность наблюдать внешний контур
детали и называется схемой, работающей «в проходящем свете».
Если же нужно на экране наблюдать какой-либо контур, имею-
щийся на поверхности детали, изготовленной из непрозрачного
материала, то применяют в принципе такую же схему, но освети-
тельную группу ставят над поверхностью детали, под углом к ней,
а проекционную группу располагают так, чтобы отраженные от
поверхности детали лучи попадали в объектив, а через него вместе
с изображением поверхности детали падали на экран.

Конструкция проектора. Проекторы Изготов-
ляют различных типов. Все они имеют оптические схемы, близкие
к схеме, показанной на рис. 8.25.
Проекторы отличаются только раз-
мерами конструктивных и оптиче-
ских элементов. Устройство проек-
торов рассмотрим на примере про-
ектора ПИ 360ЦВ1 (рис. 8.26), ко-
торый имеет следующие части: ос-
нование с системой зеркал 1, экран
с углоизмерительным устройством
2, блок управления, обработки ин-
формации и цифровой индикации 3,
электронно-оптические преобразо-
ватели перемещений кареток пред-
метного стола 4, осветитель со смен-
ными конденсорами 5, предметный
стол 6, револьверный круг со смен-
ными объективами 7, рукоятку фо-
кусировки 8.

Проектор ПИ 360ЦВ1 предназ-
начен для бесконтактного изме-

Ряс. 8.26. Измерительный проектор ПИ
360ЦВ1
рения линейных и угловых размеров элементов, а также комплек-
сного контроля контуров небольших деталей машин и приборов.
В проекторе использовано устройство фотоэлектрического наве-
дения на край изображения. Оборудование проектора обеспечивает:
автоматизацию процесса измерения, возможность включения при-
бора в измерительный комплекс, вывод результатов измерения
на цифропечатающее устройство, универсальность при использо-
вании прилагаемых дополнительных принадлежностей.

Различают следующие методы работы на проекторах.

1.	Комплексный метод — сличение контура детали с одинар-
ным вычерченным увеличенным контуром, расположенным на эк-
ране, и оценка отклонений по шкалам стола.

2.	Комплексный метод — сличение контура детали с двойным
контуром чертежа, создающим на экране поле допуска контура.
Здесь оценка по шкалам стола применяется только для отклонений,
выходящих за пределы поля допуска.

3.	Дифференцированный метод измерения размеров отдельных
элементов контура детали по шкалам стола, аналогичный изме-
рению, выполняемому на измерительных микроскопах.

Прозрачные экраны изготовляют из одинарного и двойного
стекла с восковой прослойкой, из полиэтилена. Прозрачные экраны
имеют матовую поверхность. Непрозрачные экраны покрывают
белой краской с примесью сернокислого бария. Прозрачные экраны
дают более резкое и четкое изображение контура детали, но тре-
буют наблюдения по нормали к поверхности экрана. Непрозрач-
ные экраны дают возможность наблюдать контур в любом направ-
лении, но неудобны тем, что изображение на экране может за-
темняться при близком положении головы или руки оператора.

Контур детали, вычерченный в увеличенном изображении,
наносят на чертежную бумагу, фотопластинки, плексиглас, вини-
проз и другие материалы. Лучшими из материалов являются
стекло и винипроз.

2.	Основные виды, технические характеристики. Техническая
характеристика проекторов приведена в табл. 4.

Освещенность экрана проектора должна быть в пределах от
75 до 100 лк.

3.	Погрешности измерения. Составляющие погрешности изме-
рения на проекторах зависят от методов измерения. Например, при
измерении линейных размеров элемента контура микропарами
стола составляющими будут погрешности: визирования, увеличе-
ния, фокусировки, диафрагмирования и микропар стола. Предель-
ные значения погрешности измерения на проекторах при таком
методе равны: при увеличении 10х — ~15 мкм; при увеличении
20, 50, 100 и 200х — от 3 до 10 мкм.

При измерениях на проекторах методом сличения изображения
с шаблоном добавляется доминирующая составляющая от шаб-
лона. Предельные погрешности при этом методе для увеличения
10х, при чертеже на стекле, в проходящем свете — не более 30 мкм,
Техническая характеристика	ПИ 150ЦВ	ПИ 360ЦВ1	ПИ 600ЦВ
Размер экрана, мм	0 150	0 360	600Х 700
Увеличение, крат  Диапазон линейных перемещений, мм:	50, 100, 200	10, 20, 50, 100, 200, 500	10, 20, 50, 100, 200
в продольном направлении	0—100	0—50	0—100
в поперечном направлении	0—50	0—25	0—50
в вертикальном направлении	—	0—80	0—90
Дискретность отсчета при линейных измерениях, мкм	1	1	1
Цена деления нониуса угломерного экрана, угловые минуты	5	3	2

а при чертеже на целлулоиде — 40—50 мкм. При работе в отра-
женном- свете погрешности будут на 25% больше.

4.	Поверка проекторов. Поверка увеличения производится
по образцовой стеклянной линейке. Поверка микропар стола про-
изводится по концевым мерам длины. Поверка оптических иска-
жений осуществляется сравнением с образцовым контуром, вы-
полненным на стекле. Освещенность экрана поверяется люксо-
метром.

5.	Перспективы развития проекторов. Проекторы как измери-
тельные оптические приборы известны еще с конца прошлого
века. В настоящее время видна тенденция к увеличению размеров
как самих приборов, так и наблюдаемых изображений. Известно
значительное число различных типов проекторов (в том числе и
проекторы, оснащенные двумя и даже тремя экранами), снабжен-
ных индуктивными системами, подключаемыми к ЭВМ и печата-
ющим устройствам. Все это дает основание полагать, что проекторы
как оптические измерительные приборы для мелких и средних
деталей со сложным контуром в дальнейшем найдут самое ши-
рокое распространение в машино- и приборостроении.

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ

1.	Какие приборы называют оптиметрами и для чего их применяют (с. 174)?

2.	Назовите элементы оптической схемы трубки оптиметра и покажите ход
лучей в трубке (с. 174, 175).

3.	Назовите части горизонтального оптиметра с валом по его рисунку (с. 176).

4.	Перечислите типы оптиметров и их основные характеристики (с. 178).

5.	Что такое оптический длиномер и каково его иазначение (с. 179)?

6.	Назовите элементы оптической схемы длиномера (с. 179, 180).

7.	Назовите типы оптических длиномеров (с. 183).

8.	Дайте определение интерферометров и объясните в чем их различие (в. 184)?

9.	Что такое картина интерференции, где оиа возникает? Как она выглядит
в монохроматическом и в белом свет? (с. 184, 185)?

10.	Назовите элементы оптической схемы контактного интерферометра и по-
кажите ход лучей в ней (с. 186).
11.	Что такое измерительные машины, каковы ил особенности и назначение
(с. 189)?

12.	В чем принципиальное отличие устройства измерительной машины от
устройства оптического длиномера (с. 189)?

13.	Какая особенность назначения и в чем ограниченность применения ин-
терферометра ИПЛ-МП (с. 193)?

14.	Что такое измерительные микроскопы, ил отличие и метод измерения
на иих (с. 194)?

15.	Назовите элементы оптической схемы микроскопа БМИ и покажите
ход лучей в ней (с. 195).

16.	Назовите по изображению прибора основные части микроскопа БМИ
(с. 196).

17.	Назовите по изображению прибора основные части микроскопа УИМ-21
(с. 198).

18.	Что такое проектор, каково его назначение я ход лучей в его схеме
(с. 202)?

19.	Какие методы применяют при измерении иа проекторе (с. 204)?

20.	Какое преимущество дает оптическим измерительным приборам ис-
пользование в них электронных преобразователей иа базе дифракционных ре-
шеток (с. 200)?

Контрольная работа № 3. 1) Рассчитать данные для настройки
контактного интерферометра, если известна длина волны свето-
фильтра 1 и требуемая цена деления шкалы с. 2) Определить
вид отклонения формы измерительной поверхности концевой меры
длины по выданному рисунку картины интерференции, получен-
ной при наложении вспомогательного стекла на поверхность меры.

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 5

Измерение на горизонтальном оптиметре

Задание — измерить диаметр и отклонение формы проходного
калибра-пробки на горизонтальном оптиметре.

Объект измерения — калибр-пробка проходной 0 20 ... 60 мм.

Средства измерения — оптиметр горизонтальный, концевые
меры длины, набор № 1.

Схема измерения — см. отчетный бланк к лабораторной ра-
боте № 2.

Подготовка работы

1.	Собрать блок из концевых мер (см. гл. 3).

2.	Подготовить оптиметр к измерению (см. инструкцию к при-
бору).

3.	Установить оптиметр на нуль (см. инструкцию к прибору).

Измерение детали.

1.	Устанавливают пробку на стол хвостовиком вверх, за-
крепляют ее шарнирным зажимом и измеряют диаметры в пло-
скости а.

2.	Устанавливают пробку на высоту измеряемого сечения II—
II. Для этого освобождают зажим высоты стола и поднимают стол
на высоту, при которой требуемое сечение II—11 будет совпадать
с осью измерительных наконечников, и закрепляют зажим вы-
соты стола.

3.	Находят диаметральное положение пробки между на-
конечниками. Для этого, наблюдая за отсчетом, подводят пробку
поперечным перемещением площадки стола к измерительным
наконечникам, вводят между ними. Вместе с поперечным переме-
щением стола изображение шкалы будет двигаться в сторону
«плюс» до тех пор, пока пробка не достигнет диаметрального раз-
мера; затем размер хорд начнет уменьшаться, наконечники нач-
нут сближаться и изображение шкалы пойдет в сторону «минус».
Затем перемещают пробку так, чтобы изображение шкалы дви-
галось в сторону «плюс» до места максимума, и ставят его на тот
штрих, где происходит перемена направления движения шкалы.

4.	Находят положение пробки, при котором ее ось будет
перпендикулярна линии измерения. При этом положении пробки
будет наименьшее расстояние между наконечниками. Наблюдая
по отсчетному устройству, освобождают зажим наклона и накло-
няют столик с пробкой так, чтобы изображение шкалы двигалось
в сторону «минус» до тех пор, пока оно не повернет обратно. За-
мечают штрих, около которого был поворот, т. е. минимум раз-
мера, ставят этот штрих на указатель и закрепляют зажим наклона
стола.

5.	Проверяют правильность максимума и минимума. Для этого,
наблюдая по отсчетному устройству, повторяют движения 3 и 4.
Найденные максимум и минимум верны, если они равны.

6.	Показание, отсчитанное по изображению шкалы и указателю
в месте совпадения максимума и минимума, является отклонением
диаметра пробки da II. Отсчитывают это отклонение от номиналь-
ного размера блока мер, получают действительный размер ка-
либра-пробки й записывают его величину в графу отчетного бланка.

7.	Измеряют другие диаметры в осевой плоскости а. Для
этого последовательно устанавливают стол с пробкой по высоте
в такие положения, чтобы линия измерения проходила через ось
пробки на высоте поперечных сечений сначала I—I, а затем
III—III. В каждом из этих положений выполняют все действия,
назначенные выше при измерении диаметра..

Результаты записывают в отчетный бланк в графы daI и daIII.

8.	Измеряют диаметры в осевой плоскости б. Для этого по-
ворачивают измеряемую пробку на столе вокруг оси на 90°.
В этом положении измеряют диаметр delll, выполняя все дей-
ствия, указанные ранее. Результат записывают в отчетный бланк
в графу dsIII. Затем последовательно устанавливают подъемом
стола пробку на высоту для измерения диаметров в сечениях
//—// и /—/, в каждом положении выполняя все действия, ука-
занные ранее для измерения диаметра. Результаты записывают
в отчетный бланк в графы dell и del.

Обработка результатов измерения.

Производят подсчет величин отклонений формы поверхности:
овальности

т _ dal—dgl

ов-“ 9

а тт __ 4^ —.

^ов11--------2	9

Д0,Ш =	;

конусообразное™

*	_ dal -delll .

^кон^а) —	2	’

А	_ dgl— d6III .

^кон(б)------g	’

бочкообразное™

(седлообразное™) л _ dal—dall .

^бочкСя) — о >

д	. del-dell

^бочк(б) —	2

Для каждого вида отклонений формы в отчетный бланк запи-
сывают наибольшую величину.

Форма отчетного бланка та же, что и для лабораторной работы
№ 2.

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 6

Измерение на вертикальном длиномере и вертикальном
контактном интерферометре

Часть 1. Измерение на вертикальном длиномере.

Задание — измерение размеров и отклонения от параллельно-
сти поверхностей пластины или расстояния от торца до борта
втулки.

Объекты измерения — пластина плоская шлифованная, длина
60 ... 120 мм, ширина 30 ... 50 мм, толщина 6 ... 12 мм; втулка
с бортом, диаметр цилиндра 40 ... 60 мм, диаметр борта 50 ...
100 мм, высота 30 ... 100 мм.

Схема измерения — см. отчетный бланк.

Подготовка работы.

Установка длиномера на нуль (см. инструкцию к прибору).

Измерение детали

1.	Измерение размера пластины. После установки детали на
стол длиномера плавно опускают измерительный стержень, чтобы
измерительный наконечник коснулся поверхности измеряемой
детали. При использовании окулярного отсчетного устройства,
наблюдая в окуляр, совмещают шкалы и производят отсчет (см.
рис. 8.7). Производят измерение толщины пластины в указанных
руководителем работы точках и записывают в бланк отсчеты наи-
большего и наименьшего размеров.
2.	Измерение отклонений от параллельности плоскостей пла-
стины выполняют, как по 1, в точках и bt и bit подсчиты-
вают попарно разность между ними и получают величину отклоне-
ний от параллельности.

Измеренные размеры и отклонения от параллельности записы-
вают в соответствующие графы отчетного бланка.

Часть 2. Измерение на вертикальном контактном интерферо-
метре.

Задание — измерение действительной длины и отклонения от
плоскопараллельности концевой меры длины.

Объект измерения — концевая мера длины с номинальной
длиной 2 ... 10 мм.

Средство измерения: интерферометр, установленный на цену
деления шкалы 0,1 мкм (см. гл. 8); образцовая концевая мера длины
с номинальным размером, как и измеряемая мера (см. гл. 2).

Схема измерения — см. отчетный бланк, задание 2.

Подготовка работы.

I.	Устанавливают концевые меры на стол прибора. Для этого:
а) протирают обе концевые меры, стол и рамку; б) кладут рамку
на стол, а в ее выемки укладывают концевые меры: в ближнюю
выемку образцовую, а в дальнюю — измеряемую.

II.	Устанавливают интерферометр на номинальный размер
меры. Для этого:

1)	поднимают кронштейн до тех пор, пока измерительная по-
верхность наконечника не станет выше концевых мер;

2)	сдвигают рамку с концевыми мерами по столу так, чтобы
ближняя мера расположилась под измерительным наконечником,
и опускают кронштейн до оставления небольшого зазора с конце-
вой мерой. Закрепляют винты зажима кронштейна;

3)	вращением окуляра устанавливают наилучшую для себя
резкость штрихов шкалы;

4)	поднимают стол интерферометра до тех пор, пока в поле зре-
ния черная, ахроматическая полоса картины интерференции не ста-
нет на нулевой штрих шкалы. В этом положении закрепляют стол.

III.	Проверяют установку цены деления в соответствии с ин-
струкцией на прибор (см. также с. 188).

IV.	Устанавливают интерферометр на нуль. Для этого:

1)	подают поток лучей белого света, убирая светофильтр
с пути светового потока;

2)	совмещают оптическую ось окуляра с осью картины интер-
ференции; наблюдая в окуляр, устанавливают ось окуляра про-
тив нулевого штриха шкалы;

3)	ставят образцовую меру точкой Ln под измерительный на-
конечник (см. схемы измерения), предварительно нажимая на ры-
чаг арретира, чтобы поднять измерительный стержень с наконеч-
ником. После этого повторяют подъем-опускание наконечника
2—3 раза для получения устойчивых показаний;

4)	устанавливают шкалу окончательно на нуль.
Форма отчетного бланка для лабораторной работы М б

Техникум, курс, группа

Ф. И. О. учащегося

Лабораторная работа № 6. Измерение иа вертикальных длиномере и интерфе-
рометре

Часть 1. Измерение иа вертикальном длиномере

Обозначение детали

Наименование СИ

Предельные размеры

^шах		Ьш«х	
f mln		Ьщ1П	
Допуск 1		Допуск Ь	

Допускаемая погрешность I

Диапазон измерения

Предельные погрешности измерения

М	ДЬ

Допускаемая погрешность Ь

Схема измерения

Результаты измерения						Заключение о годности			
Отсчеты показаний							Выполнил		
11	1»		bi	bt			Принял		
Отклонение от параллель- ности по 1					Отклонение от парал- лельности по Ь				
Продолжение

Номинальиаи
длина КМД

Часть 2
Измерение КМД на вертик.
интерферометре

Наименование СИ

Класс
точно-
сти

Пре-
дельные
откло-
нении

Допускаемые откло-
нения от плоскопа-
раллельности

Схема измерения

Результаты измерении

Установлен-
ная цена деле-
нии

Диапазон из-
мерения

Предельная
погрешность
измерения

Выполнил

Действительный
класс точности

Принял

Измерение концевых мер длины

1.	Подводят измеряемую меру под наконечник, предварительно
арретируя его, и опускают его в точку Ln.

2.	Отклонение номинальной длины в точке Ьд измеряемой меры
от образцовой определяют по черной полосе, как по стрелке, —
читают по шкале показание прибора, которое записывают в графу
АЬД отчетного бланка.

3.	Измеряют отклонение от плоскопараллельности концевой
меры. Для этого: а) измеряют отклонения от номинальной длины
меры, устанавливая последовательно меру под измерительный на-
конечник точками Lx, La, L» и Ь<. Отсчитанные отклонения ALX,
ALa, AL, и AL4 записывают в соответствующие графы отчет-
ного ' бланка; б) подсчитывают величину отклонения от плоско-
параллельное™ Апл измеряемой меры — выбирают из числа изме-
ренных отклонений АЬд, AZ^, ALa, ALa и AL« два отклонения,
имеющие наибольшую алгебраическую разность, подсчитывают
ее величину и записывают в графу Адп-
ГЛАВА 9. ВЫБОР УНИВЕРСАЛЬНЫХ СРЕДСТВ
ИЗМЕРЕНИЯ

§ 1.	ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ

При правильном выборе всех видов измерительных
средств необходимо учитывать ряд взаимосвязанных факторов:

1)	предельную погрешность измерения и ее составляющие
в зависимости от условий измерения;

2)	влияние погрешности измерения на результаты;

3)	допускаемую погрешность измерения.

§ 2.	ПРЕДЕЛЬНАЯ ПОГРЕШНОСТЬ ИЗМЕРЕНИЯ

И ЕЕ СОСТАВЛЯЮЩИЕ

Когда решается вопрос выбора конкретных универ-
сальных измерительных средств и оценивается ожидаемая (воз-
можная) погрешность измерения, необходимо руководствоваться
двумя принципиальными положениями:

1.	Измерительными средствами одного вида можно выполнять
измерения с различной погрешностью в зависимости от метода
и условий проведения измерений.

2.	Для решения вопроса выбора конкретных видов измери-
тельных средств и условий проведения измерений необходимо
оценить возможные предельные погрешности измерения.

В общем можно сказать, что на погрешность измерения ока-
зывают влияние погрешность средств измерения и те условия,
в которых производятся измерения. Имеется ряд слагаемых по-
грешностей, которые присутствуют при многих видах линейных
измерений и чаще всего являются доминирующими, т. е. опреде-
ляют общую погрешность измерения. К этим слагаемым относятся:

1)	погрешности, зависящие от средств измерения;

2)	погрешности, зависящие от установочных мер;

3)	погрешности, зависящие от измерительного усилия;

4)	погрешности, происходящие от температурных деформа-
ций;

5)	субъективные погрешности;

6)	погрешности, зависящие от отклонения геометрической
формы установочных мер и измеряемых деталей.

Помимо перечисленных слагаемых погрешности могут быть и
специфические доминирующие составляющие или специфическое
проявление перечисленных составляющих в зависимости от осо-
бенностей измерительных средств или конфигурации измеряемых
деталей.

1.	Погрешности, зависящие от средств измерения. Норми-
руемую допустимую погрешность измерительного средства следует
рассматривать как погрешность измерения при одном из воз-
можных вариантов использования этого измерительного средства,
поскольку проверка точностных данных прибора заключается
чаще всего в измерении им образцовой меры определенной формы.

2.	Погрешности, зависящие от установочных мер. Устано-
вочные меры могут быть универсальными (концевые меры длины)
и специальными (изготовленными по виду измеряемой детали).
Погрешность измерения будет меньше, если установочная мера
будет максимально подобна измеряемой детали по конструкции,
массе, материалу, его физическим свойствам, способу базирования
и т. д.

Погрешности от концевых мер длины возникают из-за погреш-
ности их изготовления, включая измерение (классы), или по-
грешности аттестации (разряды), а также из-за погрешности от
притирки (см. гл. 3).

3.	Погрешности, зависящие от измерительного усилия. При
оценке влияния измерительного усилия на погрешность измере-
ния необходимо выделять упругие деформации установочного
узла (см. гл. 5 § 6) и деформации в зоне контакта измеритель-
ного наконечника с деталью.

Максимальное усилие следует учитывать при
высокоточных измерениях, когда сказывается различие величин
контактных деформаций на установочных мерах и на объектах
измерения, а также когда вид контакта линейчатый и точечный
и контактные деформации зависят от формы объекта измерения.

Перепады измерите ль ного усилия, осо-
бенно в момент реверса механизма прибора, надо учитывать при
измерении биений с использованием различных штативов и стоек.

Могут, например, быть случаи, когда при использовании рычажно-зубчатой
головки с ценой делении 1 мкм, установленной на тонком штативе на полный
вылет кронштейна, погрешность измерения биения может достичь 3—5 мкм.
Такие штативы ранее выпускала отечественная промышленность, а сейчас про-
изводят некоторые иностранные фирмы.

4.	Погрешности, происходящие от температурных деформа-
ций (температурные погрешности). Для оценки влияния темпе-
ратурных деформаций на погрешность измерения используется
понятие «температурный режим».

Температурный режим есть условная, выражен-
ная в градусах Цельсия разность температур объекта измерения и
измерительного средства, которая при определенных идеальных
условиях вызовет ту же температурную погрешность, что и весь
комплекс реально существующих причин. Зги условия сводятся
к тому, что прибор и деталь имеют постоянную по объему темпе-
ратуру и коэффициент линейного расширения материалов, из
которого они изготовлены, равен 11,6- 10-в 1/градус. Температур-
ный режим не следует понимать как допускаемое отклонение тем-
пературы среды от 20 °C или колебание ее в процессе измерения.

В соответствии с данным определением погрешность, завися-
щую от температурных деформаций, при известном температурном
режиме определяют по формуле

где Aft — погрешность, зависящая от температурных деформаций;

I — измеряемый размер; 6< — температурный режим.

Если известна составляющая погрешности измерения, завися-
щая от температурных деформаций, то температурный режим
в градусах можно определить по формуле

А -	А/«

‘	М1,610-« '

Часто воспользоваться этими формулами невозможно из-за
отсутствия необходимых данных. Тогда температурный режим
приходится определять приближенно, исходя из оценки вероят-
ного предельного влияния отклонений и колебаний температуры
среды.

Существуют два основных источника, обусловливающих по-
грешность от температурных деформаций:

отклонение температуры воздуха от 20 °C;

кратковременные колебания температуры воздуха в процессе
измерения.

Максимальное влияние отклонений температуры на погреш-
ность измерения A/t можно рассчитать по формуле

A/tl - - Ibti (а„ —	.

где AG — отклонение температуры от 20 °C; (а,, —	—

максимально возможная разность значений коэффициентов ли-
нейного расширения материала прибора и детали.

Максимальное влияние кратковременных колебаний темпера-
туры среды на погрешность измерения будет иметь место в том
случае, если колебания температуры воздуха практически не
вызывают изменений температуры измерительного средства (или
объекта измерения), а температура объекта измерения (или при-
бора) близко следует за температурой воздуха. Вторую состав-
ляющую A/tl можно рассчитать по формуле

А/и = /AGamax,

где Af, — кратковременные колебания температуры воздуха в
процессе измерения; а^ят — максимальное значение коэффици-
ента линейного расширения материала прибора или измеряемой
детали.

Поскольку составляющие A/tl и AZts можно считать независи-
мыми случайными величинами, то общая погрешность, зависящая
от температурных деформаций, выражается формулой

А/ = I]/ [AG(an — Од)пих1® “Ь (AGamax)a>
откуда	_______________________________

•>< - v	+(" топьУ •
Дополнительные температурные деформации надо учитывать
при расчете погрешности измерения накладными приборами, ко-
торые нагреваются теплом рук оператора [12].

5.	Погрешности, зависящие от оператора (субъективные по-
грешности). Возможны четыре вида субъективных погрешностей:
погрешности присутствия;

погрешности отсчитывания;

погрешности действия;

профессиональные погрешности.

Из субъективных погрешностей измерения представляется
возможным учесть только субъективную погрешность отсчиты-
вания для некоторых измерительных средств. Общие положения
сводятся к тому, что во всех случаях, когда обеспечиваются по-
грешности измерения, не превышающие цены деления, необхо-
димо принимать меры для уменьшения погрешностей отсчитыва-
ния от параллакса (см. гл. 4), т. е. более тщательно снимать от-
счет и по возможности под одним углом к указателю.

Субъективная погрешность присутствия проявляется в виде
влияния теплоизлучения оператора на температуру окружающей
среды, а тем самым на измерительное средство.

К субъективным погрешностям действия относятся погреш-
ности, вносимые оператором при настройке прибора, подготовке
объекта измерения или установочных мер и т. д.

К субъективным погрешностям. действия относятся погреш-
ности от притирки концевых мер (см. гл. 3). Субъективные по-
грешности действия возникают при перемещении прибора отно-
сительно детали или детали относительно элементов прибора, на-
пример, при измерении внутренних размеров (см. гл. 5 § 12).

Профессиональные .погрешности связаны с квалификацией
оператора, с отношением его к процессу измерения, с той ролью,
которую играет измерение в выполняемых оператором производ-
ственных функциях. Профессия создает у оператора определенный
навык, ответственность за производимые измерения. Характер
и точность выполняемых работ определяют тот объем информации,
который оператор воспринимает от измерительных средств.

6.	Определение предельной погрешности измерения. При рас-
чете предельной погрешности измерения определяют числовое зна-
чение погрешности измерения от всех составляющих и производят
суммирование по способу, указанному в § 5 гл. 21. Более под-
робные данные по погрешности измерения конкретными видами
измерительных средств имеются в работах [И, 16].

§ 3. ВЛИЯНИЕ ПОГРЕШНОСТИ ИЗМЕРЕНИЯ
НА РЕЗУЛЬТАТЫ РАЗБРАКОВКИ

При приемочном контроле погрешность измерения
«взаимодействует» с истинными размерами и оказывает качествен-
ное влияние на окончательные результаты измерения только тех
Рис. 9.1. Взаимосвязь рас-
пределения отклонений раз-
меров изготовленных дета-
лей, нормируемого допуска
н погрешности измерения

Таким образом, при

Рис. 9.2. Искажение кривой распределения
отклонений размеров деталей, измеряемых
с погрешностью

деталей, у которых размеры нахо-
дятся близко к границам поля до-
пуска, т. е. оценивает «брак» или
«годен».

приемочном контроле оказывает влияние

на результаты не только погрешность измерения, но и фактиче-
ский размер, который имела в этот момент контролируемая деталь.

Сочетание погрешности измерения и истинного размера конт-
ролируемой детали является событием случайным и определить
результаты неправильной разбраковки при определенном со-
четании можно только вероятностным путем (см. гл. 2).

Для общих расчетов удобнее выражать погрешность измерения

как часть от контролируемого допуска, т. е. принимать относи-
тельную величину:

А - —

Лмет «п — у ,

где ЛЫет(а) — относительная погрешность измерения (коэффи-
циент точности измерения); о — среднее квадратическое откло-
нение погрешности измерения; Т — допуск контролируемого па-
раметра.

Влияние точности изготовления контролируемых объектов
на результаты разбраковки удобнее выразить через относитель-
ную величину, связанную как с допуском контролируемых объек-
тов, так и с характеристикой распределения погрешности изго-
Т
товления, т. е. ----.

°тех

На рис. 9.1 показана взаимосвязь распределения отклонений
размеров изготовленных деталей, нормируемого допуска и погреш-
ности измерения.

Если бы применяемый метод измерения совершенно не обла-
дал погрешностью, то на кривой распределения (см. рис. 9.1)
контролируемых деталей на границах поля допуска все действи-
тельно бракованные детали оказались бы забракованными, а все
Рис. 9.3. Определение ве-
роятности неправильного
принятия бракованной де-
тали

детали с размерами, не
выходящими за границу
поля допуска, были бы
признаны годными. Рас-
пределение. измеренных
деталей графически
можно изобразить в виде
усеченной кривой рас-
пределения (на рис. 9.1
эта площадь кривой за-
штрихована). На рис. 9.2

показан характер искажений кривой

распределения отклонений размеров деталей, измеренных с оп-
ределенной погрешностью.

Для оценки влияния погрешности измерения на результаты

разбраковки установлена связь между погрешностями измерения
А мет (а), вероятностью неправильного принятия бракованных
деталей т, вероятностью забракования годных деталей п и ве-
роятностной величиной выхода размера за границу поля допуска с
у неправильно принятых деталей. Значения т, п и с называ-
ются параметрами разбраковки.

Для того чтобы деталь, имеющая отклонения размера, выхо-
дящие за границу поля допуска, была признана по результатам
измерения годной, необходимо, чтобы в тот момент, когда контро-

лируется деталь с отклонениями, выходящими за границу поля
допуска на величину х (рис. 9.3), погрешность измерения проя-
вилась с обратным знаком и величиной большей, чем это отклоне-
ние. На рис. 9.4 приведены некоторые графики по определению
параметров разбраковки при распределении контролируемых раз-
меров по нормальному закону.

Анализ полученных данных о параметрах разбраковки дает
возможность установить ряд особенностей, имеющих теоретиче-

ское и практическое значение.

1.	При уменьшении относительной точности изготовления
возрастает число неправильно принятых и неправильно забрако-
ванных деталей.

2.	Для распределения погрешностей изготовления размеров
по нормальному закону и закону существенно-положительных
величин графики параметров тип имеют экстремальное значение.

3.	На параметры разбраковки оказывает влияние точность
технологического процесса изготовления в большей мере, чем
погрешность измерения.

4.	Соотношение между числом неправильно принятых и не-
правильно забракованных деталей незначительно меняется с из-
Рис. 9.4. Графики для определения параметров ртабраковкн:

а — число неправильно принятых деталей (Ш)) в процентах от числа принятых при рас-
пределении измеряемых параметров по нормальному закону; б — число неправильно за-
бракованных деталей (nt) в процентах от числа годных при распределении измеренных
параметров по нормальному закону; в — предельная величина выхода размерена границу
поля допуска (ct) при распределении измеряемых параметров по нормальному закону.
Погрешности измерения распределяются: по закону нормальному--------; вакону равной

вероятности----------

менением погрешности измерения. Более существенное влияние
оказывает точность изготовления. Чем точнее технологический
процесс, тем меньше неправильно принятых деталей по сравне-
нию с неправильно забракованными. Предельные значения ука-
занных соотношений находятся в пределах от 0,1 до 1,1 (т. е.
неправильно принятых может быть в одном случае в 10 раз меньше,
чем неправильно забракованных, а в другом — на 10% больше,
чем неправильно забракованных). Число неправильно забрако-
ванных деталей обычно больше, чем неправильно принятых.

При нормальном законе распределения погрешности измере-
ний (с предельной величиной, равной ±3а) наибольший выход
равен половине предельной погрешности измерения (1,5а), а
при распределении погрешности по закону равной вероятности
наибольший выход близок к предельной величине погрешности
измерений (1,73а).

5.	При симметричных законах распределения погрешности
измерения значения параметров разбраковки практически оди-
наковы для разных законов при равенстве а.

6.	Систематические погрешности измеренйя во многих слу-
чаях оказывают на параметры разбраковки большее влияние,
чем случайные.
9 4. ДОПУСКАЕМАЯ ПОГРЕШНОСТЬ ИЗМЕРЕНИЯ

Существуют практически одинаковые нормативные
документы у нас в стране и для стран — членов СЭВ по нормиро-
ванию погрешности, допускаемой при измерении линейных раз-
меров от 1 до 500 мм.

В этих документах устанавливаются:

1)	значения пределов допускаемых погрешностей измерения;

2)	приемочные границы с учетом нормируемых пределов до-
пускаемых погрешностей измерения.

а.	Значения пределов допускаемых погрешностей измерения
приняты равными от 20 (для грубых допусков) до 35% — от зна-
чений допусков с соответствующими округлениями, учитываю-
щими реальные значения погрешности измерения существующими
измерительными средствами.

Нормируемая погрешность измерения относится к предельной
погрешности (см. § 2), т. е. с учетом влияния всех составляющих
погрешности измерения.

Допускаемая погрешность относится к случайным и неучтен-
ным систематическим погрешностям измерения. Случайная по-
грешность принимается равной 2а.

Приведенные в нормативных документах допускаемые по-
грешности измерения являются наибольшими значениями, кото-
рые можно допустить при измерении. Меньше этих величин по-
грешности могут быть сколь угодно малыми, даже практически
нулевыми, если это не вызывает дополнительных затрат по сравне-
нию с измерением с допускаемой погрешностью.

б.	Приемочные границы с учетом нормируемых пределов до-
пускаемых погрешностей измерения. Приемочными границами
называются значения размеров, по которым производится приемка
изделий. Они должны устанавливаться с учетом возможного влия-
ния предельной допускаемой погрешности измерения. Допуск на
размер следует рассматривать как допуск на сумму погрешностей
технологического процесса, которые не дают возможности полу-
чить абсолютно точное значение размера, в том числе из-за
погрешности измерения (более подробно см. § 5).

Для учета влияния погрешности измерения возможны два
варианта.

При первом варианте приемочные границы устанавливают
совпадающими с нормируемыми предельными значениями проверя-
емого изделия, т. е. возможное влияние погрешности измерения
учитывается конструктором при выборе квалитета (класса) и
вида посадок (рис. 9.5, а). Этот вариант можно считать основным,
так как он принят в отечественной и международной практике.

При втором варианте приемочные границы устанавливают
с введением так называемого производственного допуска, т.е.
нормируемые предельные значения размера смещают внутрь до-
пуска с учетом возможного влияния погрешности измерения.
Рис. 9.5. Взаимосвязь между допуском на изготовление и допускаемой по
грешностью измерения:

а — без производственного допуска, б — вероятностный производственный допуск;
в — производственный допуск, уменьшенный на половину погрешности нзмерення

Смещение не должно превышать половины нормируемой допу-
скаемой погрешности измерения (рис. 9.5, в). Этот вариант менее
предпочтителен. Рекомендуется [16] при введении производствен-
ного допуска смещать приемочные границы на значение возмож-
ного выхода размера за границу поля допусков в зависимости от
точности технологического процесса и погрешности измерения
(рис. 9.5, б). Значения этих величин можно определить по гра-
фикам, приведенным на рис. 9.4.

При нормировании допускаемой погрешности измерения уста-
навливаются требования к так называемой арбитражной препро-
верке, которая должна осуществляться с погрешностью измерения,
не превышающей 30% предельной погрешности измерения, допу-
скаемой при приемке. При этом разрешается обнаружение среди
годных определенного числа деталей, размеры которых выходят
за границы поля допуска, но не более чем на половину значения
допускаемых погрешностей измерения

Рис. 9.6. Участие технических служб в выборе измерительных средств
§ 5.	МЕТОДИКА ВЫБОРА ИЗМЕРИТЕЛЬНЫХ СРЕДСТВ

В выборе измерительных средств должны участво-
вать конструкторская, технологическая и метрологическая службы
в пределах выполняемых ими служебных обязанностей (рис. 9.6).
Более подробно вопросы выбора универсальных средств измерения
для наружных и внутренних поверхностей, для измерения биений
поверхностей и размеров уступов, а также влияния погрешности
рассмотрены в официальном документе РД 50-98—86 [161.

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ

1.	Перечислите основные составляющие погрешности измерении (с. 212).

2.	Какие принципиальные положения необходимо учитывать при оценке
погрешности измерения (с. 212)?

3.	Как влияет погрешность установочных мер на погрешность измерения
(с. 213)?

4.	Как влияет на погрешность измерении измерительное усилие прибора
(с. 213)?

5.	Как влияют на погрешность измерения температурные деформации (с. 214)?

6.	Что такое «температурный режим» (с. 213)?

7.	Виды субъективных погрешностей измерения и их влияние на погрешность
измерения (с. 215).

8.	Способ определения предельной погрешности измерения (с. 215).

9.	Какие параметры разбраковки характеризуют влияние погрешности из-
мерения и от чего они зависят (с. 217)?

10.	Какими особенностями обладают параметры разбраковки при разных
законах распределения погрешности измерения и изготовления (с. 217)?

11.	Чему равна допускаемая погрешность измерения (с. 219)?

12.	Какая взаимосвязь между границами допуска на изготовление и до-
пускаемой погрешностью измерения (с. 219)?

13.	Что такое производственный допуск и зачем он вводится (с. 219)?

14.	Какое участие должны принимать конструкторская, технологическая
и метрологическая службы в выборе измерительных средств (с. 221)?

Контрольная работа № 4. Выбрать универсальное средство
по [161 для измерения размера вала (например, 018Л5) и отвер-
стия (например, 050/78); найти по таблице допускаемую погреш-
ность измерения, название выбранного универсального измери-
тельного средства, его диапазон измерения, цену деления, погреш-
ность измерения этим средством и условия измерения. Определить
вероятностные параметры разбраковки (т, п и. с).
РАЗДЕЛ III

СПЕЦИАЛЬНЫЕ СРЕДСТВА ИЗМЕРЕНИЯ

Специальными называются средства измерения, пред-
назначенные для измерения специфичных элементов у деталей
определенной геометрической формы или для измерения значений
специальных параметров у деталей вне зависимости от их геометри-
ческой формы.

К специальным средствам измерения деталей определенной
геометрической формы относятся калибры, приборы для измере-
ния углов, для измерения элементов резьбы, для измерения
элементов зубчатых колес, средства механизации и автоматизации
контроля.

К специальным средствам измерения значений специальных
параметров относятся приборы для измерения шероховатости по-
верхности, для измерения отклонений формы и расположения по-
верхностей.

ГЛ АВ А ю. КАЛИБРЫ

Калибрами называются средства измерения в виде
меры, имеющие форму поверхности, противоположную (обратную)
контролируемому объекту. Калибр представляет собой меру,
которая имеет форму сопрягаемой поверхности.

Слово калибр (французское calibre), используемое для этого вида измери-
тельных средств, видимо, пришло от понятия, существующего для огнестрель-
ного оружия, где калибром называется значение диаметра канала ствола. Ка-
либры в виде шаблонов (в старом русском названии — лекала) начали приме-
няться прежде всего в военном производстве. И одним из таких измерительных
средств был вал (пробка), с помощью которого проверяли ружейные стволы и
пушечные жерла, т. е. определяли точность калибра оружия.

Всю совокупность существующих калибров можно разделить
на две группы: калибры нормальные, калибры предельные.

§ 1.	КАЛИБРЫ НОРМАЛЬНЫЕ

Нормальными калибрами называются калибры, раз-
меры которых соответствуют номинальным размерам контролируе-
мого объекта.
В настоящее время нор-
мальные калибры практиче-
ски не используют для кон-
троля (подгонки, припас-
совки) гладких цилиндриче-
ских деталей, а используют
некоторые их виды, такие,
как шаблоны, щупы, калибры
конусные.

Шаблоном называют нор- Рис. 10.1. Шаблоны радиусные
мальный калибр для проверки
отклонений формы и положения в сечении плоскостью поверхности
проверяемой детали. Обычно шаблоны применяют при изготовле-
нии деталей со сложной поверхностью. Прикладывая шаблоны
к поверхности детали или изделия,определяют либо по просвету,
либо вспомогательными средствами степень совпадения шаблона
и проверяемого объекта.

В машиностроении широкое распространение имеют радиусные
шаблоны (рис. 10.1) для проверки радиусов кривизны выпуклых
и вогнутых поверхностей. Эти шаблоны представляют собой сталь-
ную пластину толщиной 0,5—1 мм с выпуклым или вогнутым
закруглением на конце. Радиусы закругления могут быть от 1 до
25 мм. Обычно эти радиусные шаблоны выпускают в определенных
наборах в зависимости от величины радиуса (1—6; 8—25 мм и др.).
Существуют еще резьбовые шаблоны (см. гл. 11). .

Щупом называется нормальный калибр для проверки зазора
между плоскостями (рис. 10.2). Эти щупы изготовляют в виде
пластин толщиной 0,02—1 мм, чаще всего в виде наборов пластин
разной толщины (например, от 0,02 до 0,1 мм через 0,01 мм; от
0,1 до 1 мм через 0,1 м*м и т. д.). При применении щупов либо
используется один, либо складывают два щупа и более. Очень
часто с помощью щупов выставляют зазоры.

Конусные калибры также относятся к нормальным калибрам
(см. гл. 12).

Использование нормальных калибров обладает двумя основ-
ными принципиальными недостатками:

Рис. 10.2. Щупы и способы их применения
при подгонке детали по нормальному калибру, строго говоря,
удается получить только один вид сопряжения — близкий к по-
садке скольжения;

подгоняя деталь к калибру, приходится обрабатывать с боль-
шой точностью деталь, но эта точность во многих случаях не нужна.

§ 2.	ПРЕДЕЛЬНЫЕ КАЛИБРЫ ДЛЯ ГЛАДКИХ
ЦИЛИНДРИЧЕСКИХ ДЕТАЛЕЙ

а.	Общие положения. Предельными калибрами на-
зываются калибры, размеры которых соответствуют предельным
размерам контролируемых объектов.

Поскольку размеры детали имеют два предельных значения
(наибольший и наименьший), то предельные калибры использу-
ются обычно в паре. Такие калибры получили общее название
предельные. Один из этих калибров называют проходным, а дру-
гой — непроходным.

Проходным калибром (ПР) называют калибр, контролирую-
щий предельный размер, соответствующий максимуму материала
проверяемого объекта. Это значит, что проходной калибр при
контроле вала должен контролировать наибольший (предельный)
допускаемый размер (в этом случае на годной детали будет макси-
мальное количество материала), а при контроле отверстий про-
ходной калибр контролирует наименьший (предельный) допу-
скаемый размер (в этом случае на годной детали будет максималь-
ное количество материала).

Проходной калибр в полной мере может быть назван нормальным калибром
с определенным номинальным размером, соответствующим максимуму материала
детали.

И еще одно правило для запоминания — проходной калибр всегда ограничи-
вает размер детали у границы исправимого брака (большой вал и маленькое от-
верстие можно исправить дополнительной обработкой).

Непроходным калибром (НЕ) называют калибр, контролирую-
щий предельный размер, соответствующий минимуму материала.
Аналогично предыдущему непроходной калибр проверяет наи-
меньший размер вала и наибольший размер отверстия, т. е. непро-
ходной калибр ограничивает границы неисправимого брака.

На рис. 10.3 утрированно изображены вал и отверстие с до-
пуском на изготовление и два калибра — проходной и непроход-
ной, которые ограничивают предельные размеры (максимальный и
минимальный).

Деталь-бал Калибры-отверстие Деталь-отверстие Калибры-валы

Рис. 10.3. Принцип построения проходного и непроходного предельных калибров
Рис. 10.4. Схема расположения полей допусков калибров для контроля отвер-
стий размером до 180 мм, квалитетов 6, 7 и 8:

а — по ГОСТ 34853—81; б — с использованием условных обозначений; Н — допуск на
изготовление калибров; Z — отклонение середины поля допуска на изготовление проход-
ного калибра; Y — выход за границы допуска для изношенного проходного калибра

Как следует из самого названия, калибр ПР должен прохо-
дить через контролируемый элемент, если размер вала не больше
максимально допустимого, или должен проходить через отвер-
стие, если его размер не меньше минимально допустимого. К либр
НЕ не должен проходить через измеряемые элементы, если размер
отверстия не больше максимально допустимого отверстия, а раз-
мер вала не меньше минимально допустимого размера.

б.	Размеры калибров. Для изготовления калибров назначают
допуски, которые, естественно, зависят от допуска детали, для ко-
торой они предназначены. Отклонения размеров
всех калибров задаются от предельных
размеров изделий, т. е. от контролируемых
г р а н и ц, а не от номинальных размеров. На рис. 10.4 приведена
схема расположения полей допуска калибра относительно полей
допусков отверстия. Размер калибра в общем виде определяется
по следующим зависимостям:

ПР	НЕ

наибольший ( Dmln + Z +	, наибольший ( Dm,Y +	;

Новые	7	Н\	7 Н\

наименьший I Dmln 4- Z---), наименьший 1 Dmax-----) •

Изношенный Dmln — Y
Для калибра НЕ даются только два отклонения, которые ис-
пользуются при изготовлении этого калибра. Для калибра ПР
даются три отклонения и помимо отклонений, относящихся к из-
готовлению, дается еще допускаемое отклонение на износ. Объяс-
няется это тем, что калибр НЕ при использовании почти не со-
прикасается своей измерительной поверхностью детали (он не
должен проходить), а калибр ПР, поскольку он должен проходить
через годную деталь, изнашивается, и поэтому потребовалось
установить величину допускаемого износа. Измерительной по-
верхностью калибра называется поверхность калибра, непосред-
ственно контактирующая с контролируемой поверхностью в про-
цессе контроля. Контакт может осуществляться поверхностью,
линиями или точками. Часто эти поверхности называют рабочими
поверхностями.

Когда размеры задаются с двумя отклонениями, особенно
если они одного знака (как часто бывает для калибров), то рабо-
чему приходится пересчитывать и определять размер, который
появляется первым в процессе изготовления, и определять одно-
стороннее отклонение. Часто такие размеры называют техноло-
гическими, или исполнительными, размерами.

Общее правило пересчета заключается в том, что за номи-
нальный принимают размер, получающийся первым при обработке,
и ему дается одностороннее отклонение, равное допуску (в тело
детали). Для вала за номинальный размер принимают наибольший
размер и дают отклонение в минус, а для отверстия — наименьший
размер и отклонение в плюс.

На рис. 10.5 приведена схема расположения полей допусков
калибров для контроля валов. В отношении калибров ПР и НЕ
можно было бы повторить все, что сказано было про калибры для от-
верстий. Однако в номенклатуре калибров для валов появилось
еще три калибра, у которых в условном обозначении имеется буква
К — это так называемые контрольные калибры (контркалибры).

Контрольный калибр — это калибр, применяемый для кон-
троля калибров. Эти калибры имеются только для калибров, пред-
назначенных для контроля валов. Объясняется это тем, что ка-
либром для контроля валов является отверстие. Однако изготов-
ление и измерение деталей с внутренней поверхностью значитель-
но сложнее, чем деталей с наружной поверхностью (в 2—5 раз
сложнее в зависимости от требуемой точности и размеров). Поэтому
для калибр-колец (скоб) для контроля валов делают контр-
калибр-валы, которые предназначены только для контроля ка-
либров при их изготовлении (контркалибры К-РП и К-НЕ) или
для контроля степени их износа (контркалибр К-И).

В зависимости от назначения контрольный калибр делают
как проходной или как непроходной относительно контроли-
руемой границы: так, калибр К-РП должен быть проходным,
чтобы калибр ПР не оказался меньше, чем надо, а если он бу-
дет больше, то все равно окажется в зоне допустимых значе-
Рис. 10.5. Схема расположения полей допусков калибров для контроля валов
размером до 180 мм, квалитетов 6, 7 и 8:

Нр — допуск на изготовление контрольного калибра

ний; К-И — непроходной, а когда он проходит, то это значит,
что калибр ПР износился. К-НЕ делают тоже непроходным, чтобы
убедиться, что размеры калибра не уходят за границы допуска
детали. Делать контркалибры в виде двух предельных калибров
для контролируемой границы не представляется возможным, по-
скольку допуски на калибры ПР и НЕ небольшие и поэтому изго-
товить предельные калибры на обе границы допуска экономиче-
ски не оправдано, а технически нет необходимости, так как распо-
ложение полей допусков контркалибров относительно калибров
направлено в сторону повышения точности изготовления.

Помимо рабочих и контрольных калибров, на некоторых про-
изводствах выделяют еще приемные калибры, а иногда—калибры
контролера.

Калибром приемным называется калибр, применяемый для
контроля объектов заказчиком, т. е. при приемке.
Калибром контролера называется калибр, применяемый для
контроля объектов работниками ОТК завода-изготовителя. Для
приемных калибров не устанавливаются специальные отклонения;
обычно принято, что калибры НЕ одни и те же как непосредственно
у изготовителя, так и у всех приемщиков (ОТК, заказчик). Ка-
либры ПР новые, т. е. после изготовления, даются рабочему,
а по мере определенного износа (но не до полного износа), переда-
ются работникам ОТК и приемщикам. Такая система направлена
на то, чтобы рабочий мог изготовлять точнее, а контролеры не мог-
ли признать годные детали бракованными.

Необходимо обратить внимание на то, что, как следует из
рис. 10.4 и 10.5, может сложиться такое положение, когда годным
калибром годная деталь будет признана бракованной (если калибр
будет иметь размеры, находящиеся внутри поля допуска прове-
ряемого размера) или годным калибром будет признана годной
бракованная деталь (если размеры калибра окажутся выходящими
за границы допуска контролируемого размера).

в.	Конструкции калибров. В основу конструкций калибров
положен принцип, заключающийся в том, что проходной калибр
должен быть прототипом сопрягаемой детали и определять ее
собираемость, а непроходной — проверять каждый элемент в от-
дельности.

При измерении предельными калибрами проходная сторона
должна являться калибром, соответствующим всей контролируе-
мой поверхности контролируемого объекта, а для непроходной
стороны—применяться калибры, приближающиеся к точечному
контакту, для того чтобы установить, имеются ли в отдельных
местах изделия недопустимые отклонения.

Этот принципиальный подход к конструкции калибров часто называют
принципом В. Тейлора, высказанный им в 1905 г.

Однако в действительности реализовать полностью этот прин-
цип не представляется возможным. Поэтому идут на умышленное
нарушение приведенного принципа, т. е. делают некоторые калибры
ПР короче и неполными, из диаметра как бы вырезается небольшой
ширины полоса. Такое нарушение приводит к тому, что при боль-
шой длине сопряжения деталей укороченный калибр не выявит
изогнутости оси, а узкий калибр увеличивает вероятность не
выявить погрешности геометрической формы в сечении, перпенди-
кулярном оси.

Если непроходной калибр изготовлять с точечными измери-
тельными поверхностями, то это приведет к их быстрому износу.
Поэтому непроходной калибр делают чаще всего для небольших
контролируемых размеров в виде неполного цилиндра, а иногда
и как полный цилиндр. Указанное обстоятельство приводит также
к погрешности контроля, поскольку в контролируемом сечении
могут оказаться одна-две точки, которые будут препятствовать
прохождению калибра (т. е. деталь принимается как годная),
Калибр-пробка
двусторонний

Калибр-пробка
проходной

Калибр-пробка
листовой
односторонний

Калибр-пробка
непроходной

Калибр-пробка
неполный
проходной

Калибр-скоба х----------х

составной
двусторонний -----------

Ко либр-скоба
составной
односторонний

Калибр-скоба
штампованный
проходной

Калибр-скоба *
штампованный
непроходной

Калибр-пробка
неполный
непроходной

Калибр-нутромер
сферический
проходной

Калибр-нутромер
Сферический
непроходной

Калибр-скоба
составной
проходной

Калибр-скоба
составной
непроходной

Калибр-скоба
штампованный
двусторонний

калибр-скоба
штампованный
односторонний

Калибр-скоба
листовой
двусторонний

Калибр-сноба
листовой
односторонний

Калибр-кольцо
проходной

Калибр-колы.
непроходна

2

Рис. 10.6. Эскизы наиболее часто применяемых калибров
в то время как все остальные точки выходят за пределы допускае-
мых значений.

Калибры для отверстий проходные в виде полных пробок
делают для размеров не более 100 мм. Для размеров свыше 100 до
250 мм калибры изготавливают в виде неполных пробок и свыше
250 мм — в виде сферических, т. е. измерительные поверхности
принадлежат одной сфере, радиус которой равен радиусу измеряе-
мого объекта. Калибры непроходные для отверстий свыше 75 мм
делают сферическими. Меньшие размеры изготовляют иногда
и с полными, и неполными профилями. На рис. 10.6 приведены
эскизы наиболее часто применяемых калибров для контроля на-
ружных и внутренних поверхностей. Они далеко не исчерпывают
номенклатуру существующих и существовавших калибров.

Скобы изготовляют либо нерегулируемыми . (рис. 10.7, а),
либо регулируемыми (рис. 10.7, б). Более распространены нере-
гулируемые калибры, поскольку они более надежны в работе.

г.	Маркировка калибров. На калибре для контроля гладких
цилиндрических элементов указывают номинальный контролируе-
мый размер и отклонения контролируемого объекта (а не ка-
либра).

,	4	.Л №	,	л

Например, у калибров для посадки 040 указывают иа калибр-пробке
Ло

0 40 Н8, у проходной стороны ПР — 0, у непроходной НЕ + 0,039; на калибре
кольце (скобе 0 40 Л8) у проходной стороны ПР — 0, у непроходной НЕ — 0,039.

д.	Контроль с помощью калибров. При изготовлении объекта
рабочий обычно пользуется только проходным калибром (про-
Рис. 10.7. Конструкции калибров:
а — скоба нерегулируемая; б — скоба регулируема

ходной размер появляется первым при обработке), а непроходным
пользуются только для дополнительной проверки после оконча-
ния обработки (не ошибся ли?). При приемке объекта в равной
мере используются оба калибра.

Рекомендации в отношении контроля калибром повсеместно
сводятся к тому, чтобы проходной калибр проходил, а непроход-
ной ие проходил под действием собственного веса калибра. Однако
этими рекомендациями практически нельзя воспользоваться,
когда необходимо проконтролировать цилиндр, например отвер-
стие не с вертикально расположенной осью и при некоторых других
положениях.

При контроле калибром необходимо приобретать определенный
навык, вводить его на объект контроля с небольшим усилием,
при котором практически не происходит деформаций. Этот навык
приобретается иногда годами, но при этом значительное влияние
оказывает физическое и моральное состояние оператора. Поэтому
во всех случаях надо стремиться к тому, чтобы операторы, занятые
непосредственным изготовлением деталей, не применяли калибры,
а использовали средства измерения с отсчетом измеренных зна-
чений.

Смазка приводит к большим погрешностям при контроле из-за
деформаций, однако производительность при контроле смазанных
поверхностей обычно в 2 раза больше, чем при контроле несмазан-
ных. Можно рекомендовать производить контроль при поверх-
ностях, которые смазаны, но потом протерты сухой тряпкой (без
промывки).

Производительность контроля значительно повышается (в 2—
4 раза), если пробки изготовляют с направляющими фасками.
Лучше, если фаска будет цилиндрической формы с диаметром,
меньшим, чем диаметр измерительной поверхности, и хуже, если
фаска в виде конуса, так как в этом случае значительно увеличи-
ваются усилия на измеряемый объект, а следовательно', увеличи-
ваются его деформации. То же можно сказать в отношении скоб,
но деформация скоб значительно больше под действием усилий,
особенно у скоб с заходным скосом. Известны случаи, когда почти
100% деталей имели отклонения, выходящие за пределы, ограни-
чиваемые проходной скобой, из-за деформаций скобы.

е.	Требования, предъявляемые к калибрам. Основные требо-
вания к калибрам следующие:

1.	Точность размера, которая достигается как спо-
собом обработки, так и способом измерения при изготовлении и
поверке.-

2.	Высокая износостойкость, твердость
и качество измерительных поверхностей,
которые достигаются закалкой этих поверхностей, армированием
твердым сплавом, хромированием и т. д. (хромирование повышает
износостойкость в 3—4 раза по сравнению с нехромированными,
а армирование твердым сплавом — в 35—40 раз).

Износ калибров особенно интенсивен при использовании их для контроля
деталей высокой точности, когда небольшие допуски, так как в этом случае
зазор между калибром и контролируемым объектом меньше. Так было установ-
лено, например, что при контроле изделий 3, 4 и 5-го классов точности со-
отношение износа характеризовалось как 1,5; 1; 0,5.

3.	Стабильность рабочих размеров, кото-
рая достигается снятием внутренних напряжений.

4.	Наибольшая жесткость при наимень-
шей массе, которая достигается конструктивными решениями.

5.	Быстрота и удобство контроля, которые
достигаются выбором конструкций калибров. Так, односторонние
калибры оказываются более производительными, чем двусторон-
ние, скобы — более производительными, чем кольца.

6.	Антикоррозийност ь, которая бывает наиболее
эффективна при хромировании рабочих поверхностей. Доведенные
поверхности более устойчивы против коррозии, чем шлифованные.

ж. Поверка калибров. Поверка осуществляется в основном
универсальными измерительными средствами, рассмотренными
в предыдущем разделе. Для измерения колец и скоб обычно ис-
пользуют горизонтальный оптиметр (см. гл. 8), а для измерения
пробок — оптиметр, пружинные головки (см. гл. 5) и другие при-
боры. В обоих случаях в качестве установочных мер применяют
концевые меры длины. При таком способе поверки скоб измери-
тельное усилие при поверке значительно меньше, чем при контроле
этими скобами. Поэтому обычно рекомендуется (правда, эти
рекомендации редко выполняются) проводить поверку калибр-
скоб с помощью специальных шайб, размеры которых делают по
проходному пределу поверяемого калибра. В этом случае поверя-
емый калибр должен проходить под действием собственного веса.
§ 3.	ДОСТОИНСТВА И НЕДОСТАТКИ КАЛИБРОВ

Достоинствами калибров являются:

1.	Простота конструкций, относительная легкость изготовле-
ния, а следовательно, невысокая стоимость.

2.	Контроль производится в условиях, приближенных к ус-
ловиям сборки, что обеспечивает взаимозаменяемость.

3.	Простота применения.

4.	Высокая износостойкость, особенно армированных твер-
дым сплавом.

Недостатками калибров являются:

1.	Отсутствие числовых данных о размере объекта.

2.	Неизвестна погрешность контроля, так как она обусловли-
вается не только размерами калибра, но и размерами детали, со-
стоянием ее поверхности, неопределенным измерительным уси-
лием, температурными деформациями и т. д.

3.	Не выявляются практически отклонения геометрической
формы детали.

§ 4. ПЕРСПЕКТИВЫ РАЗВИТИЯ КАЛИБРОВ

Появление нормальных калибров относят к 1838 г. Од-
нако еще в XVI в. известно применение колец для контроля ядер. Широкое рас-
пространение нормальные калибры получили с 1880 г. Изобретение предельных
калибров относят к 1857 г. (предложены Вытвортом), а их широкое распростра-
нение — к 90-м годам XIX в. Следует отметить, что распространение
калибров относится ко времени развития взаимозаменяемого производства,
когда происходит значительное расширение объема производства и расчленение
операций по изготовлению изделий между отдельными изготовителями.

Неизвестны действительные погрешности контроля с помощью калибров.

Одной из основных составляющих погрешности нзмерення является не от-
клонение его размеров, а деформация калибров, особенно скоб, или контроли-
руемых деталей. Эти деформации ие остаются постоянными даже дли одного
калибра.

В большой мере на погрешность измерения оказывают влияние и темпера-
турные деформации калибров от нагрева рук, поскольку не всегда калибры снаб-
жаются надежными теплоизоляционными накладками.

Отсутствие данных о погрешностях геометрической формы в деталях при
контроле калибрами в большой мере оказывает влияние на надежность и долго-
вечность выпускаемой продукции.

При использовании жестких калибров невозможен по-настоящему контроль
за ходом технологического процесса.

Таким образом, можно сделать следующие выводы.

1.	При производстве высокоточной продукции необходимо
отказываться от применения калибров и переходить на контроль
деталей с помощью шкальных измерительных средств, за исклю-
чением контроля отверстий малых диаметров, для которых от-
сутствуют надежные шкальные приборы (о резьбовых изделиях
и шлицевых сопряжениях, которые проверяются чаще всего ком-
лексным проходным калибром, будет сказано отдельно).

2.	В первую очередь этот переход необходим при произ-
водстве деталей по 7-му и более высокому квалитетам точности, а
232
также в случаях, когда допустимая погрешность формы меньше
допуска на размер.

3.	При наблюдении за ходом технологического процесса вме-
сто калибров или наряду с ними необходимо иметь шкальные из-
мерительные устройства, позволяющие определить действительное
отклонение размера от границ поля допуска.

4.	При использовании калибров необходима выборочная про-
верка отклонений формы, особенно если отклонение формы зада-
ется меньше, чем допуск на размер.

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ

1.	Что такое специальные средства измерения и на какие группы они раз-
деляются (с. 222)?

2.	Что такое калибры (с. 222)?

3.	Что такое нормальные калибры и какие виды этих калибров Вы знаете?
Что называется шаблоном, щупом (с. 222)?

4.	Что такое предельные калибры (с. 224)?

5.	В чем заключается принцип использования предельных калибров (с. 224)?

6.	Что такое проходной калибр и какой предельный размер он ограничи-
вает (с. 224)?

7.	Что такое непроходной калибр и какой предельный размер он ограничи-
вает (с. 224)?

8.	Что такое технологические или исполнительные размеры и правило их
образования, (с. 226)?

9.	Что называется рабочим, контрольным и приемным калибром (с. 226)?

10.	Какой принцип положен в основу конструкции калибров (с. 228)?

11.	Маркировка калибров (с. 229).

12.	Основные требовании, предъявлиемые к калибрам, и способы их удов-
летворения (с. 231).

13.	Достоинства и недостатки калибров (с. 232).

14.	Перспективы развития калибров и область их применения (с. 232).

Контрольная работа № 5. 1) Рассчитать предельные размеры
гладких калибров для отверстий (вала) и нарисовать схему рас-
положения полей допусков; выбрать конструкцию калибра и
нарисовать его эскиз с обозначениями.

2)	По выданному действительному размеру калибра и откло-
нению его формы дать заключение о его годности.

ГЛ АВ А 11. СРЕДСТВА ИЗМЕРЕНИЯ РЕЗЬБЫ

§ 1.	ОСНОВНЫЕ ЭЛЕМЕНТЫ ЦИЛИНДРИЧЕСКОЙ
МЕТРИЧЕСКОЙ РЕЗЬБЫ

Основные элементы резьбы определяются ее профи-
лем, т. е. контуром сечения плоскостью, проходящей через ее ось
(рис 11.1). Выделяются следующие элементы: наружный диаметр
болта d и гайки D; внутренний диаметр болта di и гайки Dx;
средний диаметр болта da и гайки О2; шаг резьбы Р и угол про-
филя резьбы а.
Ось резьЪы

Рис. 11.1. Профиль цилиндрической метрической резьбы

Измерение наружного диаметра болта и внутреннего диаметра
гайки практически не имеетспецифики по сравнению с измерением
наружных и внутренних диаметров цилиндрических деталей.
Измерение внутреннего диаметра болта и наружного диаметра
гайки вообще не производят, так как на них ие устанавливают до-
пуски и их размеры ограничиваются размерами резьбообразую-
щего инструмента.

Остальные параметры — средний диаметр, • шаг и угол про-
филя—измеряют обычно только у точных резьб, предназначенных,
например, для кинематических перемещений или используемых
в качестве резьбовых калибров или микрометрических винтов.

Всю совокупность методов и средств измерения резьбы можно
разделить на две группы — для комплексного контроля и для
измерения отдельных элементов (дифференцированные измерения).

§ 2.	КОМПЛЕКСНЫЕ СРЕДСТВА КОНТРОЛЯ РЕЗЬБЫ

В отличие от гладких цилиндрических деталей
свинчивание резьбы зависит от ряда элементов, указанных в § 1.

В связи с указанными обстоятельствами для резьбы исполь-
зуется еще один — комплексный показатель — приведенный сред-
ний диаметр резьбы.

а.	Приведенный средний диаметр резьбы. Приведенным сред-
ним диаметром резьбы называется средний диаметр воображаемой
идеальной резьбы, которая плотно соприкасается с реальной
резьбой по боковым сторонам. Чтобы определить его числовое
Калибры для
Внутренней
резьбы

Калибры для наружной резьбы

Предел износа проходного

Непроходной (Верхний)
предел /
. . tfg г.м /

^Предел износа непроход-
ного калибра-пробки

ПР

-HE

КНЕ-ПР

5

Предел износа проходного
калибра-пробки

Проходной (нижний)
предел

Рис. 11.2. Схема расположе-
ния полей допусков на резь-
бовые калибры

у-пр

и и ис	Поедел износа непроход-

кн-нь / нога калибра-кольца

~	' Непроходной

НЕ /нижний) предел



значение, необходимо определить погрешность элементов резь-
бы— среднего диаметра, шага и половину угла профиля, а по-
том подсчитать по формуле

dB (Рв) = da (Da) + fp +

где dB (DB) — приведенный средний диаметр болта (гайки); fp
и fa — диаметральная компенсация ошибок шага и профиля, для
метрической резьбы (а = 60°) fp = 1.7326Р; здесь &Р — погреш-
ность шага,

fa = 0.36Р6 мкм;

здесь Р — шаг резьбы, мм; б ----погрешность половины угла

профиля, мин. Основным видом комплексного контроля являются
резьбовые калибры.

б.	Резьбовые калибры. Подход к этим калибрам такой же,
как и для гладких цилиндрических деталей, т. е. имеются про-
ходные (ПР) и непроходные (НЕ) калибры, рабочие и контрольные
калибры.

Расположение полей допусков на различные виды калибров
приведено на рис. 11.2. Это наиболее полный набор калибров,
так как для точных резьб некоторые калибры отсутствуют.

Проходной калибр ПР должен свободно свинчиваться. Это
гарантирует, что приведенный средний диаметр резьбы нахо-
дится в допустимых пределах, т. е. собственно средний диаметр
гайки не меньше допустимого, а у болта не больше допустимого
и ошибки шага и профиля компенсированы изменением среднего
Калибр -пробка
резьбовой
двусторонний

Калибр-кольцо
резьбовой непроходной

Калибр-скоба
резьбовой
односторонний

Калибр-пробка
резьбовой
проходной

Калибр-пробка
резьбовбй _
непроходной

Калибр-кольцо
резьбовой
проходной

Рис. 11.3. Резьбовые калибры:

а — профиль проходного калибра; б — профиль иепроходного калибра; о — конструк-
тивные схемы калибров

диаметра. Свинчивание проверяемой детали с проходным калиб-
ром также гарантирует, что наружный диаметр гайки не меньше
наружного диаметра болта, а внутренний диаметр болта не боль-
ше внутреннего диаметра гайки. Резьба у проходного калибра
делается с полным профилем (рис. 11.3, а) и отличается от обычной
тем, что на впадине калибра делается проточка (грязевая канавка).

Непроходной калибр НЕ не должен свинчиваться, но допу-
скается свинчивание до двух витков с обеих сторон, если резьба
сквозная. Из-за того, что этот калибр немного может свинчи-
ваться, на схеме (см. рис. 11.2) видно, что дается допуск на износ
этого калибра (цилиндрические калибры НЕ допуска на износ
не имеют).
3

a)

5

Рис. 1 1.4. Индикаторные приборы для измерении резьбы:

а — для внутренних резьб (БВ -6102); б — для внутренних резьб (БВ-6108)

Проверка непроходным калибром гарантирует, что собственно
средний диаметр гайки не больше наибольшего допустимого, а
у болта—не меньше наименьшего допустимого.

Поскольку калибр НЕ контролирует собственно средний диа-
метр, эти калибры имеют так называемый неполный профиль
(рис. 11.3, б) высотой (0,24-0,3) Р с небольшим числом витков
(2,5—3).

Задаваемые отклонения на рабочие калибры для болтов, т. е.
калибры в виде гаек, непосредственно не измеряются. Эти от-
клонения заданы для получения размеров контрольных калибров
(обозначения с буквой К) и установочных калибров (обозначение
с буквой У), которые, используются для контроля или установки
этих рабочих калибров. Калибры К и У имеют вид болтов.

Установочные калибры в виде резьбовых пробок (болты)
используются в тех случаях, когда конструкции рабочих калиб-
ров (кольцо—гайка) регулируемые. Конструктивные схемы наи-
более часто используемых резьбовых калибров приведены на
рис. 11.3.

Маркировку калибров наносят на нерабочей поверхности.
При этом указывают вид калибра (ПР, НЕ), вид контролируе-
мой резьбы и поле допуска, например ПР, М12—6Н.

в.	Приборы для комплексного измерения резьбы. Эти при-
боры работают по одной и той же схеме — в качестве измеритель-
ного элемента используется составной калибр в виде гайки или
болта и измеряется расстояние между этими частями при введении
их в соприкосновение с измеряемой резьбой после предваритель-
ной настройки по установочным калибрам или другим мерам.

На рис. 11.4 приведены индикаторные приборы для контроля
наружной и внутренней резьбы, которые в определенной мере
являются типичными для такого вида измерительных средств.
В приборе для измерения внутренней резьбы (рис. 11.4, а) резь-
бовая вставка состоит из трех резьбовых частей, из которых
две жестко прикреплены к корпусу /, а третья (средняя) установ-
лена на подвижной каретке. С помощью арретира 2 средняя резь-
бовая часть вдвигается между двумя неподвижными и измеритель-
ный элемент вводится в резьбовое отверстие. После отпускания
арретира под действием пружины резьбовые элементы расходятся
и по индикатору 3 определяется отклонение приведенного среднего
диаметра резьбы от предварительно настроенного. Прибором можно
измерить диаметры внутренних резьб от 2 до 120 мм (четыре типо-
размера прибора).

Прибор для измерения наружной резьбы (рис. 11.4, б) в ка-
честве резьбовых элементов имеет ролики с профилями проход-
ных / и непроходных 2 калибров. Эти ролики изготовляют в за-
висимости от шага резьбы. Настройку на разные диаметры резьбы
осуществляют перемещением верхней и нижней частей скобы.
Верхний ролик проходной части прибора связан с индикатором 5,
а калибр непроходной является жестким. С помощью упора 6
обеспечивается правильное положение оси измеряемой резьбы от-
носительно осей роликов. С помощью пяток 3 и 4 настраивают
положения верхних и нижних роликов по концевым мерам длины.
С помощью этого прибора можно измерять резьбы от 10 до 50 мм
(два типоразмера прибора).

§ 3. ИЗМЕРЕНИЯ ОТДЕЛЬНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ РЕЗЬБЫ
(ДИФФЕРЕНЦИРОВАННОЕ ИЗМЕРЕНИЕ РЕЗЬБЫ)

В подавляющем большинстве случаев эти измерения
относятся к измерению резьбы у калибров, являющихся основным
видом средств контроля резьбы. Измеряются отдельные элементы
резьбы и у кинематических резьб, т. е. ходовых винтов.

Измерение элементов резьбы в основном осуществляется у
наружной резьбы. Для измерения внутренней резьбы практически
на производстве отсутствуют средства измерения.

Когда возникает необходимость измерения элементов внутрен-
ней резьбы, то чаще всего такое измерение осуществляют методом
слепков, т. е. внутреннюю резьбу «переводят» в наружную и из-
меряют ее элементы. В качестве универсального средства измере-
ния наружной резьбы используют чаще всего универсальный и
инструментальный микроскопы (см. гл. 8).

а. Методы и средства измерения среднего диаметра резьбы.
1. Измерение среднего диаметра резьбы
на универсальном или инструменталь-
ном микроскопе. При измерении всех параметров резьбы
на микроскопе чаще всего используют специальные измеритель-
ные ножи, которые лезвием прикладывают к боковым сторонам
выступов резьбы без просвета, а отсчет производят по рискам,
имеющимся на ножах. Эго делают для выделения осевого сече-
ния измеряемой резьбы. При измерении среднего диаметра
Рис. 11.5. Измерение среднего диа-
метра резьбы:

а — схема намерения на микроскопе с
нс пользованием ножей; б — схема из-
мерения с использованием проволочек;
в — измерение на оптиметре; е — дер-
жавки для установки проволочек; д —
микрометр со вставками

(рис. 11.5, а) ножи крепят в специальном приспособлении, ус-
тановленном на продольной каретке микроскопа.

По отсчетному устройству поперечной каретки микроскопа
производят два отсчета по ножам, расположенным через 180°.
Разность двух отсчетов дает значение среднего диаметра резьбы
в измеряемом сечении.

Из-за возможного перекоса оси резьбы относительно линии
измерения (погрешность от установки в центрах) средний диа-
метр измеряют по правым и левым сторонам витка и определяют
среднее арифметическое из двух измерений.

Погрешность измерения d2 также зависит от погрешности шага
резьбы Р, погрешности угла наклона сторон профиля, погрешности
положения рисок на ножах, погрешности положения ножа по
высоте.

Предельная погрешность измерения среднего диаметра резьбы
на универсальном микроскопе с использованием ножей для диа-
метров резьбы до 100 мм — не более 2,5—4,5 мкм. Погрешность
измерения увеличивается для резьб с мелким шагом из-за труд-
ностей установки ножей, а для резьбы с шагом менее 1 мм ножи
вообще не могут использоваться.

2.	Измерение среднего диаметра резь-
бы с использованием проволочек. Принцип
измерения с использованием проволочек заключается в том, что
во впадины резьбы (рис. 11.5, б) закладывают цилиндрические
ролики (проволочки) и с помощью какого-либо из универсальных
измерительных средств (раздел II) производят измерение размера
М по выступающим образующим проволочек. Чаще всего исполь-
зуют одновременно тр и проволочки, реже—две и совсем редко —
одну (для резьбы больших диаметров).

Диаметр проволочек должен быть таким, чтобы касание ее
с профилем впадины резьбы происходило в зоне, соответствующей
среднему диаметру. Для резьб с симметричным профилем диаметр
проволочек определяют по формуле

u	а ’

2 cos-g-

для метрической резьбы da = 0,577Р.

Вычисленный по приведенной формуле диаметр проволочек
называют наивыгоднейшим, и такие проволочки изготовляют спе-
циализированные предприятия. По результатам измерения раз-
мера М рассчитывают значение среднего диаметра по специальным
формулам.

Для измерения размера М по выступающим из резьбы обра-
зующим цилиндрических проволочек наиболее часто используют
горизонтальный оптиметр (рис. 11.5, в), микрометр гладкий и
рычажный (см. гл. 5, § 8, 9, 10), хотя, в принципе, можно при-
способить и любые другие универсальные измерительные средства
с двухточечной принципиальной схемой измерения. Иногда делают
державки для установки проволочек или их подвешивают
(рис. 11.5, г). Иногда вместо проволочек для измерения исполь-
зуют сферические измерительные наконечники, диаметр которых
равен наивыгоднейшему диаметру проволочек. При этих наконеч-
никах отсутствует погрешность от базирования проволочек, но
увеличивается погрешность от деформаций.

Погрешность измерения с использованием проволочек зависит
от погрешности используемого измерительного средства, откло-
нений диаметра проволочек от наивыгоднейшего, погрешности
шага резьбы и половины угла профиля, деформаций проволо-
чек, угла подъема резьбы (проволочка располагается неперпен-
дикулярно оси). Влияние угла подъема резьбы может быть устра-
нено введением поправки, подсчитываемой по специальной фор-
муле.

При этих измерениях на погрешность также влияют погреш-
ность блока концевых мер и погрешность от температурных де-
формаций.
При тщательном измерении, при стабильной температуре с вве-
дением поправки на контактные деформации и отклонения раз-
меров ролика может быть обеспечена погрешность измерения
на горизонтальном оптиметре в пределах 1,5—2 мкм.

Проволочки обычно изготовляют комплектом из 3 шт. в виде
гладких или ступенчатых цилиндров. Номинальные диаметры
от 0,101 до 3,464 мм для метрической резьбы и от 0,776 до
8,282 мм для трапецеидальной. Предельные отклонения проволо-
чек не должны превышать ±0,5 мкм с допускаемым отклонением
формы в пределах допуска на диаметр.

Проволочки изготовляют из материала с коэффициентом ли-
нейного расширения в пределах 12 ± 2-10"® К-1 с твердостью
не ниже 700 HV. У нас в стране изготовляют проволочки классов
0; 1, причем 0-й класс точнее, чем указано выше.

Размеры проволочек проверяют обычно на оптиметрах (гл.
8) или с помощью микрокаторов (гл. 5). Отклонение формы про-
веряют на кругломерах (гл. 13).

3.	Измерение среднего диаметра резьбы
микрометром со вставками. Микрометром со
вставками называют (иногда его называют резьбовым) микрометр,
у которого измерительные поверхности съемные и сделаны в виде
резьбового профиля (выступа и впадины). От обычных микромет-
ров он отличается тем, что в торцах микровинта и пятки сделаны
отверстия, куда устанавливают вставки (рис. 11.5, д). Микро-
метры поставляют с комплектом вставок для определенных шагов
измеряемых резьб в зависимости от диапазона размеров.

Установку на нуль производят с помощью специальной пло-
ской установочной меры, имеющей на концах профили, обратные
формам наконечников.

Микрометры имеют отсчет 0,01 мм. Диапазон измерения од-
ного микрометра 25 мм, а общий диапазон измерения всеми микро-
метрами обычно до 350 мм. Вставки бывают для метрической,
дюймовой и трубной резьб.

Погрешность микрометров в зависимости от диапазона изме-
рения и шага измеряемой резьбы находится в пределах 0,01—
0,035 мм при поверке по аттестованному резьбовому калибр-
пробке.

Погрешность измерения среднего диаметра с помощью резь-
бовых вставок зависит от погрешности шага &Р и угла профиля ба
измеряемой резьбы, так как приведенный способ измерения осно-
ван на определении среднего диаметра, как расстояния между
боковыми сторонами профиля, измеренного перпендикулярно
к оси резьбы.

Предельная погрешность измерения с помощью микрометра
со вставками — в пределах 0,025—0,2 мм. Точность измерения
несколько повышается при настройке микрометра по резьбовой
детали с практически отсутствующей погрешностью шага и про-
филя, но и тогда погрешность будет составлять 0,02—0,1 мм.
Рис. II.в. Набор резьбовых шаблонов

Уменьшается погрешность и при
использовании вставок с умень-
шенной длиной рабочих поверхно-
стей, но тогда они быстро изна-
шиваются.

б. Методы и средства измере-
ния шага резьбы. Для определе-
ния шага резьбы изготовляют
резьбовые шаблоны, которые в
принципе представляют собой нор-
мальные калибры и выпускаются
наборами (рис. 11.6). Обычно резь-
бовые шаблоны изготовляют для
резьбы метрической (а = 60°) и

дюймовой (а = 55°) — метрические для резьб с шагом от 0,4 до
60 мм (20 шаблонов), а дюймовые с числом ниток на Г от 28 до
4 (17 шаблонов). Строго говоря, эти шаблоны нужны для опреде-
ления номинального шага у резьбовой детали, если он неизвестен,
а не для его измерения.

1.	Измерение шага резьбы на универ-
сальном или инструментальном микро-
скопе. Измерение шага на микроскопах осуществляется при
непосредственном визирований штриховой сетки окулярной го-
ловки на профиль резьбы с использованием ножей или без их
использования (рис. 11.7, а). Обычно измеренные шаги сравни-
вают с допускаемыми отклонениями для нескольких шагов. Для
исключения влияния перекоса измерение производят по двум
сторонам профиля и среднее арифметическое из этих измерений
принимают за значение шага. У резьбы малого диаметра (до 3 мм)
для исключения погрешности от перекоса шаг измеряют с двух
сторон детали и принимают за значение шага среднее арифмети-
ческое значение из четырех значений шага.

Погрешности измерения на микроскопе зависят от тех же
факторов, что и при измерении среднего диаметра резьбы. Для
универсального микроскопа предельная погрешность при изме-
рении без ножей составляет не более 2—3,5 мкм, а для инстру-
ментального микроскопа 3—4 мкм. При этих измерениях колонка
микроскопа наклоняется на угол подъема резьбы.

При измерении с ножами предельная погрешность измерения
на универсальном микроскопе составляет не более 1,5—3 мкм,
а на инструментальном микроскопе 2,5—3,5 мкм. В этом случае
рекомендуется использовать один нож, чтобы исключить влияние
погрешности от неточности расположения риски на ноже.

2.	Измерение шага на специальных прибо-
рах (измерительных машинах). Машины для измере-
ния шага по принципиальной схеме бывают двух видов: со схемой
Рис. 11.7. Измерение ша-
га резьбы:

а — схема нзмеранвя иа
микроскопе; б — прибор с
последовательным располо-
жением проверяемого н из-
мерительного винтов; в —
прибор с импульсными дат-

чиками

измерения сравнением с мерой, имеющей винтовую поверхность
(для непрерывного измерения), или со штриховой мерой (для
дискретных измерений) и схемой измерения без сравнения с мерой.

Машины со схемой измерения сравнением с мерой чаще всего
в качестве меры имеют измерительный винт, который располага-
ется последовательно (рис. 11.7, б) или параллельно проверяе-
мому (при последовательном расположении погрешность измере-
ния меньше, так как соблюдается принцип Аббе). При одновре-
менном вращении обоих винтов измерительный винт обычно пере-
мещает измерительный узел, в котором наконечник датчика кон-
тактирует либо с поверхностью проверяемого винта, либо с тор--
цом гайки, когда ходовой винт проверяется вместе с гайкой.
При несовпадении шагов проверяемого и измерительного винтов
наконечник датчика смещается и регистрирует погрешность шага
записывающим устройством. В приведенном на рисунке 11.7, б
приборе измерительный 1 и проверяемый 8 винты размещаются
последовательно. Каретки 4 и 6 связаны между собой и переме-
щаются транспортным винтом 5. Измерительный наконечник 7
соприкасается с боковой поверхностью профиля проверяемой резь-
бы, а наконечник 2 — с торцом гайки. Измерительный наконечник
расположен на каретке 3 с шариковыми направляющими. От-
носительные смещения наконечников 7 и 2 определяют с по-
мощью измерительных сопел и регистрируют с помощью сильфон-
ного записывающего и показывающего прибора 9.

Во многих приборах имеются корректирующие устройства
для компенсации погрешностей шага измерительного винта.

В машинах со штриховой мерой производится измерение без
непрерывного вращения, т. е. в осевом сечении ходового винта
сравнением величины шага со значением, отсчитанным по шкале.

Машины со схемой без сравнения с мерой работают либо с ис-
пользованием импульсного метода, либо с так называемым раз-
ностным методом.

При разностном методе в приборе имеются два
наконечника, контактирующих с проверяемым винтом в разных
точках, из которых один жесткий, а другой связан с датчиком
записывающего устройства. После цикла измерения, когда оба
наконечника касаются винтовой поверхности и выявляется по-
грешность одной точки винтовой поверхности от другой (разность
погрешности), изменяется относительное положение наконечников
и производится вновь измерение. Предполагая или зная о виде
погрешности в проверяемом винте, положение наконечников уста-
навливают по определенным зависимостям, а результаты измере-
ния обрабатывают для того, чтобы из разностных значений полу-
чить действующую погрешность шага винта.

При импульсном методе принцип измерения
заключается в сопоставлении вращательного и поступательного
движения от проверяемого ходового винта, каждое из которых
характеризуется электрическими импульсами. В этих машинах
при вращении проверяемого винта с помощью фотоэлектрического
или другого датчика выдаются импульсы, пропорциональные
углу поворота винта, и импульсы, пропорциональные линейному
перемещению измерительной каретки от проверяемого винта. Эти
импульсы попадают в мини-ЭВМ, в которой сравниваются с теоре-
тически правильным соотношением между углом поворота винта
и линейным перемещением в зависимости от шага винта. Резуль-
таты сравнения записываются на самописце.

Примером прибора этого типа является измерительная ма-
шина, разработанная в ЭНИМСе, у которой угловые импульсы
выдаются круговым индуктивным датчиком, а линейные — с по-
мощью лазерного интерференционного прибора (рис. 11.7, в).

В этом приборе измеряемый ходовой винт / располагается
244
горизонтально. На шпинделе 2, соосном измеряемому винту, на-
ходится ротор 3 углового датчика, а в корпусе передней бабки
неподвижно установлен статор 4. На торцовых поверхностях ро-
тора и статора имеются зубья с угловым шагом а0. На статоре,
состоящем из группы П-образных сердечников, имеются обмотки
для питания постоянным током. При вращении измеряемого хо-
дового винта, а вместе с ним и ротора 3 в датчике изменяется зазор
между зубьями ротора и статора от максимального до минималь-
ного за угол поворота а0. Это изменение зазора приводит к изме-
нению магнитного потока в датчике и вызывает электрический сиг-
нал в обмотке статора с периодом а0. Этот сигнал Sa является из-
мерительной информацией об угле поворота измеряемого ходового
винта. Эта информация поступает в вычислительное устройство.

В это же устройство поступают сигналы от линейного измери-
тельного устройства, состоящего из лазера //, интерферометра 10,
фотоприемника 12 и отражателя 7. Световой поток от лазера /1
попадает на полупрозрачную поверхность 8 куба в интерферо-
метре 10 и разделяется на два потока. Один поток, пройдя через
поверхность 8, отразится от призмы 7 измерительного узла 6 и,
возвратившись вновь, отразится от поверхности 8 и попадет
в фотоприемник 12. Другой поток света из лазера 11 отразится от
поверхности 8 и, пройдя через призму .9, вновь через поверхность
8 также попадет в фотоприемник 9. Второй поток света от лазера 10
до фотоприемника 12 проходит всегда постоянный путь, а у пер-
вого потока меняется путь в зависимости от положения измери-
тельного узла 6, ведомого измерительным наконечником 5 при
вращении винта 1.

В связи с разностью хода двух световых потоков в фотоприем-
нике происходит интерференция и из фотоприемника поступают
сигналы SK в зависимости от разности хода лучей.

Таким образом, в вычислительное устройство поступают одно-
временно импульсы Sa, характеризующие угол поворота измеря-
емого винта, и импульсы Sx, характеризующие линейные пере-
мещения, пропорциональные углу поворота. В вычислительном
устройстве линейные импульсы умножаются на длину волны Л
лазерного источника с учетом влияния на нее внешних условий
и получается действительное линейное перемещение вместе с
влиянием погрешности шага. Импульсы Sa, характеризующие
угол поворота, умножаются на величину, соответствующую
теоретическому линейному перемещению, приходящемуся на
в	Ра»

угол а0 в зависимости от шага Р измеряемого ходового винта .

После этого происходит сравнение теоретического (LT) и дейст-
вительного (£д) линейных перемещений при вращении ходового
винта, т. е. выясняется погрешность шага 6Р. Вычислительное
устройство выдает результаты в виде непрерывной функции с за-
писью самописцем или в цифровом виде на цифропечать и перфо-
ленту для последующего анализа на ЭВМ.
Рис. 11.8. Измерение угла профиля резьбы иа микроскопе

На приборе можно измерять винты длиной до 3000 мм, диамет-
ром до 100 мм при скорости измерения 10 мин на 1 м.

в. Методы и средства измерения угла профиля резьбы. Основ-
ными средствами измерения угла профиля резьбы являются ин-
струментальный и универсальный микроскопы как без использо-
вания ножей, так й с ножами.

При измерении без ножей совмещают центральную штриховую
линию штриховой сетки с боковой стороной профиля и по угло-
мерной шкале отсчитывают половину угла профиля резьбы
(рис. 11.8). Для исключения погрешностей измерения от перекоса
оси резьбы относительно линии центров, в которых установлена
деталь, измерение осуществляют в каждом сечении по верхним
и нижним сторонам контура и за результат принимают среднее
значение:

a _^-<ni) + -^(IV)

2 лев	2	’

а 4-(1)+^-(П)

2 прав —	2

Значение половины угла профиля для сравнения с допустимым
значением принимают как среднее из результатов измерения для
правого и левого профилей:

(Ла	, Ла	\

—прав+ —лев;

“ ~2~~	2	

Иногда	при	этих измерениях,	когда	большой	угол	подъема

у резьбы, измеряют угол	профиля в нормальном сечении	и	для

этого наклоняют колонку микроскопа. Однако при этом искажа-
ется угол профиля резьбы, поскольку он задается в плоскости,
проходящей через ось. При измерении с наклоном колонки резуль-
тэты необходимо пересчитывать. Предельная погрешность из-
мерения половины угла профиля на микроскопе без ножей за-
висит от шага измеряемой резьбы. При шаге резьбы менее 0,5 мм
погрешность измерения не более ± (з + ~р") , а для шагов более
0,5 мм не более ±(3 4--^-) .

Предельная погрешность измерения половины угла профиля
на микроскопах с ножами не более ± ^2 +~^-) •

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ

1.	Принцип комплексного измерения резьбы (с. 234).

2.	Что такое приведенный средний диаметр резьбы и кан он рассчитывается
(с. 234)?

3.	Какие элементы резьбы проверяют проходным и непроходным калиб-
рами (с. 235)?

4.	Принцип работы приборов для комплексного измерения резьбы (с. 237).

5.	Принцип измерения среднего диаметра резьбы на микроскопах (с. 238).

6.	Принцип измерения среднего диаметра резьбы с использованием прово-
лочек (с. 240).

7.	Принцип измерения среднего диаметра резьбы микрометром со встав-
ками (с. 241).

8.	Принцип измерения шага резьбы на микроскопах (с. 242).

9.	Виды и принцип работы специальных приборов для измерения шага резьбы
у кинематических резьб (с. 242).

10.	Методы и средства измерении угла профиля резьбы (с. 246).

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 7

Измерение резьбы на инструментальных
или универсальных микроскопах

Задание 1. Измерить половину угла профиля а/2 резьбы.

Задание 2. Измерить шаг Р резьбы.

Объект измерения — резьбовой калибр-пробка проходной;
размер от М12 до МЗО, шаг резьбы 2 ... 3,5 мм, резьба правая.

Средства измерения — инструментальный микроскоп малый
или большой, или универсальный измерительный микроскоп.
Схемы измерения — см. отчетный бланк и рис. 8.23. •

Подготовка работы.

1.	Подготовляют данные об объекте измерения (d, и Р) по
справочнику.

2.	Определяют угол подъема резьбы 0 по формуле 0 =
= 18,25 -^-(градус).

3.	Устанавливают деталь в центры микроскопа.

4.	Устанавливают под объектив наблюдательного микроскопа
дальнюю от наблюдателя сторону резьбы калибр-пробки.

5.	Наклоняют колонку микроскопа вправо на угол 0 подъема
резьбы.

6.	Фокусируют профиль резьбы.
Техникум, курс, группа

Ф., и., о. учащегося

Лабораторная работа Ns 7. Измерение резьбы на микроскопах

Задание 1. Измерение а/2 резьбы

Обозначение резьбы				Наименование СИ	
Номинальный размер dt					
а/2	Допуск а/2	₽		Цена деления угловой шкалы	
					

Схема измерения
Задание 2. Измерение шага резьбы

Обозначение резьбы	Наименование СИ	
Р	Допуск Р		
	Цена деления шкалы каретки	

Схема измерения

Задание 1. Измерить половину угла профиля а/2. Схема из-
мерения в отчетном бланке задания 1, с. 248.

1.	Измерить половины угла профиля а/2/ и а/2///.

2.	Измерить половины угла профиля а/2// и а/2/V. Перед
измерением наклоняют колонку микроскопа на угол подъема резь-
бы Р влево от исполнителя.

3.	Обработать результаты измерения а/2 (см. с. 248)
4.	Оценить годность а/2 резьбы измеренного калибр-пробки
сопоставлением с данными справочника.

Записывают результаты в отчетный бланк.

Задание 2. Измерение шага Р резьбы. Схема измерения в от-
четном бланке задания 2, с. 249.

1.	Измерить шаг Р на ближней к исполнителю стороне калибр-
пробки. Для этого измеряют длину участка резьбы Ргп и длину
участка резьбы Рап.

2.	Измерить шаг Р на дальней от исполнителя стороне калибр-
пробки. Для этого измеряют длину участка резьбы Ряп и
длину участка резьбы Ptn.

3.	Обработать результаты измерения Р.

При обработке результатов подсчитывают:

1.	Действительную длину участка резьбы

рп — Pin + Р,п + Рап + Ptn

Д	4

2.	Действительный размер шага

Р — Рпд
л ~'

3.	Погрешность шага

АР = Р д Р ном-

4.	Определяют годность Р измеренной пробки.

5.	Записывают результаты в отчетный бланк.

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 8

Измерение среднего диаметра резьбы микрометром
со вставками и методом трех проволочек

Задание 1. Измерение d2 микрометром со вставками.

Объект измерения — винт или болт с метрической резьбой.
Резьба Мб ... М42, шаг Р = 1 ... 5 мм.

Средство измерения — микрометр со вставками 0 ... 25 мм
или,25 ... 50 мм.

Схема измерения — см. отчетный бланк, задание 1, с. 251
Подготовка к измерению.

I. Подготовка данных объекта измерения.

1.	Номинальный размер Р измеряемой детали сообщается уча-
щимся преподавателем.

2.	Номинальное значение da определяют по справочнику, а
предельные размеры d2 подсчитывают учащиеся и записывают в
отчетный бланк.

II. Подготовка средств измерения.

1.	По величине шага резьбы находят необходимые йставки.

2.	Вставляют призматическую вставку в пятку, а коническую—
в микровинт.
Техникум, курс, группа

Ф., и., о. учащегося

Лабораторная работа № 8. Измерение dt резьбы микрометрами

Задание 1. Измерение dt микрометром со вставками

Обозначение резьбы			Наименование СИ
Номинальные размеры			
d,	Р		Диапазон измерения
Предельные размеры dt			Пределы измерении вставок
da шах	da mln		

Схема измерения

Результаты измерения

Заключение о годности

Средние отсчеты показаний			Средняя величина dt	
d, (/-/)	dt (//—//)	d2 (Ш—111)		Выполнил
		Конусообразность		
Задание 2. Измерение d, резьбы микрометром и 3-мя проволочками

Обозначение резьбы			Наименование СИ
Номинальные размеры			
4	р		Диапазон измерений
Предельные размеры dt			
max	min		Диаметр проволочек	М

Схема измерений

Результаты измерения						Заключение о годности
Средние отсчеты показаний			Действительные размеры			Выполнил
М (1—1)	М (11—11)	М (Hl—III)	(/-/) ‘р	(II-II) *Р	(Щ-Щ) ‘Р	Принял
						
Конусообразность			Бочкообразиость			
3.	Устанавливают микрометр на нуль (см. гл. 5) по установоч-
ной мере или при соприкосновении вставок (для микрометра
О—25 мм).

III.	Измерение детали.

1.	Вывинчивают микровинт за барабан до получения показа-
ния, несколько большего номинального размера da измеряемой
детали, вводят микрометр в соприкосновение с деталью, находят
диаметральное положение резьбы между вставками, вращают
трещотку и зажимают деталь между вставками до провертывания
трещотки. Определяют размер da по шкалам микрометра. Затем
в том же месте повторяют измерение для получения близких от-
счетов еще два раза, запоминая каждое показание. После этого
подсчитывают средний отсчет и записывают его в графу «средний
отсчет da (сечение II—II)».

2.	Измеряют таким же образом d2 в сечениях I—I и III—III.

IV.	Определить годность da резьбы измеренной детали сравне-
нием действительных размеров во всех сечениях с предельно
допустимыми значениями.

Задание 2. Измерение среднего диаметра резьбы гладким
микрометром методом трех проволочек.

Объект измерения — тот же, что и в части 1 данной работы.

Средства измерения — микрометр гладкий необходимого раз-
мера, проволочки соответствующего диаметра, комплект из трех
штук.

Схема измерения — см. отчетный бланк, задание 2, стр. 252.

Подготовка к измерению.

I. Подготовка данных объекта измерения.

1.	Номинальный размер d2 и предельные отклонения берут
из предыдущей части данной работы и записывают их в графы
задания 2.

2.	Предельные размеры da берут там же и переносят в соответ-
ствующие графы задания 2.

II. Подготовка средств измерения.

1.	Выбор размера проволочек производят по таблице справоч-
ника в зависимости от шага измеряемой резьбы.

2.	Подсчитывают размер М по формуле М — d? + l,5dn,
где dn — номинальный диаметр проволочки.

3.	Проверяют установку микрометра на нуль.

4.	Проволочки навешивают отверстиями бирок на кронштейн,
причем две проволочки навешивают на пятку, а одну — на микро-
винт.

5.	Высоту кронштейна подгоняют так, чтобы середина измери-
тельных поверхностей проволочек находилась на уровне линии
измерения.

Измерение детали.

1.	Вывинчивают микровиит на размер, несколько больший
величины М.
2.	Вводят деталь в микрометр так, чтобы ось резьбы распо-
лагалась горизонтально, в одной плоскости с осью микровинта
и пятки.

3.	Берут проволочки за верхние концы и опускают во впадины
резьбы по схеме измерения.

4.	Определяют размер М в сечении //—// (три раза)^ За зна-
чение размера принимают среднее из трех отсчетов и заносят ве-
личину М в отчетный бланк.

5.	Измеряют значение М в сечениях /—/ и III—III и запи-
сывают в отчетный бланк.

6.	Определяют действительные значения dt для каждого се-
чения по формуле d2 = М — l,5dn. Результаты подсчетов запи-
сывают в отчетный бланк.

7.	Определяют годность da резьбы измеренной детали.

Целесообразно провести измерения по части 1 и 2 на одном
и том же объекте, с тем чтобы показать, какая разница бывает
в результатах измерения одного и того же размера. Если воз-
можно, то целесообразно измерение da выполнить еще и на микро-
скопе для сопоставления трех методов измерения. За действитель-
ное значение da приближенно можно взять среднее арифметическое
значение из трех результатов, полученных разными методами,
и определить погрешность измерения каждого метода как откло-
нение результатов измерения каждым методом от среднего зна-
чения.

ГЛАВА 12. МЕТОДЫ И СРЕДСТВА ИЗМЕРЕНИЯ УГЛОВ

§ 1.	СИСТЕМА ЕДИНИЦ НА УГЛОВЫЕ РАЗМЕРЫ

За единицу измерения плоского угла в Междуна-
родной системе единиц (СИ) принят радиан.

Радианом называется угол между двумя радиусами (сторо-
нами угла), вырезающий на окружности дугу, длина которой равна
радиусу.

В машиностроении вместо радиан используют градусы, минуты
и секунды, которые допускаются в Международной системе единиц
СИ к применению наравне с радианом.

Малые углы иногда выражают через тригонометрические функ-
ции синуса и тангенса, принимая величину этих отношений прак-
тически равной величине угла, выраженной в радиальной мере,
т. е. tg а « арад; sin а « арад.

Существуют и другие единицы измерения углов, но они прак-
тически не применяются в машиностроении.
§ 2.	КЛАССИФИКАЦИЯ МЕТОДОВ И СРЕДСТВ
ИЗМЕРЕНИЯ УГЛОВ

Существуют следующие методы измерения углов:

1)	сравнение угла с мерой, имеющей постоянное значение угла;

2)	сравнение с углом, на который настраивается измеритель-
ное средство;

3)	сравнение с углом на угловой шкале прибора;

4)	координатный метод измерения.

§ 3. МЕТОДЫ И СРЕДСТВА ИЗМЕРЕНИЯ УГЛОВ,
ОСНОВАННЫЕ НА СРАВНЕНИИ УГЛА С МЕРОЙ,
ИМЕЮЩЕЙ ПОСТОЯННОЕ ЗНАЧЕНИЕ УГЛА

а.	Виды средств измерения. К этому виду отно-
сится вся совокупность угловых мер, которые в принципе пред-
ставляют собой нормальные калибры (см. гл. 10). Эти меры часто
называют «жесткими мерами».

Наибольшее применение имеют меры в виде угловых шабло-
нов, призматических угловых мер, угольников и конусных ка-
либров.

б.	Призматические угловые меры. Призматическими угловыми
мерами называются меры постоянного значения угла, представ-
ляющие собой геометрическую фигуру в виде прямой призмы.
Наибольшее распространение имеют четыре разновидности угло-
вых мер (рис. 12.1).

В отношении угловых мер можно провести полную аналогию
с плоскопараллельными концевыми мерами длины (см. гл. 3).

Рис. 12.1. Угловые меры с постоянным значением угла:

а — типы мер (/ — мера со срезанной вершиной; S — островершинная мера; 3 — мевв
с четырьмя рабочими углами; 4 - многогранная призма); б - набор мер <И - измеди-
тельная поверхность; Н — неизмерительная поверхность; Б — базовая поверхность-
в ~~ верхняя (маркированная) поверхность а — рабочий угол)	Р
Рис. 12.2. Блоки угловых мер, скрепленных струбциной:
а — струбцина для соединения 3-х мер; б — то же для 2-х мер

Их изготовляют наборами с различной градацией значения угла
(через 2°, Г, Г, 15") при различных номинальных значениях
до 90°.

Угловые меры имеют доведенные поверхности, являющиеся
сторонами рабочего угла. Плоскопараллельные концевые меры
можно рассматривать как угловые меры с рабочим углом 180°.

Как и концевые меры длины, угловые меры изготовляют не-
скольких классов точности (00, 0, 1 и 2).

Угловые меры, как и концевые, аттестуются разрядами.

Так же как и у концевых мер длины, рабочие поверхности
угловых мер обладают свойством притираемости, т. е. из них
могут, создаваться блоки. Сцепление угловых мер менее надежно,
чем у концевых мер, из-за небольшой ширины измерительных
поверхностей и относительно большой высоты угла. Поэтому
для угловых мер при образовании блоков предусмотрены струб-
цины (рис. 12.2).

Применение угловых мер обычно осуществляется двумя спо-
собами. При первом способе меру с номинальным значением угла
контролируемой детали прикладывают к одной стороне проверяе-
мого угла и определяют совпадение по другой стороне.

Для оценки значения величины просвета необходим большой навык. При
обычной освещенности примерно 100—150 лк между плоской поверхностью де-
тали и поверхностью лекальной линейки практически нельзя обнаружить про-
свет в 1,5—2 мкм. При короткой длине образующей в пределах 3—5 мм неразли-
чимый просвет может достигать 4 мкм. А если сравниваемые поверхности шлифо-
ванные, то просвет виден только от 6 мкм.

Для более точной оценки просвета обычно используют об-
разец просвета (рис. 12.3). В этом случае измеряемый просвет
сравнивают визуально с набором образцовых просветов и оцени-
вают его значение. При достаточном навыке можно добиться точ-
ности 1—1,5 мкм при просветах до 5 мкм и 2—3 мкм при просветах
до 10 мкм. Оценивать просветы «на глаз» свыше 10 мкм практиче-
Рис. 12.3. Образец просвета

ски невозможно и следует использовать щупы (см. гл. 10), а также
концевые меры длины.

Второй способ заключается в том, что жесткая мера исполь-
зуется в качестве установочной меры и отклонение измеряемого
угла от угла меры определяется по показаниям измерительной
головки с учетом ее положения (рис. 12.4): Да = р/т, где р —
показание измерительной головки; т — расстояние от неподвиж-
ной точки контакта до вершины угла. Строго говоря, приведенное
выражение равно не углу ба, a tg 6а. Но как было сказано ранее,
при небольших углах (а здесь угол небольшой) тангенс угла может
быть приравнен углу в радиальной мере.

Можно рекомендовать очень простой способ пересчета линейных отклоне-
ний в угловые. Надо только запомнить, что на длине 206 мм (практически можно
взять 200 мм) линейное отклонение 1 мкм соответствует угловому 1*.

Многогранные меры обычно используют для проверки при-
боров, где имеются угловые повороты. Очень часто такие меры
изготовляют из кварца для исключения влияния местного нагрева
на искажение угла (общий нагрев угловой меры не влияет на
погрешность угла).

Поверка угловых мер. Угловые меры с одним рабочим углом
при невысокой точности поверяют по мерам более высокой точ-
ности методом сравнения.

Меры более высокой точности поверяются с помощью гонио-
метра (см. § 5) или сличением с многогранными образцовыми приз-
мами при разных способах сличения.

в.	Угольники. Угольником называется угловая мера с рабо-
чим углом 90е. Строго говоря, угольники можно было бы и не
выделять как частный случай угловых
мер, но в машиностроении наиболее ча-
сто предъявляют требование к перпен-
дикулярности сторон детали, т. е. к обе-
спечению угла 90°. Существуют три ос-
новные конструктивные формы уголь-
ников (рис. 12.5).

Плоские (плиточные) угольники
(рис. 12.5, а) — это угольники, у кото-

Рис. 12.4. Схема измерения угла с использова-
нием установочной меры
Рис. 12.5. Угольники:
а — плоские (лекальные); б — цилиндрические; в, г, д, г — Г-обраэные

рых две широкие и две узкие (острые) грани (рабочие поверхности).
Острые грани с радиусом закругления 0,2 мм называют лекальными,
поэтому такие угольники также называют лекальными.

Цилиндрические угольники (рис. 12.5, б). Цилиндрический
угольник — это цилиндрический вал, у которого торец перпенди-
кулярен образующим. Такие угольники обычно используют при
работе от плиты и чаще всего для поверки других угольников.

Г-образные угольники (рис. 12.5, в—е) наиболее распростра-
нены и изготовляются с различной формой боковых сторон. Уголь-
ники с одинаковой толщиной сторон и острыми гранями на одной
боковой стороне (рис. 12.5, в) называют лекальными. Также ле-
кальным угольником с широким основанием (рис. 12.5, г) назы-
вают угольник, у которого толщина основания больше, чем у дру-
гой стороны, имеющей острые грани. Угольники с одинаковой
толщиной сторон (рис. 12.5, д) называют плоскими угольниками
(часто их называют слесарными), а такие же угольники, но с ши-
роким основанием (рис. 12.5, е) — слесарными угольниками с ши-
роким основанием. Название этих угольников в определенной
мере условно. Имеются две конструктивные разновидности уголь-
ников — плоские и с широким основанием, и у обоих может быть
одна из сторон со скосом или без него.

Длины рабочих сторон используются от 60 х40 до 1600 х
Х1000 мм.

Применение угольников аналогично применению угловых мер,
т. е. определению погрешности по величине просвета, оценива-
емого на глаз, или по щупу, или с использованием угольника в ка-
258
честве установочной меры и
определению погрешности по
измерительной головке (см.
рис. 12.4).

Угольники часто исполь-
зуют для измерения перпен-
дикулярности одновременно
с прямолинейностью переме-
щения узлов относительно
каких-либо поверхностей
(рис. 12.6).

Поверка угольников осу-

Рис. 12.6. Схема измерения перпендику-
лярности и прямолинейности перемеще-
ния с использованием угольников

ществляется в основном мето-

дом сравнения с образцовыми угольниками с оценкой отклонения
на просвет или по измерительной головке.

г.	Конусные калибры. Конусные калибры относятся к группе
нормальных калибров (см. гл. 10).

Существуют два способа использования конусных калибров —
по базорасстоянию и по краске.

1.	Контроль калибрами по базорасстоя-
нию заключается в определении осевого положения калибра
относительно изделия. Для этих целей на конусных калибрах
указаны пределы допускаемого осевого смещения. На калибр-
втулках (рис. 12.7) делают уступы. На калибр-пробках и
калибр-втулках вместо уступа делают две риски, расстояние
между которыми равно допуску на базорасстояние. При контроле

изделия с помощью этих калибров

У

Пробка

Риски

годного изделия торец его
при сопряжении с ка-
либром не должен выхо-
дить за пределы уступа
или рисок.

При этом методе кон-
троля определяют в ос-
новном диаметральные

размеры конуса. По-
этому этот вид контроля
обычно дополняется
контролем по краске.
Для точных конических
сопряжений иногда тре-
бования к диаметраль-
ным размерам настолько
малы (0,1 мм), что де-
лать уступ или риски

Рис. 12.7. Конусные калиб-
ры:

Л — размер, соответствующий
допуску яа базорасстояние
бессмысленно, так как ими практически невозможно воспользо-
ваться при контроле.

2.	Контроль калибрами по краске заклю-
чается в том, что на коническую поверхность калибра наносят
слой краски, после чего калибр сопрягают с контролируемым
изделием и поворачивают на 3/4 оборота. После извлечения ка-
либра по пятнам краски на поверхности изделия судят о степени
прилегания калибра к изделию. Нормы точности обычно задают
в процентах от поверхности изделия. Для точных сопряжений мо-
гут быть требования 90—95% прилегания поверхностей. Метод
контроля по краске в большой мере субъективный, так как боль-
шинство доминирующих факторов (толщина слоя краски, равно-
мерность ее нанесения, осевое усилие, оценка площади приле-
гания) полностью зависят от оператора и весьма трудно обеспе-
чить контроль этих факторов.

Рекомендуется использовать красные краски при контроле
стальных деталей. Толщина слоя краски должна быть в пределах
1—5 мкм в зависимости от точности контролируемого изделия.

3.	Поверка калибров относительно невысокой точ-
ности производится с помощью контрольных калибров (контр-
калибров). Калибры припасовывают по краске. Для точных
сопряжений иногда изготовляют спаренные калибры, т. е. рабочие
калибры (втулку и пробку) припасовывают друг к другу по краске
и используют каждый для контроля (припасовки) изделий. Для
точных сопряжений контроль изделий только калибрами по
краске явно недостаточен в связи с большой субъективностью
и обязательно должен дополняться измерениями отдельно угла
конуса, круглости и отклонений образующих от прямолиней-
ности.

§ 4.	МЕТОДЫ И СРЕДСТВА ИЗМЕРЕНИЯ УГЛОВ,
ОСНОВАННЫЕ НА СРАВНЕНИИ С УГЛОМ,
НА КОТОРЫЙ НАСТРАИВАЕТСЯ ИЗМЕРИТЕЛЬНОЕ
СРЕДСТВО

Основными видами этих измерительных средств яв-
ляются синусные и тангенсные линейки. Однако на практике
распространены только синусные линейки, которые и рассмотрены
в этом параграфе.

Синусной линейкой называют специальную линейку в виде
прямоугольного параллелепипеда / (рис. 12.8) с двумя цилиндри-
ческими роликами 2 (шариками) на концах. С помощью такой
линейки «воспроизводят» углы обычно не более 45° как при изме-
рении, так и при изготовлении деталей с угловыми размерами.
Синусную линейку располагают на плите, под один из роликов
линейки устанавливают блок концевых мер длины размером h,
который подсчитывают по формуле h = L sin а, где а — угол,
на который требуется установить синусную линейку, L — рассто-
яние между осями роликов. Верхняя поверхность линейки ока-
Рис. 12.8. Синусные линейкн:
а — при установке детали на плоской поверхности; б — с опорной плитой при установив
в центрах; в — намерение наружного н внутреннего конусов

зывается в этом случае наклоненной к поверхности плиты на
требуемый угол а. Линейку называют синусной, потому что в фор-
муле подсчета размера блока концевых мер длины используют
тригонометрическую функцию синуса.

Конструкции синусных линеек универсального применения
обычно имеют ролики, расположенные на расстоянии 100—500 мм
(это расстояние часто называют базовой длиной синусной ли-
нейки). Верхняя поверхность линейки плоская (рис. 12.8, а) с не-
сколькими резьбовыми отверстиями 3 для закрепления при-
жимами измеряемой детали. Имеются варианты линеек, в которых
на верхней поверхности располагаются центры 4 (рис. 12.8, б)
Рас. 12.0. Прибор мод. 343 (завод «Калибр») для измерения конусов с исполь-
зованием схемы синусной лииейкн

для установки измеряемой детали. Значительно реже встречаются
синусные линейки с так называемым двойным наклоном, когда
угол может быть установлен в двух взаимно перпендикулярных
плоскостях. Некоторые линейки изготовляют с опорной плитой 5
(рис. 12.8, б), с тем чтобы избежать влияния местных неровностей
плиты, на которую устанавливают линейку при работе, на по-
грешность настройки.

Измерение на синусной линейке осуществляют от плиты.
Наиболее часто на синусных линейках измеряют углы конусов
(рис. 12.8, в). Деталь укладывают на поверхность линейки верши-
ной измеряемого угла в направлении к ролику, под который
устанавливают блок концевых мер. В этом положении измеряемый
угол детали оказывается внутренним, накрест лежащим по отно-
шению к углу наклона линейки. При этих условиях, если угол
детали не имеет погрешности, верхняя образующая угла детали
должна расположиться параллельно плите, на которой установ-
лена линейка. С помощью измерительной головки, установленной
иа штативе или стойке, определяют разность высот положения
образующей угла детали от плиты и по этим данным находят,
насколько измеряемый угол отличается от настроенного синусной
линейкой.

Погрешность установки угла с. помощью синусной линейки
в общем виде зависит от погрешности используемого блока конце-
вых мер длины 6Л и от погрешности аттестации расстояния между
осями роликов 6L: 6а = Sh—6£. Погрешности уста-
новки угла синусными линейками находятся в пределах 4—6'
при установке угла до 30° и 5—8* при установке угла от 30 до 45°.

Поверку синусных линеек осуществляют обычно с помощью
специальных образцовых угловых мер (измерением этих мер).

Примером прибора для измерения углов, где встроена синус-
ная линейка, является прибор, предназначенный для измерения
угла конуса и прямолинейности образующих. Основным узлом
прибора (рис. 12.9) является синусная линейка / с длиной между
осями роликов 300 мм. Настройку на угол конуса производят по
концевым мерам длины или специальным мерам, предназначенным
для определенных углов конусов (в последнем случае настройка
точнее). Перемещением детали 2 относительно наконечника 3,
связанного с датчиком 5 отсчетного устройства 4, по аэростатиче-
ским (пневматическим) направляющим определяется отклонение
от параллельности образующей относительно направляющих, что
характеризует погрешность угла конуса (по отклонению на всей
длине) и прямолинейность образующей (по местным отклонениям
от прямой линии). Результаты записываются самописцем 6.

На приборе можно измерить углы до 30° с погрешностью,
не превышающей 0,1 ]/7~мкм, где I — длина конуса, мм. Отклоне-
ние от прямолинейности образующей определяется с погрешно-
стью не более 0,5 + 0,0025/, мкм. Наибольшая длина измеряемых
конусов до 400 мм.

Принцип синусной линейки широко используется в различных
механизмах.

§ 5.	МЕТОДЫ И СРЕДСТВА ИЗМЕРЕНИЯ УГЛОВ,
ОСНОВАННЫЕ НА СРАВНЕНИИ С УГЛОМ
НА УГЛОВОЙ ШКАЛЕ ПРИБОРА

а.	Виды средств измерения углов. В этих измеритель-
ных средствах имеется угломерная шкала, которая в принципе
представляет собой многозначную угловую меру. Иногда эта мера
имеет диапазон показаний 360° (т. е. замкнутая шкала), и тогда
ее чаще всего называют лимбом.

Этот метод измерения часто называют гониометрическим мето-
дом по. названию одного из распространенных приборов этой
группы — гониометра.

Типичными и наиболее известными приборами этого вида
являются гониометры, оптические делительные головки, угло-
меры, уровни и некоторые другие.

К рассматриваемому способу относится и измерение с помощью
угловой шкалы на универсальном микроскопе (см. гл. 8).

б.	Гониометры. Гониометром в машиностроении называется
оптико-механический прибор для измерения углов, образованных
плоскими поверхностями, способными отражать световые лучи
(рис. 12.10, а) (слово гониометр от греческого gonia — угол
и метр).
I

Рис. 12.10. Гониометр:

а — общий вид; б — коллимационная схема измерения; в — автоколли мацнои на я схема
измерения; £ — поле зрения отсчетного микроскопа гониометра с двусторонним отсчетом
и ценой деления 3* (отсчет 176° 15' 67,5*)

Принцип измерения на гониометре заключается в том, что
осуществляют последовательную фиксацию положения плоских
поверхностей измеряемого угла и при каждой фиксации отсчиты-
вают значение угла по лимбу гониометра. Обычно используют
два способа измерения — коллимационный (рис. 12.10, 6) и авто-
коллимационный (рис. 12.10, в). При коллимационном способе
измерения деталь 1 (см. рис. 12.10, б) с измеряемым углом уста-
навливают на предметный столик, соосно которому в приборе
расположен лимб 2. Столик вместе с деталью поворачивают до
такого положения, чтобы параллельный луч света из коллиматора
3 отразился от плоской поверхности детали 1 и попал в объектив
зрительной трубы 4. Изображение щели коллиматора совмещают
_ вертикальней линией окулярной сетки трубы и производят
первый отсчет по лимбу 2 гониометра. После этого столик с де-
талью поворачивают до момента отражения пучка света из кол-
лиматора в трубу от другой грани измеряемого угла и производят
второй отсчет. Разность отсчетов равна дополнительному изме-
ряемому углу, т. е. а = 180 — 0, где а — измеряемый угол;
0 — разность значений угла, полученная двумя отсчетами.

При автоколлимационном способе (рис. 12.10, в) измерения
осуществляют с помощью автоколлиматора. Световые лучи от
марки автоколлиматора параллельным пучком попадают на по-
верхность детали 1 и, отразившись (поверхность угла должна быть
перпендикулярна оптической оси), дают изображение в плоскости
окулярной сетки. После совмещения изображения марки с вер-
тикальной линией окулярной сетки производят первый отсчет
по лимбу 2 гониометра. После поворота столика с деталью до
отражения света от второй поверхности угла производят второй
отсчет. Значение угла определяют, как и при первом способе
измерения. На рис. 12.10, а приведен гониометр, состоящий из
коллиматора /, предметного столика 3, зрительной трубы 4,
лимба 6, вертикальной оси 7, поворотной части прибора (али-
дады) 8, основания 9 и отсчетного микроскопа 5.

Коллиматор и зрительная труба укреплены на своих стойках
в центрах, оси которых перпендикулярны оптическим осям и мо-
гут выставляться в вертикальной плоскости с помощью винтов 2.

Погрешность измерения в значительной мере зависит от точ-
ности нанесения штрихов на лимбе и погрешности отсчитывания.

Одной из доминирующих составляющих погрешности измере-
ния при использовании лимбов является погрешность от уста-
новки лимба относительно оси (эксцентриситет лимба).

Для практического исключения влияния эксцентриситета на
погрешность измерения в современных гониометрах и других
приборах, имеющих лимб, используют так называемый двусторон-
ний отсчет, т. е. отсчет, полученный как среднее арифметическое
из двух отсчетов по диаметрально противоположным отметкам
лимба. Поле зрения при таком отсчете приведено на рис. 12.10, г.

Отечественные гониометры изготовляют с ценами делений 1",
2', 5*, 10*, 30*. Погрешность гониометров составляет не более
цены деления. Конструкции этих гониометров принципиально
не отличаются друг от друга, за исключением гониометра с ценой
делений 30*, у которого применена односторонняя система отсчета.

Основное назначение гониометров состоит в аттестации приз-
матических угловых мер, угловых призм из стекла и металла.

в.	Оптические делительные головки. Оптической делитель-
ной головкой называется оптико-механический прибор для измере-
ния и разметки углов у деталей, устанавливаемых в центрах.
Принципиальная схема оптической делительной головки
(рис. 12.11, а) включает неподвижный корпус 1 с поворотным
корпусом 3, в подшипниках которого располагается шпиндель 2.
На шпинделе 2 закреплен оптический лимб 7 и червячное ко-
лесо 10. Шкала лимба освещается лампочкой бив поле зрения
окуляра 4 находится изображение шкалы лимба 7 и нониусного
Рис. 12.11. Оптическая делительная головка:

а — конструктивная схема; б — поле зрения отсчетного микроскопа (отсчет 01е 25' 00*);
в — головка на станине с центровой бабкой: в — схема измерения шлицевого валика

устройства 5 (рис. 12.11, б). На конце шпинделя 2 имеется вну-
тренняя коническая поверхность (обычно конус Морзе), в которой
установлены центр 9 и хомутик 8 или же вместо них — патрон
или планшайба.

Вместо окулярного отсчетного устройства во многих головках
используют отсчет на экране.

Головки обычно устанавливают на специальной станине
(рис. 12.11, в), а деталь — в центрах.

При этих измерениях на станину головки устанавливают
штатив или стойку (рис. 12.11, г), а иногда—специальные узлы,
которые скоординированы какой-либо поверхностью станины
(чаще всего это бывает передняя поверхность станины) относи-
тельно оси центров делительной головки и центровой бабки.
При измерении вначале производят первоначальный отсчет по
делительной головке и по шкале измерительной головки. Потом
деталь поворачивают на номинальный угол и по шкале измери-
тельной головки отсчитывают отклонение угла в линейной мере
на измеряемом радиусе. Измерения можно произвести и как бы
в обратном направлении; при этом каждый раз устанавливают
нулевой отсчет по измерительной отсчетной головке поворотом
детали, а угловой отсчет снимают по делительной головке. Этот
способ наиболее точен при измерении деталей небольших диа-
метров.

Оптические делительные головки используют в сочетании
с оптическим длиномером для измерения кулачков. Шпиндель
делительной головки может поворачиваться вместе с поворотным
корпусом 3 (рис. 12.11, а) с установкой конусного гнезда вер-
тикально. Тогда обычно устанавливают планшайбу или трех-
кулачковый патрон, и процесс измерения можно осуществлять
по схеме гониометра. Этот же способ используют при применении
делительной головки при обработке или разметке деталей.

Для установки угла при обработке особенно тяжелых деталей
часто используют так называемые оптические делительные столы.
Их принципиальная схема аналогична схеме оптических делитель-
ных головок, но оси шпинделя и лимба расположены всегда
вертикально и поверхность поворотного стола для установки
обрабатываемой детали сделана плоской.

Оптические делительные головки изготовляют с ценами деле-
ний 2", 5", 10", 30' и 60'. У головок с ценами делений 2', 5' и 10'
обычно двусторонний отсчет. Погрешность делительных головок
должна укладываться в цену деления.

Поверку точности делительных головок обычно производят
по образцовым многогранным угловым мерам и часто с помощью
четырехгранных мер при нескольких перестановках.

г.	Угломеры. Угломером называется накладной прибор для
измерения углов, в котором отсчет угла по шкале производят
с помощью нониуса.

В принципе механический угломер (рис. 12.12, а, б) в какой-то
мере аналогичен штангенциркулю (см. гл. 4), так как имеет две
измерительные поверхности, из которых одна 1 связана со шка-
лой 2, а другая 4 с нониусом 3. Прикладывая поверхности 1 и 4
к сторонам измеряемого угла без просвета, по шкале и нониусу,
отсчитывают значение измеряемого угла.

Конструкции угломеров бывают самые различные, в зависи-
мости от пределов измерения (до 180°, рис. 12.12, а, или 360°,
рис. 12.12, б), от возможности измерения наружных и внутрен-
них углов. В универсальных угломерах имеются съемные ли-
нейки 8 (рис. 12.12, б) и угольники б, которые с помощью дер-
жавки 5 закрепляются на угломере для обеспечения измерения
углов на всем пределе измерения как наружных, так и внутрен-
них (рис. 12.12, в).

Обычно угломеры имеют отсчет по нониусу 2', 5' или 15'.
Расчет нониуса угломера в принципе не отличается от расчета
линейного нониуса (см. гл. 4). Погрешность угломеров обычно
не превышает величины отсчета, а поверку осуществляют по
угловым мерам.
Рис. 12.12. Угломеры с нониусом:

а — угломер с ценой деления 15': б — универсальный угломер с ценой деления 2*: в —
примеры намерения угломером

д.	Уровни. Уровнем называется средство определения гори-
зонтальности поверхности и измерения небольших отклонений
от нее.

Наибольшее распространение имеют так называемые ампульные
уровни, у которых чувствительным элементом является ампула.
В принципе ампула представляет собой стеклянную трубку,
Рис. 12.31. Ампульные уровни:

а — ампулы; б — рамный уровень; в — брусковый уровень; а — микрометрический уро-
вень с ценой деления 0,01 мм/м; д — мнкрометричееиий уровень с ценой деления 0,1 мм/м

часть внутренней поверхности которой выполнена по дуге окруж-
ности большого радиуса (рис. 12.13, а).

Внутренняя поверхность трубки имеет замкнутый объем,
который заполнен почти полностью жидкостью. Небольшая часть
внутреннего объема, свободная от жидкости, заполнена парами
этой жидкости и образует «пузырек», который является указате-
лем для отсчета наклона ампулы по шкале, нанесенной на ее
наружной поверхности. Обычно интервалы между штрихами
шкалы равны 2 мм, а различные цены деления, т. е. вначения
угла наклона ампулы при перемещении пузырька на одно деление
шкалы, создаются различными величинами радиуса внутренней
поверхности. В общем случае радиус кривизны /?=-рГ2-10в,
где i — цена деления в угловых секундах; I — интервал между
штрихами в мм. Для цены деления 2' радиус кривизны равен
206 265 мм.

В уровнях принято задавать цену деления не в угловых мерах,
а в линейных, как приращение по высоте в миллиметрах на один
метр длины. Цены деления обычно бывают от 0,01 до 0,2 мм/м.
В качестве жидкости для заполнения ампул используют этиловый
спирт, эфир и их смеси.

Конструкции уровней (рис. 12.13) в основном отличаются
конструкцией корпуса, в который заделаны ампулы, или способом
использования ампулы.

Универсальное применение имеют уровни рамные
(рис. 12.13,6), брусковые (рис. 12.13, в) и микрометрические
(рис. 12.13, г, 3).

Рамный уровень (рис. 12.13, 6) состоит из квадратного кор-
пуса 1 с точным значением углов между сторонами, в котором
установлены основная ампула 3 (продольная) и установочная
ампула 2 (поперечная). Одна сторона 4 (боковая) корпуса пло-
ская, а остальные — с призматическими выемками для установки
на цилиндрические поверхности при измерении горизонтальных
и вертикальных поверхностей. Все четыре стороны корпуса яв-
ляются рабочими поверхностями. Цена деления различных уров-
ней от 0,02 до 0,2 мм/м. Имеются рамные уровни с магнитным
основанием, что облегчает установку их на измеряемый объект.
Размеры рамных уровней составляют 200 х 200 мм.

В брусковых уровнях (рис. 12.13, в, позиции те же, что и на
рис. 12.13, 6) применяют также обычно две ампулы, а уровень
отличается от рамного формой корпуса. Нижняя поверхность
корпуса имеет призматическую выемку и используется только для
горизонтальных поверхностей. Цена деления составляет от 0,01
до 0,1 мм/м. Длина брусковых уровней обычно 100 или 200 мм.
В обоих уровнях поперечную ампулу используют только для
обеспечения правильности установки уровня на измеряемой
поверхности, а отсчет значения угла производят на продольной
ампуле.

Микрометрическим уровнем называется уровень, в котором
ампула используется в сочетании с микрометрической парой.
Принципиальная схема микрометрического уровня заключается
в том, что один конец ампулы связан с микрометрическим винтом
и перемещение конца ампулы может быть отсчитано по микро-
паре. Принцип измерения заключается в том, что перемещением
микропарой достигается нулевое положение пузырька и по микро-
паре производят отсчет угла. Отличительной особенностью микро-
метрического уровня (рис. 12.13, г) с оптическим совмещением
является то, что в нем отсчет по микропаре производят в момент
совмещения изображения двух половинок пузырька, как бы раз-
резанных вдоль оси пузырька. Ампула 2 размещена внутри уровня
и не имеет шкалы. Она установлена на рычажно-шарнирных
подвесках и с помощью головки 4 микровинта может подниматься
или опускаться за один конец. Величина перемещения конца
ампулы может быть отсчитана по счетчику оборотов 3 (грубый
отсчет) и по точной шкале 5, имеющей 100 делений. Грубая шкала
имеет цену делений 1 мм/м (~3,4') и диапазон показаний
20 мм/м, точная шкала 0,01 мм/м (~2*) и диапазон показаний
1 мм/м. Над средней частью ампулы находится лупа для наблюде-
ния за изображением 1 концов пузырька. Под этой лупой нахо-
дится система призм, плоскости которых расположены таким
образом, что вырезают только часть пузырька в ампуле. Процесс
измерения заключается во вращении микровинта до совпадения
изображения частей пузырька, и при этом величину показаний
определяют по шкалам. Общий диапазон измерений состав-
ляет ±Ю мм/м (±34'). Погрешность измерения на небольших
интервалах находится в пределах цены деления (±0,01 мм/м
или ~±2'), на всем диапазоне измерения — в пределах
±0,02 мм/м, т. е. ~±4*. Длина уровня 150 мм.

В другой конструкции микрометрического уровня
(рис. 12.13,3) принцип действия аналогичен, но отсутствует
оптическое совмещение. Эти уровни имеют цену деления
0,1 мм/м (~20"), т. е. в 10 раз больше, чем предыдущий, и погреш-
ность их тоже в пределах цены деления. Ампула 1 (рис. 12.13, 0)
смещается за один конец микропарой 2, по которой отсчитывается
значение наклона. Более высокая точность уровня с оптическим
совмещением объясняется возможностями более точного совмеще-
ния изображения пузырька, чем определение момента совпадения
края пузырька с линией шкалы (в 5—6 раз точнее). Существенен
факт, что уровни с оптическим совмещением практически мало-
чувствительны к колебаниям температуры, так как с изменением
ее изменяется только длина изображения пузырька.

Температурные деформации оказывают большое влияние на
обычные ампульные уровни. Известны специальные уровни с тер-
мостатированной ампулой, которая располагается внутри стек-
лянного вакуумированного баллона и практически нечувстви-
тельна к изменениям температуры окружающего воздуха.

Существуют уровни с использованием индуктивных датчиков.
Принцип их действия заключается в том, что в корпусе прибора
подвешен груз, являющийся якорем индуктивного датчика. При
наклоне корпуса якорь занимает постоянное положение, направ-
ленное перпендикулярно горизонтальной плоскости, и смещение
его относительно катушек, неподвижно закрепленных в корпусе,
изменяет индуктивность катушек. Такие уровни изготовляют
с ценами деления от 2' до 20'. Достоинство такйх уровней заклю-
чается в дистанционности измерения, в возможности суммирова-
ния двух или нескольких показаний, в малых габаритных раз-
мерах узла, непосредственно устанавливаемого на измеряемую
поверхность.

Нулевое положение поверяют установкой уровня на плиту
в двух положениях (через 180°), при которых должны быть одина-
ковые показания уровня.

Погрешности уровней определяют с помощью специальных
приборов-экзаменаторов с использованием принципа синусного
рычага, в котором перемещения одного конца определяют с по-
мощью точной измерительной головки (например, оптикатора).
Можно поверку осуществлять и на синусной линейке, под-
бирая несколько блоков для поверки на определенных делениях
шкалы.

§ в. МЕТОДЫ И СРЕДСТВА ИЗМЕРЕНИЯ КООРДИНАТ,
ОБРАЗУЮЩИХ УГОЛ, И РАСЧЕТ УГЛА
С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ТРИГОНОМЕТРИЧЕСКИХ
ФУНКЦИЙ

Принцип измерения этим методом заключается в том,
что измеряют линейные размеры прямоугольного треугольника,
одним из углов которого является измеряемый угол, и по одной
из тригонометрических функций определяют значение угла. По-
этому этот метод и измерительные средства часто называют триго-
нометрическим и.

Тригонометрический метод можно назвать и координатным,
так как процесс измерения сводится к измерению координат
точек, образующих треугольник.

Наиболее часто этот метод измерения используют на измери-
тельных микроскопах (рис. 12.14, а) и координатно-измерительных
машинах (см. гл. 14). В случае измерения'на микроскопе, напри-

Рис. 12.14. Координатный метод измерения углов:

а — измерение угла конуса на микроскопе с ножами и без ножей; б — измерение конуса
на специальном приборе; в — измерение внутреннего конуса; в — пневматические при-
боры для измерения внутренних н наружных конусов
мер, четыре одинаковых измерительных ножа вводят в контакт
с двумя противоположными образующими конуса (или без ножей)
и определяют значение диаметров D и d, находящихся на рассто-
янии I. Угол наклона образующей конуса находят по формуле
tga = —. Иногда для измерения конуса таким же методом
изготовляют специальные приборы (рис. 12.14, б). В этом приборе
диаметры конуса в сечениях /—/ и //—// измеряют с помощью
микрометрического устройства 5 или по измерительной головке 2
при настройке по концевым мерам длины.

Измерительные наконечники сделаны в виде полуцилиндров,
которые могут поворачиваться в своих гнездах и самоустанавли-
ваться на измеряемом конусе. Благодаря этому размер ab будет
такой же, как и при параллельных поверхностях наконечников 4
при установке по концевым мерам длины. В вертикальном поло-
жении каретки устанавливают с помощью концевых мер длины 1
и измерительной головки 3.

Погрешность измерения находится в пределах ±(10—40')
при измерении микропарой и ±(3—10') при использовании изме-
рительной головки и концевых мер длины.

Координатный метод измерения используют и при измерении
внутренних конусов (рис. 12.14, в). В коническую втулку по-
очередно вводят два шарика D и d, размеры которых известны,
и с помощью оптического длиномера определяют начальный
отсчет до верхней точки меньшего шарика, потом вводят шарик
большего диаметра и определяют положение его верхней точки.
По двум отсчетам находят размер И. По этим данным определяют
размер I между центрами шариков: / = п----5, а половину

.	. D—d п

угла конуса рассчитывают по формуле sin а = —. При хоро-
шей торцовой поверхности втулки можно использовать глубино-
мер (см. гл. 4, 5) для определения расстояний до верхней части
шарика от торца (размеры Нг и h). Тогда

,	D — d

sina - 2(W1_л)_(£>_ dy

Погрешность измерения этим методом зависит от точности
аттестации шариков, от точности измерения положения шариков
и в значительной мере от непостоянства деформации при опуска-
нии шариков, во втулку.

К координатным методам измерения углов с некоторой услов-
ностью можно отнести и пневматические приборы для измерения
конусов (рис. 12.14, г), которые часто называют конусными пневма-
тическими калибрами. В этих калибрах имеется две пары незави-
симых сопл /, расположенных в одной осевой плоскости на опре-
деленном расстоянии друг от друга.

В каждом сечении, перпендикулярном оси, два сопла рас-
положены через 180° и измеряют диаметр в определенном сечении.
В отсчетном устройстве производится сопоставление разности
этих диаметров и по шкале можно отсчитать отклонение угла от
настроенного и направление этого отклонения. В качестве от-
счетного устройства могут быть использованы по два прибора
высокого или низкого давления (см. гл. 7) или сильфонное от-
счетное устройство.

Погрешность измерения в основном зависит от точности уста-
новочной меры. Случайная погрешность измерения не зависит
от меры и составляет не более 0,5 мкм.

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ

1.	Что принято за единицу измерении угла (с. 254)?

2.	Какие существуют методы и средства измерения углов (с. 255)?

3.	Что такое призматические угловые меры? Их применение, разновидности
(с. 255).

4.	Виды угольников и их применение (с. 257).

5.	Что представляют собой конусные калибры и способы их применения
(с. 259)?

6.	Что такое синусная линейка, виды синусных линеек, погрешность уста-
новки угла (с. 260)?

7.	Что такое гониометрический метод измерения углов и какие приборы ос-
нованы на этом методе (с. 263)?

8.	Гониометры, принцип измерения, цены делений (с. 263).

9.	Что такое оптическая делительная головка, ее принципиальная схема,
цены делений и область применения (с. 265)?

10.	Угломеры, принцип действия, цены делений (с. 267).

11.	Уровни ампульные, принцип действия ампулы, величины отсчета, раз-
новидности уровней (с. 268).

12.	Тригонометрический (координатный) метод измерения углов, в чем его
принципиальная сущность, примеры измерения с использованием координатного
метода измерении (с. 272).

Контрольная работа № 6. 1. Нарисовать схему измерения
угла детали на синусной линейке и привести формулу настройки.
2. Рассчитать действительный угол детали, измеренной на синус-
ной линейке, по известным параметрам: расстоянию между осями
роликов линейки L, номинальному углу детали а, показаниям
отсчетной головки и /га.

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 9

Измерение углов угломерами и на синусных линейках

Часть 1. Измерение угломерами.

Задание 1. Измерение наружных углов.

Задание 2. Измерение внутренних углов.

Объект измерения — плоская деталь с наружными углами
для задания 1 и с внутренними углами для задания 2.

Средства измерения — угломер.

Схема измерения — см. отчетный бланк, задания 1 и 2.
Порядок выполнения работы.
I.	Подготовка объекта измерения.

Номинальный размер измеряемого угла и его предельные
отклонения учащиеся получают у руководителя работы и запи-
сывают в отчетный бланк.

II.	Подготовка средств измерения.

1.	По номинальному углу детали подбирают дополнительные
части к угломеру, требуемые для измерения данного угла.

2.	Угломер и дополнительные части собирают в требуемый
комплект (см. рис. 12.12, в).

III. Измерение детали.

1.	Устанавливают угломер по углам детали и, наблюдая
«на просвет» взаимное положение поверхностей, образующих угол
детали, и поверхностей линеек угломера, поворачивают линейки
угломера до совпадения с поверхностями детали.

2.	Определяют действительные размеры углов детали по от-
счету.

3.	Определяют годность углов измеряемой детали.

Заполнение отчетного бланка.

Часть 2. Измерение угла детали на синусной линейке.

Задание 3. Измерение угла наружного конуса.

Объект измерения — конусный калибр-пробка или конусный
хвостовик сверла, развертки, оправки и т. п.

Средства измерения 1. Синусная линейка.

2.	Головка измерительная с ценой деления 0,001 или
0,002 мм.

3.	Стойка.

4.	Концевые меры длины, набор № 1.

5.	Плита поверочная, не грубее 1-го класса точности.

Схема измерения — см. гл. 12, рис. 12.8, в и бланк отчета.

Порядок выполнения* работы.

I. Подготовка объекта измерения.

1.	Номинальные размеры конуса сообщаются учащемуся ру-
ководителем лабораторной работы.

2.	Синус заданного угла измеряемого конуса (sin а,) уча-
щиеся находят в таблицах.

3.	Номинальный размер блока из концевых мер Я подсчиты-
вают по формуле Н — L sin ау, где L — размер между осями ро-
ликов синусной линейки.

II. Подготовка средств измерения.

1.	Стойку и синусную линейку ставят на поверочную плиту;
измерительную головку устанавливают в стойку.

2.	Собирают блок из концевых мер Н.

III. Измерение детали.

1.	Измеряемую деталь укладывают на синусную линейку
вершиной конуса в сторону блока концевых мер.

2.	Измерительную головку устанавливают над осью детали.

3.	Измерительной головкой определяют величину отклонения
от параллельности верхней образующей конуса и поверхности
Форма отчетного бланка для лабораторной работы № 9

Техникум, курс, группа

Ф. и. ,о. учащегося

Лабораторная работа Ns 9. Измерение угломерами и на синусных линейках

Задания 1 и 2. Измерение наружных и внутренних углов угломерами

Наружные углы			
а±Да		Р±Д₽	
Внутренние углы			
у±Ду		6±Д«	

Наименование СИ

Диапазон измерений

Схема измерения
Задание 3. Измерение угла конуса иа синусной линейке

Наименование СИ

Схема измерения

Расстояние между осями ро-
ликов

L

Тип и цена деления отсчет-
ной головки

Система и №		Результаты измерения					Заключение о годности	
		Средний отсчет	*1		Лц			
«у	Да У							
		Отклонение высоты ДА						Выполнил
sin ау								
		Отклонение угла Дад						
Блок Н								
		Действительный размер угла конуса ад						Принял
								
								

поверочной плиты как разность показаний головки АЛ в точках hi
и hn на расстоянии Zn, отступая от краев детали на Z, « 5 мм.

4.	Определяют величину отклонения Аад угла конуса детали.
Для этого подсчитывают отклонение угла конуса по формуле
Аал= у* 2-10* угловых секунд. Величину Аад записывают
в отчетный бланк.

5.	Определяют действительный угол ад конуса измеренной
детали.

6.	Определяют годность угла конуса детали.
ГЛАВА 13. СРЕДСТВА ИЗМЕРЕНИЯ ОТКЛОНЕНИЙ
ФОРМЫ ПОВЕРХНОСТЕЙ

§ 1.	ОБЩИЕ ПОНЯТИЯ

В нормативных документах, когда говорят об откло-
нениях от правильной геометрической формы, обычно для кратко-
сти употребляют выражение «отклонение формы».

Под отклонением формы понимают отклонение формы реаль-
ной (истинной) поверхности или реального (истинного) профиля
от формы номинальной (идеальной) поверхности или номиналь-
ного (идеального) профиля.

Количественно отклонения формы оценивают наибольшим
расстоянием от точек реальной поверхности (профиля) до приле-
гающей поверхности (профиля) по нормали к прилегающей по-
верхности (профилю). В общем случае неровности поверхности
(шероховатость) обычно не включают в отклонение формы, а вол-
нистость поверхности включают.

§ 2.	СРЕДСТВА ИЗМЕРЕНИЯ ОТКЛОНЕНИЙ
ОТ ПЛОСКОСТНОСТИ

Отклонением от плоскостности называют наибольшее
расстояние от точек реальной (истинной) поверхности до при-
легающей плоскости в пределах нормируемого участка.

а.	Определение отклонений от плоскостности с помощью плит.
Принцип измерения с помощью плит заключается в том, что

плоскую поверхность плиты принимают за прилегающую поверх-
ность и определяют отклонения реальной поверхности от поверх-
ности плиты.

Размеры плит (рис. 13.1) бывают от 250 x 250 до 4000 х
х 1600 мм (7 типоразмеров).

Материалом плит обычно является серый чугун.

В последние годы широкое распространение получили плиты,
изготовленные из твердых каменных пород. Достоинством этих
плит является то, что в них отсутствует внутреннее напряжение
(камень необходимо добывать без взрыва). Твердость каменных
плит значительно больше, чем твердость стали, что способствует
повышенной стойкости таких плит к износу. Каменные плиты

Рис. 13.1. Поверочная плита

меньше подвержены деформа-
ции из-за изменения темпера-
туры окружающей среды, так
как коэффициент теплового
расширения ниже, чем у чу-
гуна. Каменные плиты имеют
коэффициент демпфирования
в 15—20 раз выше, чем чугун-
ные плиты, а это значит, что
они менее чувствительны к возможным вибрациям.

Точность плит обычно нормируется либо по числу
пятен краски в квадрате с размером 25X25 мм, либо через от-
клонения от прямолинейности в разных направлениях. Для плит,
поверхности которых получают шабрением, число пятен в ква-
драте 25x25 мм обычно должно быть не менее 20—30.

Применение плит в большинстве случаев связано
с определением плоскостности с помощью краски. Плиту покры-
вают тонким слоем краски (толщина слоя зависит от допуска иа
плоскостность) и кладут на поверхность проверяемой детали.
После перемещения плиты по поверхности детали (или наоборот)
определяют число пятен, приходящихся на один квадрат 25 х
х 25 мм.

Этот способ применения аналогичен использованию нормаль-
ных калибров (см. гл. 10), и плита в принципе является нормаль-
ным калибром плоскостности.

Поверку плит осуществляют либо комплексно с по-
мощью образцовых плит, либо измерением отклонений от прямо-
линейности способами, приведенными в § 3.

Образцовые' плиты обычно получаются так называемым методом трех плит.
Сущность метода заключается в том, что шабрением поверхностей плит доби-
ваются, чтобы все три плиты имели одинаковую плоскостность при поверке их
по краске при любом сечении. Обычно одну из этих плит не используют в работе,
ее оставляют как «хранителя» плоскостности.

Погрешность определения плоскостности плитой по
краске принимают в пределах 3—5 мкм [15], но это значение
весьма ориентировочно и значительно возрастает с увеличением
размеров проверяемых поверхностей.

Результаты измерения в значительной мере зависят от субъективности при
нанесении краски, прикладывании плиты к детали, оценке пятен и др. Строго
говоря, измерением с помощью плиты и краски не выявляется отклонение от
плоскостности, как вто нормируется во всем мире, так как не определяется
отклонение плоскости измеряемой поверхности от прилегающей поверхности.
Однако этот метод получил широкое распространение ввиду того, что весьма
доходчиво показывает, как соприкасаются реальная поверхность и идеальная.
Этот метод используют ие только для контроля, но и в процессе изготовления
деталей.

б.	Измерение отклонений от плоскостности по положению
отдельных точек. Принцип измерения в этом случае заключается
в том, что на поверхности измеряемой детали выбирают три точки
(по возможности равномерно расположенные и разнесенные на
поверхности) и принимают за исходные (базу) для отсчета поло-
жения остальных точек поверхности. При этом чаще всего при-
нимают, что плоскость, проведенная через эти три точки, прибли-
зительно параллельна прилегающей плоскости.

1.	Оптико-механический	плоскомер

(рис. 13.2). Плоскомер состоит из неподвижной / и поворотной //
частей. Неподвижная часть, устанавливаемая на измеряемую
поверхность, имеет объектив 6 и микрообъектив 3. Неподвижную
Рис. 13.2. Оптический пло-
с комер

часть устанавливают на
трех точках с помощью
постоянных магнитов 1
(аналогично штативу с
магнитным основанием).
Положение плоскомера
можно регулировать по
высоте Поворотная
часть плоскомера имеет
окуляр 5 с сеткой 4, пен-
топризму 2 и плоскопа-
раллельную пластину 8.
Визирная марка ///
(в комплект плоскомера
входят четыре марки)
содержит источник света
12, конденсор 11 и точеч-
ную диафрагму 9. Узел с
этими элементами может

смещаться по высоте
микрометрической парой 10, а фиксироваться на измеряемой по-
верхности с помощью постоянного магнита 13.

При измерении выбирают три точки на измеряемой поверх-
ности и регулировкой опор плоскомера добиваются изображения
всех трех светящихся точек в центре перекрестий сетки и прибора.
После этого четвертую марку устанавливают в любую точку изме-
ряемой поверхности и определяют отклонение ее положения от
базовой плоскости по изменению изображения светящейся точки
в поле зрения. Совмещение с центром сетки достигается поворо-
том плоскопараллельной пластины 8, а величину смещения опре-
деляют по микрометрической паре 7.

2.	Гидравлические методы измерения
плоскостности. Принцип измерения заключается в срав-
нении плоскости, образованной поверхностью жидкости, которая
всегда располагается в горизонтальном положении, с проверя-
емой поверхностью.

Метод свободно налитой жидкости заключается в том, что
на проверяемую поверхность устанавливают резервуар с жидко-
стью (рис. 13.3, а).

Вместе с резервуаром в свободные места’на измеряемую по-
верхность устанавливают стойку с закрепленной на ней микро-
парой, у которой конец микровинта сделан в виде иглы. Враще-
нием микровинта измеряют размер по микропаре при соприкосно-
вении иглы с поверхностью жидкости (момент касания замечают
по прогибу мениска или по замыканию электрической цепи).
По разности отсчетов в разных точках плоскости судят о положе-
нии одной точки поверхности относительно другой.

Погрешность измерения таким способом находится в пределах
0,1 мм. На погрешность измерения в основном оказывает влияние
непостоянство атмосферного давления на измеряемой поверхности
(перепад давления в одну миллионную от нормального атмосфер-
ного давления создает разность уровней на открытой поверхности
воды 0,01 мм [15]).

Метод сообщающихся сосудов реализован в специальных изме-
рительных средствах, получивших название гидростатические
уровни (рис. 13.3, б).

Уровень состоит из двух или более измерительных головок
(рис. 13.3, в) — резервуаров, соединенных между собой гибкими
шлангами. Измерительная головка (рис. 13.3, б, в) представляет
собой небольшой закрытый резервуар, в верхней части которого
установлена микропара /, которая представляет собой специаль-
ную конструкцию микрометрического глубиномера.

В нижней части головки имеют канал для соединения между
собой с помощью шлангов 3 (рис. 13.3, б). Измерительные головки
вместе с нижним шлангом образуют систему сообщающихся сосу-
дов. С помощью верхних шлангов 2 создается воздушная сеть
для образования изолированной системы с одинаковым давлением
в резервуарах.

При измерении с помощью двух головок одну из них распола-
гают в какой-либо точке измеряемой поверхности, а вторую
переставляют в другие измеряемые точки поверхности и каждый
раз снимают отсчет по обоим микровинтам. Длина измеряемых
поверхностей до 12 и до 24 м.

Погрешность измерения не превышает обычно ±0,01 мм.

Перечисленные методы не исчерпывают всего многообразия
методов и средств, существующих для измерения отклонений от
плоскостности [16]. Известны интерферометры с лазерным источ-
ником, интерферометры для небольших плоскостей (например,
стеклянных пластин) и некоторые другие.

Измерения прямолинейности в различных направлениях пло-
ской поверхности дают возможность расчетом определить поло-
жение прилегающей поверхности и найти отклонения от нее на
измеряемой поверхности [16].

§ 3. СРЕДСТВА ИЗМЕРЕНИЯ ОТКЛОНЕНИЙ
ОТ ПРЯМОЛИНЕЙНОСТИ В ПЛОСКОСТИ

Отклонением от прямолинейности в плоскости назы-
вается наибольшее расстояние от точек реального (истинного) про-
филя до прилегающей прямой в пределах нормируемого участка.

а.	Определение отклонений от прямолинейности с помощью
поверочных линеек. Линейки для определения прямолинейности
представляют собой нормальные калибры прямолинейности. С ча-
стным случаем таких линеек мы встречались при рассмотрении
угольников, где были приведены лекальные угольники и уголь-
ники с широкими сторонами (см. гл. 12).

Поверочные линейки разделяют на лекальные линейки и на
линейки с широкими основаниями (рис. 13.4). Лекальные линейки
с разным числом рабочих граней (1, 3, 4) имеют, как и угольники,
закругления радиусом 0,2 мм. Проверку прямолинейности этими
линейками производят прикладыванием рабочей части к измеря-
емой поверхности и оценкой «на глаз» величины просвета. Для
накопления навыков в оценке просвета, так же как в случае
с угольниками, рекомендуется создавать образцы просвета (см.
рис. 12.3). Сами лекальные линейки проверяют по контрольным
плоским брускам, имеющим отклонения от плоскостности не более
0,06 мкм. Поверочные линейки с широкими рабочими поверх-
ностями используют в качестве базы для отсчета отклонений от
прямолинейности, а некоторые виды линеек (чугунные с шабро-
ванной поверхностью) — для контроля отклонений от плоскостно-
сти небольших поверхностей аналогично использованию плит
(см. § 2).
При использовании линеек с широ-
кими рабочими поверхностями для из-
мерения прямолинейности их обычно
устанавливают на измеряемую поверх-
ность с помощью одинаковых брусков
(концевых мер), расположенных на кон-
цах. После этого с помощью какого-либо
измерительного прибора определяют не-
постоянство размера от линейки до по-
верхности детали. При этих измерениях
опоры линейки должны располагаться в
точках, соответствующих наименьшему
прогибу ее под действием собственного
веса (0,223/ от краев). Поверочные ли-
нейки лекального типа изготовляют дли-
ной от 80 до 500 мм с широким основа-
нием от 200 до 4000 мм. Допустимые от-
клонения от прямолинейности у лекаль-
ных линеек составляют 0,6—4 мкм в
зависимости от длины и массы, а у ле-
кальных линеек с широкой поверхностью
отклонение от плоскостности находится
в пределах от 2,5 до 100 мкм.

б.	Измерение отклонений от прямо-
линейности с помощью уровней. Изме-
рение уровнем отклонений от прямоли-
нейности осуществляется так называ-
емым шаговым методом. В общем случае
шаговым методом называется метод из-
мерения, при котором размер опреде-

Рис. 13.4. Виды поверочных
линеек

ляют по результатам измерений отдельных участков — шагами.
При измерении прямолинейности уровень устанавливают на

специальную подставку с двумя опорами на конце, расстояние

между которыми равно шагу измерения, и с помощью уровня
определяют угол наклона к горизонту участка прямой, ограничен-
ного точками опоры (рис. 13.5). Обычно участки берут из условия,
чтобы шаг был не более 0,1 длины, на которой производится
измерение. Измерением поверхности в двух взаимно перпендику-
лярных направлениях в результате математической обработки
определяют отклонение от плоскостности [16].

Погрешность измерения отклонений от прямолинейности зави-
сит от величины отклонения, общей длины и шага измерения [16]:

, /--------------ТЯ

S=y AIL -f-0,002—j-,

где S — среднее квадратическое отклонение погрешности измере-
ния, мкм; I — шаг измерения, м; L — длина проверяемой поверх-
ности, м; Н — отклонения от прямолинейности, мкм; А — коэф-
Рис. 13.6. Шаговый спо-
соб измерения с помощью
уровней

фициент, зависящий от цены деления уровня (при цене деления
0,02 мм/м А — 6,7).

в.	Измерение отклонений от прямолинейности с помощью
оптико-механических приборов. Принцип измерения прямоли-
нейности с помощью оптико-механических приборов заключается
в использовании луча света в качестве прямой линии и измерении
либо положения этой прямой, либо положения точек профиля
от этой прямой.

1.	Измерение отклонений от пр ямо линей-
ности коллимационным и автоколлима-
ционным методами. При измерении отклонений от
прямолинейности коллимационным методом используют колли-
маторы и зрительные трубы (рис. 13.6, а). Коллиматором назы-
вают оптическое устройство для получения пучков параллельных
лучей.

Коллиматор / (см. рис. 13.6, а) состоит из объектива, в фокаль-
ной плоскости которого расположена сетка или перекрестие
нитей (марка) и источника света. Коллиматор используют во
многих оптических приборах, когда необходимо создать бес-
конечно удаленную точку, на которую производят визирование
(наведение).

Зрительной трубой называют обычно оптические приборы,
предназначенные для визуального наблюдения за удаленными
предметами (к зрительным трубам относятся подзорные трубы,
бинокли и т. д.). В рассматриваемом методе зрительная труба 2
(рис. 13.6, а) служит для измерения величины смещения сетки
(или перекрестия) коллиматора.

При измерении используют шаговый метод. Зрительную трубу
2 устанавливают неподвижно, а коллиматор последовательно
переставляют по различным точкам измеряемой поверхности.
В связи с отклонением от прямолинейности наклон изображения
сетки коллиматора изменяется и его измеряют зрительной трубой.

При измерении отклонений от прямолинейности автоколли-
мационным методом используют автоколлиматор и простое зер-
кало. Автоколлиматором (полное название автоколлимационная
зрительная труба) называется оптико-механический прибор, со-
четающий в себе зрительную трубу и коллиматор.

При измерении автоколлиматор устанавливают неподвижно
и чаще всего не на измеряемой поверхности. На измеряемую
поверхность устанавливают плоское зеркало на подставке с двумя
опорами (здесь также используют шаговый метод). Оптическая
схема автоколлиматора (рис. 13.6, б) выполнена таким образом.
Рис. 13.6. Измерение отклонений от прямолинейности с помощью оптико-меха-
ннческих приборов:

— коллимационный метод; б — автоколлвмацвоввыЯ метод

что лучи, освещающие марку автоколлиматора 2, выходят парал-
лельным пучком и попадают на плоское зеркало 1. При его пер-
пендикулярном положении относительно лучей они отражаются
в обратном направлении и изображение марки попадает на отсчет-
ную шкалу, расположенную в фокальной плоскости окуляра
автоколлиматора. Из-за отклонения от прямолинейности измеря-
емой линии меняется наклон зеркала к оси автоколлиматора
(к параллельным лучам). Этот наклон определяют по смещению
марки относительно отсчетной шкалы. Величину этого наклона
определяют по отсчетному устройству автоколлиматора в угловой
мере. Смещение изображения марки в автоколлиматоре в 2 раза
больше, чем в коллиматоре, а следовательно, и точность измерения
выше при автоколлимационном методе. Изготовляют разнообраз-
ную номенклатуру автоколлиматоров с ценой делений от 0,25
до 5' с погрешностями (c + -ioo-) , гДе с — цена деления; <р—
измеряемый угол. Автоколлиматоры комплектуют плоскими зер-
калами, поскольку в большинстве случаев их используют для
измерения прямолинейности и через нее — плоскостности. Обра-
ботку результатов измерения, т. е. перевод угловых отсчетов в ли-
нейные и определение отклонений от прилегающих прямых и
плоскости, осуществляют по специальным методикам [16].

2.	Измерение отклонений от прямолиней-
ности методом визирования. Принцип измерения
прямолинейности методом визирования заключается в измерении
расстояния от реальной (истинной) поверхности до оптического
луча (до оси зрительной трубы). В рассмотренном выше методе опре-
деляли, строго говоря, положение прямой — луча в пространстве.

Оптическая линейка является одним из приборов для измере-
ния прямолинейности методом визирования. Принцип действия
оптической линейки заключается в сравнении реального профиля
с прямой в виде луча, проходящего через центры зеркально-
линзовых объективов, образующих автоколлимационную систему,
у которой две крайние точки устанавливаются на одинаковой
высоте от измеряемой поверхности. Корпус 14 (рис. 13.7) оптиче-
Рис. 13.7. Схема оптической линейки ИС

ской линейки устанавливают на измеряемой поверхности с по-
мощью двух опор 15 и 20. Лучи света от лампочки 6, пройдя через
призму 5, линзу 4, призму 17 и левую половину кубика 12, осве-
щают визирную марку 2 и через зеркально-линзовые объективы 1
и 13 создают изображение визирной марки 2 на диафрагме 3.
Микрообъектив 11 переносит увеличенное изображение визирной
марки 2 в плоскость биссекторной сетки 7  Проекционный оку-
ляр 9 проектирует биссектор и изображения визирной марки 2
в плоскость экрана, совмещенную с коллектором 8 экрана. Зер-
кально-линзовые объективы 1 и 13 образуют автоколлимационную
систему. Смещение наконечника 18 измерительной каретки, пере-
мещающейся по измеряемой поверхности на роликах 16 и 19
при наличии отклонений от прямолинейности, вызывает смещение
визирного штриха относительно изображения биссектора, которое
измеряется по барабану 10 отсчетного устройства с ценой деления
0,001 мм и может регистрироваться в виде точечной диаграммы.

С помощью линейки можно измерять отклонения от прямо-
линейности на длине до 800 мм (мод. ИС-43) и до 1600 мм
(мод. ИС-36). Разработан вариант оптической линейки
(мод. ИС-49), которая имеет рассмотренную выше оптическую
схему, но перемещения светового штриха, пропорциональные
отклонениям от прямолинейности, регистрируются фотоэлектри-
ческой следящей системой и получается непрерывная запись
измеряемого профиля.

Погрешность измерения линейкой ИС-36 б = ±(1,2 + 4,5 х
X 10"® Н) мкм, где Н — отклонения от прямолинейности, мкм.
При графическом методе регистрации накалыванием б = ±(2,8 +
± 5- 10-3Я), мкм.
Рис. 13.8. Прибор БВ-6065 для измерения отклонений от прямолинейности
(завод <Калнбр>)

г. Измерение отклонений от прямолинейности методом сравне-
ния с точными направляющими. Принцип действия приборов,
основанных на этом методе, заключается в том, что каретка вместе
с измерительной головкой или датчиком записывающего устрой-
ства перемещается по направляющим и прямолинейность этого
перемещения используется за базу для отсчета отклонений от
прямолинейности измеряемого профиля. Этот метод используют
в основном для измерения прямолинейности образующих цилин-
дрических и конических поверхностей.

Для этих целей предназначен прибор мод. БВ-6065
(рис. 13.8), в котором в качестве направляющих, создающих
прямую линию, используются аэростатические направляющие
(на воздушной подушке). Прибор состоит из основания 1, на
стойке которого в кронштейнах устанавливают сменные измери-
тельные головки 2. На основании 1 установлена каретка 3 с аэро-
статическими направляющими. Прибор снабжен блоком пита-
ния 4, пневмооптическим отсчетным устройством 5 для отсчета
отклонений и самописцем 6 для регистрации. Измеряемую деталь
устанавливают на столе, который укреплен на каретке 3, охваты-
вающей направляющую и перемещающейся по ней на воздушной
подушке. Перемещение каретки осуществляется электродвигате-
лем со скоростью 20 или 80 мм/мин.

На приборе можно измерять отклонения от прямолинейности
на длине до 150 мм. Величина отклонения от прямолинейности
перемещения каретки по направляющим составляет не более
0,1 мкм в вертикальной плоскости и 0,2 мм в горизонтальной.

Диапазон измерений по показывающему устройству 20 мкм
(±10 мкм), а при записи 16 мкм (±8 мкм). Погрешность измере-
ния не более 0,2 мкм. На приборе можно измерять и внутренние
поверхности длиной до 40 мм при диаметре 5—7 мм и до 150 мм
при диаметре свыше 7 мм.

§ 4. СРЕДСТВА ИЗМЕРЕНИЯ ОТКЛОНЕНИЙ ФОРМЫ
ЦИЛИНДРИЧЕСКИХ ДЕТАЛЕЙ

Комплексным показателем отклонения формы яв
ляется отклонение от цилиндричностй, под которым понимают
наибольшее расстояние от точек реальной поверхности до при-
легающего цилиндра в пределах нормируемого участка.

Этот комплексный показатель пока не обеспечен измеритель-
ными средствами' и значения этих отклонений можно оценить
измерением других показателей.

К комплексным показателям относится отклонение профиля
продольного сечения и отклонение от круглости.

Отклонение профиля продольного сечения — это наибольшее
расстояние от точек реальной поверхности, лежащих в плоскости,
проходящей через ее ось, до соответствующей стороны прилега-
ющего профиля в пределах нормируемого* участка. Вместо этого
комплексного показателя, измерение которого также не обеспечено
измерительными средствами, обычно нормируют и измеряют
конусообразность, бочкообразность, седлообразность и отклоне-
ния от прямолинейности оси в пространстве.

Первые три элемента измеряют с помощью любого прибора
с двухточечной схемой измерения в разных сечениях вдоль оси
детали. Прямолинейность оси наиболее просто измеряют с по-
мощью прокатывания детали по плоскости под наконечником
измерительной головки.

Отклонение от круглости — это наибольшее расстояние от
точек реального профиля до прилегающей окружности.

Отклонение от круглости измеряют приборами — кругломерами.

Кругломером называют прибор, предназначенный для опре-
деления отклонений от круглости. Кругломеры появились не-
давно (60-е годы XX столетия).

Принцип измерений кругломером заключается в воспроизве-
дении прибором идеальной окружности и сравнение ее с реальным
профилем измеряемой поверхности.

По способу воспроизведения идеальной окружности кругло-
меры разделяют на два типа — кругломеры с вращающимся
датчиком (рис. 13.9. а. б) и кругломеры с вращающейся
деталью (рис. 13.9, в, г). Наибольшее распространение имеют
кругломеры с вращающимся датчиком.

В этих приборах основным узлом, воспроизводящим идеальную
окружность, является высокоточный шпиндель / (см. рис. 13.9, а,
б), с которым вращается датчик 2 записывающего устройства 4.

В приборе с вращающейся деталью основным узлом, воспроиз-
водящим идеальную окружность, являются высокоточные на-
10 Н. Н. Марков
г)

Рис. 13.9. Виды кругломеров:

а — с вращающимся датчиком и неподвижной деталью;
б общий вид кругломера мод. 289 (завод «Калибр»)
в — с вращающейся деталью н неподвижным датчиком;

г — общий вид кругломера мод. 290 (завод «Калибр»)

д — накладной кругломер (завод «Иэмерои»)
правляющие стола 1 (см. рис. 13.9, в, г), на котором устанавливают
измеряемую деталь 3.

В конструкции узлов, обеспечивающих точное вращение,
используют в основном шариковые направляющие, реже направ-
ляющие скольжения, а также гидравлические или аэростатические
направляющие.

Практически все конструкции кругломеров имеют вертикаль-
ные оси вращения.

Техническая характеристика кругло-
м е р а. На кругломерах различного типа можно измерять на-
ружные и внутренние поверхности диаметром от 3 до 300 мм.
Длина измеряемой детали обычно до 1600 мм (наиболее распро-
странены кругломеры для длины 300—400 мм).

Погрешность кругломеров находится в пре-
делах от 0,05 до 0,2 мкм, но известны кругломеры с погрешностями
до 0,01 и 0,8 мкм. Для получения высоких точностей (0,01 мкм)
прибор снабжают специальным устройством, с помощью которого
проверяется точность вращения шпинделя без участия оператора,
и полученные данные вводятся в ЭВМ прибора для учета их в по-
следующих измерениях деталей на приборе.

Измерение отклонений от круглости
при записи в полярных координатах производят путем наложения
на профилограмму прозрачного шаблона с концентрическими
окружностями, расстояние между которыми зависит от увеличе-
ния самописца (обычно увеличение от 2000 до 20 000).

Для измерения круглости валов большой длины и большого
диаметра у нас в стране созданы накладные кругломеры
(рис. 13.9, д).

Принцип действия накладных кругломеров заключается в том,
что идеальная окружность в пространстве воспроизводится с по-
мощью семейства касательных к реальной окружности.

Семейство касательных к реальной окружности в конструкции
прибора создается с помощью четырех призм 1, которые являются
опорами, базирующими прибор на детали. Симметрично опорам 1
располагается датчик 7> ось которого направлена по радиусу
детали. Все четыре базирующие призмы 1 установлены на под-
шипниках 2, т. е. могут поворачиваться и самоустанавливаться
на детали. Призмы 1 попарно установлены на двух линейках 3
и положение призм фиксируется при перестановке по шкалам
линейки в зависимости от диаметра измеряемого вала. Линейки 3
установлены на подшипниках 5 в движках 6, которые располагают
в определенном положении на направляющих 4 по шкалам в за-
висимости от диаметра измеряемого вала. Установку по всем
шкалам необходимо проводить весьма ориентировочно, с тем
чтобы обеспечить касание призм прямолинейной поверхностью.
Направляющие 4 прибора закреплены на кронштейне 8, который
устанавливается,, в частности, на колонке штатива с магнитным
основанием. Прибор «самоустанавливается» на поверхности изме-
ряемой детали, поверхности призм образуют семейство касатель-
ных и при вращении вала датчик 7 воспринимает отклонение
реальной поверхности от идеальной. Необходимо отметить, что
при воспроизведении идеальной окружности с помощью каса-
тельных воспроизводится средняя окружность и регистрируется
отклонение от этой окружности (в станковых приборах при изме-
рении круглости по записи с помощью шаблонов определяют
отклонения от прилегающей .окружности).

Накладной кругломер снабжают индуктивным записывающим
устройством с линейной диаграммой и для определения отклоне-
ний не надо пользоваться шаблоном, так как в этом случае опре-
деляется размах значений по записи.

Для принципиальной схемы прибора практически отсутствуют
ограничения в отношении диаметров измеряемых валов. Раз-
работана группа приборов, охватывающая измерением валы от 80
до 1200 мм. Погрешность измерения составляет не более 0,8 мкм
при измерении с отклонением от круглости до 4 мкм и не более
20% при больших отклонениях от круглости.

Поверку станковых кругломеров обычно
осуществляют с помощью образцовой стекля иной «сферы, которую
аттестуют интерференционным методом. Этой мерой снабжают
приборы; кроме этого их снабжают также цилиндрической мерой,
у которой нанесена риска и ^аттестовано ее значение для поверки
увеличения записывающего устройства.

Частными отклонениями круглости являются овальность и
огранка. Измерения овальности производят с помощью любого
универсального прибора с двухточечной схемой измерения. Чтобы
выявить максимальное значение овальности, необходимо провести
измерение диаметра не .менее чем в шести сечениях, равномерно
расположенных по окружности: Д =rfmax ^т1п . Обра-
тите внимание, что за овальность берется не просто разность
диаметров, а половина разности, т. е так же, как оценивается
отклонение от круглости с помощью шаблонов.

Огранка подразделяется по числу граней (три, четыре и т. д.)^
В общем случае огранка
бывает с четным и нечет-
ным числом граней.

Измерение огранки с
четным числом граней не
отличается от измерения
овальности, т. е. с помощью
универсальных приборов
с двухточечной схемой из-
мерения.

Рис. 13.10. Схема измерения ог-
ранки в призме
Измерение огранки с нечетным числом граней производится
вращением детали в призме (рис. 13.10). Угол призмы, а также
положение оси измерительной головки зависит от числа граней,
причем в одной детали обычно имеется сочетание огранок с раз-
ным числом граней. При создании схемы для измерения необхо-
димо учитывать число граней.

Например, в подшипниковой промышленности было установлено, что если
для деталей с нечетной огранкой взять призму 100—110°, то выявляется откло-
нение формы в виде огранки с погрешностями не более 17%. Если использовать
призму с углом, равным 60 или 120°, и установить линию измерения головки
под углом Р соответственно 30 или 60° (рис! 13.10), то при этих схемах измерения
огранка проявится увеличенной в два раза при 3, 5, 7 н 9 гранях.

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ

1.	Что такое отклонение формы (с. 278)?

2.	Что такое прилегающая поверхность (с. 278)?

3.	Что такое отклонение от плоскостности? Перечислите основные методы
ее измерения (с. 278).

4.	Измерение плоскостности с помощью плит (с. 278).

5.	Измерение плоскостности с помощью плоскомера (с. 279).

6.	Измерение плоскостности гидравлическим методом (с. 280).

7.	Перечислите методы измерения прямолинейности (с. 282).

8.	Измерение прямолинейности с помощью линеек и уровней (с. 282).

9.	Измерение отклонений от прямолинейности коллимационным и автокол-
лнмационным методами (с. 284).

10.	Измерение отклонения от прямолинейности методом визирования с по-
мощью оптико-механических приборов (с. 285).

11.	Принцип измерения прямолинейности сравнением сточными направляю-
щими (с. 286).

12.	Что такое цилнндричность, отклонение профиля предельного сечения и
круглость (с. 288)?

13.	Принцип действия кругломеров, виды конструкций и способы измере-
ния (с. 288).

14.	Что такое овальность н огранка? Способы нх измерения (с. 291).

ГЛАВА 14. СРЕДСТВА ИЗМЕРЕНИЯ ОТКЛОНЕНИЙ
РАСПОЛОЖЕНИЯ ПОВЕРХНОСТЕЙ

§ 1. ПРИНЦИПИАЛЬНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ

ПО ИЗМЕРЕНИЮ ОТКЛОНЕНИЙ РАСПОЛОЖЕНИЯ
ПОВЕРХНОСТЕЙ

Прежде чем приступить к изучению материалов этой
главы, необходимо вспомнить весь материал по взаимозаменя-
емости, где рассматривались вопросы нормирования отклонений
расположения. В этом же параграфе напомним только наименова-
ния нормируемых параметров и дополним сведениями о некоторых
принципиальных положениях.

Отклонение расположения — это отклонение реального рас-
положения рассматриваемого элемента от номинального. Напом-
ним также, что во всем мире нормируют семь видов отклонений
расположения: отклонение от параллельности (рис. 14.1, а),
отклонение от перпендикулярности (рис. 14.1, б), отклонение
уклона (рис. 14.1, в), отклонение от соосности (рис. 14.1, г), откло-
нение от симметричности (рис. 14.1, д), позиционное отклонение
(рис. 14.1,е), отклонение от пересечения осей (рис. 14. 1, ж).

Нормируются и так называемые суммарные допуски на откло-
нение расположения и отклонение формы (рис. 14.2): радиальное
(рис. 14.2, а) и торцовое (рис. 14.2, б) биения, биение в заданном
направлении (рис. 14.2, в), полное радиальное (рис. 14.2, г)
и торцовое (рис. 14.2, д) биения, отклонение формы профиля
(рис. 14.2, е) и отклонение формы поверхности (рис. 14.2, ж).
pH Х| 0,041-------

l/\ 0.1 |46|

Рис. 14.2. Нормируемые суммарные показатели отклонений расположения
н формы

Далее отметим, что надо говорить не «непараллельность или
неперпендикулярность», а «отклонение от параллельности, от-
клонение от перпендикулярности» и т. д.

Теперь уточним некоторые понятия о нормировании требова-
ний к расположению поверхностей только в отношении вопросов,
касающихся измерения.

При измерении отклонений расположения приходится иметь
дело с реальными плоскими или цилиндрическими поверхно-
стями. Реальные — это значит, что такие поверхности не имеют
правильной геометрической формы, т. е. у этих поверхностей
имеются отклонения формы. Но при нормировании отклонений
расположений указано, что отклонения формы должны исклю-
чаться. А эт,о означает, что при измерении отклонения располо-
жения вместо реальных поверхностей необходимо рассматривать


идеальные поверхности той же формы, которые, например, для
цилиндра охватывают реальную поверхность — так называемую
прилегающую поверхность, а для плоскостей — прилегающая пло-
скость.

Можно привести такой пример. Нужно определить отклонение
от соосности двух реальных цилиндрических поверхностей. В соот-
ветствии с правилами нормирования необходимо найти положения
осей прилегающих цилиндров и определить их соосность и это
принимается за соосность реальных цилиндров. Найти положение
оси прилегающего цилиндра — это значит для вала найти наи-
меньший описанный цилиндр (вспомните из геометрии, что такое
описанный цилиндр), а для отверстия это будет наибольший впи-
санный цилиндр. Другими словами, прилегающим цилиндром
для вала является цилиндр правильной геометрической формы,
наименьшие размеры которого охватывают (обжимают) реальный
цилиндр, т. е. цилиндр, не имеющий правильной формы.

Далее отметим, что при измерении отклонений расположения
в большинстве случаев не находится положение прилегающих
поверхностей, т. е. измеряется не совсем то, что нормируется,
а следовательно, вносится определенная погрешность в оценку
отклонения расположения. Shy погрешность часто называют
методической погрешностью, поскольку она происходит от не-
совершенства методики измерения, так как не выявляется поло-
(	жение прилегающих поверхностей.

’	В стандартах, нормирующих отклонение расположения, пред-

t	усмотрена возможность определять положение средних поверх-

I	ностей вместо прилегающих. Этим часто пользуются, особенно

;	при координатных измерениях, при использовании ЭВМ для

!	расчета значений размеров и отклонений, так как положение

	средних поверхностей проще рассчитать, чем прилегающих. Но

при этом надо помнить, что прилегающая и средняя поверхно-
сти — не одно и то же.

При измерениях расположения прилегающую поверхность
иногда воспроизводят с помощью элементов измерительного сред-
ства. Так, например, при установке детали на плоскую поверх-
ность стола прибора и измерения от стола считается, что плоскость
стола воспроизводит прилегающую поверхность, а цилиндриче-
ская оправка, вставленная в отверстие корпуса с пренебрежимо
малым зазором и используемая для измерения положения оси
этого отверстия, принимается за прилегающий цилиндр. Но часто
при измерении используют упрощенные методы, когда не опре-
деляется прилегающая поверхность. При этом надо помнить, что
в результаты измерения войдет методическая составляющая по-
грешности от отклонения формы.

Для измерения отклонения расположения почти не выпу-
скаются универсальные средства измерения. Только радиальное
и торцовое биения практически могут быть измерены с помощью
универсальных измерительных средств. Для этой цели используют
измерительные головки (см. гл. 5), закрепленные в штативах
и стойках, и центры, в которых устанавливают измеряемую
деталь. Остальные виды отклонения расположения в современном
производстве измеряют с помощью специальных приспособлений,
чаще всего созданных не только в зависимости от вида измеря-
емого элемента, но и от конкретной конфигурации измеряемой
детали [7, 91.

Некоторые виды отклонений расположения контролируются
с помощью калибров. Это относится к отклонениям от соосности,
симметричности, пересечения осей, перпендикулярности и пози-
ционных допусков, заданных зависимыми допусками. Для этого
случая контроля калибры делаются только проходные. Недостаток
контроля калибрами в том, что не выявляются числовые значения
отклонений и не ясно, что надо исправлять, если деталь оказалась
бракованная. В этом случае приходится измерять все элементы
детали. Достоинство контроля калибром в том, что выявляется
комплекс погрешностей и определяется возможность сборки этой
детали, т. е. проверяется ее собираемость.

Различных приспособлений, создаваемых чаще всего на заво-
дах Для собственных нужд, существует очень много и описать их
все практически невозможно. Принципиальные схемы всех этих
специальных измерительных устройств (их часто называют не
совсем верно «приспособлениями») обычно воспроизводят схемы,
указываемые в стандартах на нормируемые параметры располо-
жения (см. рис. 14.1 и 14.2).

Очень часто у деталей измеряют отклонения расположения
непосредственно на станке после окончания обработки. Станок
в это время работает в режиме измерения. В современном произ-
водстве, особенно в гибких производственных системах, как пра-
вило, станки, на которых производится расточка корпусных
деталей, так называемые гибкие производственные модули (ГПМ),
устанавливают специальные контактные головки (см. § 4), с по-
мощью которых измеряют деталь после ее обработки, не снимая
со станка. При этом применяются координатные измерения,
т. е. измерения положения отдельных точек, и рассчитывается
размер или нормируемый параметр. Необходимо иметь в виду,
что измерение на станке удобно, поскольку деталь измеряется
сразу после обработки, и если обнаружена погрешность, то при-
чину можно будет устранить до обработки следующих деталей.
В этом случае выявляется, как точность станка отразится
на точности обработанной детали. Если же в станке есть погреш-
ности систематического характера, например отклонения от прямо-
линейности направляющих, то эта погрешность может и не вы-
явиться, поскольку неточность перемещения будет одинакова
как при обработке, так и при измерении.

Недостаток измерения на станке еще и в том, что во время
измерения станок не выпускает продукцию, для которой он пред-
назначен. При измерении на станке возможны погрешности
в определении эксплуатационных свойств обработанной детали,
поскольку не всегда при обработке установка деталей выпол-
няется от тех поверхностей, которые используются при установке
детали в машину, где она будет работать.

В последние десятилетия получили развитие универсальные
средства измерения, которые наиболее эффективны для измерения
отклонений расположения. Такими универсальными средствами
измерения являются координатно-измерительные машины
(КИМ). До этого в качестве КИМ использовались (сейчас тоже
используются) координатно-расточные станки, в которых вместо
режущего инструмента устанавливались отсчетные измерительные
головки (гл. 4.5).

§ 2.	ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ О КООРДИНАТНЫХ
ИЗМЕРИТЕЛЬНЫХ УСТРОЙСТВАХ

Координатно-измерительные устройства — приборы
для измерения положения точек на поверхности элементов деталей
в системе плоских или пространственных координат. Все рассмо-
тренные ранее универсальные средства измерения (см. гл. 4—7)
в определенной мере можно назвать однокоординатными измери-
тельными средствами, поскольку с их помощью определяется
значение размера по прямой линии (определяются координаты
точек, расположенные на одной прямой). Двухкоординатными
измерительными устройствами, в принципе, являются инстру-
ментальные и универсальные измерительные микроскопы (гл. 8),
в которых определяется значение линейных размеров на плоских
поверхностях по результатам измерения положения отдельных
точек на плоскости, т. е. в системе двух координат X и Y. Обычно
универсальные измерительные средства и микроскопы не называют
координатными устройствами, хотя они и являются таковыми,
так как измеряют непосредственно только положение отдельных
точек на поверхности в определенной системе координат.

Термин «координатные» закрепился за приборами (чаще всего
называемых машинами, хотя они и являются приборами), в кото-
рых определяются линейные размеры по результатам измерения
в пространстве координат отдельных точек в системе трех орто-
гональных осей (координат), т. е. по осям, расположенным в про-
странстве под прямым углом друг к другу. Такие машины (при-
боры) называют трехкоординатными измерительными машинами
или, короче, координатными измерительными машинами (КИМ).

Трехкоординатная измерительная машина — прибор для изме-
рения координат положения точки в пространстве. Принципиаль-
ная основа измерения на КИМ заключается в том, что любую
поверхность или профиль можно представить состоящей из бес-
конечного числа отдельных точек и если известно положение
в пространстве какого-то ограниченного числа этих точек (массив
точек), т. е. определены их координаты, то по соответствующим
формулам (алгоритмам) можно рассчитать размеры этих поверх-
ностей (профилей), а также расположение поверхностей (про-
филей) в пространстве и между собой. Например, если на идеаль-
ной окружности измерить три точки, то они определяют диаметр
окружности, поскольку из геометрии известно, что через три
точки может быть проведена окружность и притом только одна.

Принципиальная схема всех КИМ одинакова.
Она состоит из трех взаимно перпендикулярных устройств для
измерения линейных величин и датчика контакта, который может
перемещаться в пространстве с отсчетом этих перемещений одно-
временно по трем линейным измерительным устройствам. При
касании (контакте) наконечника датчика контакта с точкой на
измеряемой поверхности датчик выдает команду для считывания
значений координат X, Y, Z в момент касания. Иногда КИМ
снабжаются съемными или постоянными круговыми столами,
и представляется возможность производить измерение положения
точек в пространстве с помощью угловой координаты <р в сочета-
нии с линейными, т. е. измерять положение точек в полярных
координатах. Тогда прибор становится четырехкоординатным,
но называют его все же трехкоординатной машиной.

Координатно-измерительные машины известны давно и до
60-х годов нашего столетия обычно изготавливались на базе
координатно-расточных станков, в которых вместо инструмента
устанавливались отсчетные головки, чаще всего рычажно-зубчатые
индикаторы (гл. 4, § 2), и производилось измерение деталей при
перемещениях, аналогичных перемещениям режущего инстру-
мента. Этот прием применялся и применяется сейчас непосред-
ственно на координатно-расточных станках с целью определения
правильности переноса точности станка на точность обрабаты-
ваемой детали. Но затем произошло резкое повышение техниче-
ского уровня КИМ в связи с развитием электронной и вычисли-
тельной техники, что позволило прежде всего автоматизировать
обработку результатов измерения координат положения отдель-
ных точек поверхности с целью получения значения размеров
отклонений формы и расположения поверхностей. Более того,
электронная и вычислительная техника позволили автоматизиро-
вать управление измерением. Таким образом, в современных КИМ
имеется возможность полностью автоматизировать как процесс
измерения координат отдельных точек, так и процесс обработки
результатов этих измерений. КИМ вполне можно отнести к сред-
ствам автоматизации контроля размеров. Ниже они рассматри-
ваются только потому, что основное назначение КИМ — измере-
ние отклонений расположения поверхностей, хотя на них можно
измерять практически все нормируемые в машиностроении гео-
метрические параметры (кроме шероховатости).

Конструктивная схема КИМ состоит из механи-
ческой части, осуществляющей измерительные перемещения, и
электронно-вычислительной части с программно-математическим
обеспечением.
§ 3.	ТИПЫ КООРДИНАТНО-ИЗМЕРИТЕЛЬНЫХ МАШИН

Конструктивная схема механической части всех КИМ
построена таким образом, что деталь, например, в виде паралле-
лепипеда, находящаяся на измерительной позиции машины,
может быть измерена по всем поверхностям, кроме поверхности,
на которой она установлена. А если установить эту деталь на
специальную подставку, чтобы она не располагалась всей пло-
скостью на столе, то можно будет измерить элементы этой детали
на всех поверхностях без перестановки, за исключением частей
поверхности, на которых деталь установлена.

Измерения на КИМ осуществляются при относительных пере-
мещениях детали и датчика контакта. В разных конструкциях
машин эти относительные перемещения осуществляются по-раз-
ному — перемещением датчика касания по всем координатным
осям или по некоторым координатам перемещается измеряемая
деталь. Единого подхода здесь нет, но чаще деталь при измерении
неподвижна, а датчик касания перемещается. Такую компоновку
используют при измерении крупногабаритных деталей с большой
массой. При измерении небольших деталей стол с деталью часто
перемещается по одной координате и редко по двум. Название
осей X, Y, Z весьма условно, чаще всего ось с наибольшим диапа-
зоном измерения этой машины называют осью X, а ось, перпен-
дикулярную основанию, — осью Z. Но бывают и другие обозна-
чения.

Всю совокупность конструктивных решений КИМ можно,
в определенной мере условно, разделить на три группы в зависи-
мости от конструкции узла и его расположения, на котором
находится датчик касания: машины консольного, портального
и мостового (на колоннах) типов.

Консольные КИМ — это машины (приборы), в которых датчик
касания расположен на консоли (рис. 14.3). Часто эти КИМ
называют машинами стоечного типа, так как при консольном
расположении датчика касания устанавливается одна стойка,
которая может быть как неподвижной, так и перемещаться. По
своему назначению и по конструкции эти машины могут быть
разделены на две группы.

В машинах первой группы стойка для уста-
новки на консоли датчика сделана относительно легкой
(рис. 14.3, а, б) и часто перемещается на большую длину при
измерении. Иногда эти машины называют координатно-разметоч-
ными, потому что их в большинстве случаев используют не только
для измерения, но и для разметки, особенно крупногабаритных
деталей.

В консольных машинах второй группы для уста-
новки датчика касания сделана стойка тяжелой конструкции
(рис. 14.3, в), перемещающаяся на небольшую длину по одной
координате.
Рис. 14.3. Консольные координатно-измерительные машины:

а, б — координат но-разметочная машина со стойкой легкой конструкции; в — консоль-
ная КИМ со стойкой тяжелой конструкции; е — измерительный робот; д — измеритель-
ные роботы у конвейера
Консольные машины первой группы предназначены для изме-
рений с невысокой точностью из-за невысокой жесткости. Для
повышения точности иногда вводят поправки на деформации
системы с помощью дополнительных программ. Диапазон измере-
ний таких машин самый разнообразный: от малых (300—700 мм)
по всем осям до 24 м по одной из осей (X). Консольные КИМ
с большим диапазоном измерения используют в основном для
измерения корпусных деталей самолетов, кораблей, автомашин
и т. д. Таких машин иногда устанавливают на одной измеритель-
ной позиции по две и более (рис. 14.3, а, б) с независимыми систе-
мами. При этом управляются они чаще всего от одной ЭВМ и могут
одновременно работать для измерения одного объекта независимо
друг от друга. К этому же типу машин можно отнести КИМ,
которые получили название измерительные роботы (рис. 14.3, г).
В принципе, это консольная КИМ, предназначенная для уста-
новки непосредственно у конвейера автоматической линии
(рис. 14.3, д), в том числе и в гибких производственных системах.
Консольные машины второй группы со стойкой тяжелого типа
обладают большей жесткостью, чем первые машины, и пред-
назначены для измерения с высокой точностью. В разных кон-
струкциях этих КИМ при измерении в направлении оси X пере-
мещается стол или стойка, по оси Y — суппорт по консоли (стреле)
или перемещается вся консоль, а по оси Z перемещается пиноль,
в которой закреплен датчик касания. Консольные КИМ второй
группы обычно предназначены для измерения деталей относи-
тельно небольших размеров (500 x 500 x 500 мм).

Достоинство всех машин консольного типа по сравнению
с другими машинами — хороший доступ к измерительной пози-
ции. При установке детали на измерение к ней можно подойти
с трех сторон н имеется хороший обзор за процессом измерения.
На консольных машинах со стойками тяжелого типа оператор
может работать сидя.

Портальные КИМ — прибор, в котором датчик касания распо-
ложен на портале (рис. 14.4).

Слово портал (от латинского porta — вход, ворота) используется чаще всего
в архитектуре. В технике этот термин применяют для названия металлических
конструкций П-образной формы, состоящих из 2-х боковых и 4-х попарно соеди-
ненных между собой стоек (опор) и верхней балки или рамы. Такой вид конструк-
ции является частью некоторых машин, иапрнмер портального подъемного крана.

В КИМ портального типа датчик касания расположен на
верхней части портала, т. е. балки, и перемещается с суппортом
вдоль портала (по оси Y или X) вместе с пинолью (ось Z). По кон-
структивным решениям портальные машины можно разделить
на машины с неподвижным (рис. 14.4, б) и подвижным порталами
(рис. 14.4, а).

Машины с подвижным порталом изготавли-
вают для измерения деталей относительно небольших (500—
600 мм) и больших размеров (до 2500 мм). Обычно стол в этих
Рис. 14.4. Портальные коОрдннатно-измерительные машины:

а — с неподвижным столом н подвижным порталом; б — с подвижным столом и непод-
вижным порталом

машинах значительно длиннее диапазона измерения по горизон-
тальной оси, что обеспечивает свободный доступ к измеряемой
детали и позволяет производить установку детали для измерения
на одном конце стола, в то время как на другом конце произво-
дится измерение другой детали. У этого вида машин обычно боль-
шая скорость измерения, что обеспечивает высокую производи-
тельность. Однако быстрое перемещение портала с суппортом
и пинолью, т. е. узлов с относительно большой массой, может
привести к появлению перекосов портала и к дополнительным
погрешностям измерения. Особенно значительным перекос может
быть в тех случаях, когда привод для перемещения портала не
находится в центре тяжести последнего.

В машинах с неподвижным порталом (рис. 14.4, б) и подвиж-
ным столом более высокая точность измерения, чем у машин с по-
движным порталом, и, прежде всего, из-за динамических погреш-
ностей, поскольку в этих машинах подвижный узел, т. е. стол,
можно сделать более жестким и представляется возможность
разнести на бблыпую длину направляющие и установить привод
в центре тяжести подвижного узла.

По сравнению с консольными, портальные машины обладают
большей жесткостью, а следовательно, в таких конструкциях
можно обеспечить более высокую точность. Все известные точные
КИМ, как правило, портального типа.

Мостовые КИМ — приборы, в которых подвижный элемент
располагается на колоннах (стойках) и при измерении датчик
касания перемещается по всем координатам (рис. 14.5). В прин-
ципе, мостовые КИМ аналогичны по конструкции портальным
машинам с неподвижным порталом. В машинах мостового типа
или, как их еще часто называют, в машинах на колоннах, уста-
новлено несколько неподвижных опор (колонн), на которых
расположены направляющие для перемещения балки (моста)
(ось X). По балке (мосту) перемещается суппорт (ось У), на кото-
Рис. 14.Б. Мостовые координатно-измерительные машины:
а — со столом; б — без стола *

ром расположена пиноль (ось Z) с установленным на нем датчиком
касания. В определенной мере условно эти КИМ можно раз-
делить на два вида машин: со столом (рис. 14.5, а) и без него
(рис. 14.5, б). Но у последних машин все равно имеется площадка
для размещения измеряемых деталей. Большинство мостовых
машин не имеет столов.

Назначение мостовых машин аналогично консольным машинам
первого вида (рис. 14.1, а, б), т. е. для измерения и разметки
крупногабаритных деталей в транспортном машиностроении, авиа-
строении, атомной промышленности и т. д. По сравнению с кон-
сольными машинами, машины мостового типа обладают более
высокой точностью благодаря более жесткой конструкции. Не-
которым неудобством КИМ мостового типа является затрудненный
доступ к измеряемой детали.

Помимо рассмотренных типов машин (консольных, портальных
и мостовых) имеются комбинированные конструкции, например
сочетания консольного и мостового типа, поэтому рассмотренную
классификацию можно считать достаточно условной.
§ 4.	КОНСТРУКЦИИ ФУНКЦИОНАЛЬНЫХ УЗЛОВ
КООРДИНАТНО-ИЗМЕРИТЕЛЬНЫХ МАШИН

Как бы ни отличались друг от друга конструктивные
схемы КИМ, каждая из них имеет всегда набор определенных
конструктивных узлов, выполняющих определенные функции,
т. е. предназначенных для определенного служебного на-
значения.

Можно выделить следующие конструктивные узлы: станина,
стол, направляющие, измерительная система, датчик контакта,
устройство для цилиндрических координат (поворотный стол).
Коротко рассмотрим особенности этих функциональных узлов.

Станина. Каких-либо специфических требований к станинам
КИМ по сравнению с другими машиностроительными изделиями,
например станками, практически нет. Как и в других изделиях,
станина несет на себе все остальные функциональные узлы и
должна обеспечивать требуемую жесткость для ограничения ве-
личины деформации во всех положениях подвижных частей при
измерении деталей. Станины для КИМ с небольшим диапазоном
измерения изготавливаются литыми или сварными, а для боль-
шого диапазона измерения — только сварными. В станинах
должны быть предусмотрены элементы конструкции, обеспечи-
вающие демпфирование ее от колебаний, поступающих извне и
от собственного привода.

Станину обычно устанавливают на три (и более) точки на
специальный фундамент или демпфирующие опоры в виде резино-
металлических элементов или пневматики. Большие машины
размещают на специальные фундаменты, конструкции которых
определяются изготовителем машин.

Стол предназначен для установки измеряемой детали, и каких-
либо специфических требований по сравнению, например, со
столами станков, на которые устанавливается деталь при обра-
ботке, практически нет. Во многих случаях деталь при измерении
должна закрепляться, поэтому столы снабжаются либо пазами,
в которых можно разместить специальные державки, либо имеются
резьбовые гнезда. Обычно жесткие требования к плоскостности
стола не предъявляются, поскольку у большинства машин по-
верхность стола не является базой и в процессе измерения за
базу может быть принята любая поверхность детали, т. е. осу-
ществлено так называемое программно-математическое базиро-
вание, о чем будет сказано ниже в § 5. В КИМ для измерения от-
носительно небольших деталей (до 500 мм) столы иногда делаются
подвижными, а для измерения больших деталей — неподвиж-
ными. Материалом для изготовления стола может быть сталь,
чугун, но в большинстве случаев используют твердые каменные
породы, например черный гранит. Во многих КИМ каменные
породы применяют не только для изготовления столов, но и опор
и других деталей (например, направляющих у пиноли).
Материал твердокаменной породы по сравнению со стальными
обладает рядом преимуществ:

отсутствуют внутренние напряжения, так как материал про-
шел многолетнее естественное старение, но только в том случае,
если камень добывался без взрыва;

легко обрабатывается;

коррозиестойкий;

при механических повреждениях не появляются заусеницы;
пренебрежимо малый коэффициент температурной деформации;
антимагнитность и неэлектропроводность;

относительно невысокая стоимость.

Обычно отмечается один недостаток каменных пород — гигро-
скопичность, т. е. при большой влажности (обычно более 60%)
впитывается влага и меняется размер.

Направляющие. Точность перемещения по всем трем координа-
там обеспечивается в значительной мере точностью используемых
направляющих. Основное требование, предъявляемое к направ-
ляющим, заключается в обеспечении прямолинейности переме-
щения подвижных частей в требуемых пределах. В качестве мате-
риалов для изготовления направляющих используют сталь или
твердокаменные породы.

В направляющих применяют три вида подшипников: скольже-
ния, качения и аэростатические.

Подшипники скольжения используют в наи-
более точных КИМ с малым пределом измерения и при измерении
с небольшой скоростью. Направляющие на подшипниках сколь-
жения допускают большие усилия от привода и значительные
нагрузки. Их недостатки в относительно быстром износе из-за
трения, необходимости.в постоянной смазке, в чувствительности
к загрязнению, а, следовательно, они дорого обходятся в экс-
плуатации. В современных машинах направляющие скольжения
применяются редко.

Подшипники качения используют в КИМ со
стальными направляющими. Подшипники качения могут обеспе-
чить хорошую точность при больших нагрузках и незначитель-
ном трении. Типичным недостатком подшипников качения яв-
ляется подверженность их коррозии и загрязнению.

Аэростатические подшипники применяют
во всех КИМ благодаря многим достоинствам. Чаще всего их
используют в сочетании с направляющими из твердокаменных
пород и значительно реже со стальными направляющими. Основ-
ными достоинствами направляющих с аэростатическими подшип-
никами являются:

простота и точность изготовления;

практически исключается трение и износ;

обеспечивается равномерное движение без скачков;

сглаживаются отклонения от плоскостности направляющих
с небольшим периодом;
обеспечивается перемещение больших масс при статических
и квазистатических нагрузках;

обеспечивается самоцентрирование при предварительном
натяге;

обладают свойством самоочищения.

Одним из недостатков таких подшипников является необходи-
мость иметь компрессор для получения сжатого воздуха и устрой-
ство для подготовки воздуха. Необходимо также принимать
меры,, препятствующие «опрокидыванию» подвижных элементов
при нагружении их моментом сил, например, при установке де-
тали, смещенной далеко от центра тяжести.

Привод. В КИМ используют ручной привод или от электродви-
гателей. Чаще всего и'спользуют реверсивные электродвигатели
постоянного тока, в основном с дисковым ротором, так как они
отличаются хорошими динамическими свойствами. Скорость пере-
мещения в некоторых машинах составляет до 1 м/с в момент из-
мерения, в то время как при необходимости точного позициони-
рования эта скорость должна быть менее 1 мкм/с. При больших
скоростях перемещения необходимо, чтобы остановка происхо-
дила без колебаний с большой амплитудой. От привода требуется,
чтобы движения от двигателя к подвижным узлам передавались
с небольшим усилием и не было повреждений при непредвиденных
столкновениях подвижных узлов с каким-либо препятствием.
Для этого между электродвигателем и подвижным узлом вводится
промежуточный элемент с демпфирующими свойствами в виде
приводных ремней, зубчатых ремней. Усилие передается через
ленты, фрикционные пары, зубчатые рейки, ходовые винты, цепи
и шпиндели на шариках. Передача усилий от электродвигателя
должна осуществляться таким образом, чтобы исключалась воз-
можность появления сил, действующих перпендикулярно на-
правлению движения подвижных узлов. Целесообразно, чтобы
точка приложения усилия совпадала с центром тяжести подвиж-
ного узла.

Измерительная система. Как было сказано ранее, принци-
пиальная схема КИМ состоит из систем для отсчета линейных
перемещений, расположенных по трем координатным осям, т. е.
устройств, с помощью которых можно определить величину пере-
мещения по каждой оси, что в общем виде дает возможность
определить положение точки в пространстве.

В принципе, любая измерительная система должна состоять
из двух частей — многозначной меры (в частном случае линейной
шкалы), воспроизводящей длину в определенном диапазоне, и
устройства для считывания значения перемещений по этой мере.
Одна из этих частей устанавливается на перемещающихся узлах,
а другая — на неподвижных. При расположении считывающих
устройств на неподвижных узлах облегчается передача инфор-
мации от измерительной системы, поэтому шкалы устанавливают
на подвижных узлах. Все измерительные системы дискретного
типа, т. е. выдают сигналы в виде отдельных (дискретных) им-
пульсов, причем значение одного импульса (дискретность) соот-
ветствует определенной величине линейного перемещения по-
движного узла. Во всех измерительных системах отсчет значений
можно выполнять с любого места положения подвижных частей.
Поэтому часто говорят, что нулевой отсчет может быть в любом
месте или система имеет «плавающий» ноль.

К измерительным системам КИМ предъявляют следующие
требования:

защищенности от загрязнения, например от пыли и масла;
высокой износостойкости;

защищенности от внешней среды (температуры, давления
воздуха, влажности);

точности измерения, особенно в отношении равномерности
дискретных значений, поскольку накопленные погрешности могут
быть скорректированы программным обеспечением (§ 5);

точности интерполяции между дискретными значениями меры
(шкалы);

при больших диапазонах измерения, когда мера составляется
из отдельных кусков, особое внимание обращается на места сты-
кования отдельных мер.

Вполне естественно, что погрешность измерительных систем
должна быть меньше погрешности измерения по отдельным коор-
динатам, поскольку к погрешности измерительной системы до-
бавляется влияние других составляющих погрешности. При
расположении отсчетных систем в КИМ нарушается принцип
Аббе (см. гл. 4, § 2), так как масштаб (шкала) измерительной
системы и измеряемый размер расположены параллельно, а не
последовательно, а в этом случае возникает погрешность отсчи-
тывания от перекоса детали относительно масштаба. И эта по-
грешность будет тем больше, чем больше расстояние от меры
до измеряемого размера. Из-за особенностей конструкции КИМ
измерительные системы приходится размещать по краям простран-
ства, в котором должны осуществляться измерения. Иногда уда-
ется измерительные системы по некоторым координатам разместить
по оси измеряемого пространства, т. е. посередине между на-
правляющими.

В КИМ для большого диапазона измерения, когда направляю-
щие расположены далеко друг от друга, иногда устанавливают
две измерительные системы для одной координатной оси и отсчет
выполняется одновременно по двум системам. По двум отсчетам
по каждой измерительной системе определяют действительное
значение перемещения по этой координатной оси в отношении
точки, которая измеряется в данный момент, т. е. положение
измеряемой точки относительно этих двух отсчетных систем.
Такое положение измеряемой точки определяется по отсчетной
системе другой координатной оси, расположенной перпендику-
лярно оси с двумя отсчетными системами. Две отсчетные системы
Рис. 14.6. Измерительные системы, используемые в координатно-измерительных
машинах:

а — зубчатая рейка с колесом; б — ходовой винт с гайкой; в— индуктосин; г — оптиче-
ская шкала; о — лазерный интерферометр

обычно устанавливаются по координатным осям с большим диапа-
зоном измерения.

Наиболее часто в измерительных системах применяют зуб-
чатые рейки, ходовые винты, индуктосины, штриховые меры и
лазерные интерферометры.

Зубчатую рейку с колесом (рис. 14.6, а) исполь-
зуют в простых КИМ невысокой точности. На оси зубчатого ко-
леса устанавливают сельсин или оптическое угловое отсчетное
устройство в виде диска с делениями. При больших диапазонах
измерения прямозубую рейку размещают на неподвижной де-
тали. Материал рейки — латунь или сталь, сечение от 15x3 до
20 ХЗ мм и длиной до 330 мм, модуль 0,3 мм. При больших диапа-
зонах измерения стыкуется несколько реек. Погрешность шага
в пределах 0,005 мм, накопленная погрешность до 0,01 мм. Зуб-
чатые колеса обычно с числом зубьев 20. Реечные измерительные
системы чаще всего имеют цену деления 0,01 мм. При этом они
обладают большой надежностью, поскольку закрыты от попада-
ния стружки, пыли или жидкости. Часто последнее обеспечи-
вается тем, что рейку располагают зубьями вверх. Недостаток
реечных измерительных систем в быстром износе.

Измерительную систему с ходовым вин-
том (рис. 14.6, б) используют в КИМ для получения высокой
точности измерения при небольших перемещениях (до 1200 мм).
Винт имеет трапецеидальную резьбу с шагом 3 мм. Погрешность
шага на длине 450 мм не более 0,006 мм. Ходовой винт распола-
гают посередине между направляющими в масляной ванне для
308
стабилизации температурных деформаций. Для исключения про-
гиба ходового винта под действием силы тяжести используют
поддерживающие ролики. На торце ходового винта установлен
один из видов датчиков для отсчета углов поворота (сельсин или
фотоэлектрический растровый датчик). Информация о величине
перемещения складывается из данных о целом числе оборотов
ходового вийта и угла неполного оборота по угловому датчику.
Поскольку обеспечить беззазорное соединение ходового винта и
гайки весьма сложно, то рекомендуется при измерении подходить
к измеряемым точкам только в одном направлении. Недостатком
измерительных систем с ходовым винтом является трение в винто-
вой паре и, как следствие, износ поверхностей.

Индуктосинная измерительная система
(рис. 14.6, в). Индуктосин представляет собой индуктивный дат-
чик (см. гл. 6, § 2), но обмотка катушки сделана на плоскости,
которая и является многозначной мерой 1 (реохорд). Эту меру
устанавливают на неподвижной части машины, а на подвижной
части размещают ползун 2 в виде двух прямоугольных петель,
смещенных относительно друг друга на величину пТ 4- Т/4
(где Т — величина одного деления; п — любое целое число).
Если на реохорд прикладывать переменное напряжение с часто-
той от 1 до 20 кГц, то в обеих петлях ползуна появится напряже-
ние, амплитуда которого характеризует положение ползуна в пре-
делах одного деления масштаба. Этот вид измерительных систем
широко используют в металлорежущих станках. Он обладает
высокой надежностью при обеспечении цены деления 0,001 мм
при интервале деления реохорда 1 мм. Достоинствами индукто-
синных измерительных систем являются простота обслуживания и
высокая износостойкость. Их используют при необходимости
обеспечения измерений в средних и больших диапазонах. Обычно
реохорд составляют из отдельных кусков в виде лент.

Оптическая измерительная система со
штриховой шкалой (рис. 14.6, г). В этих системах чаще
всего используют стеклянные линейки — шкалы 1, которые про-
ецируют нанесенные на них деления в проходящем свете. Для
интерполяции делений шкалы против нее устанавливают допол-
нительную шкалу 2 с небольшим числом штрихов (растр). Допол-
нительный растр необходим для того, чтобы считывать целые и
дробные значения с основной шкалы, а также определять направ-
ление перемещения. При относительном перемещении штрихов
линейки и растра (перемещается чаще шкала) на фотоприемники 3
попадают светлые и затемненные участки и с помощью схемных
решений обеспечивается выходной электрический сигнал в виде
синусоиды, который преобразуется в цифровой сигнал и подается
для обработки в ЭВМ. Синусоидальный сигнал электрическим
путем интерполируется (делится) на более мелкие — до 0,1 мкм,
но чаще всего до 0,5 мкм. Стеклянные шкалы делают длиной до
500 мм. Для большей длины составляют несколько шкал. Шкалы
изготавливают из специального стекла с коэффициентом линей-
ного расширения, как у стали, с тем чтобы исключить погрешность
от температурных деформаций, когда температура машины и
детали будет одинаково отличаться от 20 °C при измерении сталь-
ных деталей.

Лазерную интерферометрическую си-
стему (рис. 14.6, д) используют в некоторых специальных
КИМ. На подвижной части КИМ устанавливают отражатель /.
Используют двухчастотный лазер 2; цена деления до 0,01 мкм.
Точность системы в значительной мере зависит от длины волны
лазера, которая изменяется под влиянием температуры окружаю-
щей среды, давления воздуха и его влажности. Обычно для точ-
ных измерений интерферометр снабжают приборами для измере-
ния указанных физических величин и введения соответствующих
поправок при изменении значения этих величин. Обычно приме-
няют эти измерительные системы при очень больших диапазонах
измерения, если имеется возможность поддерживать стабильные
внешние условия. В этом недостаток интерференционных систем.

Датчик контакта (касания). Прежде чем рассматривать этот
функциональный узел, который имеется во всех КИМ, еще раз
напомним принцип измерения на машинах. С помощью КИМ
измеряют положение точек, принадлежащих данной поверхности
в пространстве, т. е. определяют значения трех координат — X,
У, Z. Правда, используют иногда и координату <р. Значения
координат определяются с йомощью рассмотренных перед этим
измерительных систем. Следовательно, при измерении на КИМ,
особенно в автоматическом режиме, необходимо с помощью ка-
кого-то устройства зафиксировать (нащупать) точку, положение
которой измеряется. Вот для такой фиксации и используются
в КИМ датчики контакта, которые называют датчиками каса-
ния, контактными головками, измерительными головками, кон-
тактными датчиками, индикаторами контакта, а иногда и систе-
мами зондирования и даже щупами. Но более правильно назы-
вать их датчиками контакта или датчиками касания, поскольку
их основное назначение в выдаче сигнала на считывание значе-
ний одновременно всех координат в тот момент, когда датчик
своим наконечником коснется (возникнет контакт) какой-либо
точки на измеряемой поверхности. Короче говоря, это датчик,
который выдает сигнал о том, что подвижные части КИМ косну-
лись какой-то точки измеряемой поверхности, т. е. осуществилась
связь между точкой на измеряемой поверхности и системой коор-
динат прибора. При работе датчик контакта чаще всего устанавли-
вается на пиноли, перемещающейся в вертикальном направлении.

Конструкций датчиков касания разработано очень много,
но по принципу работы их разделяют на датчики: жесткие (меха-
нические), электронные и оптические.

Жесткие датчики контакта (рис. 14.7) пред-
ставляют собой детали в виде конуса, сферы, цилиндра, диска,
ЗЮ
Рис. 14.7. Механические датчики контакта

а — конический; б — точечный; в — сферический, в — с отсчетным устройством

изготовленные вместе с державкой, которой их закрепляют
в пиноли КИМ. Называть рассматриваемые устройства датчиками
можно в значительной мере условно, и только для единства терми-
нологии функциональных узлов, так как фактически они не вы-
дают никакого сигнала, а только определяют положение измеряе-
мой точки, причем выводятся на эту измеряемую точку оператором.

Некоторые датчики контакта представляют собой жесткие
калибры. Их используют только в приборах с ручным управле-
нием. Например, для измерения положения оси отверстия на
плоскости оператор вставляет в пиноль, прибора конус (обычно
угол конуса Нй), подводит вручную подвижные части машины
к измеряемому отверстию и вводит конус в отверстие. В этом
случае считается, что ось конуса совместится с осью отверстия и
по отсчетным устройствам можно отсчитать координаты оси
отверстия. Однако поскольку конус своей поверхностью касается
только торца отверстия, то при наличии заусенцев на поверхности
возможны большие ошибки измерения (рис. 14.7, а). Если не-
обходимо измерить межосевое расстояние между осями двух от-
верстий, то этот конус последовательно вводится в одно и другое
отверстия. При измерении такими датчиками возможны большие
субъективные погрешности и, прежде всего, из-за нестабильности
измерительного усилия, возможен нагрев деталей прибора от
рук оператора. Поэтому использование таких жестких безотсчет-
ных датчиков возможно только при грубых измерениях. Иногда
для повышения точности измерения вместо жестких датчиков
в ручных КИМ устанавливаются отсчетные головки (рис. 14.7, г).
Но в этом случае нельзя измерять одновременно по всем коорди-
натным осям. Рассмотренные датчики обладают только одним
достоинством — относительно низкой стоимостью.

Электронные датчики касания — это датчики,
которые в момент касания наконечника с точкой на измеряемой
поверхности выдают электрический сигнал в электронную си-
стему прибора. Этот сигнал используется как для управления
работой машины, т. е. остановки ее подвижных частей, так и
в виде команды для считывания значений координат по всем ис-
пользуемым осям координат. Электронные датчики бывают двух
типов — переключающие и измерительные.
Рнс. 14.8. Переключающие электронные датчики контакта:

а — принципиальная схема с контактом на трех сферах; б — подвижная часть датчика;
в — электрическая схема датчика; г — принципиальная схема датчика иа шести сферах

Переключающие электронные датчики
контакта представляют собой электромеханические пере-
ключатели, которые в момент контакта наконечника с точкой на
измеряемой поверхности выдают в ЭВМ прибора электрический
сигнал как для управления работой машины, так и для считы-
вания значений координат по всем осям (рис. 14.8). Измеритель-
ный наконечник 1 (рис. 14.8, а, б) установлен на подвижной ча-
сти 2 и с помощью пружины 3 поджимается к неподвижной ча-
сти 4 датчика. Подвижная и неподвижная части датчика элек-
трически изолированы друг от друга, а электрический контакт
между ними осуществляется через три, а иногда шесть (рис. 14.8, в)
шариков 5. При контакте наконечника датчика с поверхностью
измеряемой детали подвижная часть датчика как бы «опрокиды-
вается» на шарах и обязательно произойдет разрыв электриче-
ского контакта на одном или двух шарах, соединенных электри-
чески последовательно (рис. 14.8, г). По электрическому сигналу
происходит остановка движения всех подвижных частей КИМ и
одновременно считывание значений координат точки, которой
коснулся наконечник по всем координатным осям. С помощью
таких датчиков контакта можно измерять размеры в пяти направ-
лениях (рис. 14.8, а). Стабильность контакта обычно указывают
в пределах 0,5 мкм.

При внешней простоте рассмотренной конструкции таких
датчиков требуется их тщательное изготовление. Схема датчика
не лишена некоторых недостатков. Так, для надежного механи-
Рис. 14.9. Измеряющие электронные датчики контакта:

а — принципиальная схема и регистрируемые в ЭВМ параметры; б —отсчет в динамиче-
ском режиме работы; в — отсчет в статическом режиме работы

ческого контакта на шарах необходимо большое усилие пру-
жины 3. Но нужно заметить, что при длинных стержнях, на кото-
рых устанавливают измерительный наконечник, необходимо ма-
лое измерительное усилие, чтобы стержни не деформировались.
При работе датчика в горизонтальном положении величина уси-
лия меняется в связи с воздействием собственного веса подвижных
частей. Кроме того, при трехопорной установке подвижной части
не всегда удается обеспечить постоянство плеч при отклонении
подвижных частей. Так, из рис. 14.8, б видно, что плечо, на кото-
рое действует сила Р2, в 2 раза меньше, чем плечо с действующей
силой Ръ а следовательно, величина прогиба стержня будет
неодинакова, а также неодинаково передаточное отношение
датчика.

Большим достоинством рассмотренных датчиков является
возможность измерения в динамических условиях. Подавляющее
большинство современных КИМ изготавливают с переключаю-
щими датчиками контакта, т. е. для работы в динамическом
режиме.

Измеряющие электронные датчики кон-
такта (рис. 14.9, а) представляют собой небольшую КИМ,
поскольку имеют в своем составе три индуктивных преобразова-
теля, каждый из которых подвешен на пружинном параллело-
грамме и может регистрировать смещение наконечника по своим
ортогональным координатным осям. При использовании этого
датчика возможны два варианта.

При первом варианте работы в момент контакта наконечника
с измеряемой поверхностью так же, как и при переключающем
датчике, выдается команда на остановку всех подвижных частей
КИМ и на считывание значений координат точки поверхности
в месте контакта по отсчетным системам КИМ. Одновременно
в ЭВМ КИМ подается информация о положении измерительного
наконечника в пространстве по отклонениям всех трех индуктив-
ных преобразователей датчика контакта (рис. 14.9, б). Такой
прием называют измерением в динамическом режиме.

При втором варианте работы с измеряющим датчиком
касания, который называют измерением в статическом режиме
(рис. 14.9, в), в момент касания наконечника измеряемой поверх-
ности тоже выдается команда на остановку подвижных частей
машины, но команда на считывание координат измеряемой точки
с измерительных систем КИМ выдается только тогда, когда про-
изойдет смещение подвижных частей машины до такого положе-
ния, при котором сигнал со всех индуктивных преобразователей
датчика контакта будет равен нулю. Такой прием называют
измерением в нулевом режиме (нулевые отклонения по всем коор-
динатам датчика).

Близким к статическому является режим измерения, кото-
рый называют методом измерения «со сканированием». При этом
методе, который используют для практически непрерывного
«ощупывания» измеряемой поверхности, подвижные части КИМ
перемещают датчик по контуру измеряемой поверхности, но
отсчеты с измерительных систем машины передаются на обра-
ботку в ЭВМ, когда имеется нулевой сигнал с индуктивных пре-
образователей датчика касания. При этом участвуют в работе
только те индуктивные преобразователи, в направлении которых
происходит сканирование. Остальные координатные системы дат-
чика стопорятся. Поскольку добиться абсолютного нулевого по-
казания по индуктивным преобразователям датчика практически
невозможно, хотя бы из-за больших подвижных масс и ограничен-
ной возможности привода, то практически на обработку резуль-
татов в ЭВМ поступают отсчеты с измерительных систем КИМ
и от индуктивных преобразователей датчика контакта. При этом
отклонения по индуктивным системам небольшие, а поэтому по-
грешность измерения значительно ниже, чем при использовании
переключающихся датчиков контакта.

В измерительных датчиках контакта для повышения точности
измерения предусмотрена возможность учитывать при измерении
изгиб стержня, на котором установлен наконечник, т. е. вводится
поправка в ЭВМ на изгиб стержня, которая определяется по
значению перемещения пружинных параллелограммов, на кото-
рых подвешены индуктивные преобразователи в датчике контакта.
Величина перемещений на пружинных параллелограммах в пре-
делах ±3 мм.

В измерительном датчике контакта также предусмотрена
возможность устанавливать различные измерительные усилия и
причем разные по всем трем координатным осям. Предусмотрены
обычно три возможные значения: 0,1; 0,2; 0,4 Н. Величина изме-
рительного усилия по всем трем координатам создается с помощью
силовых генераторов. Стабильность измерения этих датчиков
в пределах 0,1—0,3 мкм.

Основное назначение измерительных датчиков касания — это
непрерывное измерение поверхностей, особенно при необходи-
мости измерения отклонений формы, например деталей в виде
цилиндров и плоскостей, при измерении поверхностей сложной
формы, например эвольвенты и винтовой линии зубчатых колес,
и т. д. Достоинство этих датчиков по сравнению с переключаю-
щимися — более высокая точность измерения. По производитель-
ности измерения они ниже, чем переключающиеся датчики, по-
скольку измеряют в статических условиях (при остановке по-
движных частей КИМ).

Оптические датчики контакта. Для этих датчиков только
условно можно использовать данный термин, так как при их
использовании _нет механического контакта с измеряемой по-
верхностью.

В КИМ простейших конструкций ручного типа используют
оптические центрирующие микроскопы, у которых в поле зрения
имеется или перекрестие, или нанесены концентрические окруж-
ности нескольких диаметров. Перекрестия или окружности ис-
пользуют для наведения (визирования) на отдельные точки изме-
ряемой поверхности. Увеличение у этих оптических устройств
обычно 10—20х. В современных КИМ такие оптические устрой-
ства используют очень редко. Их применяют при измерении дета-
лей или других объектов, которые невозможно измерить при
помощи контактных датчиков, таких, как печатные платы, чер-
тежи, мелкие и хрупкие детали. При использовании бесконтакт-
ных устройств выполняются все программы, как и при контактных
(§ 5), но наведение на измеряемую точку осуществляет вручную
оператор. Подобную оптическую систему используют также в виде
телевизионных камер для бесконтактного сканирования чертежей
или деталей, которые нельзя измерить контактным способом.

В современных автоматизированных КИМ известно использо-
вание бесконтактных лазерных систем, выполняющих роль датчи-
ков контакта. Принципиальная схема работы этих систем в опре-
деленной мере аналогична работе измерительных датчиков кон-
такта в режиме сканирования. С помощью оптической системы от
лазерного источника света на измеряемую поверхность направ-
ляется пучок света. Вторая оптическая система воспринимает
рассеянней световой поток. При перемещении датчика к изме-
ряемой поверхности при наступлении момента, когда отраженный
Рнс. 14.10. Измерительные наконечники в датчиках контакта:
а — комплект из пяти наконечников; б — наконечник в виде диска
световой поток будет наибольший, выдается команда на считы-
вание значений координат по измерительным системам КИМ.
Иногда такой датчик контакта называют лазерным сканирующим
зондом, поскольку он применяется прежде всего при измерении
сканированием сложных криволинейных поверхностей. Размер
светового пятна, направленного на измеряемую поверхность,
равен 25 мкм, производится до 50 измерений в секунду.

Лазерные сканирующие устройства обладают относительно
большой погрешностью измерения (~10 мкм) и могут применяться
успешно для таких работ, как измерения контуров автомашин
и других сложных корпусных деталей.

Выше были рассмотрены только принципиальные схемы и
схемы работы некоторых конструкций датчиков контакта. Кон-
структивных решений этих датчиков в настоящее время известно
очень много и каждый год появляются новые. Но принципиаль-
ная сущность их работы и выполняемые функции совпадают
с теми, которые были рассмотрены выше. Их главное назначе-
ние — в своевременной выдаче сигнала об отсчитывании коорди-
нат определенной точки на измеряемой поверхности.

Измерительные наконечники. Все контакт-
ные датчики снабжаются большим набором измерительных нако-
нечников. Во всех видах датчиков предусмотрена возможность
установки нескольких наконечников. Наибольшее число наконеч-
ников обычно до 5 (рис. 14.10, а). Делается это для того, чтобы
имелась возможность проникнуть к закрытым поверхностям
детали сложной формы и упростить такой доступ, а также сокра-
тить расстояния при переходе от одной поверхности к другой,
что повышает производительность измерения. В большинстве
случаев используют сферические измерительные наконечники,
изготавливаемые из твердого сплава или синтетического рубина.
Из-за относительно небольших измерительных усилий износ
наконечников практически не происходит. В комплект наконеч-
ников иногда включаются и диски нескольких диаметров
(рис. 14.10, б). Они нужны для того, чтобы измерять диаметры
Рис. 14.11. Координатно-измерительная машина с круглым столом для измере-
ния зубчатых колес

цилиндров на определенной глубине. Без такого диска-наконеч-
ника корпус датчика не позволит подойти сферическим наконеч-
ником к стенке образующих цилиндра.

Сферические наконечники устанавливают по нескольку штук
на один стержень. Эти наконечники образуют «звездочку» для
использования вместо дисков. Установку наконечников осуще-
ствляют на стержнях-удлинителях чаще всего из алюминия,
а иногда из титана или кремния. Возможная деформация стержня
в процессе измерения, а также значения диаметра измерительного
наконечника могут быть учтены в результатах расчета измеряе-
мого параметра. Для этого в состав всех КИМ входит аттестован-
ная (измеренная) сфера или кубик. В ЭВМ определяется зна-
чение диаметра шарика наконечника и величина прогиба стержня.
При расчетах ЭВМ в дальнейшем учтет действующий диаметр
шарика. Считается, что в этом случае получаются результаты
при измерении с шариком, радиус которого равен нулю. В неко-
торых КИМ в комплект включаются наконечники в виде кубиков
и другой формы. Иногда потребители КИМ сами изготавливают
измерительные наконечники и стержень для измерения каких-
либо деталей специфичной конфигурации.

Круглые столы. Процесс измерения многих видов деталей,
имеющих круглую форму или представляющих собой симметрич-
ную форму, значительно упрощается при использовании круг-
лого стола (рис. 14.11). Введением круглого стола в машину
вводится четвертая координата. Круглый стол подключен к ЭВМ,
и результаты измерения поступают на обработку как от линейных
измерительных систем, так и от угловой системы. Имеется не-
сколько типоразмеров круглых столов, устанавливаемых в раз-
ные типоразмеры машин. В большинстве КИМ круглый стол
является съемным, т. е. устанавливается по мере надобности.
Иногда разрабатываются столы, которые можно установить как
в горизонтальном, так и вертикальном положении. Изготавли-
ваются специальные КИМ для измерения зубчатых колес, и в этих
машинах круговой стол встраивается в стол машины, а на его оси
устанавливаются центровые базирующие элементы или кулачко-
вые патроны. При использовании круглых столов также осуще-
ствляется корректировка погрешности установки детали на стол
или круглого стола на столе машины.

Измерение деталей симметричной формы значительно упро-
щается, когда вместо перемещения измерительного наконечника
на симметричную поверхность деталь разворачивается к измери-
тельному наконечнику поверхностью, которая должна быть изме-
рена. При этом сокращается время на измерение и уменьшается
число измерительных наконечников. В круговых столах исполь-
зуют стеклянные угловые лимбы. Считывание импульсов осуще-
ствляется с двух краев лимба, расположенных под углом 180°.
Интерполяцией импульсов, характеризующих угловой поворот
стола, получается цена деления выдаваемого сигнала в преде-
лах Г. Скорость установочного перемещения — в пределах 15°
в секунду.

Наиболее» часто угловые столы применяют при измерении
зубчатых колес по профилю и винтовой линии, при измерении
кулачков, распределительных валиков и подобных деталей. Изме-
рение сложных профилей осуществляется практически непрерывно
(в режиме сканирования). Круглые столы имеют погрешность по-
зиционирования в пределах ±1,5'. Диапазон наклонно-поворот-
ных столов 320 мм, а столов с вертикальной осью 800—1250 мм.

Выше были рассмотрены функциональные узлы, которые
имеются в каждой КИМ. Здесь не рассмотрены, ввиду отсутствия
каких-либо особенностей, устройства для вывода результатов
измерения на цифропечать. В лучших образцах КИМ результаты
измерения выводятся на графопостроители, цифроалфавитные
и графические дисплеи.

§ 5.	МАТЕМАТИЧЕСКОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ КООРДИНАТНО-
ИЗМЕРИТЕЛЬНЫХ МАШИН

Еще раз напомним принципиальные положения об
измерении на КИМ, которые заключаются в том, что на этих ма-
шинах непосредственно измеряются только координаты, характе-
ризующие положение точек в пространстве. Определение различ-
ных размеров и нормируемых геометрических параметров (откло-
нение расположения, отклонение формы и т. д.) получается не
измерением, а расчетом при использовании данных о координатах
определенного числа координат измеренных точек.

Расчеты различных геометрических показателей и размеров
осуществляются с помощью ЭВМ, без которой практически не
может работать современная КИМ. В принципе, можно предста-
вить себе КИМ, в которой нет ЭВМ (как это было раньше) и в ко-
торой измеряются пространственные координаты точки поверх-
ности, а потом вручную рассчитывается значение измеряемых
размеров или других геометрических показателей. Например,
если измерить на окружности положение трех точек, то можно
рассчитать диаметр этой окружности, поскольку известно, что
через три точки окружности можно провести окружность и притом
только одну. Такие измерения можно провести на измерительных
микроскопах.

Большим достоинством современных КИМ является то, что
они имеют в своем составе ЭВМ, с помощью которых можно про-
изводить очень сложные расчеты. Все ЭВМ, входящие в состав
КИМ, снабжаются набором измерительных программ (алгорит-
мами).

Термин «алгоритм» сейчас очень широко используется в разных отраслях
науки и техники. Алгоритм — формальное предписание, однозначно определяю-
щее содержание и последовательность операций, переводящих совокупность
исходных данных в искомый результат—решение задачи. Другими словами,
алгоритм, в принципе, применительно к задачам измерения содержит формулы
или набор формул, по которым осуществляется расчет определенных параме-
тров по результатам измерения координат отдельных точек.

Набор программ, содержащих алгоритмы для расчета различ-
ных линейных параметров, называют обобщенно-математическим
обеспечением измерения на КИМ. Термин «математическое обес-
печение» тоже широко используется в науке и технике во всех
случаях, когда применяется вычислительная техника, для оценки
возможностей этой вычислительной техники при решении разных
задач.

Библиотека программ по измерениям, находящаяся в ЭВМ
КИМ, включает в себя: стандартные программы для определения
параметров элементов правильной геометрической формы, про-
граммы для статистической обработки результатов измерения
и специальные программы, используемые при измерении сложных
кривых 2-го и 3-го порядка, например, при измерении зубчатых
колес, кулачков и др., в том числе пространственных кривых.

Принцип построения программ для расчета геометрических
элементов деталей по результатам измерения положения точек
заключается в следующем. Как бы ни была сложна форма любой
детали, ее можно разделить на несколько элементарных форм и
составить алгоритм (программу) для расчета размеров этих про-
стейших элементов. Так, практически во всех КИМ в качестве
элементов деталей, для которых составляются исходные про-
граммы, используется точка, прямая, окружность, эллипс, пло-
скость, цилиндр, конус, сфера (рис. 14.12).

В программе «точка» измеряются ее координаты в простран-
стве, определяется направление, в котором произведено измере-
ние, вводится поправка на размер и положение сферического
измерительного наконечника.
Рис. 14.12. Основные геометрические элементы деталей, для которых состав-
лена универсальная программа в ЭВМ координатно-измерительных машин:
а — точка; б — прямая; в — плоскость; е — окружность; д — сфера; е — цилиндр!
ж — конус; в — эллипс

В программе «прямая» при измерении, например, 2-х точек
рассчитывается значение двух углов, которые определяют поло-
жение прямой в пространстве, а также координаты точки, в кото-
рой эта прямая пересекает нулевую плоскость в системе коор-
динат. Если измеряются на этой номинальной прямой свыше двух
точек, то определяется положение средней прямой и выявляются
две наиболее удаленные точки от этой прямой.

В программе «окружность» при измерении трех точек рассчи-
тывается диаметр окружности с распознаванием вала или от-
320
верстия и координаты центра окружности. При измерении поло-
жения более трех точек рассчитываются данные для средней окруж-
ности и указывается значение двух точек, наиболее удаленных
от этой окружности.

В программе «эллипс» по результатам измерения не менее пяти
точек рассчитываются координаты центра, соотношение осей
и данные о рассеянии точек.

В программе «плоскость» при измерении трех точек рассчиты-
вается расположение плоскости, т. е. определяются два угла,
характеризующих направление нормали к плоскости в простран-
стве, а также координаты точки, в которой обе координаты равны
нулю. Если измеряется больше трех точек, то рассчитываются
данные о положении средней плоскости и дополнительные данные
о рассеянии расположения точек от плоскости.

В программе «цилиндр» по результатам измерения как ми-
нимум пяти точек рассчитывается значение диаметра цилиндра
и двух углов, которые характеризуют расположение оси в про-
странстве и координаты точки оси, которая пересекает нулевую
плоскость системы координат детали. При измерении больше пяти
точек рассчитываются данные о среднем значении размера, рас-
сеяний точек и указываются Две экстремальные точки.

В программе «конус» при измерении как минимум десяти
точек рассчитываются два угла, определяющие пространственное
расположение оси конуса, угол конуса, координаты точки пере-
сечения оси с нулевой плоскостью системы координат детали.
При измерении более десяти точек вычисляются средние значения
и отдельно можно выявить отклонение от прямолинейности об-
разующих и отклонение от круглости.

В программе «сфера» при измерении четырех точек рассчиты-
ваются три координаты центра сферы, а также ее диаметр. Если
измеряется более четырех точек, то рассчитывается среднее
значение диаметра, рассеяние положения точек относительно
сферы среднего диаметра и положение двух наиболее удаленных
точек.

Вот эти перечисленные программы образуют основу матема-
тического обеспечения, т. е. по ним рассчитываются значения
размеров отдельных элементов. В каждой машине имеется до
100 подпрограмм с учетом особенностей этих элементарных по-
верхностей.

Для математического образования номинальной формы детали
соединяют отдельные элементы на плоскости или в пространстве.
Для этого в математическом обеспечении ЭВМ КИМа предусмо-
трены так называемые компонирующие программы: дистанция,
угол, симметрия, сечение, полярные координаты.

Здесь были перечислены программы, составляющие основу
математического обеспечения. Но это только малая доля того,
что можно рассчитать по результатам измерения положения от-
дельных точек. С каждым годом возможности для расчетов все
Рис. 14.13. Определение координатных осей детали

больше увеличиваются. Имеются программы для измерения деле-
ний, для смещения размеров и положений поверхности от расчет-
ного положения и т. д. Имеются программы для статистической
обработки результатов расчета определенных размеров у партии
деталей.

Помимо обычных статистических характеристик в некоторых
программах предусматривается возможность определять, нахо-
дятся ли все наблюдаемые измеренные размеры в пределах 25,
50, 75 или 100%-го допуска.

Остановимся еще на очень важном положении математиче-
ского обеспечения, связанном с базированием детали при измере-
нии. При измерении деталь устанавливается на какую-то поверх-
ность, которая не всегда является присоединительной, т. е. не
используется для присоединения при установке детали в меха-
низм, для которого она предназначена. Однако в общем случае
при измерении на КИМ положение отдельных точек опреде-
ляется в координатах КИМ, т. е. как бы координаты машины
совмещены с координатами детали относительно той поверхности,
которой деталь установлена на столе машины. Поверхность, с по-
мощью которой деталь установлена на столе машины, может иметь
отклонение формы. Поэтому при базировании деталь может рас-
положиться с перекосом в пространстве относительно координат
машины.

С помощью специальной программы недостаток базирования
может быть устранен. На рис. 14.13 Хм, Ум, ZM обозначена коор-
динатная система КИМ, а Хд, Yg, Zg координатная система де-
тали. В общем случае эти координатные системы не совпадают
из-за погрешности базирования. Для того чтобы рассчитывались
размеры относительно определенной базы детали, необходимо
произвести измерения дополнительно нескольких точек. Так,
измерением точек 1, 2, 3 рассчитывается положение базовой пло-
скости детали, а следовательно, определяется положение оси Z„
как перпендикуляра к этой плоскости. Измерением точек 4, 5
определяется направление оси Хд и по трем точкам 6, 7, 8 нахо-
дится начало координат системы детали. При дальнейших измере-
ниях размеров этой детали расчет размеров будет производиться
относительно системы координат детали, а не в координатах ма-
шины. Эта программа реализуется двумя неравноценными спо-
собами.

При одном из них после выявления координатной системы
детали измеряется положение точек на поверхности в координатах
машины, а потом рассчитываются размеры с учетом наклона из-
меряемых поверхностей. Недостаток этого приема заключается
в том, что даются результаты расчета размеров поверхностей в от-
ношении точек, которые фактически не измерялись. Так, если
измерялась деталь в виде цилиндра, который оказался наклонен-
ным, то фактически измерялись точки, находящиеся на эллипсе
(в сечении цилиндра наклонной плоскостью получается эллипс),
а рассчитывается размер окружности, хотя точки на этой окруж-
ности не измерялись. Так можно было бы поступать, если бы
цилиндр был идеальной формы, а фактически его форма всегда
искажена.

Более совершенной является другая методика — способ мате-
матического базирования. По этой методике после выявления ко-
ординатных осей детали и определения угла ее наклона относи-
тельно координат машины последующие измерения положения от-
дельных точек осуществляются в координатах детали, т. е. в слу-
чае, например, наклона цилиндра будут автоматически изме-
ряться положения точек, расположенных в сечении, перпендику-
лярном оси этого цилиндра, хотя и наклоненного.

§ 6.	ИЗМЕРЕНИЯ НА КООРДИНАТНО-
ИЗМЕРИТЕЛЬНЫХ МАШИНАХ

На КИМ измеряются только координаты в простран-
стве отдельных точек измеряемой поверхности, а значения разме-
ров отдельных элементов и других нормируемых параметров гео-
метрической точности рассчитываются по этим измеренным коор-
динатам.

Измерения на КИМ могут проводиться в трех режимах: руч-
ном, полуавтоматическом и автоматическом.

В ручном режиме перемещение датчика контакта
к измеряемой точке осуществляется оператором перемещением
непосредственно за крепление датчика на пиноли. У некоторых
машин с ручным управлением имеется пульт, рычагами которого
оператор управляет перемещением датчика. В простейших маши-
нах этого вида оператор снимает отсчеты по всем координатам и
рассчитывает размер или размер рассчитывается ЭВМ. Такие руч-
ные машины практически теперь не изготовляют.
При полуавтоматическом режиме управле
ние перемещениями датчика контакта осуществляется оператором
при помощи рычагов, расположенных на пульте. Измерение осу-
ществляется в диалоговом режиме с ЭВМ. Вызов программ, сравне-
ние рассчитанных значений с допускаемыми выполняется авто-
матически по заданным программам оператором с пульта машины.
Управление перемещением датчика контакта осуществляется
оператором также с пульта.

Автоматический режим измерения (часто гово-
рят режим CNC), когда все действия, необходимые для измерения
детали, осуществляются по заданной программе и управление
перемещением датчика контакта также выполняется с помощью
ЭВМ без участия оператора.

При любом режиме измерения должна быть предварительно
разработана методика проведения измерений или, как часто го-
ворят, составлена программа измерения конкретной детали. При
ручном режиме измерения эта программа оператором составляется
и практически одновременно реализуется.

Программа для измерения включает в себя решение о после-
довательности измерения отдельных точек, отдельных элементов
детали (стратегия измерений), о числе точек, которые должны быть
измерены, а также параметры геометрической точности, которые
необходимо рассчитать, данные, выводимые на протокол в ре-
зультате измерения, и т. д.

Более правильно назвать эту программу управляющей, по-
скольку программы по обработке результатов измерения положе-
ния отдельных точек имеются в памяти ЭВМ. Программы не свя-
заны с конкретными размерами измеряемой поверхности, а только
зависят от параметров, которые необходимо выяснить, например
диаметр окружности или отклонения расположения.

Если необходимо измерить одну оригинальную деталь и такие
детали в дальнейшем поступать не будут, то измерение выполняется
в полуавтоматическом режиме при диалоге с ЭВМ. Например,
оператор указывает, что ему необходимо определить соосность
двух цилиндров. ЭВМ запрашивает оператора о числе точек,
которые он собирается измерить, что принимается за базу, как
задан допуск, зависимым или независимым и т. д., т. е. сведения,
необходимые для однозначного решения. После каждого вопроса
оператор должен дать ответ. После того как введены в ЭВМ за-
прашиваемые данные, оператор измеряет положение отдельных
точек и вызывает протокол со сведениями, которые он ранее за-
просил при составлении управляющей программы.

В случае, если необходимо измерять партию одинаковых
деталей или деталей, которые периодически будут повторяться
при изготовлении, то измерения производятся в автоматическом
режиме. Для реализации этого режима должна быть составлена
управляющая программа на конкретный типоразмер детали с кон-
кретными требованиями к параметрам ее геометрической точности.
В этой управляющей программе указываются последовательность
проведения измерений положения отдельных точек, их число,
а также последовательность вызова подпрограмм из ЭВМ для
обработки значений тех или иных параметров, значения номи-
нальных размеров, допускаемые отклонения и, наконец, сведе-
ния, которые необходимо внести в протокол измерения. При ис-
пользовании автоматического режима измерения и подготовки
управляющей программы деталь устанавливается в определенное
место пространства КИМ и после подвода наконечника датчика
к исходной точке в дальнейшем весь процесс осуществляется
автоматически.

Подготовка управляющих программ для измерения деталей
в автоматическом цикле может быть осуществлена способом «са-
мообучения» и дистанционным программированием.

Самообучающееся программирование за-
ключается в том, что программы составляются одновременно
с измерением первой детали из партии, которая должна быть из-
мерена. Эти первые измерения проводятся в полуавтоматическом
режиме, т. е. оператор, используя рычаги пульта управления
на КИМ, выполняет измерение этой детали. Одновременно на
магнитной ленте записываются все ручные операции по измере-
нию. В процессе такого «самообучения» в программу можно
вводить различные коррективы. Например, на первой измеряе-
мой детали отсутствуют несколько отверстий, которые появятся
потом, а их требуется измерять, когда деталь будет полностью
готова. В процессе измерения первой детали можно ввести в управ-
ляющую программу все требования к этим отсутствующим отвер-
стиям с указанием числа точек, которые должны быть измерены
и какие параметры рассчитаны. После того как первая деталь
будет измерена (следовательно, составлена программа для ее
измерения), все последующие детали будут измеряться при авто-
матическом режиме и будет полностью повторена та последователь-
ность, которая имела место при измерении первой детали опе-
ратором.

Дистанционное программирование заклю-
чается в том, что управляющая программа составляется по чертежу
детали, когда она еще не изготовлена. Часто этот прием называют
способом редактирования. Программирование осуществляется опе-
ратором на рабочем месте программиста с тем же компьютерным
оснащением, что и КИМ, для которой эта программа составляется.
В процессе этого программирования наиболее трудные места могут
быть не включены в программу и программа будет потом допол-
нена при измерении первой изготовленной детали. При измерении
первой детали исправляются возможные ошибки при дистан-
ционном программировании.

Программирование самообучением обладает тем достоинством,
что не требуется оператор-программист, а недостаток в том, что
занята машина на программирование. При дистанционном про-
граммировании недостаток в том, что сложно иногда представить
себе пространственную фигуру объекта измерения, требуется
квалифицированный программист и, как правило, необходима
дополнительная отладка программы по обработанной детали.

При измерении деталей цилиндрической формы, ступенчатых
валов, зубчатых колес, кулачков и т. д. процесс измерения зна-
чительно упрощается при использовании круговых столов, управ-
ляемых также от ЭВМ.

По результатам измерения партий однородных деталей во
многих КИМ предусмотрена статистическая обработка получен-
ных данных.

Некоторые КИМ могут снабжаться режущим инструментом
в виде фрез, сверл для обработки в труднодоступных местах.
Иногда с помощью инструмента осуществляется предварительная
разметка, нанесение базовых меток, по которым в дальнейшем
на стенке будет снят припуск. Обычно на КИМ обрабатывают де-
тали из мягкого материала.

§ 7.	СОСТАВЛЯЮЩИЕ ПОГРЕШНОСТИ ИЗМЕРЕНИЯ
НА КООРДИНАТНО-ИЗМЕРИТЕЛЬНЫХ МАШИНАХ

На погрешность измерения при использовании КИМ
влияют следующие погрешности: от механической части, измери-
тельных (отсчетных) систем, контактирования, а также погреш-
ности от воздействия окружающей среды и методические погреш-
ности.

Погрешность от механической части. На-
помним, что механическая принципиальная схема' КИМ состоит
из трех линейных измерительных систем, расположенных в про-
странстве под углом 90° друг к другу (так называемая декартовая
система координат). Поэтому погрешность от механической части
машины связана с тем, что перемещение по координатным осям
осуществляется в действительности не по прямым линиям и не
перпендикулярно друг к другу. Эта погрешность зависит от
точности изготовления направляющих, от точности монтажа,
трения в направляющих, наличия люфтов, прогиба под действием
собственного веса подвижных частей, инерционности движущихся
масс и некоторых других причин. Погрешность эта носит система-
тический и случайный характер.

Погрешность от измерительных систем.
Эта погрешность зависит от погрешности используемых масштабов
(шкал), от преобразований для получения дискретных более мел-
ких значений, чем на шкале, с помощью дополнительных уст-
ройств, от отклонения от параллельности расположения отсчет-
ных систем относительно координатных осей (например, от на-
рушения принципа Аббе — см. с. 55). Погрешности, завися-
щие от измерительных систем, являются в основном систематиче-
скими и в значительной мере компенсируются введением соответ-
ствующих поправок с помощью ЭВМ.
Погрешность от контактирования. Возни-
кает эта погрешность от погрешности датчика контакта, от дина-
мических условий измерения, т. е. измерений в процессе движе-
ния. Как было показано ранее (с. ЗЮ), существуют электрон-
ные измерительные датчики контакта и переключающиеся дат-
чики. Последние выдают команду на считывание значений коор-
динат измеряемой точки во время перемещения узлов машины
(динамические условия), а первые — при остановке (статические
условия). Поэтому и погрешности, зависящие от датчиков кон
такта, отличаются.

В общем виде можно сказать, что датчики переключения
работают быстрее, а измерительные датчики — точнее. Погреш-
ность от датчиков включает в себя деформации наконечника,
изгиб стержня, на котором установлен наконечник.

Погрешность от влияния окружающей
среды. Эта погрешность возникает от деформаций элементов
машины и измеряемой детали под действием температуры, от
влажности воздуха и вибраций в месте установки машины. По-
грешность от температурных деформаций, как и при использова-
нии других средств измерения, возникает при отклонениях тем-
пературы от 20 °C и колебаний температуры в процессе измерения,
от разности температур измеряемой детади и деталей КИМ. Влаж-
ность воздуха-влияет на деформации узлов машины, изготовлен-
ных из гранита.

Вибрации машины приводят к смещению измерительных си-
стем и, прежде всего, шкал, которые чаще всего расположены не-
подвижно относительно наконечника датчика контакта.

Учесть влияние окружающей среды на погрешность измере-
ния практически невозможно, поэтому КИМ должны всегда уста-
навливаться на виброизолирующем фундаменте или опорах в спе-
циальных помещениях, где поддерживается постоянная темпера-
тура, а детали перед измерениями необходимо выдержать на
машине, с тем чтобы их температуры выравнялись.

К внешним источникам составляющих погрешности измерения,
можно отнести и неправильное закрепление детали, например,
с деформацией ее.

Методическая погрешность измерения.
Этот вид погрешности связан с тем, что на КИМ измеряются коор-
динаты положения отдельных точек в пространстве. Вполне есте-
ственно, что измерить все точки на поверхности измеряемого эле-
мента невозможно, а следовательно, всегда возможно положение,
при котором предельные выступающие точки этой поверхности
не будут измерены. Как говорилось ранее, для определения диа-
метра идеальной окружности достаточно определить положение
трех точек. На реальной окружности всегда будет отклонение
формы, т. е. отклонение от круглости. На рис. 14.14 показано,
как возникает методическая погрешность при измерении коор-
динатным способом из-за погрешности формы. На окружности.
Окружность,
полученная при
Вычислении

Максимальный
диаметр встав-
ляемого Вала

Реальный
профиль

Рнс. 14.14. Методическая по-
грешность измерения диаметра
окружности из-за отклонения
ее формы

имеющей отклонение фор-
мы, измеряют три равно-
мерно расположенные точ-
ки (отмечены на рис. 14.14
крестиками). По результа-

там измерения рассчитывают диаметр окружности.

Как видно, рассчитанная окружность (тонкая линия на
рис. 14.14) значительно отличается от реальной. Теперь, если
представим себе, что измеренная окружность принадлежит вну-
треннему цилиндру (отверстию), тогда результаты расчета как бы
показывают, что в измеренное отверстие может войти вал с диа-
метром, равным вычисленному. Но в действительности в это
отверстие может войти вал, который заштрихован. Разница между
диаметром рассчитанного вала и фактическим диаметром, который
может войти в это отверстие, и обусловлена влиянием методической
погрешности измерения. Можно также говорить о влиянии откло-
нений формы на погрешность измерения.

Следовательно, под методической погрешностью, а более точно,
под методической составляющей погрешности измерения пони-
мают погрешность, связанную с используемой методикой измере-
ния, в результате которой не выявляется размер, «действующий»
при сборке измеренного элемента. В связи с этим при измерении
предусмотрена возможность измерять большое число точек на
одной поверхности (в некоторых КИМ до 1OO0JT

Другая часть методической погрешности связана с алгорит-
мом обработки результатов измерения координат точек, располо-
женных на реальной поверхности, т. е. имеющей отклонения
формы. После измерения большого числа точек во всех КИМ
рассчитывается средний размер измеряемого элемента (средний
диаметр окружности, средний диаметр цилиндра, средняя пря-
мая и т. д.). Однако при нормировании точности геометрических
параметров, относящихся к размерам, отклонениям формы и
расположения, за основу принимается так называемая прилега-
ющая поверхность. Так, за наибольший размер вала должен
приниматься размер идеального цилиндра, который проходит
через выступающие точки реального цилиндра (прилегающий
или описанный цилиндр).

Для усвоения рассмотренных положений необходимо вспом-
нить понятия о предельных размерах, о нормировании отклоне-
ний формы и отклонений расположения из дисциплины — взаимо-
заменяемость. Коротко напомним, что отклонения формы должны
отсчитываться от прилегающего цилиндра. Когда определяются
отклонения расположения, например, осей цилиндров, то вместо
реальных цилиндров рассматриваются оси прилегающих цилин-
дров. Как было сказано ранее, при расчетах результатов измере-
ния на КИМ определяются размеры и положения не прилегаю-
щих, а средних поверхностей. В общем случае оси прилегающих
цилиндров и средних цилиндров не совпадают, а следовательно,
в результаты математической обработки войдет методическая
ошибка, в данном случае из-за неточности алгоритма, по которому
ведется расчет.

Расчет средних поверхностей вместо прилегающих объясняется
тем, что этот расчет более простой и занимает меньше машинного
времени (его часто называют методом наименьших квадратов).

Необходимо отметить, что методическая погрешность измере-
ния имеет место и при других видах измерений. Например, при
измерении диаметра вала с помощью микрометра тоже не находят
диаметр прилегающего цилиндра для определения наибольшего
диаметра. Но при этих измерениях оператор не связан измере-
нием ограниченного числа точек, а производит некоторое число
измерений, направленных на то, чтобы выявить предельные раз-
меры. При этом последовательность измерений и число измерен-
ных сечений может быть разным для одинаковых деталей. Но для
КИМ, где методика измерений в большинстве случаев запро-
граммирована, а процесс измерения относится только к отдельным
точкам, методическая составляющая погрешности измерения яв-
ляется специфичной и часто доминирующей погрешностью.

§ 8.	НОРМИРУЕМЫЕ ПОКАЗАТЕЛИ ТОЧНОСТИ
И ПОВЕРКА КООРДИНАТНО-ИЗМЕРИТЕЛЬНЫХ
МАШИН

В связи с тем, что с помощью КИМ измеряется

положение точек в пространстве, погрешность измерения, в прин-
ципе, также следовало бы нормировать в виде пространственного
вектора. На рис. 14.15 показана эта погрешность, где индексом
«г» обозначено действительное положение точки, а индексом «а»
измеренное значение, вМА» — векторное изображение погрешно-
стей измерения точки. Нормирование погрешности измерения
на КИМ в виде вектора сейчас практически не производится и

прежде всего из-за отсутствия мето-
дов поверки и сложности учета влия-
ния этой погрешности на погрешность
измерения определенных показателей
геометрической точности. В связи с
этим в отношении КИМ используют
одновременно два приема нормирова-
ния требований к точности и поверке.

Рис. 14.15. Векторное представление погреш-
ности измерения положения точки в про-
странстве
Напомним еще раз, что нормируемая погрешность приборов всегда
должна быть однозначно связана с методикой поверки.

Первый прием заключается в нормировании геометрических
показателей точности машины, а второй — в нормировании по-
грешности измерения определенных объектов, т. е. поверка по
образцовым мерам. Хотя такой подход и не дает возможность
оценить в полной мере погрешность измерения на КИМ по всему
многообразию измеряемых параметров, но все же единый подход
к нормированию и поверке предоставляет возможность сравнить
разные машины между собой и получить сведения о возможных
погрешностях хотя бы по порядку величин этой погрешности.
Обычно эти два принципиальных приема нормирования точности
и поверки КИМ подробно расписываются в документации, посту-
паемой вместе с машиной. В проспектах и каталогах на КИМ при
указании погрешности измерения ими обычно нет расшифровки,
что понимается под указываемой погрешностью. В действитель-
ности под погрешностью КИМ в каталогах и проспектах разные
изготовители имеют в виду или погрешность измерения положения
точек по каждой координатной оси, называемой погрешностью
позиционирования, или погрешность измерения размера конце-
вой меры, обычно располагаемой по каждой координатной оси,
и (или) при размещении концевой меры в пространстве. О всех
этих приемах ниже будет изложено более подробно. При этом
еще раз надо отметить, что указание о погрешности измерения
любым прибором без указания, как эта погрешность выявлялась
(поверялась), неопределенно и неполноценно._

Нормирование и поверка геометрических параметров КИМ.
Поскольку принципиальная схема КИМ представляет собой три
линейные измерительные системы, расположенные по коорди-
натным осям, то в отношении геометрических параметров норми-
руется погрешность позиционирования, прямолинейность пере-
мещения по координатным осям, перпендикулярность положе-
ния осей, развернутость перемещающихся узлов по координатным
осям. В определенной мере можно сказать, что таким нормирова-
нием ограничивается систематическая составляющая погрешности
измерения. При поверке геометрических параметров КИМ обычно
рекомендуется, чтобы погрешность поверки была не более 20%
допускаемой величины погрешности. Простые средства для по-
верки геометрических параметров КИМ, как правило, должны
входить в комплект прибора и поставляться изготовителем,
обычно по специальному заказу.

Погрешность позиционирования — это по-
грешность перемещения измерительного наконечника датчика
контакта в наперед заданную точку по координатным осям.

Иногда погрешность позиционирования указывается в ката-
логах и проспектах как погрешность КИМ. Эта погрешность
выражается линейной зависимостью вида б = А + KL < В,
где 6 — погрешность позиционирования, мкм; А и К — постоян-
Рнс. 14.16. Графическое представление нормируемой погрешности координатно-
измерительных машин

ные коэффициенты; L — измеряемая длина, мм; В — максималь-
ная допустимая величина.

Обычно эта зависимость относится к погрешности позициони-
рования по всем координатным осям. Как видно из структуры
приведенной -формулы, нормируется постоянная погрешность
(коэффициент А) вне зависимости от измеряемого размера и пере-
менная часть — функциональная (KL) в зависимости от измеряе-
мого размера. Первый коэффициент формулы характеризует
минимальную погрешность КИМ. У машин разных типов этот
коэффициент нормируется в широких пределах в зависимости
от конструкции машины и диапазона измерения. Так, у фирмы
«Оптон» (ФРГ) коэффициент А для разных машин нормируется
от 0,5 до 2,9—5 мкм, но есть машины, где А = 50 мкм. У фирмы
«Деа» (Италия) для разных машин этот коэффициент нормируется
от 2,5 до 12 мкм. На рис. 14.16 показаны результаты поверки
погрешности позиционирования по одной из координатных осей,
требования к которой выражаются зависимостью б = 2,04—

5,5, т. е. постоянный коэффициент А = 2 мкм, коэффициент
К. = -g-QQ , а при диапазоне измерения до 1000 мм предельная
величина погрешности позиционирования не должна превышать
В = 5,5 мм. Черточками на рис. 14.16 показаны результаты
поверки погрешности позиционирования в разных точках. По-
скольку результаты поверки це выходят за пределы контура,
очерченного наклонными прямыми, то считается, что погрешность
позиционирования по этой координатной оси находится в преде-
лах допустимого.

Необходимо в связи с этим обратить внимание на следующее
обстоятельство при рассмотренном способе нормирования и по-
верки. Поскольку допускаемая погрешность должна уклады-
Рис. 14.17. Поверка по-
грешности позициониро-
вания с помощью лазер-
ного интерферометра

вагься в очерченный контур, то может быть такое положение,
при котором на одном участке в пределах диапазона измерения
постоянная систематическая составляющая и погрешность, зави-
сящая от измеряемого размера, будет с плюсом, а на другом уча-
стке — с минусом. Поскольку во всех КИМ измерения можно
производить с любого места измерительной системы, то может
сложиться положение, при котором начало отсчета измеряемого
размера совпадает, например, с минусовой, а конец с плюсо-
вой погрешностями. В этом случае действительная погрешность
окажется значительно больше, чем выявлена при поверке и в пре-
дельном случае в погрешность измерения может войти удвоенная
постоянная составляющая и два значения погрешности, связан-
ной с используемым участком, на котором проводилось измерение.

Сказанное относится к экстремальному случаю, но он вполне
возможен. Это еще раз говорит о необходимости учитывать воз-
можность неблагоприятных сочетаний погрешностей на разных
участках. При таком нормировании, когда при поверке исполь-
зуется постоянное начало отсчета (фиксированный нуль), а при
измерении нуль не постоянный («плавающий» нуль), необходимо
дополнительно нормировать погрешность между двумя любыми
точками и эти нормы должны быть более жесткими, чем для всего
диапазона, или равны им.

Поверка погрешности позиционирования может быть осуще-
ствлена разными способами, но наиболее часто ее выполняют
с помощью лазерного интерферометра или по шкале с микроско-
пом. Основная цель этой поверки — определение погрешности,
с которой измерительный наконечник датчика контакта выходит
в заданную точку. Наиболее совершенной и быстрой является
поверка с помощью лазерного интерферометра (рис. 14.17). Этот
прибор, как все интерферометры, основан на разделении луча 4
от источника света 5 с помощью делителя 3 на два пучка. Один
луч проходит постоянный путь от делителя до приемника, нахо-
дящегося вместе с источником 5, а другой луч поступает на отра-
жатель 2, установленный на узле закрепления датчика кон-
такта 1. При перемещении узла установки датчика контакта
изменяется путь прохождения второго луча до отражателя.
Первый и второй луч, накладываясь друг на друга, образуют
интерференционную картину. Перемещение этой интерференцион-
ной картины характеризует перемещение узла датчика. Сравне-
Рис. 14.19. Результаты измерения от-
клонений от перпендикулярности ко-
ординатных осей

Рис. 14.18. Поверка отклонений oi
прямолинейности

ние этих перемещений с задан-
ным значением по измеритель-
ной системе характеризует по-
грешность позиционирования.

Погрешность позиционирования должна поверяться в нескольких
точках на всем диапазоне измерения. Рекомендуется измерять в 11
неравномерно расположенных точках. В каждой поверяемой точке
необходимо проводить измерения не мёнее 5 раз при подходе
к этой точке с обеих сторон (прямой и обратный ход). Иногда
для оценки результатов поверки изготавливают шаблон, анало-
гичный графическому изображению нормируемой погрешности,
изображенный на рис. 14.16.

Отклонение от прямолинейности. Этот пара-

метр аналогичен нормируемому для станков и станковых прибо-
ров (подвижные узлы, а в рассматриваемом случае это узлы КИМ,
которые должны перемещаться по прямой линии). Измеряются
отклонения от прямолинейности при перемещении по каждой
координатной оси, а отклонение от прямолинейности определяется
в направлении двух других осей. Так, при перемещении подвиж-
ных узлов по оси X определяются отклонения от прямолинейно-
сти в направлении осей Y и Z.

Поверка отклонений от прямолинейности может быть осуще-

ствлена с помощью лазерного интерферометра, аналогично пока-
занному на рис. 14.17. Однако чаще всего ее выполняют с помощью
стальной линейки или линейки из каменных пород (рис. 14.18).
Этими средствами как бы создается в пространстве идеальная
прямая линия и с ней сравнивается прямолинейность перемещения
подвижного узла. Измерения осуществляют или непрерывно
или по отдельным точкам (рекомендуется 11 неравномерно рас-
положенных точек) при прямом и обратном ходе.

Отклонения от перпендикулярности. В
соответствии с принципиальной схемой КИМ ее координатные
оси должны быть расположены перпендикулярно друг другу.
Поэтому при поверке этого параметра необходимо определять
отклонения от перпендикулярности, характеризуемые показате-
лями <рж„, <px2, <pvz. Поверку отклонений от перпендикулярности
выполняют с помощью образцовой меры в виде угольника сталь-
ного или из каменных пород. Иногда поверку осуществляют и
с помощью лазерного интерферометра со специальными приспо-
соблениями. Рассматриваемую поверку проводят аналогично
поверке отклонений от прямолинейности. При этом она отлича-
ется только видом образцовой меры. Измерения выполняют по
три раза в прямом и обратном направлении, а за результат при-
нимают среднее значение. На рис. 14.19 показаны результаты изме-
рения отклонений от перпендикулярности по всем трем коорди-
натным осям и выявлены отклонения фед, фх2, ф„2. Реально в этой
машине действует координатная система X, Y , Z'. При измере-
нии отклонений от перпендикулярности одновременно выявляются
и отклонения от прямолинейности по всем координатным осям.
Это видно из результатов измерений, где действительные коорди-
натные оси не прямолинейны.

Развернутость перемещающихся узлов
по координатным осям. Перемещения подвижных
частей по координатным осям должны осуществляться не только
по прямым линиям и не только перпендикулярно относительно
других координатных осей, но и не разворачиваться вокруг
всех осей.' На рис. 14.20, а показано, в каких направлениях
может происходить поворот перемещающихся узлов, т. е. вокруг
оси X, вокруг оси Y и вокруг оси Z. Этот вид геометрических
отклонений вошел в результаты измерения отклонений от прямо-
линейности и отклонений от перпендикулярности. Проверка
отдельно развернутости по всем координатным осям может быть
определена разными способами, например с помощью уровней
(наиболее удобны электронные уровни) или с помощью индуктив-
ных систем с двумя датчиками, установленными друг от друга
на определенном расстоянии (рис. 14.20, б) и включенными по
дифференциальной схеме (результаты измерения выдаются как
разность отклонений по обоим датчикам).

Нормирование и поверка погрешности измерения определен-
ных объектов. Все нормируемые и поверяемые геометрические

Рис. 14.20. Развернутость узлов при перемещении:

а — развернутость относительно осей X, У, Z; б — схема намерения развернутости с по-
мощью двух отсчетных систем
параметры КИМ, рассмотренные выше, характеризуют точност-
ные данные отдельных ее конструктивных или функциональных
узлов. При поверке КИМ по рассмотренным геометрическим пара-
метрам фактически выявляются возможные систематические со-
ставляющие погрешности измерения, которые оказались не исклю-
ченными математическим обеспечением. При этом выявляется и
случайная составляющая измеряемого параметра, но поскольку
за результаты измерения принимается среднее из полученных зна-
чений, то случайная погрешность в значительной мере исклю-
чается. Однако в полной мере нормируемые и поверяемые рассмо-
тренные выше геометрические параметры не дают полного пред-
ставления о погрешности измерения КИМ, так как большинство
этих составляющих случайно и что получится при этом сложении
остается неизвестным.

Напомним еще раз в связи с этим, что под погрешностью при-
бора, имеющего разнообразное применение (универсальные при-
боры), понимается и нормируется частный случай погрешности
измерения этим прибором в определенных условиях и на конкрет-
ном объекте измерения. КИМ является наиболее универсальным
прибором для измерения сложных геометрических показателей
и для них нормировать погрешности чрезвычайно трудно, по-
скольку необходимо, чтобы образцовую меру для поверки при-
бора можно было аттестовать с точностью, значительно превыша-
ющей точность КИМ. А таких средств аттестации практически
нет в отношении деталей сложной формы, для которых и пред-
назначены КИМ. Поэтому обычно погрешность измерения на
КИМ проверяют при измерении линейных размеров для выясне-
ния погрешности, когда в измерении участвует одна координат-
ная ось, при измерении окружности, для выявления погрешно-
сти, когда в измерении участвуют две координатные оси и при
измерении сферы, для выявления погрешности, когда измерение
проводится с участием трех координатных осей. При этих
поверках выявляется в какой-то мере комплекс причин, влияю-
щих на погрешность измерения. Однако надо помнить, что это
не погрешность КИМ при всех случаях ее использования, а
только при измерении конкретного вида образцовых мер. Эти
поверки более полно характеризуют точностные свойства КИМ,
но это не совсем та погрешность, которая будет иметь место, на-
пример, при измерении различных отклонений расположения
поверхностей.

Поверка погрешности при измерении с
использованием одной координатной оси.
При этой поверке выявляется погрешность КИМ, когда изме-
ряется расстояние между двумя точками. Для поверки исполь-
зуют несколько концевых мер длины или многозначные специаль-
ные меры (рис. 14.21). Ступенчатые меры обладают тем достоин-
ством, что можно имитировать измерение наружных и внутренних
размеров, недостаток — в сложности ее изготовления и аттеста-
Рис. 14.21. Поверка погрешности измерения концевых мер длины при исполь-
зовании одной координатной осн:

а — поверка по оси X; б — поверка по осн У; в — поверка по осн Z; a — специальная
многозначная мера

ции. Обычно каждую длину измеряют 10 раз. При поверке машин
с большим диапазоном измерения применяют иногда лазерный
интерферометр, т. е. аналогично определению погрешности пози-
ционирования. Погрешность позиционирования, которая была
рассмотрена ранее, в принципе, должна бы совпадать или быть
очень близка к погрешности измерения размера (расстояние между
двумя точками). Однако данные, получаемые о погрешности
позиционирования, в общем случае отличаются от данных, полу-
чаемых от измерений концевых мер. Возникает это потому, что
выявление погрешности позиционирования осуществляется пере-
мещением подвижных частей в одном направлении, т. е. не воспро-
изводятся условия измерения внутренних размеров. Поверка
погрешности позиционирования интерферометром производится
по большему числу точек.

При поверке погрешности позиционирования с использованием
интерферометра не участвует датчик контакта, а на распростра-
нение луча лазера влияют внешние условия окружающей среды.

Необходимо обратить внимание, что в подавляющем боль-
шинстве случаев в каталогах и проспектах изготовителей КИМ
при указании погрешности измерения имеют в виду погрешность
измерения срединной длины концевой меры, хотя об этом и не
всегда конкретно указывается. Анализ большой группы КИМ,
выпускаемых различными фирмами, проведенный ВФ ЭНИМС,
показал, что по этому критерию, т. е. погрешности измерения
концевых мер длины относящейся к длине 1000 мм, из всей сово-
купности изготавливаемых машин 24% машин имеют погрешность
не более 6 мкм, 28% — свыше 6 до 10 мкм, 16% — свыше 10 до
16 мкм, 18% — свыше 16 до 25 мкм, 6% — свыше 25 до 40 мкм,
9% — свыше 40 мкм. Еще раз отметим, что это только частный
случай погрешности измерения на КИМ и только при использова-
нии одной координатной оси, а погрешность измерения на КИМ
в объеме (т. е. в пространстве, охватываемом всеми тремя коорди-
натными осями) будет, естественно, больше. Несколько подроб-
нее об этом будет сказано ниже.

Поверка погрешности при измерении с
использованием двух координатных осей.
Эту поверку осуществляют измерением образцового кольца, рас-
полагаемого в разных координатных плоскостях: XY, XZ, YZ.
Диаметр кольца рекомендуется в диапазоне 20—30 мм с отклоне-
ниями от круглости не более 20% допускаемой погрешности
измерения. Рекомендуется проводить измерение 50 равномерно
расположенных по окружности точек.

Для определения погрешности измерения при использовании
двух координатных осей применяют также концевые меры длины,
которые располагают при поверке под углами к поверяемым
координатным осям. Угол установки относительно каждой оси
рекомендуется 45°. Поверку по двум координатным осям выпол-
няют нечасто, так как считается, что эта погрешность полностью
выявляется при поверке по трем координатным осям.

Поверка погрешности при измерении с
использованием трех координатных осей.
Эту поверку выполняют измерением образцовой меры в виде
сферы диаметром в диапазоне 20—30 мм с отклонениями от кругло-
сти не более 20% допускаемой погрешности измерения. Рекомен-
дуется измерять в 50 точках, более или менее равномерно распо-
ложенных на той части полусферы, которая доступна для измерения.

Поверку КИМ с помощью сферы, в принципе, необходимо
производить ежедневно перед началом работы на КИМ для того,
чтобы убедиться, что машина правильно функционирует. Осталь-
ные поверки выполняют периодически через сроки, зависящие
от интенсивности использования машины. Для поверки точности
при использовании трех координатных осей часто применяют
комплекты концевых мер длины, которые располагают под раз-
ными углами относительно координатных осей (рис. 14.22).

Для поверки погрешности измерения КИМ при использовании
всех трех координатных осей известен метод, который в какой-то
мере выявляет погрешность в виде вектора в пространстве. Прин-
цип этой поверки заключается в измерении постоянного размера
(рис. 14.23), расположенного в пространстве. На столе КИМ раз-
мещается стойка 1, на которой на сферическом шарнире установ-
лен рычаг 2, длина которого измеряется при различном распо-
Рис. 14.22. Поверкг погрешности измерения концевых мер длины при исполь-
зовании трех координатных осей

ложении в пространстве. На свободном конце рычага имеются
два параллельных цилиндра 3, являющихся направляющими
для стержня наконечника датчика контакта 4. На торце рычага
между двумя цилиндрами имеется площадка, которая ограничи-
вает длину рычага от опоры. Процесс поверки осуществляется
в следующей последовательности. После установки стойки 1 на
стол фиксируются координаты положения оси, на которую уста-
навливается рычаг 2. После установки рычага на стойку стержень
датчика контакта вводится между двумя параллельными цилин-
драми 3 и измеряется с помощью КИМ длина рычага (от оси до
площадки между цилиндрами). После этого по специальной про-

су	Я

Рис. 14.23. > i ipoficiво для ихнерки векюрнон погрешност КИМ:
а — схема намерения; б — сменим» рычаги
грамме осуществляется измерение длины этого рычага при раз-
ном его положении в пространстве. В процессе измерения рычаг
постоянно удерживается на наконечнике датчика контакта и де-
тали и перемещает рычаг в новое положение, где измеряется его
длина. Таким образом, предоставляется возможность поверить
погрешность измерения КИМ при использовании всех трех коор-
динат машины и определить погрешность в пространстве, состав-
ляющем ±45° от горизонтальной поверхности. Весь процесс
поверки занимает не более 15 мин.

Необходимо отметить, что и эта поверка не выявляет в полной
мере точностные возможности КИМ при измерении всех геоме-
трических параметров.

Может быть рекомендован простой способ наблюдения и перио-
дической поверки КИМ. По этому способу после установки и
отладки КИМ, которую делает обязательно изготовитель, и по-
верки КИМ по всем рассмотренным геометрическим и комплекс-
ным показателям необходимо на этой машине аттестовать и запи-
сать в режиме самообучения результаты аттестации одной или
нескольких сложных деталей, имеющих все основные параметры,
которые будут встречаться при измерении в дальнейшем.

Такими измерениями, а точнее аттестацией отдельных измеряе-
мых деталей осуществляют фиксацию точностных возможностей
машины, когда известно, что все ее составляющие функциональ-
ные узлы соответствуют точностным требованиям. В дальнейшем
эти аттестованные детали (свидетели) можно использовать в ка-
честве образцовых мер для определения точностного, состояния
машины по комплексным показателям. В случае обнаружения
несовпадений данных результатов измерения с первоначальными
необходимо установить источники появления погрешностей путем
поверки по отдельным геометрическим показателям.

§ 9. ОТЕЧЕСТВЕННЫЕ КООРДИНАТНО-
ИЗМЕРИТЕЛЬНЫЕ МАШИНЫ

Координатно-разметочная машина ВЕ-111А разра-
ботана Вильнюсским филиалом ЭНИМС (рис. 14.24). Машина
относится к КИМ консольного типа. На этой машине можно
производить измерение и разметку по четырем координатам.
Деталь устанавливают с помощью домкратов на поверхности
поворотного стола 1 и при измерении или разметке ее можно
поворачивать. Перемещение датчика контакта или разметоч-
ной головки 2 по осям У и Z осуществляется координатной
кареткой 3, которая для отсчёта значений по координате Y сме-
щается по колонке 4. Для отсчета по оси X вся колонка переме-
щается по координатной каретке 5. Перемещение кареток осуще-
ствляется по направляющим с подшипниками качения вручную,
а по осям X и Y предусмотрено перемещение и от электродвига-
теля. В качестве измерительных систем используют зубчатую
Рис. 14.24. Координатно-разметочная машина ВЕ-111А (ВФ ЭНИМС)

рейку с колесом, на оси которого установлен сельсин. Рейка рас-
положена рядом с направляющими. Значения координат перемеще-
ния можно отсчитать по цифровому отсчетному устройству 6 и запи-
сать пишущей машинкой 7. Машина снабжена мини-ЭВМ для обра-
ботки данных при измерении отклонений расположения. Машину
монтируют на плите размером 1600x1000 мм. На этой машине
можно размечать и измерять детали размером 750x460х 630 мм.

При разметке детали устанавливается разметочный инструмент
и осуществляются его перемещения по необходимым координатам.
При измерении вместо разметочного инструмента устанавливается
отсчетная головка или датчик контакта. Допускаемая погреш-
ность по координатным осям не более 0,12 мм, а по углу пово-
рота 2'. Среднеквадратическое отклонение случайной погреш-
ности не более 0,035 мм.

Координатно-измерительная машина модели НММ 965 изго-
тавливается Каунасским станкостроительным производственным
объединением «Координата» (рис. 14.25). Машина портального
типа с подвижным порталом. Машина (ее механическая часть)
состоит из опорной рамы 1 (фундамента с гранитной плитой 2),
портала 3 (ось У) и каретки 4 (ось X) с пинолью 5 (ось Z).

Опорная рама сварной конструкции из стальных труб уста-
новлена на пяти опорах с пневматическими демпферами (воз-
можна установка и на резиновых демпферах и жидкостных аморти-
заторах). Стол, установленный на раме, изготовлен из твердого
гранита и одновременно является направляющим для портала.
Портал также сварной конструкции, перемещается по столу на
аэростатических направляющих, а сбоку (в горизонтальной пло-
скости) поддерживается стальными направляющими и роликами
на подшипниках. Погрешность перемещения портала компенси-
Рис. 14.25. Координатно-измерительная машина НММ 965 (завод <Коорина-
та>, г. Каунас)

руется корректирующим устройством. Каретка 4 (ось X) также
сварной конструкции перемещается на пяти шариковых танкетках
и с помощью шести постоянных магнитов поджимается к тра-
версе 6. В каретке установлена пиноль (ось Z) в виде стальной
доведенной трубы 7, которая перемещается с помощью пяти
шариковых танкеток и прижимается восемью постоянными магни-
тами. Перемещается портал с помощью электродвигателя постоян-
ного тока через плоский ремень на фрикционный диск во избе-
жание поломок при случайном ударе пиноли по детали. На конце
пиноли установлен датчик контакта 8. Для облегчения перемеще-
ния пиноли использован противовес, который связан с пинолью
стальной лентой.

Измерительная система машины состоит из стеклянных штрихо-
вых линеек. Для оси X шкала размещена на передней плоскости
траверсы 6, для оси Y на гранитной плите 2 и для оси Z на задней
поверхности пиноли 5. Шкалы имеют цену деления 0,016 мм, но
с помощью электронной интерполяции достигается разрешающая
способность 0,5 мкм.

Электронный переключающий датчик контакта имеет 5 кре-
пежных отверстий для установки измерительных наконечников
в разной комбинации, в зависимости от измеряемых параметров
и конфигурации измеряемой детали.

Математическое обеспечение машины — универсальная про-
грамма измерения размеров, отклонений формы и расположения
поверхностей, программа для дистанционного программирования,
программа для статистической обработки результатов измерения
и программа для измерения кривых 2-го и 3-го порядков.

Диапазон измерения КИМ по координатным осям X = 900 мм,
Y = 600 мм, Z = 500 мм. Размер поверхности стола, на котором
может быть установлена измеряемая деталь, по оси X = 1150 мм,
по оси Y = 1170 мм. Наибольшая высота детали, которая может
быть установлена на столе 605 мм.

Перемещение по координатным осям может осуществляться
со скоростью от 0,006 до 4,2 м/мин, а при автоматическом режиме
измерения от 0,006 до 6,0 м/мин. Наибольшая масса измеряемых де-
талей 500кг. Измерительное усилие датчика контакта от 0,1 доО,4Н.

Площадь, необходимая для размещения всего комплекса,
2500x4500 мм. Допускаемая погрешность измерения срединного
размера концевой меры длины по каждой координатной оси вы-
ражается зависимостью 4 + 5L10-8, где L — расстояние между
точками контакта, мм. Допускаемая погрешность измерения
срединного размера концевой меры длины, расположенной в про-
странстве под разными углами к координатным осям X, Y, вы-
ражается зависимостью 6 + 6,УЛЮ-8. Случайная составляющая
погрешности измерения координат точки по любой координатной
оси а = 1,0 мкм.

Координатно-измерительная машина ВЕ-200Е разработана
Вильнюсским филиалом ЭНИМС. Машина портального типа
с подвижным порталом (рис. 14.26). Основные направляющие по
координатным осям сделаны из твердокаменных пород. Исполь-
зуется фотоэлектрическая отсчетная система. Перемещение осу-
ществляется на аэростатических направляющих. Привод от элек-
тродвигателей постоянного тока через ленточные передачи. Ма-
шину устанавливают на пневматических виброизолирующих опо-
рах. При этом автоматически поддерживается горизонтальное
положение основания и исключается влияние механических коле-
баний на основание частотой не менее 2 Гц. Математическое
обеспечение этой машины, в принципе, аналогично приведенному
выше. Управляющий вычислительный комплекс (УВК) машины
создан на базе ЭВМ СМ1300.01; система программирования
СПКИМ «Метр» разработана в ВФ ЭНИМС. В составе УВК один
процессор обрабатывает результаты измерения и управляет рабо-
той КИМ, второй процессор управляет электроприводами. УПК
имеет внешнее запоминающее устройство на гибких магнитных
дисках. Предусмотрена возможность программой компенсировать
геометрические погрешности координатной системы.

Диапазон измерения КИМ по координатным осям X = 1000 мм,
Y = 800 мм, Z = 400 мм. Размер поверхности стола, на который
Рис. 14.26. Крирдинепно-нзмс|>1!1сяы1ля мпшпни ВЕ-200Е (ВФ ЭНИМС)

может быть установлена измеряемая деталь по оси X = 1120 мм,
по оси Y = 930 мм. Максимальный размер измеряемой детали
700x1000 x 400 мм. Масса измеряемых деталей до 1000 кг.

Погрешность измерения длины, определяемая с помощью
концевых мер длины по каждой координатной оси, выражается
зависимостью ±(2,5 + 3,5/, 10~8), а при измерении в простран-
стве, т. е. при использовании всех трех координатных осей (3,5+
+ 5L10-8), где L — длина измеряемого размера. КИМ BE 200Е
по своим эксплуатационным данным находится на уровне лучших
машин иностранных фирм и комплектуется полностью отече-
ственными узлами и ЭВМ. По сравнению с зарубежными управ-
ляющий вычислительный комплекс имеет несколько большие
габаритные размеры (ЭВМ СМ1300.01) и массу, не снабжается
графопостроителем и меньше объем оперативной памяти. Поэтому
в программном обеспечении пока отсутствуют программы для
обработки при измерении сложных поверхностей, программы для
статистической обработки и некоторые другие. В дальнейшем
предусматривается устранение этих отличий.

Перспективы развития КИМ — расширение их производства.
Использование КИМ в технологическом процессе обеспечивает
его высокую эффективность и прежде всего при измерении откло-
нения расположения поверхностей. Использование КИМ повы-
шает производительность измерений до 10 и более раз при разных
видах измерений. Особенно необходимо применение КИМ при
использовании станков с ЧПУ, в том числе гибких модулей при
гибком производстве. Вполне однозначно можно сказать, что
производство по обработке корпусных деталей нельзя назвать
прогрессивным, если для измерения не применяются координатно-
измерительные машины. Дальнейшее развитие КИМ заключается
в повышении точности измерения: уменьшение методических
погрешностей измерения и повышение уровня автоматизации
управления функциональными элементами как при подготовке
к измерению, так и при самом измерении. В дальнейшем будут
совершенствоваться бесконтактные способы измерения в направ-
лении повышения точности измерения.

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ

1.	Что такое отклонения расположений н его виды (с. 292)?

2.	Виды суммарных отклонений расположения н формы (с. 293).

3.	Основные способы нзмеренкя отклонений расположения (с. 295).

4.	Что такое координатно-измерительная машина (КИМ), ее принципиаль-
ная схема (с. 297)?

5.	Типы координатно-измерительных машин, нх достоинства н недостатки
(с. 299).

6.	Функциональные узлы КИМ н нх конструкция (с. 304).

7.	Математическое обеспечение КИМ. Что это такое? Какие задачи при этом
решаются (с. 318)?

8.	Способы измерения на КИМ (с. 323).

9.	Источники погрешности измерения на КИМ. Что такое методическая со-
ставляющая погрешности измерения (с. 326)?

10.	Нормирование точности КИМ и методы поверки (с. 329).

ГЛАВА 15. СРЕДСТВА ИЗМЕРЕНИЯ ЗУБЧАТЫХ КОЛЕС

И ПЕРЕДАЧ

§ 1.	ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ

Любое зубчатое колесо, в принципе, состоит из
группы рабочих поверхностей, равномерно расположенных в про-
странстве по окружности относительно оси. Выделение отдельных
геометрических параметров в зубчатых колесах производят прежде
всего для того, чтобы измерением этих параметров установить
точность определенных элементов технологического оборудования
и ввести в него поправки, когда эта точность оказывается недо-
статочной.

Особенность нормирования и измерения зубчатых колес за-
ключается в том, что многие параметры колес как бы перекрывают
друг друга, т. е. точность определенных свойств колес можно
выявить измерением нескольких параметров, и в стандартах
нормируются требования ко всем этим параметрам. В этой главе
мы кратко остановимся только на цилиндрических колесах и
передачах средних модулей, более подробные сведения, в том числе
и по другим видам передач, можно найти в работе [17].
В стандартах на зубчатые колеса и передачи содержится
4-е группы норм точности, каждая из которых характеризует
определенные эксплуатационные свойства колес и передач в отно-
шении кинематической точности; плавности работы; контакта
зубьев колес в передаче; бокового зазора между нерабочими (при
данном направлении вращения) поверхностями зубьев.

В каждой группе норм установлены требования и определены
параметры.

Контроль по параметрам, указанным в контрольном комплексе,
не является обязательным, если изготовитель передач осуще-
ствляет такую систему контроля точности технологического про-
цесса, которая гарантирует изготовление колес с соблюдением
требований стандарта. Этим самым стандарт ориентирует на
прогрессивный метод контроля, на активное участие в обеспе-
чении необходимого качества поддержанием точности технологи-
ческого процесса на определенном уровне вместо контроля уже
готовой продукции.

§ 2.	ИЗМЕРЕНИЕ ПАРАМЕТРОВ, ХАРАКТЕРИЗУЮЩИХ
КИНЕМАТИЧЕСКУЮ ТОЧНОСТЬ

Наиболее полно кинематическая точность выявляется
при измерении—кинематической погрешности или при измерении
накопленной погрешности шага.

Вместо каждого из этих параметров могут быть использованы
другие комплексы контроля, содержащие требования к двум пара-
метрам колеса, так как возникновение погрешностей кинематиче-
ских перемещений за полный оборот происходит из-за погрешно-
сти кинематических перемещений элементов зуборезного станка
(тангенциальная составляющая кинематической точности) и из-за
погрешности от неточной установки заготовки колеса относи-
тельно оси зубообрабатывающего станка (радиальная составляю-
щая кинематической точности).

При нормировании комплексов контроля по нормам кинема-
тической точности погрешность обката или колебание длины
общей нормали характеризуют тангенциальную составляющую
кинематической точности, а колебания измерительного меж-
осевого расстояния за оборот колеса или радиальное биение
зубчатого венца характеризуют радиальную составляющую кине-
матической точности.

а.	Измерение кинематической погрешности колеса и передачи.
Приборы для измерения кинематической погрешности часто на-
зывают приборами для комплексного однопрофильного контроля.

Схемы приборов для измерения кинематической погрешности,
в принципе, состоят из четырех функциональных частей
(рис. 15.1): зубчатой пары 1 из проверяемого и измерительного
зубчатых колес (или из двух проверяемых колес при проверке
передач), датчиков угла поворота 2, устройства 3 для сравнения
1

Рис. 15.1. Принципиальная схема приборов
для измерения кинематической погрешности
углов поворота колес, образующих
зубчатую пару, и регистрирующего
устройства 4.

Прибор БВ-5094 (рис. 15.2) явля-
ется типичным примером современ-
ного направления в создании прибо-
ров для измерения кинематических
погрешностей колес, пар и других
механизмов, содержащих зубчатые
передачи.

Колеса 1 и 2 (рис. 15.2) находятся в однопрофильном зацепле-

нии. На осях этих колес расположены стеклянные лимбы 7 и 16,
каждый из которых имеет 10 800 радиальных штрихов (цена
деления 2')- С одной стороны лимбов располагаются лампы 3
и 12, свет от которых через фокусирующие линзы 4 и 13 к сетки 5
и 14 направляется на фотодиоды 6 и 15. Прохождение прозрачных
рисок лимбов через осветительную систему вызывает пульсирующий
ток в фотодиодах, пропорциональный угловому положению колес.

При передаточном отношении 1 : 1 зацепляющихся колес
пульсирующий синусоидальный ток с обоих датчиков поступает
одной частоты, и по фазометру 9 определяется сдвиг фаз синусо-
идальных сигналов, характеризующий погрешность пары.

Рис. 15.2. Схема прибора
I5B-5094 с фотоэлектри-
ческими датчиками для
измерения кинематичес-
кой погрешности
Рнс. 15.3. Схема прибора БВ-5079
для автоматического нзмерення шага
зубчатых колес (завод «Измерон»)

При передаточном отноше-
нии, отличающемся от 1:1, мень-
шее колесо проверяемой пары
устанавливается на месте ко-
леса 1 и поступающие с фотоди-
ода 15 сигналы с частотой Д ум-
ножаются на число зубьев ко-
леса za в умножителе 11, потом
делятся на число зубьев колеса
z, в делителе 10. Этим самым сиг-
нал приводится к одной частоте,
как при передаточном отноше-
нии 1 : 1, и на фазометре 9 оп-

ределяется сдвиг фаз полученных сигналов, вызванный погреш-
ностью пары колес, которая записывается на самописце 8.

Настройка прибора на различные передаточные отношения
осуществляется электрическим переключением соответствующих
тумблеров на блоке прибора. На приборе БВ-5094 можно измерять
колеса наружного зацепления от 20 до 320 мм, а внутреннего
зацепления — от 60 до 250 мм. На приборе БВ-5083, построенном
по такой же схеме, можно измерять мелкомодульные колеса
диаметром от 5 до 200 мм при наружном зацеплении и от 60 до
160 мм при внутреннем зацеплении.

б.	Измерение накопленной погрешности шага по зубчатому
колесу и накопленной погрешности К шагов. Измерение накоп-
ленной погрешности шага осуществляется двумя методами —
абсолютным и относительным.

1.	Абсолютный метод измерения накопленной
погрешности шага заключается в определении равномерности
расположения зубьев с помощью угломерного устройства изме-
рительного прибора.

Для этого вида измерений может быть использован любой
станковый прибор, применяемый для угловых измерений — дели-
тельная головка, делительный стол, универсальный микроскоп
и т. д. (см. гл. 8 и 12). Раньше изготавливались специальные
приборы для измерения шага, в которых использовались те же
угловые отсчетные системы, что и в перечисленных приборах.
В настоящее время для абсолютных измерений изготавливают
автоматизированные приборы, например прибор БВ-5079.

Принцип действия прибора (рис. 15.3) заключается в том, что
при непрерывном вращении измеряемого колеса 1 в электронный
блок 2 прибора поступают импульсы от кругового фотоэлектри-
ческого преобразователя 7, установленного на одной оси с изме-
ряемым колесом. Второй сигнал, указывающий определенное
положение измеряемого зуба вращающегося колеса, поступает
от линейного экстремального фотоэлектрического преобразова-
теля 4 (светового упора). Световой упор состоит из источника
света 6, направляющего параллельный пучок лучей на поверх-
ность зубьев, непрерывно вращающегося колеса и фотоэлемента 5.
Отраженный от поверхности зуба световой поток в момент опре-
деленного положения поверхности зуба колеса относительно
упора, соответствующего максимуму отраженного потока, вос-
принимается фотоэлементом 5, выдающим сигнал в электронный
блок 2 прибора. Электронный блок прибора преобразует получа-
емые значения в напряжение и выдает на самописец 3 сигнал,
характеризующий ординаты диаграммы накопленной погрешности
шага по колесу. На приборе могут быть измерены колеса диа-
метром от 5 до 120 мм и модулем от 0,2 мм, время измерения од-
ного колеса — 10 с.

Аналогичный прибор БВ-5090, предназначенный для колес
диаметром от 20 до 320 мм и модулем от 1 до 8 мм, вместо
фотоэлектрического преобразователя 4 имеет индуктивный
датчик.

2.	Относительный метод измерения на-
копленной погрешности шага заключается в определении равно-
мерности расположения зубьев путем сравнения измеряемых
шагов или группы шагов с произвольно выбранным шагом или
группой шагов на колесе, по которым производится настройка
прибора (так называемый разностный метод). Существует
два вида приборов, отличающихся числом сопоставляемых шагов.
К первому виду относятся приборы, в которых сравнивается
группа зубьев, расположенных через 180° или (при нечетном
числе зубьев) несколько меньше. К другой группе относятся
приборы, в которых сравниваются отдельные шаги (см. § 3).

в.	Измерение погрешности обката. Погрешность обката наи-
более полно выявляется при непосредственном измерении кине-
матической погрешности цепи обката зуборезного станка с по-
мощью специальных приборов — кинематомеров.

Кинематомер осуществляет замыкание конечных звеньев кине-
матической цепи обката — деления станка. В зубофрезерных
станках (рис. 15.4) один из датчиков / прибора устанавливают
на столе зубофрезерного станка, а другой 2 — на фрезерном
шпинделе. При работе станка, настроенного на определенное
передаточное отношение, с обоих датчиков выдаются импульсы —
сигналы, характеризующие угловое положение проверяемых
звеньев. Сигналы, поступающие от высокоскоростного звена,
т. е. от датчика 2, на фрезерном шпинделе умножаются в блоке 3
и делятся в блоке 4 для приведения их к масштабу сигналов,
поступающих от тихоходного звена, с целью сравнения, например,
по разности фаз в фазометре 5. Разность фаз сигналов, пропор-
циональная угловому взаимному положению конечных звеньев
кинематической цепи станка, характеризующая кинематическую
погрешность этой цепи, регистрируется с помощью самописца 6.
Достоинством измерения погрешности обката является возмож-
ность определения причин появления погрешности, т. е. осуще-
ствления профилактического контроля зуборезных станков и
Рис. 15.4. Схема намерения кинематической-погрешности зубофрезерных стан-
ков (погрешности обката)

предупреждения появления брака колес вследствие неточности
станка вместо регистрации его после появления.

г.	Измерение колебаний длины общей нормали. Измерение
колебания длины общей нормали может быть произведено любым
измерительным прибором, имеющим две параллельные плоскости,
соприкасающиеся с профилями зубьев, например, с помощью
штангенциркуля.

Простейшими и наиболее распространенными приборами для
измерения длины общей нормали, в том числе и ее колебания,
являются зубомерные микрометры (рис. 15.5, а), у которых в отли-
чие от обычных микрометров имеются тарельчатые измерительные
поверхности, создающие две параллельные измерительные пло-
скости.

Более удобными являются измерительные приборы — нормале-
меры, в которых перемещение измерительных поверхностей 1
и 3 происходит поступательно в направлении отсчета отклонений
(рис. 15.5, б) на рычажно-зубчатой головке 2. Вторая измеритель-
ная поверхность 3 при настройке переставтяется по штанге 4.

Рис. 15.5. Приборы для измерения длины общей нормали:

а — микрометр зубомерный (завод «Красный инструментальщик» — КРИН); б — нир-
малеметр со стрелочной отсчетной головкой (завод «Измерон»)
4

5

а)

Рнс. 15.6. Прибор для
комплексного двухпро-
фильного нзмерення зуб-
чатых колес (Челябин-
ский завод измерительных
приборов — ЧЗИП):
а — при измерении насад-
ных колес; б — при изме-
рении валковых колес

rfr-1 т4,тН-тЬ

-6

д.	Измерение колебаний измерительного межосевого расстоя-
ния за оборот. Эти измерения часто называют комплексным двух-
профильным контролем или просто двухпрофильным контролем.

Схема большинства приборов для измерения колебания меж-
осевого расстояния в принципе одна и та же (рис. 15.6) и заклю-
чается в том, что на двух оправках 4 и 5 устанавливают проверя-
емое 6 и измерительное 3 зубчатые колеса. Оправка 5 распола-
гается на каретке прибора, которая остается неподвижной в про-
цессе измерения, и на ней обычно устанавливают проверяемое
колесо, а оправку 4 располагают на каретке, которая обычно имеет
направляющие качения и поджимается (например, пружиной)
к первой каретке, и на ней чаще всего располагается измеритель-
ное колесо 3.

Кареткой 2 измерительное колесо 3 поджимается к проверя-
емому 6, осуществляя беззазорный контакт при их вращении
в процессе измерения. Регистрация смещения и колебания по-
движной каретки 3 производится с помощью отсчетных 1 или запи-
сывающих устройств. Конструкции приборов, которых очень
много, обычно включают набор сменных узлов, обеспечивающих
возможность измерения не только цилиндрических колес разных
размеров и конструкций (рис. 15.6, а, б), но и измерения кони-
ческих (рис. 15.6, в) и червячных передач. Все приборы для ком-
плексного двухпрофильного контроля обычно называют меж-
центромерами.

е.	Измерение радиального биения зубчатого венца. Измерение
радиального биения является дискретным измерением радиальной
составляющей кинематической точности колеса. Подавляющее
большинство отечественных приборов для измерения радиального
биения зубчатого венца — биениемеры снабжаются набором нако-
нечников 1 в виде наружного конуса с углом 40° (рис. 15, а).
Рис. 15.7. Схемы измерения радиального биения зубчатой» ш-.нца:
□ — колес с наружным зацеплением; б — колес с внутренним зацеплением

Для колес внутреннего зацепления приходится использовать
шариковые наконечники 2 (рис. 15.7, б).

При измерении наконечник 1 (или 2) выводится, колесо 3
поворачивается на один зуб и наконечник вновь вводится.

Разность положений наконечника до рабочей оси, отсчитан-
ная по головке 4 за полный оборот колеса, характеризует вели-
чину радиального биения зубчатого венца.

§ 3. ИЗМЕРЕНИЕ ПАРАМЕТРОВ, ХАРАКТЕРИЗУЮЩИХ
ПЛАВНОСТЬ РАБОТЫ

а.	Измерение циклических погрешностей колеса, пе-
редачи, зубцовой частоты передачи и местной кинематической
погрешности. Измерение всех четырех параметров возможно
с помощью рассмотренных ранее (см. § 2) приборов для измерения
кинематической погрешности. Наиболее совершенным способом
выделения циклических погрешностей является гармонический
анализ результатов измерения кинематической погрешности.

б.	Измерение отклонения шага. Измерение отклонений шагов
осуществляется с помощью тех же приборов, что и накопленной
погрешности шага (см. § 2).

Для определения отклонений шагов, а более правильно —
отклонений шага от средней величины по колесу, обрабатывают
результаты измерения всех шагов при использовании накладных
приборов, предназначенных для измерения разности шагов
(рис. 15.8). Шаг колеса этим прибором измеряют как расстояние
между неподвижным 1 и подвижным 2 наконечниками. Прибор
устанавливают с помощью регулируемых упоров 4 и 6 на измеря
Рис. 15.8. Накладной прибор для измерения шага (завод «Измерен»)

емом колесе 3, а наконечники 1 и 2 устанавливают по произволь-
ному шагу. После этого сравнивают величины всех остальных
шагов колеса с первоначальным отсчетом по шкале головки 5.

в.	Измерение шага зацепления. Широко применяются наклад-
ные приборы для измерения шага зацепления (раньше его назы-
вали основным шагом). Шагомеры имеют тангенциальные (пло-
ские) измерительные наконечники 1 и 2 (рис. 15.9, а), армирован-
ные твердым сплавом для уменьшения их истирания - В приборах
имеется дополнительный поддерживающий наконечник 3. Измери-
тельный наконечник 1 связан со встроенной в корпус рычажно-
зубчатой отсчетной головкой с ценой деления 0,001 мм. Измери-
тельный наконечник 2 выполнен в виде широкой губки, что обес-
печивает устойчивое положение шагомера на колесе. На номи-
нальное значение шага зацепления шагомер настраивают с по-
мощью специального приспособления с использованием концевых
мер длины.

Имеются приборы с одним точечным и одним плоским наконеч-
ником (рис. 15.9, б, позиции на рис. 15.9, а и 15.9, б общие).
Три типоразмера этих приборов охватывают колеса с модулем
от 1,75 до 28 мм.

г.	Измерение профиля. Измерение профиля зубчатых колес
осуществляют в основном с помощью эвольвентомеров. Принцип
работы эвольвентомеров заключается в сопоставлении теоретиче-
ской эвольвентной кривой, воспроизводимой прибором, с реальной
эвольвентной кривой измеряемого зубчатого колеса. По прин-
ципиальной схеме воспроизведения эвольвентной кривой приборы
разделяют на индивидуально-дисковые и универсальные.

В индивидуально-дисковых эвольвентомерах (рис. 15.10, а)
эвольвента воспроизводится с помощью диска 2, диаметр
Рис. 15.9. Накладные приборы для измерения шага зацепления:

а — с двумя тангенциальными наконечниками; б— с одним тангенциальным и одним то-
чечным наконечником (завод «Измерон»)

которого равен диаметру основной окружности измеряемого
колеса, и линейки 5, которые без проскальзывания обкаты-
ваются относительно друг друга. При этом каждая точка линейки
в движении относительно диска перемещается по эвольвенте.
Проверяемое колесо 3 устанавливают на одной оси с диском, в про-
Рис. 15.10. Схемы:

а — индивидуально-дискового эвольвентомера; б — универсального ввольвевтомера
БВ-5062 (ЧЗИП)

цессе измерения оно вращается. Линейка, поджатая к диску,
перемещается поступательно и несет измерительный узел 4.
Острие наконечника 1 узла 4 находится в плоскости соприкоснове-
ния линейки с диском, т. е. острие наконечника перемещается
в плоскости измерения по эвольвенте, радиус основной окруж-
ности которой равен радиусу диска 2. Прибор снабжают набором
сменных дисков.

В универсальных эвольвентомерах имеются устройства, кото-
рые дают возможность настраивать прибор на воспроизведение
эвольвенты разных радиусов основной окружности без сменных
элементов.

В приборе БВ-5062 (рис. 15.10, б) эвольвента воспроизводится
с помощью сектора /, являющегося частью диска постоянной
основной окружности в приборе. Связь этого сектора с кареткой 3,
которая воспроизводит линейку обката, осуществляется с по-
мощью лент 2, охватывающих сектор и закрепленных на линейке.
Изменение радиуса основной окружности в зависимости от тре-
буемой эвольвентной кривой для измеряемого колеса осуществля-
ется изменением соотношений плеч рычажной передачи положением
каретки 5 и упора 4, находящегося на каретке 5, несущей изме-
рительный узел. Отсчет при настройке на радиус основной окруж-
ности производят по оптической шкале с помощью микроскопа 6.
д.	Измерения колебаний измерительного межосевого расстоя-
ния на одном зубе. Измерение этого параметра производят на тех
же приборах для комплексного двухпрофильного контроля (меж-
центромерах), которые были рассмотрены при измерении колеба-
ния межосевого расстояния за оборот.

§ 4. ИЗМЕРЕНИЕ ПАРАМЕТРОВ, ХАРАКТЕРИЗУЮЩИХ
ПОЛНОТУ КОНТАКТА

а.	Измерение суммарного пятна контакта. Размеры
пятна контакта-устанавливают в процентах по отношению к длине
и высоте рабочей поверхности зуба.

Наиболее правильным является определение пятна контакта
колес после некоторого периода работы передачи, т. е. по следам
приработки.

Для сокращения времени чаще всего пятно контакта опре-
деляют по краске.

б.	Измерение направления зуба. Для измерения направления
зуба прямозубых зубчатых колес редко делают специальные при-
боры, а используют различные приспособления или приборы дру-
гого назначения, в которых измерительный узел перемещается
с необходимой точностью параллельно оси измеряемого колеса.

Измерение направления зуба у узких косозубых зубчатых
колес иногда осуществляют на специальных приборах, называ-
емых ходомерами, либо на эвольвентомерах (см. рис. 15.10, а),
снабженных устройством для измерения винтовой линии.

Во всех этих приборах используют один принцип измерения:
воспроизведение винтовой линии с номинальными параметрами
и сравнение ее с реальной винтовой линией, имеющейся
на колесе.

в.	Измерение погрешности формы и расположения контакт-
ной линии. Иногда употребляют выражение поверхность
боковой стороны зубьев у зубчатых колес линейчатая, т. е.
поверхность состоит из набора прямых линий. Действительно,
если рассечь поверхность зуба плоскостью, касательной к
основному цилиндру, то в сечении получится прямая, которая
и называется контактной линией, поскольку при зацеплении двух
идеальных зубчатых колес контакт между их боковыми поверх-
ностями происходит именно по этим линиям. В стандарте, строго
говоря, нормируются требования к отклонению от прямолиней-
ности этой линии (отклонение формы) и отклонение расположения
ее, как уже было сказано, в плоскости, касательной к основному
цилиндру.

В связи со сложностью нахождения на боковой поверхности
зуба контактной линии у косозубых зубчатых колес неоднократ-
ные попытки создать приборы для измерения контактной линии
не увенчались успехом. Такие приборы изготавливают для прямо-
зубых зубчатых колес, у которых все контактные линии парал-
Рис. 15.11. Схема измерения осевого
шага

лельны оси колеса и тогда па-
раметр контактной линии совпа-
дает с параметром направления
зуба.

г.	Измерение отклонений осе-
вого шага по нормали. Осевой
шаг зубчатых косозубых колес,
в принципе, представляет собой
шаг, аналогичный шагу резьбы
или винтовых поверхностей
(червяков, фрез и т. д.) и у не-
больших колес шаг можно изме-
рять так же, как и у резьбы на
оптико-механических приборах

(например, микроскопах) или на станковых приборах для измерения
ходовых винтов, червяков, червячных фрез. Отличие заключается

только в том, что ход измерительного наконечника должен иметь
возможность устанавливаться перпендикулярно винтовой линии
(рис. 15.11).

Для выявления точности передач в отношении норм по полноте
контакта редко применяют приборы для измерения параметров,
влияющих на это эксплуатационное свойство. Наиболее часто

измеряют винтовую линию, в основном с помощью узлов, вводи-
мых в эвольвентомерах. Основным методом контроля во всех
производствах является измерение пятна контакта при исполь-
зовании краски. При изготовлении конических зубчатых колес

этот метод контроля часто является единственным и не только
в отношении норм полноты контакта.

§ 5. ИЗМЕРЕНИЕ ПАРАМЕТРОВ, ХАРАКТЕРИЗУЮЩИХ
БОКОВОЙ ЗАЗОР

а.	Измерение бокового зазора. Непосредственное из-
мерение величины бокового зазора между нерабочими боковыми
поверхностями зубьев колес производят в собранной передаче.

Простейшим способом измерения является определение зазора
с помощью щупа (см. гл. 10).

Иногда для определения величины бокового зазора при пово-
роте колес закладывают свинцовую проволочку со стороны не-
рабочих поверхностей зубьев. В момент прохождения зубьями
зоны зацепления проволочка обжимается и делается равной по
толщине боковому зазору. Толщину обжатой проволочки в наи-
более узком месте измеряют каким-либо прибором.

Числовые значения бокового зазора можно получить и при
контроле передачи с помощью стрелочного отсчетного устройства.
Рис. 15.12. Зубомер смещения (завод
«Измерен»)

Для этого рядом с одним из ко-
лес пары укрепляют стойку или
державку с отсчетной головкой,
измерительный наконечник ко-
торой упирается в боковую по-
верхность зуба колеса. Покачи-
ванием этого колеса в пределах
зазора между зубьями при не-
подвижном другом колесе опре-
деляют величину бокового зазо-
ра («мертвого хода»).

б.	Измерение измерительного
межосевого расстояния. Этот па-
раметр выявляют одновременно

с измерением колебания измерительного межосевого расстояния
за оборот (по нормам кинематической точности) и колебания на
одном зубе (по нормам плавности работы). При измерениях откло-
нения необходимо настраивать прибор на номинальное значение
измерительного межосевого расстояния с учетом параметров про-
веряемого и измерительного зубчатых колес.

Настройку прибора на номинальное измерительное межосевое
расстояние осуществляют либо по шкале прибора, либо с помощью
концевых мер длины, устанавливаемых между оправками, либо
с помощью дисков, устанавливаемых на оправках прибора.

в.	Измерение смещения исходного контура. В реальном ко-
лесе минимальное утонение зуба создается благодаря наимень-
шему смещению исходного контура, а максимальное утонение —
вследствие допуска на это смещение.

Широко распространены накладные приборы — зубомеры сме-
щения, чаще известные под названием тангенциальные зубомеры
(рис. 15.12).

Исходный контур в этом приборе создается с помощью двух
измерительных губок 1 и 3 со скосами 20°, с измерительными
плоскостями, расположенными под углом 20° к оси измерительной
головки 5. С помощью винта 4 с правой и левой резьбой эти изме-
рительные губки могут перемещаться относительно головки 5.
Перед измерением головку настраивают на нулевое показание
по ролику 2 данного модуля, входящему в комплект прибора.

г.	Измерение толщины зуба. Наиболее распространенным
прибором для измерения толщины зуба является штангензубомер
(рис. 15.13, а).

В этом приборе устройство для измерения толщины зуба
аналогично штангенциркулю и состоит из неподвижной 1 и по-
движной 2 губок. Последняя установлена на рамке 6. С помощью
нониуса 3 на шкале 5 отсчитывают значение толщины зуба. Перед
Рис. 15.13. Приборы для измерения толщины зуба (КРИН):

а — штаигензубомер; б — индикатор но* микро метрический зубомер

измерением положение измерительных кромок губок 1 и 2 относи-
тельно наружного диаметра колеса устанавливают перемещением
упора 7 и с отсчетом по шкале 8 с помощью нониуса 9. В штанген-
зубомере имеются микропередачи 4, как и в штангенциркулях.

Более удобным является индикаторно-микрометрический зубо-
мер (рис. 15.13,6).

В этих зубомерах номинальный размер толщины зуба и поло-
жения линии измерения устанавливают по микрометрическим
парам соответственно 1 и 2, а отсчет отклонений толщины зуба —
по индикатору 3 с ценой деления 0,01 мм.

д.	Измерение средней длины общей нормали. Измерение этого
параметра уже рассматривалось в связи с измерением колебания
длины общей нормали в нормах кинематической точности
(см. § 2).

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ

1.	Нормы точности иа зубчатые колеса и что они означают (с. 345)?

2.	Что такое комплексы контроля и для чего и почему они организованы
(с. 345)?

3.	Тангенциальные и радиальные составляющие кинематической точности
и источник их появления (с. 345).

4.	Принципиальная схема прибора для измерения кинематической погреш-
ности. Схема прибора с фотоэлектрическими преобразователями (с. 346).
5.	Абсолютный и относительный способ измерения шага, их принципиаль-
ные схемы (с. 347).

6.	Автоматический прибор для измерения шага, принцип действия (с. 347).

7.	Принцип измерения погрешности обката (с. 348).

8.	Принцип измерений длины общей нормали (с. 349).

9.	Принципиальная схема прибора для измерения колебания измерительного
межосевого расстояния (с. 350).

10.	Принципиальная схема измерения радиального биения зубчатого венца
(с. 350).

11.	Способы определения циклических погрешностей и местной кинематиче-
ской погрешности (с. 351).

12.	Принципиальная схема измерения отклонения шага (с. 351).

13.	Принципиальная схема измерения шага зацепления (с. 352).

14.	Принципиальная схема эвольвентомеров (с. 352).

15.	Способы измерения питна контакта (с. 355).

16.	Способы измерения направления зуба у прямозубых и узких косозубых
зубчатых колес (с. 355).

17.	Способы измерения бокового зазора (с. 356).

18.	Измерение положения исходного контура (с. 357).

19.	Приборы для измерения толщины зуба (с. 357).

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА Ns 10

Измерение цилиндрических зубчатых колес

Задание 1. Измерение колебаний и f”ir измерительного
межосевого расстояния зубчатого колеса.

Задание 2. Измерение колебания FB[OT длины общей нормали
зубчатого колеса.

Задание 3. Измерение наименьшего смещения Ех исходного
контура зубчатого колеса.

Задание 1. Измерение колебаний F"ir и fir измерительного
межосевого расстояния.

Объект измерения — прямозубое цилиндрическое зубчатое
колесо z = 20 ... 40 зубьев, т = 2,0 ... 5,0 мм.

Средства измерения: 1. Межцентромер. 2. Измерительные зуб-
чатые колеса. 3. Концевые меры длины 2-го класса или 5-го
разряда, набор № 1.

Подготовка работы.

I.	Подготовка данных объекта измерения: 1) записать в отчет-
ный бланк: т — модуль, zn — число зубьев проверяемого колеса,
z„ — число зубьев измерительного колеса; 2) подсчитать номи-
нальный размер а измерительного межосевого расстояния:

= т (гп + ги) cos <хд

2 cos <хп ’

где ад — угол зацепления в обработке (принимаем ад = 20°);
ап — угол зацепления при сопряжении измерительного и про-
веряемого зубчатых колес (числовое значение ап должно выда-
ваться учащимся).

II. Подготовка прибора к измерению: 1) устанавливают по-
движную каретку в исходное, среднее положение; 2) устанавли-
вают прибор на номинальное межосевое расстояние. Если в при-
боре нет оптического устройства для этой установки, то подсчиты-
вают размер блока концевых мер для установки межцентромера
на номинальное межосевое расстояние:

М = а —

где dn — диаметр оправки подвижной каретки; dm — диаметр
оправки неподвижной каретки. Блок концевых мер длины М
вводят между оправками и устанавливают индикатор или само-
писец на ноль; 3) устанавливают зубчатые колеса на оправки;

4)	подготавливают к работе самописец. Если на приборе самописец
отсутствует, то показания индикатора часового типа записывают
на отдельном листе бумаги.

Измерение детали.

Плавно поворачивают проверяемое зубчатое колесо на полный
оборот. При отсутствии самописца записывают показания инди-
катора, соответствующие: а) максимальным отклонениям за пол-
ный оборот от настроенного значения; б) наибольшим колебаниям
измерительного межосевого расстояния за оборот; в) наибольшим
колебаниям измерительного межосевого расстояния на одном
зубе. (За этот параметр принимают колебания за малый угол
поворота, а не обязательно за угол поворота, соответствующий
одному зубу).

Обработка результатов измерения.

Анализируют записанные показания индикатора или само-
писца и выявляют:

1.	Аа иб — наибольшее отклонение измерительного межосевого
расстояния.

2.	Ав им — наименьшее отклонение измерительного межосевого
расстояния.

3.	F]r — колебание измерительного межосевого расстояния
за один оборот колеса, как алгебраическая разность (Е’в иб —
— fa им)-

4.	fir — колебание измерительного межосевого расстояния на
одном зубе.

5.	Записывают параметры в отчетный бланк.

6.	При наличии записи кривой колебаний измерительного
межосевого расстояния наносят на графике значения параметров
ffr и f’tr и укрепляют листок с записью на отчетном бланке. По
ГОСТ 1643—81 определяют, какой степени соответствуют измеря-
емые колеса по измеренным параметрам, по F’tr определяют норму
кинематической точности, а по f"ir — норму плавности работы
колеса.

Задание 2. Измерение колебания длины общей нормали зуб-
чатого колеса.

Объект измерения — то же зубчатое колесо, что и для зада-
ния 1.

Средства измерения: 1. Нормалемер или микрометр зубомер-
ный 2. Концевые меры длины 1-го класса точности, набор Ns 1.
Подготовка работы.

I.	Подготовка числовых данных для измерения:

1)	рассчитывают номинальную длину общей нормали

W = т [1,476 (2п — 1) + 0,01387? ],
где п — число зубьев, охватываемых при измерении (подсчиты-
вают по зависимости п =-|- с округлением до ближайшего целого
значения);

2)	подсчитывают размеры концевых мер длины для составле-
ния блока на размер W.

II.	Подготовка прибора к измерению:

1)	собирают блок из концевых мер длины;

2)	устанавливают нормалемер на размер длины общей нор-
мали;

3)	устанавливают измерительную головку или микрометр
на ноль.

Измерение детали.

1.	Накладывают нормалемер на колесо, охватывая длину об-
щей нормали губками нормалемера.

2.	Покачивают нормалемер и находят положение с наимень-
шим отсчетом.

3.	Записывают это значение как отклонение Ewt длины общей
нормали в отчетный бланк.

4.	Поворачивая поочередно колесо на один зуб, выполняют
для каждого из них действия, указанные выше. Записывают
в отчетный бланк показания прибора и получают в итоге ряд
значений Е^; Ewj ... ; Е^г — действительных отклонений длин
общих нормалей (при большом числе зубьев можно измерять
через несколько шагов).

Обработка результатов измерения.

1.	Получают ряд действительных размеров длин общих нор-
малей, для чего подсчитывают разности:

= W - Е«,,;

IF, = U7 - Е^

Wt = W- EWt.

2.	Определяют размер Wm средней длины общей нормали:
Wm =	+ г Где X — число измерений. По-

А

лученную величину записывают в отчетный бланк.

3.	Определяют величину отклонения Е^тг средней длины
общей нормали: EWmr = Wm — W. Полученное значение заносят
в отчетный бланк.

4.	Определяют величину колебания lFmr длины общей нор-
мали. Для этого из ряда действительных длин общих нормалей
Форма отчетного бланка	для лабораторной работы № 10
Техникум, курс, группа	Ф. И. О. учащегося

Лабораторная работа № 10. Измерение зубчатого цилиндрического колеса

Задание 1. Измерение колебаний измерительного межосевого расстояния F"ir и f"[r
Наименование СИ

Тип, цена деления отсчетной голоики

Обозначение детали	т	гп	“о	«и	а	м	ги	dn	
									

Результаты измерения

№ отсчет- ных зубьев	4			8			12			п				Л"в		Пг	Fir
	а	б	в	а	б	в	а	б	В	а	б		В	max	min		
Показания головки																	
Выполнил								Принял									

Задание 2. Измерение колебания длины общей иормаля FVWT

Обозначение детали					m	z		** mr		Наименование СИ
Расчетные данные |			n		w					
Результаты измерения										Диапазон измере- ния
Средние отсчеты отклонений Ёу										
	Ew2	Ewt	—					Ewt		Тип и цена деле- ния головки
										
Длины общих нормалей W'										Выполнил
	IF,	wa								
										Принял
wm		E^mr		W'rnax		W'rnm		Vmr		

Задание 3. Измерение смещения положения исходного контура

Обозначение детали									Наименование СИ
Результаты измерения									Тип и цена деле- ния отсчетной го- ловки
Зубья	ЕН1	Ет		Ець	Ет	Ене	Вид сопря- жения	Ех	
Средине отсчеты									
Выполнил		Принял							d ролика |
Wa; ... ; выявляют наибольшую и наименьшую И7т1п
величины, по которым и определяют величину Vmr колебания
длины общей нормали. Полученное значение записывают в отчет-
ный бланк.

По ГОСТ 1643—81 определяют вид бокового зазора, к которому
по Ewmr относится проверяемое колесо, а по Vmr находят норму
кинематической точности этого колеса.

Задание 3. Измерение наименьшего смещения исходного
контура зубчатого колеса Ек.

Объект измерения — то же зубчатое колесо, что и в заданиях
1 и 2.

Средство измерения — зубомер смещения (тангенциальный),
т = 2 ... 10 мм.

Подготовка работы.

Подготовка прибора — зубомер устанавливают на ноль, для
чего: 1) выбирают установочный ролик; 2) ролик укладывают на
опорную призму; 3) устанавливают прибор на ролик и отсчетную
головку зубомера на ноль.

Измерение детали.

1.	Устанавливают зубомер на зубчатое колесо.

2.	Придают зубомеру правильное положение, для чего, наблю-
дая за стрелкой'отсчетной головки и прижимая зубомер губками
к колесу, покачивают его.

3.	Отсчитывают наименьшее показание индикатора при пока-
чивании в диаметральной плоскости и записывают его в отчетный
бланк в графу Ен.

4.	Устанавливают прибор на второй зуб и выполняют для
него действия, указанные выше, и т. д.

Обработка результатов измерения.

Из результатов £н, полученных при измерении равномерно
расположенных зубьев зубчатого колеса, находят наименьшую
величину Ех и записывают ее в отчетный бланк.

По ГОСТ 1643—81 определяют вид сопряжения по боковому
зазору.

ГЛ А В А 16. СРЕДСТВА ИЗМЕРЕНИЯ ШЕРОХОВАТОСТИ

§ 1.	ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ и ОПРЕДЕЛЕНИЯ

Шероховатость поверхности — это совокупность не-
ровностей поверхности с относительно малыми шагами, рассма-
триваемых на определенной длине (рис. 16.1).

Неровности поверхности оценивают как шероховатость на
определенной длине, прежде всего, из-за удобства измерения
и из-за неоднородности шероховатости на одной поверхности
детали, даже одновременно обработанной.
Рис. 16.1. Профиль поверхностных неровностей и его основные параметры

Линия, служащая для оценки шероховатости, называется
базовой линией. Длина этой линии, в пределах которой опреде-
ляют шероховатость, называется базовой длиной I (рис. 16.1);
и она берется тем больше, чем больше неровности.

У нас в стране и в большинстве стран мира за базовую линию
принята средняя линия профиля (т), т. е. базовая линия, имею-
щая форму номинального профиля и проведенная так, что в пре-
делах базовой длины среднее квадратическое отклонение профиля
до этой линии минимально.

§ 2.	НОРМИРУЕМЫЕ ПАРАМЕТРЫ ШЕРОХОВАТОСТИ

В качестве параметров (критериев) для оценки шеро-
ховатости у нас и в большинстве стран мира принято шесть пара-
метров.

Вертикальные параметры:

Ra —среднее арифметическое отклонение профиля;

R2 — высота неровностей профиля по десяти точкам;

Rmax — наибольшая высота профиля.

Горизонтальные параметры:

Sm — средний шаг неровностей;

S — средний шаг местных выступов профиля;

tp —относительная опорная длина профиля.

§ 3.	ОПРЕДЕЛЕНИЕ ШЕРОХОВАТОСТИ СРАВНЕНИЕМ

С ОБРАЗЦАМИ

Принцип использования образцов заключается
в том, что величина поверхностных неровностей детали сравни-
вается с поверхностными неровностями образца небольших раз-
меров, значения которых близки к требуемым для проверяемой
поверхности.

При этом методе поверки производят общую оценку «на глаз» —
сравнением. Иногда для небольших деталей изготовляют микро-
скопы сравнения, у которых в поле зрения окуляра одновременно
видны поверхности образца и детали.

Образцы шероховатости должны быть изготовлены тем же
способом и из такого же материала, что и деталь, неровности
которой будут определяться.

§ 4.	БЕСКОНТАКТНЫЕ СРЕДСТВА ИЗМЕРЕНИЯ
ШЕРОХОВАТОСТИ

Для количественной оценки шероховатости поверх-
ности бесконтактным методом в основном используют оптические
средства измерения. При этом применяют, в принципе, два способа
оценки поверхностных неровностей: получение увеличенного изоб-
ражения неровности с помощью оптической системы или исполь-
зование отражательных способностей обработанной поверх-
ности.

1. Приборы светового сечения. Принцип действия приборов
светового сечения заключается в получении увеличенного изоб-
ражения профиля измеряемой поверхности с помощью лучей,
направленных наклонно к измеряемой поверхности, и измерении
высоты неровностей в получаемом изображении.

а.	Двойной-микроскоп. Щель 3 (рис. 16.2, а), освещенная
лампой /, с помощью конденсора 2 проецируется микрообъекти-
вом 4 на поверхность измеряемой детали 5 (ширина щели 0,1,

Рис. 16.2. Схемы оптических приборов для измерения шероховатости:
а — двойной микроскоп; б — прибор теневого сечения; в — микроинтерферометр
длина 7 мм). В тех местах, где на поверхности детали имеются
неровности, изображение щели искривляется, образуя световое
сечение профиля под углом к поверхности 5. Изображение щели
в увеличенном виде рассматривается в микроскоп, состоящий из
объектива 6 и винтового окулярного микроскопа 7. Величина
искривления изображения щели Н пропорциональна высоте
неровности h и связана с ней соотношением Н = 2/ф sin <р, где
Р — увеличение микрообъектива; <р — угол наклона наблюда-
тельного микроскопа.

Обычно оптические оси осветительного и наблюдательного
микроскопа расположены под углом 45° к вертикали и тогда
h = 0,7	. Значение Н измеряют с помощью винтового окуляр-

ного микрометра. В двойных микроскопах (МИС-11) относительно
небольшой диаметр поля зрения — от 0,3 до 1,8 мм в зависимости
от используемых объективов. Прибор предназначен для измерения
относительно больших неровностей от 0,8 до 63 мкм для нахожде-
ния критериев Rz или

Поверку двойных микроскопов в отношении точности произ-
водят с помощью так называемой одноштриховой меры, которая
представляет собой пластину с доведенной поверхностью, на кото-
рой нанесена риска V-образной формы. Поверка заключается
в измерении прибором глубины риски на мере и сравнении полу-
ченного значения с аттестатом на меру.

б.	Прибор теневого сечения. Принцип действия прибора осно-
ван на измерении высоты неровности по искривлениям тени на
неровностях. Свет от источника S (рис. 16.2, б) освещает щель С,
которая проецируется объективом О на измеряемую поверх-
ность РР. К этой поверхности под углом 60° к оптической оси
микроскопа прикладывается нож К. Тень, создаваемая ножом,
искривляется на поверхностных неровностях и рассматривается
в микроскоп ОгО2.

Приборы теневого сечения являются накладными и пред-
назначены для измерения относительно больших поверхностных
неровностей — от 0,04 до 1,6 мм. С помощью этих приборов
обычно определяют параметры и Rz.

2. Микроинтерферометры. Микроинтерферометрами называют
приборы, предназначенные для измерения поверхностных неров-
ностей с использованием отражательных способностей измеряе-
мой поверхности. Принцип действия микроинтерферометра такой
же, как и обычного интерферометра (см. гл. 8), и отличается
только тем, что в качестве одной из поверхностей, которая создает
интерференционную картину, используется измеряемая поверх-
ность. Наиболее типичным является прибор МИИ-4 (рис. 16.2, в).

Нить лампы 1 проецируется конденсором 2 в плоскость диаф-
рагмы 3 (диаметр ее от 0,5 до 5 мм). Диафрагма, расположенная
в передней фокальной плоскости проекционного объектива 4,
изображается им в бесконечность. Параллельный пучок лучей
на выходе из объектива 4 попадает на разделительную пластину 5,
на одной из сторон которой нанесен полупрозрачный слой алю-
миния. Разделительная пластина 5 делит падающий на нее пучок
света на два. Пучок, отраженный от пластины 5, попадает в объек-
тив 7 и собирается в его фокусе на измеряемой поверхности.
После отражения от этой поверхности пучок света идет в обратном
направлении, проходит объектив 7, пластину 5 и собирается
в фокальной плоскости объектива 10. Второй пучок света, пройдя
разделительную пластину 5, попадает на пластину 6, объектив 8
и на зеркало 9. Отразившись от зеркала, пучок света идет в обрат-
ном направлении и, отразившись вновь от пластины 5, так же
как и лучи первой ветви, собирается в фокальной плоскости объ-
ектива 10. После разделительной пластины 5 лучи обеих ветвей
интерферируют между собой, образуя резкое изображение интер-
ференционных полос. Объектив 10 переносит изображение интер-
ференционных полос в свою фокальную плоскость, которая рас-
сматривается с помощью окуляра.

В поле зрения окуляра 15 видна измеряемая поверхность
и интерференционные полосы, которые искривлены, если поверх-
ность имеет неровность. Эта картина может быть сфотографиро-
вана, для чего зеркало 11 выключается и лучи света, пройдя
через окуляр /2 и отразившись от зеркала 13, попадают на поверх-
ность матового стекла или фотопленки 14.

Величину неровности определяют по формуле h = где
а — величина искривления интерференционных полос; b — ши-
рина полосы. При использовании белого света h = 0,27 значе-
ния а и b обычно измеряют с помощью окулярного микрометра.

Диапазон измерения прибора находится в пределах от 0,03
до 1 мкм (МИИ-4) и оценивается по параметрам R2 или Rmax-

Погрешность измерения в основном зависит от точности опре-
деления значений отношения а/b. При измерении с помощью
окулярного микрометра погрешность измерения составляет не
более 0,015 мкм, при оценке этого соотношения «на глаз» погреш-
ность измерения — не более 0,03 мкм.

Имеется еще несколько микроинтерферометров, отличающихся
конструктивной схемой, а некоторые — и возможностями изме-
рений. Так, для расширения диапазона измерений поверхностных
неровностей изготовляют иммерсионно-репликовый интерферо-
метр (МИИ-10). Принцип измерения относительно больших не-
ровностей заключается в том, что с измеряемой поверхности
снимают отпечаток — реплику, которую рассматривают потом
с помощью интерферометра. Для получения отпечатка используют
кинопленку (нитроцеллюлозную), которую смачивают ацетоном
и прижимают к измеряемой поверхности. Полученный отпечаток
помещают в камеру, установленную в одну из ветвей микро-
интерферометра и заполненную иммерсионной жидкостью, и
измеряют неровность, как на микроинтерферометре. На приборе
с помощью реплик можно измерять поверхности любого коэф-
фициента отражения. Диапазон измерения на приборе от 0,1
до 10 мкм.

Рассмотренные приборы не исчерпывают номенклатуры бес-
контактных измерительных средств, основанных на оптическом
принципе действия.

§ 5. КОНТАКТНЫЕ СРЕДСТВА ИЗМЕРЕНИЯ
ШЕРОХОВАТОСТИ

Принцип действия контактных приборов для изме-
рения шероховатости поверхности, которые иногда называют
«щуповыми приборами», заключается в том, что по измеряемой
поверхности перемещается игла с малым радиусом закругления
и вертикальные колебания иглы, вызванные поверхностными
неровностями, преобразуются в колебания напряжения электри-
ческого тока с помощью индуктивных, емкостных, пьезоэлектри-
ческих и других датчиков.

По виду выдаваемой информации эти приборы обычно раз-
деляют на профилографы-профилометры и профилометры.

1. Профилограф-профилометр. В принципе, этот прибор со-
стоит из двух приборов по характеру выдаваемой измерительной
информации — профилографа и профилометра.

Профилографом называется прибор для записи величин не-
ровностей поверхности в нормальном к ней сечении в виде про-
филограммы, обработкой которой определяют параметры, харак-
теризующие шероховатость и волнистость поверхности.

Профилометром называется прибор для измерения поверхно-
стных неровностей в нормальном к ней сечении и представлении
результатов измерения на шкале прибора в виде значения одного
из параметров, используемых для оценки этих неровностей (ше-
роховатостей) .

Профилограф-профилометр считается прибором лаборатор-
ного типа. Его используют, когда возникает необходимость оце-
нивать шероховатость по разным параметрам или необходимо
записать поверхностные неровности для того, чтобы иметь пред-
ставления о виде этих неровностей, а не судить о них только по
числовым значениям. В условиях непосредственного производ-
ства вполне достаточно бывает определить шероховатость только
по параметру Ra.

За рубежом выпускается большая номенклатура таких при-
боров с различными характеристиками и измеряемыми параме-
трами. Целым рядом приборов возможно измерять параметры,
которые не нормируются в международных стандартах.

Рассмотрим некоторые приборы, изготавливаемые отечествен-
ной промышленностью (заводом «Калибр»).

Профилограф-профилометр мод. 250 основан на индуктивном
способе преобразования колебания иглы в колебания напряже-
368
ния тока. Прибор (рис. 16.3, а) состоит из датчика 2 с мотоприво-
дом, электронного измерительного блока со счетно-решающим
устройством 3 и записывающего устройства 1 и плиты со столи-
ком и стойкой, на которой расположен мотопривод с датчиком.
Конструкция датчика (рис. 16, б, в) включает в себя сдвоенный
Ш-образный сердечник 3 с двумя катушками 4. Катушки датчика
и две половины первичной обмотки дифференциального входного
трансформатора образуют мостовую схему, питание которой осу-
ществляется от генератора 2 звуковой частоты. При перемещении
датчика алмазная игла 1 {8), касаясь неровностей поверхности,
совершает колебания, приводя в колебание якорь 7 на опорах 6.
Колебания якоря изменяют воздушный зазор с сердечником и тем
самым изменяют индуктивность катушек и напряжение на выходе
дифференциального трансформатора.

Изменения напряжения преобразуются в параметры шерохо-
ватости в случае работы прибора как профилометра и передаются
на цифровое отсчетное устройство. Если же прибор работает
как профилограф, то после усиления напряжение передается на
записывающее устройство. В приборе предусмотрен аналоговый
выход для подключения к ЭВМ с целью проведения дополнитель-
ного анализа результатов измерения. В приборе используется
алмазная игла х радиусом закругления 0,01 ± 0,0025 мм, а по
отдельному заказу прибор может быть оснащен иглой с радиусом
0,002 ± 0,002 мм.

При измерении деталь устанавливают на стол прибора и
датчик, касаясь детали опорой 9 (рис. 16.3, в), перемещается
по измеряемой поверхности на длину не более 50 мм. Масса изме-
ряемых деталей не должна быть более 5 кг. Скорость трассирова-
ния датчика 0,6; 6 и 60 мм/мин. Измерительное усилие, т. е.
усилие иглы на измеряемую поверхность, не более 0,1 сН, что
дает возможность измерять поверхности относительно мягких
материалов.

В комплект прибора входит два датчика. Один из них пред-
назначен для измерения шероховатости внутри отверстий малого
диаметра (от 3 мм) и на небольшой глубине (до 5 мм). Прибор может
быть оснащен специальным устройством для измерения шерохова-
тости на поверхности шариков и роликов диаметром от 1 до 25 мм.

При работе прибора в режиме профилографа регистрируются
поверхностные неровности в диапазоне от 0,02 до 500 мкм с уве-
личением от 100 до 2- 10е крат (11 ступеней). При этом прибор
с наибольшим увеличением изготавливается по специальному за-
казу. Горизонтальное увеличение записи, т. е. увеличение переме-
щения бумаги по сравнению с перемещением датчика, от 0,5 до
2-10® крат (12 ступеней). Запись осуществляется на электротер-
мической бумаге в прямоугольных координатах шириной 50 мм
(бумага прожигается пером).

При работе прибора в режиме профилометра измеряются
практически все нормируемые параметры: Ra, Rz, Rmax, R₽,
§
Б

Рис. 16.3. Профилометр-профилограф мод. 250 (завод «Калибр»)
оэ а — общий вид; б — структурная схема электронной части: в— датчик

Smt tp. He нормируемый в отечественном стандарте параметр Rp
определяет требования к высоте наибольшего выступа профиля,
как к расстоянию от средней линии до наибольшего выступа. Иногда
этот показатель используют для анализа поверхностных неров-
ностей обработанной поверхности. Очень важно, что параметр Rz
на этом приборе измеряется в полном соответствии с определением
этого параметра по стандарту. В ранее изготавливаемых отече-
ственных приборах этот параметр вообще не измерялся, а в ино-
странных приборах измеряется приближенное значение этого
параметра. Диапазоны измерения прибора различны для разных
параметров:

Ro от 0,02 до 100 мкм;

Rz от 0,2 до 500 мкм;

Rmax от 0,2 до 500 мкм;

Rp от 0,1 до 250 мкм;

Sm от 3 до 1600 мкм;

tp от 0 до 99%.

При оценке неровностей по параметру tp могут быть взяты
10 сечений (5, 10, 20, 30, 40, 50, 60, 70, 80, 90%).

Погрешность измерения по параметру Ro —6—14%, а по
параметрам Rz, Rmax. Rp — 14—23% измеряемой величины.

Профилограф-профилометр мод. 251 аналогичен по конструк-
ции прибору мод. 250 и изготавливается специально для изме-
рения неровностей грубых поверхностей, например, полученных
после литья. По сравнению с прибором мод. 250 в этом приборе
уменьшены коэффициенты увеличения и соответственно увели-
чены диапазоны измерения. Так, в режиме профилографа диапа-
зон измерения от 10 до 1200 мкм с увеличением от 20 до 2- 10s крат
(7 ступеней), горизонтальное увеличение от 1 до 200 крат (8 сту-
пеней), а длина трассирования увеличена до 125 мм. В режиме
профилометра диапазон измерения по параметру Ra равен 2 —
300 мкм, ПО Rz и Rmax от 10 до 1200 мкм, по Rp от 5 до 600 мкм,
по Sm от 8 до 5000 мкм и по tp от 0 до 99% (в последнем случае
до 10 сечений). Погрешность измерения этим прибором, выражен-
ная в процентах от измеряемой величины, такая же, как и в при-
боре мод. 250.

Профилограф-профилометр мод. 280 (рис. 16.4) предназначен
для измерений непосредственно в цеховых условиях. С этой
целью он сделан относительно небольших габаритных размеров
(530x240x205 мм) и массой 10 кг (вместе с упаковкой). Приборы,
рассмотренные выше, имеют массу от 90 до 120 кг.

В отличие от ранее приведенных профилографов у прибора
мод. 280 нет стола, на котором устанавливают детали при измере-
нии. В комплекте прибора предусмотрены специальные приспо-
собления, включающие, например, штатив с магнитным основа-
нием для установки привода датчика или непосредственно на
измеряемой детали или какой-либо вспомогательной поверхности.
Наибольшая длина трассы измерения составляет 20 мм. Радиус
Рнс. 16.4. Профилограф-профилометр мод. 280 (завод «Калибр»):
а — общий вид (1 — рычаг с иглой; 2 — привод*. 3 — электронный блок; 4 — запи-
сывающее устройство): б — датчик

кривизны вершины алмазной иглы 10 ± 2,5 мкм. Прибор основан
на емкостном способе преобразования колебаний иглы в изменение
напряжения тока.

Емкостный датчик (рис. 16.4, 6) имеет две неподвижные об-
кладки конденсатора, размещенные в пластмассовом корпусе,
состоящем из двух частей 2 и 7, и помещенные в алюминиевой
трубке 3. Между неподвижными обкладками конденсатора /ив
расположена центральная (подвижная) пластина 9 конденсатора,
подвешенная на плоской пружине 6. На конце подвижной пла-
стины 9 находится алмазная игла 10. Датчик установлен на шар-
нирной подвеске к приводу прибора и при перемещении по изме-
ряемой поверхности контактирует с ней через твердосплавную
опору И. Колебания иглы 10, вызываемые поверхностными не-
ровностями, вызывают колебания напряжения электронной цепи,
в которую включен емкостной датчик. Эти колебания напряже-
ния передаются через плоскую пружину 6 в электронный блок
прибора. В корпусе датчика расположен буферный каскад уси-
лителя, состоящий из резистора 4 и транзистора 5.

Отверстия диаметром 6 мм измеряются на глубине до 75 мм,
отверстия диаметром 50 мм и более на глубине до 500 мм. В связи
со своим назначением в приборе предусмотрено питание от элек-
трической цепи и от автономного источника питания (батареи).
Емкость батарей рассчитана на не менее чем 2 тыс. измерений
в режиме профилометра и 3 ч непрерывной работы в режиме про-
филографа. Измерительное усилие иглы (статическое) не более
0,016 Н.

При работе в режиме профилографа диапазон записи от 0,02
до 100 мкм с вертикальным увеличением от 500 до 200 000 крат
(9 ступеней). Горизонтальное увеличение при протягивании бу-
Рис. 16.5- Профилометр мод. 296 (завод «Калибр»):

1 — датчик; 2 — электронный блок; 3 — привод; 4 — стойка; 5 — призма

маги от 2 до 1000 крат (9 ступеней). Ширина записи 50 мм электро-
термическим способом, скорость трассирования датчика при
записи 0,01; 0,1 и 1 мм/с.

При работе в режиме профилометра измеряются параметры Ra
в диапазоне от 0,02 до 25 мкм, параметр Rz в диапазоне от 0,2 до
100 мкм, параметры Rp и Ro в диапазоне от 0,1 до 50 мкм и пара-
метр Rmax в диапазоне от 0,2 до 100 мкм. Новый, ~не нормируемый
в отечественном стандарте параметр Ro означает высоту впадины,
т. е. расстояние от средней линии до наибольшей впадины.

Погрешность измерения по параметру Ra от 9 до 43% измеряе-
мой величины, а по другим параметрам от 14 до 68%. При работе
в режиме профилометра предусмотрены еще две скорости трасси-
рования датчика, кроме указанных для профилографа, а именно
0,032 и 0,32 мм/с.

Профилометр. Выделение профилометра в виде отдельного
прибора объясняется тем, что в производственных условиях наи-
более часто возникает необходимость определять численное
значение поверхностных неровностей по какому-либо
параметру без записи этих неровностей. Большинство профило-
метров выдает оценку поверхностных неровностей по параметру Ra,
так как в стандартах указывается, что этот параметр является
предпочтительным при оценке шероховатости. Принцип работы
профилометра полностью совпадает с работой профилографа-
профилометра, но он, естественно, значительно проще из-за отсут-
ствия в нем записывающего устройства. Вместе с тем, как было
показано на примере прибора мод. 280, для цеховых условий
возможно создание относительно небольших приборов, в том
числе и с записью профиля. За рубежом известны приборы еще
меньших габаритных размеров, но чаще всего без измерения по
параметру R2 или определения его по приближенным формулам.

Отечественная промышленность (завод «Калибр») выпускает
несколько разновидностей профилометров с различными спосо-
бами преобразования колебаний иглы. В настоящее время выпу-
скается прибор мод. 296 (рис. 16.5), в котором использован индук-
тивный способ преобразования колебаний иглы в изменения
напряжения. Поверхностные неровности определяются только
по параметру Ra в диапазоне от 0,02 до 10 мкм с погрешностью
от 9 до 36% измеряемого значения. Этим прибором можно изме-
рять шероховатость поверхностей отверстий наименьшим диаме-
тром от 6 мм на глубине до 20 мм. Вполне обоснованно можно
предположить, что при увеличении выпуска прибора мод. 280
отпадет надобность в выпуске прибора мод. 296, поскольку
прибор мод. 280 обладает более широкими возможностями и более
удобен для транспортировки и цеховых измерений.

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ

1.	Что такое шероховатость (с. 363)?

2.	Нормируемые параметры шероховатости и их определение (с. 364).

3.	В чем заключается способ определения шероховатости по образцам (с. 364)?

4.	На чем основан принцип бесконтактного измерения шероховатости (с. 365)?

5.	Принцип действия приборов светового сечения (с. 365).

6.	Принцип действия двойного микроскопа и прибора теневого сечения
(с. 365).

7.	Принцип действия микроинтерферометра обычного и иммерсиоиио-реп-
ликового (с. 366).

8.	Принцип действия контактных средств измерения шероховатости (с. 368).

9.	Что такое профилограф и профилометр и их эксплуатационные возмож-
ности (с. 368)?

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 11

Измерение шероховатости поверхности

Задание 1. Измерение величины Ra и запись профиля неровно-
стей на профилограмму.

Объект измерения — деталь с плоской или цилиндрической
поверхностью с R„ = 0,02 ... 10 мкм.

Средства измерения — профилометр, профилограф-профило-
метр.

Измерение.

1.	Измерение параметра Ra профилометром (демонстрация).

Преподаватель или лаборант, производящий демонстрацию
измерения, показывает учащимся последовательность настройки
и измерения прибором.

Учащиеся записывают все продемонстрированные действия
в свои конспекты, а числовое значение измеренного Ra заносят
в отчетный бланк.

2.	Запись шероховатости на профилограмму (демонстрация).
Форма отчетного бланка для лабораторной работы № 11

 Техникум, курс, группа

Ф. И. О. учащегося

Лабораторная работа № 11. Измерение шероховатости поверхности

Параметры наладки прибора

Радиус	Трасса	1	V»	Vr	Ra	р%
ИГЛЫ						

Результаты обработки профилограммы

Rz	Rtnax		Нр		EBi		
							
Выполнил				Принял			

Проводящий эту демонстрацию работник измерительной лабо-
ратории производит запись профилограммы. Затем отрезок с про-
филограммой передает учащимся для обработки.

Учащиеся записывают в конспекты дополнительные действия,
требуемые для записи профилограммы на приборе.

Задание 2. Обработка профилограммы для определения число-
вых значений параметров шероховатости поверхности R2, Rmax и
tp.

Подготовка к проведению задания.

Персонал измерительной лаборатории учебного заведения
проводит подготовку к проведению занятия в соответствии с
МИ 41—75 «Методика выполнения измерений параметров шеро-
ховатости» по ГОСТ 2789—73 при помощи прибора профильного
метода.
Обработка профилограммы (по МИ 41—75).

1.	Подготовка профилограммы к определению числовых ве-
личин параметров шероховатости:

а)	выбирают величину базовой длины I;

б)	наносят на профилограмму длину базы Г,

в)	проводят на профилограмме линию выступов и линию
впадин.

2.	Определение числовых значений параметров шерохова-
тости.

Определение числового значения Rz:

а)	находят на профилограмме пять наивысших точек выступов
профиля в пределах длины I и отмечают их вершины. Измеряют
линейкой или штангенциркулем расстояния ур от каждой из этих
точек до базовой линии в миллиметрах, подсчитывают сумму этих

S

расстояний У, | ypi | и пересчитывают ее числовое значение в
микрометрах, поделив ее на вертикальное увеличение VB, ука-
занное на профилограмме;

б)	находят на профилограмме пять низших точек впадин
в пределах I и отмечают их вершины. Измеряют расстояния yv от
каждой из них до базовой линии и подсчитывают сумму этих
6______________

расстояний 2 | Уы |в миллиметрах. Затем делят эту величину на
вертикальное увеличение VB и получают ее числовое значение
в микрометрах;

в)	подсчитывают числовое значение Rz по формуле

5	5

2 1 । 2 । I

Rz — —-----=——-----, мкм.

и

Определение параметра Rmax.

Измеряют на профилограмме расстояние между линией вы-
ступов и линией впадин в миллиметрах. Измеренный размер пере-
считывают в микрометры, поделив его на вертикальное увеличе-
ние VB.

Определение параметра tp:

а)	подсчитывают величину Нр — высоту уровня сечений про-
филя неровностей на профилограмме (число р должно быть задано
р
на профилограмме). Подсчет Нр ведут по формуле Нр — Rmax ,
мм, где Rminf указывается в масштабе записи на профилограмме;

б)	проводят линию уровня сечений профиля параллельно
средней линии профиля на расстоянии Нр от линии выступов
профиля;

в)	измеряют длины опорных площадок профиля bt, образован-
ных сечением линией уровня на всей длине I. Затем определяют;
1)	опорную длину профиля = У, bit для чего суммируют все
<=1

измеренные длины

2)	относительную опорную длину профиля
п

^ = -^-100%,

где Vr — горизонтальное увеличение, при котором записана
профилограмма (указано на отчетном бланке).

Параметры Rz, Rmax и tp записывают в отчетный бланк.

ГЛАВА 17. СРЕДСТВА АВТОМАТИЗАЦИИ
ИЗМЕРЕНИЯ РАЗМЕРОВ

§ 1.	ОСНОВНЫЕ ВИДЫ СРЕДСТВ АВТОМАТИЗАЦИИ
И МЕХАНИЗАЦИИ ПРОЦЕССА ИЗМЕРЕНИЯ

Под автоматическим измерением понимается процесс
измерения, при котором действия оператора полностью заме-
няются действиями механизмов измерительного средства. Такие
измерения осуществляют с помощью приборов, которые назы-
вают контрольными автоматами. Как будет показано далее (§ 3),
такие измерительные средства в настоящее врехпгимеют ограни-
ченную область применения, кроме некоторых случаев, напри-
мер для разделения деталей на размерные группы.

Большее распространение имеют измерительные устройства,
в которых часть операций по измерению выполняет человек-
оператор. Раньше такие устройства часто называли полуавтома-
тическими, а теперь — автоматизированными.

Автоматизированным процессом измерения называют процесс,
в котором некоторые вспомогательные функции при измерении
выполняет оператор, а выдача информации осуществляется авто-
матически. Примером автоматизированных средств измерения
являются ранее рассмотренные (гл. 14) координатно-измеритель-
ные машины КИМ, в которых оператор устанавливает деталь
на измерительной позиции, а потом КИМ может в автоматическом
режиме осуществлять измерение всех параметров по подготовлен-
ной программе. В ручном режиме работы КИМ оператор только
перемещает датчик контакта к измеряемым точкам, а отсчет зна-
чений координат и расчет измеренных параметров и их сравнение
с допускаемыми осуществляется автоматически. К автоматизиро-
ванным могут быть отнесены и рассмотренные ранее штангенцир-
кули, приборы с корпусом в виде скобы и измерительные головки
с электронным цифровым отсчетным устройством. При их исполь-
378
зовании автоматизирован процесс отсчета, так как не надо отсчи-
тывать значение размера по нониусу или определять положение
стрелки по шкале. Эти приборы обычно снабжаются внешним
электронным выходом для подключения к ЭВМ. В этом случае
оператор только осуществляет перемещение детали или средства
измерения, а результат измерений выдается в виде числовых
значений. Обработка полученных значений осуществляется авто-
матически.

Иногда к автоматизированным относятся и специальные
средства измерения в виде многомерных устройств, т. е. измеря-
ющих одновременно несколько размеров детали определенной
конфигурации. Часто эти средства измерения называют механи-
зированными, если в иих отсчет измеренных значений осуще-
ствляет оператор, а ускорение процесса измерения происходит
только за счет сокращения времени на установку детали. Автома-
тизированной такая установка может быть названа только в тех
случаях, когда она оснащена отсчетными системами, например,
в виде измерительных головок с электронным цифровым отсчет-
ным устройством. Помимо выдачи значения измеренных величин
в этом случае выдается сигнал во внешнюю цепь для обработки
результатов измерения.

Наиболее совершенными и прогрессивными автоматическими
и автоматизированными средствами измерения являются приборы
активного контроля, которые часто теперь называют приборы
управляющие, или приборы для измерения в процессе обработки.
Эти приборы изготавливают для определенных видов, станков.

Приборы активного контроля (приборы управляющие) — это
средства измерения деталей в процессе обработки на станке и
использовании результатов измерения для изменения режимов
резания, в том числе для остановки станка, когда размер детали
достигнет требуемого значения. В этом отношении термин «кон-
троль» для этих приборов не совсем точен, так как при использо-
вании этих приборов не выявляется годность или брак измеряе-
мых деталей, как это имеет место при контроле, а прибор «ак-
тивно» участвует в процессе изготовления. К этому виду приборов
относятся так называемые «подналадчики», т. е. приборы, изме-
ряющие деталь после окончания ее обработки непосредственно
на станке, где эта деталь обрабатывалась, или около этого станка,
и прибор выдает команду на станок, если по. результатам измере-
ния необходима подналадка станка.

§ 2.	СРЕДСТВА ИЗМЕРЕНИЯ ДЕТАЛЕЙ В ПРОЦЕССЕ
ОБРАБОТКИ (ПРИБОРЫ УПРАВЛЯЮЩИЕ,
ПРИБОРЫ АКТИВНОГО КОНТРОЛЯ)

Основные виды. Использование приборов для изме-
рения в процессе обработки наибольшее распространение полу-
чило на шлифовальных станках для окончательной (финишной)
обработки.
Рис. 17.1. Структурная схема приборов для нзмерення в процессе обработки

В зависимости от вида станков, для которых они предназна-
чаются, приборы разделяют на приборы для круглошлифоваль-
ных или плоскошлифовальных станков и т. д.

По способу выдачи измерительной информации приборы для
измерения в процессе обработки разделяют на показывающие
приборы, когда значение размера определяет непосредственно
оператор по шкале отсчетного устройства и он же изменяет режимы
обработки, и командные, когда сигнал на изменение режима
обработки в станок подается без участия оператора.

Схема командного прибора активного контроля вне зависи-
мости от станка, на котором он используется, в принципе оди-
накова (рис. 17.1). В процессе обработки изменение размера об-
рабатываемой детали 1 воспринимается измерительным узлом 2.
Последний включает устройство для установки на станке, а также,
если требуется, и подводящее устройство 7, -предназначенное
для подвода измерительного узла к детали и отвода от нее при рабо-
те в автоматическом или полуавтоматическом цикле, а также устрой-
ство, воспринимающее изменение размера обрабатываемой детали.

Сигнал измерительной информации, выданный в измеритель-
ном узле 2, поступает одновременно в блок отсчетного устрой-
ства 4, светофорное устройство 3 и командное устройство 6. В по-
следнем устройстве в некоторых случаях выполняется преоб-
разование сигнала в другой вид энергии (например, пневмати-
ческий сигнал преобразуется в электрический) и передача его
на усилитель 5, откуда сигнал поступает непосредственно на
станок для изменения режимов обработки в зависимости от теку-
щего размера обрабатываемой детали (изменение подачи с чер-
новой на чистовую, переход на выхаживание и остановку станка).
Часто узлы 3, 4 и 6 объединяют в одну конструкцию, так назы-
ваемое отсчетно-командное устройство. Для создания гаммы при-
боров активного контроля создаются типовые отсчетно-командные
устройства, работающие в основном на электрическом (индуктив-
ном) принципе действия, которые можно использовать в разных
приборах для активного контроля и на различных станках.

Отсчетно-командное электронное устройство к приборам ак-
тивного контроля. Отсчетно-командным устройством, которое
часто называют блоком управления, называют устройство, пред-
назначенное для усиления и преобразования измерительной ин-
формации, поступающей в виде аналогово-электрического сигнала
от индуктивных-преобразователей, в дискретные команды управ-
ления исполнительными органами станка. Вместе с дискретными
командами устройство может выдавать во внешнюю цепь электри-
ческий сигнал постоянного тока в аналоговой форме, пропорцио-
нальный измеряемому размеру.

Во многих отечественных приборах активного контроля ис-
пользуют типовое отсчетно-командное устройство БВ-6230 прак-
тически на всех видах шлифовальных станков при обработке
непрерывных (гладких) и прерывистых поверхностей (например,
шлицевых валиков). Перемещение измерительного стержня в дат-
чике 1 (рис. 17.2), связанное с изменением размера обрабатывае-
мой детали, преобразуется в напряжение U (датчик питается
от генератора-детектора 2 с частотой 10—12 кГц). После усиления
сигнала в дифференциальном усилителе 3 до величины kU сигнал
поступает на фазовый детектор 4, где переменное напряжение
измерительного сигнала преобразуется в постоянное знакопере-
менное напряжение Uo. Значение этого напряжения, пропорцио-
нальное перемещению измерительного стержня датчика /, можно
отсчитывать по шкале отсчетного устройства 5. Сигнал Uo с фазо-
вого детектора 4 поступает также и в формирователи команд 6,
на которые одновременно подается сигнал UB от задатчика уровня
срабатывания. Как только будет Uo = Us, т. е. уровень напря-
жения от датчика достигнет заданного при настройке прибора,
с формирователя команд выдается сигнал UK, от которого сраба-
тывает реле 7, изменяющее режим работы станка или выключаю-
щее станок при окончании обработки. Одновременно сигнал
Рис. 17.3. Передняя панель отсчетно-командного устройства БВ-623О

подается на световое табло, где включается одна из лампочек 8.
указывающих, какая последняя команда передана на станок.

По указанной принципиальной схеме изготавливают блоки
в трех вариантах: для двух управляющих команд, для четырех и
для пяти и с разными диапазонами регулирования выдаваемых
команд. Во всех вариантах последняя команда выдается на оста-
новку станка, когда размер обрабатываемой детали достигнет
заданного. На передней панели отсчетно-командного устройства
(рис. 17.3) установлены все необходимые для работы указатели
и кнопки управления. Показывающее устройство используют
для наблюдения за измеряемым размером в процессе обработки
и для настройки уровня срабатывания дискретных команд. В за-
висимости от числа дискретных команд отсчетное устройство имеет
цену деления 0,01 мм (2 и 4 команды) или 0,001 мм (5 команд).
Диапазон измерения по шкале соответственно 0,6 и 0,06 мм.
Погрешность показаний по шкале в диапазоне ±10 делений
от нулевой отметки не более половины цены деления. На передней
панели находятся потенциометры для настройки уровней сра-
батывания команд и светодиоды (/—5) для визуального указания
при срабатывании команд. Имеются и другие кнопки и сигналь-
ные лампы для настройки прибора и для наблюдения за режимом
работы. В частности, предусмотрена возможность подключения
одного датчика А или двух А ± Б. В последнем случае датчики
будут работать в режиме суммирования.

Погрешность настройки предварительных команд находится
в пределах ±0,0025, а окончательной команды ±0,0005 мм.
Погрешность срабатывания предварительных команд 0,4 мкм в
диапазоне 10 делений от нулевой отметки, а окончательной команды
в пределах 0,2—0,35 мкм. Допускаемое смещение уровня на-
стройки после 1,5 тыс. циклов срабатывания, но не более четырех
часов работы равно 0,85 мкм. Далее будут рассмотрены некоторые
приборы, используемые на определенных видах станков. Номен-
клатура этих приборов значительно шире, чем это можно при-
вести в учебнике. Более подробное описание конструкций кон-
кретных приборов необходимо искать в специальной литературе,
посвященной этому вопросу или в документации заводов, вы-
пускающих эти приборы.

Приборы для измерения в процессе обработки на круглошлифо-
вальных станках. Эта группа приборов отличается принципом
базирования измерительного узла на обрабатываемой детали
(двух- и трехконтактное), принципом преобразования измери-
тельной информации, диапазоном измерения. В настоящее время
в основном используются приборы, основанные на индуктивном
способе преобразования (см. гл. 6), в которых необходимый
диапазон измерения и способ базирования обеспечивается с по-
мощью сменных измерительных узлов, непосредственно воспри-
нимающих изменение размера детали в процессе ее обработки.
Эти измерительные узлы чаще всего называют скобами. В неко-
торых скобах предусмотрена возможность замены отдельных де-
талей для расширения диапазона измерения.

Другой разновидностью приборов, используемых на кругло-
шлифовальных станках, являются так называемые широкодиапа-
зонные приборы, которые позволяют проводить измерения без
замены каких-либо деталей или скоб в диапазоне измерения свыше
100 мм. В'этих приборах используется фотоэлектрический способ
преобразования.

Приборы со сменными скобами. В этих при-
борах используют в основном так называемые настольные двух-
контактные скобы и трехконтактные навесные скобы.

Двухконтактные скобы (рис. 17.4) охватывают диапазон раз-
меров от 2,5 до 200 мм (6 интервалов). Измерительные ножки 3, 6
скобы своими наконечниками 4 и 5 контактируют с измеряемой
деталью. Для уменьшения износа наконечники имеют на конце
кристаллы синтетического алмаза. Измерительные ножки подве-
шены на пружинных параллелограммах 1 и 8. На измерительной
ножке 6 установлен индуктивный датчик 7, а на измерительной
ножке 3 — микрометрический винт 2, которым осуществляется
настройка прибора на требуемый размер, с помощью
установочной меры или предварительно обработанной без при-
бора и измеренной универсальными средствами детали. Двух-
контактную скобу устанавливают на столе станка или на его
станине. Подвод скобы к детали и отвод осуществляются с по-
мощью специального подводящего устройства, чаще всего ги-
дравлического, в автоматическом режиме по циклу работы станка.
Приборы с двухконтактными скобами предназначены для условий
автоматической и полуавтоматической обработки методом вреза-
ния и при продольной подаче.

В процессе измерения наконечники 4 и 5 постоянно прижи-
маются к детали; их сближение измеряется с помощью датчика
7, контактирующего своим наконечником с микровинтом 2. Для
Рис. 17.4. Двух контактная скоба БВ-3268 (ЧЗИГ1)

обеспечения полного диапазона измерения в некоторых приборах,
например БВ-4270, БВ-4270-25, в комплект скобы входят две
базовые двухконтактные скобы и пять исполнений измеритель-
ных ножек. Поэтому в характеристиках приборов обычно указы-
вается общий диапазон измерения с учетом сменных скоб и смен-
ных измерительных ножек. На рис. 17.5 показан общий вид при-
бора БВ-4270 с диапазоном измерения от 2,5 до 200 мм с отсчетно-
командным устройством БВ-6230.

Трехконтактная скоба (рис. 17.6) располагается на измеряе-
мой детали с помощью трех измерительных наконечников, из
которых 1 и 2 неподвижны при измерении, а наконечник 3 сме-
щается при изменении размера обрабатываемой детали. Измери-
тельный наконечник 3 установлен на планке 4, которая подве-
шена к корпусу прибора на плоских пружинах 7 и 9, образующих
параллелограмм. Смещение измерительного наконечника 3 в про-
цессе изменения размера обрабатываемой детали воспринимается
индуктивным датчиком 5, который, как и в двухконтактной скобе,
своим наконечником контактирует с торцом микрометрического
винта 6. Как и при использовании двухконтактных скоб, настройку
прибора на необходимый размер осуществляют по установочной
мере или по обработанной на этом станке детали. Предваритель-
X

т

, Марков

Рис, 17.5. Общий вид прибора Б В-4270 с индуктивной скобой (ЧЗИП)
Рис. 17.6. Трехконтактная скоба (ЧЗИП):

а — ВВ-3254 с индуктивным датчиком и кронштейном БВ-3221; б — БВ-П3156 со стре-
лочным отсчетным устройством

ную установку скобы на размер выполняют смещением скобы 10
с неподвижными измерительными наконечниками 1 и 2 с установ-
кой по шкале 8. Прибором охватывается диапазон размеров,
как и при двухконтактной скобе, от 4 до 200 мм (4 интервала).
Скобу устанавливают на станке, чаще всего на кожухе шлифо-
вального круга, с помощью специального кронштейна, обеспечи-
вающего шарнирную подвеску. Спиральная пружина, установлен-
ная в корпус кронштейна, обеспечивает поджим скобы к измеряе-
мой детали с определенным усилием и обеспечивает удержание
скобы в определенном положении при снятии ее с детали. Все
манипуляции по установке скобы на обрабатываемую деталь и
снятие ее с детали после окончания обработки осуществляет
рабочий. Прибор в связи с этим предназначен для использования
на станках с полуавтоматическим шлифованием методом вре-
зания.

Трехконтактная скоба может быть использована не только
с индуктивным датчиком. На рис. 17.6, б показана скоба, в которой
в качестве отсчетного устройства использована стрелочная измери-
тельная головка (в частности, может
быть индикатор часового типа).

Одноконтактные измерительные
устройства (прибор, управляющий
осевой ориентацией) .При обработке на
круглошлифовальных станках цилин-
дрических деталей, состоящих из не-
скольких цилиндров разного диаметра
(ступенчатые валы), необходимо,
чтобы при автоматическом режиме об-
работки деталь останавливалась при
осевом смещении непосредственно пе-
ред шлифовальным кругом той своей
частью, которая должна быть обрабо-
тана в данный момент. Для этой цели
и служит прибор для осевой ориента-
ции (рис. 17.7). В принципе, это ин-
дуктивный датчик со специальным из-
мерительным наконечником, который
устанавливают на станке с возмож
ностью контактирования наконечника
с торцевой поверхностью какой-либо
ступени. В приборе в качестве отсчет-
но-командного устройства применяют
рассмотренный ранее электронный
блок БВ-6230. Используется вариант
блока на четыре команды.

Работа станка вместе с прибором
осуществляется в следующей последо-
вательности. При осевом перемеще-
нии детали на позицию обработки при
касании торца с измерительным нако-
нечником выдается первая и вторая
команды, требующие снижения ско-
рости осевого перемешения. Когда де-
таль достигает заданного положения,
выдается третья команда, по которой
дальнейшее осевое перемещение де-
тали должно быть прекращено. Если
же последняя команда оказалась не
выполнена, то выдается четвертая бло-
кировочная команда, по которой вы
ключается станок. Погрешность сра-
батывания третьей команды не более
0,001 мм, предварительных команд
(первой и второй) —0,004, четвертой
(блокировочной) — 0,0015. Прибор
для осевой ориентации обычно рабо-

17.7. Прибор \ ||рли.1яи)|ции 1>В I <чсн..й ориеннтии гтупенч.пыч н.Г.пж (ЧЗИН)
тает вместе с приборами двухконтактными для управления про-
цессом обработки диаметров валов.

Управляющий прибор для сопряженного шлифования. Прин-
цип сопряженного шлифования заключается в том, что для обра-
зования необходимого сопряжения (обычно с небольшим зазором)
сперва обрабатывают деталь с внутренней сопрягаемой поверх-
ностью (отверстие), а потом по полученному действительному
размеру этого отверстия обрабатывается деталь с наружной со-
прягаемой поверхностью (вал) с использованием управляющего
прибора. При обработке вала с использованием прибора его не
настраивают на какое-то значение, а делают так, чтобы послед-
няя команда на остановку станка выдавалась в тот момент, когда
размер вала достигнет значения, при котором будет обеспечен
требуемый зазор (или натяг). Таким образом, прибор в виде
скобы настраивают не на размер вала, который должен быть по-
лучен, а на определенную разность размеров отверстия и вала.
Поэтому прибор для сопряженного шлифования (рис. 17.8) имеет
два измерительных узла. Первый узел 1, как у обычного при-
бора, — скоба двух- или трехконтактная для измерения валов
в процессе обработки. Второй узел в виде стола или в виде пробки
для фиксации действительного размера отверстия. Оба измеритель-
388
ных узла подключены к одному отсчетно-командному устройству
Б В-6230 2. Вполне естественно, что прибор может быть использо-
ван для управления в процессе изготовления только одного вала
или для измерения отверстия. Поскольку принцип работы при-
бора в большей степени, чем у других видов приборов, связан
с особенностями обрабатывающих станков, то изготавливают не-
сколько видов приборов для разных моделей станков с числом
команд от 2 до 4, с ценой деления отсчетной системы 0,5 и 1 мкм
и диапазоном измеряемых размеров от 5 до 125 мм.

Широкодиапазонные приборы для управления в процессе
обработки. Как было показано ранее, для измерения деталей
одним прибором в широком диапазоне размеров необходимо ис-
пользовать сменные скобы, а в ряде случаев и сменные комплекты
измерительных ножек для одной скобы. Объясняется это тем,
что индуктивные датчики могут обеспечить высокую точность из-
мерения только в узком диапазоне размеров (см. гл. 6). При об-
работке деталей в виде ступенчатых валиков, перепад размеров
диаметров которых составляет значительные величины, превы-
шающие возможности одной скобы без смены измерительных но-
жек, возникает необходимость устанавливать несколько прибо-
ров активного контроля с двухконтактной скобой, т. е. на все
диаметры детали, которые обрабатываются на этом станке. В связи
с этим, а такжё в связи с расширением работ по автоматизации
процессов обработки, особенно в условиях гибких производств
(см. § 5), появились новые конструкции приборов, так назы-
ваемые широкодиапазонные управляющие приборы, в которых
имеется возможность измерять при обработке размеры деталей
в широком диапазоне без дополнительной замены скоб или изме-
рительных ножек.

Известные широкодиапазонные приборы можно разделить на
два вида по числу используемых в них измерительных систем.
В одном виде приборов используют две измерительные системы —
индуктивную и фотоэлектрическую, а в другом виде — только
фотоэлектр ическу ю.

Оба вида приборов в качестве измерительного устройства
имеют, в принципе, двухконтактные скобы, аналогичные по своей
схеме скобам, показанным ранее на рис. 17.4. Однако для обес-
печения измерений в широком диапазоне размеров значительно
изменены конструкции измерительных ножек с наконечниками.

Приборы с двумя измерительными системами. В этих прибо-
рах (рис. 17.9) измерительные губки с наконечниками располо-
жены на каретках 1 и 13. Последние часто называют верхней и
нижней каретками из-за расположения соответственно верхнего
и нижнего наконечников. На каретке 13 установлена шкала 12
фотоэлектрической отсчетной системы, а на каретке 1 — считы-
вающая головка 2 этой системы. На нижних концах кареток 1
и 13 закреплены индуктивные датчики 14 и 15, наконечники ко-
торых являются измерительными наконечниками всей скобы.
Рнс. 17.9. Схема широкодиапазонного прибора
Б В-4274 с двумя измерительными системами (ЧЗИП)
Изменение расстояний между измеритель-
ными наконечниками, характеризующее изме-
нение размера обрабатываемой детали, опре-
деляется с помощью фотоэлектрической изме-
рительной системы. Остальные схемные реше-
ния, втом Числе и индуктивная измерительная
система, сделаны для обеспечения перемеще-
ний измерительных наконечников при измере-
нии изменяющегося размера детали.

Принципиальная схема работы при изме-
рении в процессе обработки вала заключается
в том, что приводом скобы от двигателя изме-
рительные наконечники постоянно перемеща-
ются для обеспечения постоянного контакта
с поверхностью измеряемой детали. Управле-
ние этици движениями осуществляется с уча-
стием индуктивной измерительной системы.

Для того чтобы можно было сводить
или разводить одновременно измерительные
наконечники, каретки 1 и 13 соединены гиб-

кой лентой 11, которая переброшена через диск 9 и закреплена на
этом диске. При вращении диска от электродвигателя постоянного
тока 4 через редуктор каретки одновременно перемешаются в раз-
ные стороны и измерительные наконечники либо сходятся, либо
расходятся. В процессе измерения необходимо, чтобы измеритель-

ные наконечники располагались симметрично относительно гори-
зонтально установленной оси детали, располагаемой в центрах
станка. Это положение обеспечивается одновременным переме-
щением вверх или вниз обоих наконечников. Для этого диск 9
вместе со своим приводом установлен на каретке 10, которая пере-
мещается по направляющим 3, 8 от электродвигателя 6 враще-
нием червячного колеса 7 вместе с ходовым винтом 5, а в ка-
ретке 10 размещена гайка, сопряженная с этим винтом.

Установка индуктивных датчиков вместе с измерительными
наконечниками вызвана необходимостью обеспечения измерений
при изготовлении деталей с прерывистыми поверхностями, на-
пример, шлицевых валиков. Дело в том, что каретки 1 и 13 обла-
дают относительно большой массой и поэтому оказываются недо-

статочно чувствительными для реакции на изменения размеров
деталей с прерывистой поверхностью. Измерительные наконеч-
ники индуктивных датчиков имеют небольшую массу и обеспечи-
вают незначительное измерительное усилие (не более 1 Н). Они
быстро реагируют на изменение размера прерывистой поверх-
ности. Индуктивные датчики выполняют в этом приборе функции
так называемого «нуль пункта» и, строго говоря, не измеряют,
а управляют процессом измерения при обработке. При шлифова-
нии детали суммарные показания нижнего и верхнего датчиков
всегда должны быть равны нулю (Л + В = 0). Если же при
изменении размера детали это условие не соблюдается, то с по-
мощью индуктивных датчиков включается электродвигатель 4
и наконечники будут сходиться друг с другом до нулевой суммы
показаний обоих датчиков.

Таким образом, наконечники с помощью индуктивных датчиков
постоянно «следят» за размером детали. В процессе работы элек-
тродвигатель 4 все время перемещает наконечники навстречу
друг другу до того момента, когда размер вала достигнет задан-
ного значения, что определяется с помощью основной фотоэлек-
тронной отсчетной системы. Если окажется, что в процессе шли-
фования почему-то не идет съем материала, то электродвигатель 4
не будет смещать наконечники.

Индуктивные датчики 14 и 15 управляют также и работой
электродвигателя 6. Обычно с его помощью перемещаются нако-
нечники при настройке прибора. Если при введении наконечни-
ков на деталь окажется, что они расположены не симметрично
относительно оси, то разность сигналов А — В =^= 0. Тогда в за-
висимости от знака поступившего сигнала электродвигатель 6
включается и перемещает обе каретки с наконечниками вверх
или вниз до положения, при котором разность показаний индук-
тивных датчиков была бы равна нулю (Л — В = 0).

Прибор (рис. 17.10) имеет скобу с фотоэлектрической и
индуктивной отсчетными системами, электронный блок 2 для
преобразования сигнала индуктивной измерительной системы
в сигнал управления электродвигателем и выдачи внешнего
сигнала, блок 3 для фотоэлектрической отсчетной системы
с цифровой индикацией измеряемого размера.

В связи с тем, что в подобных приборах не предусмотрена
возможность свода наконечников до соприкосновения, в фото-
электрической отсчетной системе имеется так называемая «метка»,
фиксирующая определенный размер, на который разведены из-
мерительные наконечники. Положение метки при вводе прибора
в эксплуатацию определяется с помощью аттестованной детали
любого размера в пределах диапазона измерения. После уста-
новки детали в центре станка и ввода наконечников прибора на
деталь набирают размер этой детали на электронном блоке 3.
При разводе наконечников на цифровом табло произойдет фикса-
ция размера в тот момент, когда наконечники разойдутся на
расстояние, на котором находится метка. Правильное положение
метки необходимо регулярно проверять.

Еще одна особенность широкодиапазонных приборов заклю-
чается в том, что они не выдают управляющих команд. В процессе
обработки детали на цифровом табло показывается значение
размера, а команды, управляющие режимами работы станка,
осуществляются системой ЧПУ станка. Следовательно, в отличие
от обычных приборов активного контроля широкодиапазоиные
Рис. 17.10. Общий вид прибора БВ-4274 (ЧЗИП)

приборы пока выдают непрерывную информацию на станок и на
цифровое табло для наблюдения оператором. В дальнейшем
будут разработаны широкодиапазонные приборы, снабженные
микропроцессорным устройством, вырабатывающим управляющие
команды, передаваемые на станок с дублированием этих команд
на светофорных указателях. Разработанный по рассмотренной
схеме прибор мод. БВ-4274 обеспечивает измерение в диапазоне
10—160 мм с перемещением измерительных наконечников со
скоростью до 1 мм/с. Погрешность измерения составляет 30%
допуска 5-го квалитета.

Прибор с одной измерительной системой. В этих приборах
отсутствуют индуктивные датчики, но конструктивные схемы
достаточно близки (рис. 17.11) к схемам приборов с двумя
измерительными системами. На каретке 15 с верхним из-
мерительным наконечником расположена шкала 14 фотоэлектри-
ческой измерительной системы, а на каретке 1 с нижним измери-
Рис. 17.11. Схема широко-
диапаэоииых приборов
БВ-4274-02 с одной изме-
рительной системой
(ЧЗИП):

а — при обработке наружных
поверхностей; б — при об-
работке внутренних поверх-
ностей

тельным наконечником — считывающая головка 2. На верхних
торцах каретки 1 и 15 находятся упоры 5 и 11. Диск 8, как и
в предыдущем приборе, охватывается гибкой лентой 9, закреплен-
ной на диске. На концах ленты 9 находятся скобы 4 к 10, в кото-
рых имеются контакты 6 и 12. Пары упоров 5 и 6, 11 и 12 пред-
ставляют собой, в принципе, электроконтакты и выполняют
такую же роль в отношении управления процессом обработки,
как индуктивные датчики в приборе, рассмотренном выше. Сило-
вое замыкание этих электрических контактов осуществляется
с помощью пружин 3 и 13. Эти пружины с учетом масс кареток
создают усилие в электрических контактах и измерительное
усилие на наконечниках во всем диапазоне перемещения кареток
величиной З-г-4 Н.

Перед началом обработки детали включается команда на
сведение измерительных наконечников. Диск 8 начинает вра-
щаться от электродвигателя 7 через редуктор. При замкнутых
контактах 5 и 6, 11 и 12 электродвигатель будет работать до
момента контакта измерительных наконечников с деталью. При
разрыве электрических контактов, электродвигатель 7,
каретки 1 и 15 вместе с наконечниками останавливаются. Как
только размер обрабатываемой детали уменьшится и сместятся
измерительные наконечники, произойдет разрыв электрических
контактов 5, 6 и 11, J2. По этому сигналу вновь включается
электродвигатель 7 и наконечники опять начнут сближаться до
касания с деталью. Таким образом электрические контакты 5, 6
и 11, 12 управляют процессом обработки, обеспечивая процесс
постоянного «слежения» наконечниками за размером детали до
того момента, когда вал достигнет заданного значения.
Отечественная промышленность выпускает такой прибор с диа-
пазоном измерения 10—160 мм (БВ-4274-01) и 10—80 мм
(БВ-4274-03). Погрешность измерения также в пределах 30% до-
пусков 5-го квалитета. Прибор предназначен для использования
при обработке только гладких поверхностей.

Приборы для управления в процессе обработки на внутри-
шлифовальных станках. Приборы для использования на этих
станках имеют особенности в той мере, в которой измерение
внутренних размеров отличается от измерения наружных разме-
ров (см. гл. 5). Это отличие отражается прежде всего на кон-
струкции скобы. Для измерения на внутришлифовальных станках
используются только двухконтактные скобы, аналогичные рас-
смотренным (см. рис. 17.4), но измерительное усилие в них на-
правлено в другую сторону. Естественно, что и измерительные
наконечники расположены в другом направлении и обеспечивают
точечный контакт. Например, в рассмотренном ранее широко-
диапазонном приборе предусмотрен вариант прибора Б В-4274-02
(рис. 17.11, 6), предназначенный для измерения только на внутри-
шлифовальных станках. Есть еще одна модель БВ-4274-04 при-
бора, предназначенного для измерения в широком диапазоне
как при наружном, так и при внутреннем шлифовании.

Приборы для измерения в процессе обработки на плоскошли-
фовальных станках. При обработке на плоскошлифовальных
станках деталь устанавливают на поверхность прямоугольного
или круглого стола, часто снабженного магнитной плитой для
удержания детали в процессе обработки. При таком расположе-
нии детали можно считать, что один конец ее "совпадает с по-
верхностью плиты и измерять размер детали можно от плиты до
другого конца, который обрабатывается. В связи с этим измери-
тельный узел для этих видов станков делается однокбнтактным
аналогично рассмотренному ранее прибору для управления про-
цессом осевого позиционирования (см. рис. 17.7).

Особенностью измерения на плоскошлифовальных станках
является также то, что при обработке приходится иметь дело
с измерением прерывистых поверхностей. На магнитной
плите обычно устанавливается большое число мелких деталей,
между которыми имеется разрыв (например, колец подшипников
при шлифовании торцов). В приборах для плоскошлифовальных
станков, в принципе, используют те же управляющие блоки, что
и при наружном круглом шлифовании.

Для измерения на плоскошлифовальных станках с круглым
столом разработан прибор (БВ-4102), в котором к управляющему
блоку БВ-6298 можно одновременно подключать один, два или
три одноконтактных датчика. Поскольку отсчетное стрелочное
устройство в управляющем блоке имеет вспомогательное назна-
чение во время работы, в случае подключения нескольких датчи-
ков на стрелочное отсчетное устройство можно вызывать по
очереди измеренное значение от любого датчика. Несколько
датчиков подключается для того, чтобы можно было установить
их в разных местах круглого стола при использовании нескольких
шлифовальных головок.

Кроме рассмотренных выше приборов, имеются специальные
приборы к конкретным видам станков с близкими к рассмотрен-
ным схемными и конструктивными решениями.

Значительно меньше распространены приборы для измерения
в процессе обработки на других станках — бесцентрово-шлифо-
вальных, хонинговальных и др. Практически все разработки
приборов для определенных видов или моделей станков в значи-
тельной мере увязаны с теми принципиальными и конструктив-
ными решениями, которые были рассмотрены выше, т. е. при соз-
дании приборов для измерения в процессе обработки достигнут
большой уровень унификации их конструкции.

д.	Адаптивная система управления режимами работы станка
с использованием приборов активного контроля. Под адаптивной
системой управления понимается такое управление, которое
обеспечивает оптимальный цикл обработки по результатам изме-
рения параметров, характеризующих интенсивность процесса
резания в текущий момент времени. Такими параметрами могут
быть упругие деформации системы СПИД, усилие резания и
требуемая мощность на обработку, скорость съема припуска и т. д.

Наиболее эффективным параметром является фактическая
скорость съема величины припуска. Основная цель такой
адаптации заключается в обеспечении постоянства условий про-
цесса шлифования к концу обработки вне зависимостй от вели-
чины припуска, нестабильности механизма подачи и т. д.

Созданы приборы, которые в процессе работы станка измеряют
не только значение размера, но и скорость изменения размера
и величину оставшегося припуска на обработку и выдают управ-
ляющий сигнал на изменение режима станка при достижении
определенного значения комбинации этих двух сигналов.

На рис. 17.12 показана схема шлифования при использовании
прибора активного контроля с адаптивной системой. При разных
скоростях съема припуска осп команда на выхаживание выдается
при разных значениях размера, т. е. при разных значениях при-
пуска на выхаживание. Однако окончание обработки происходит
при постоянной скорости, равной 1 мкм/с.

Система адаптивного управления обладает следующими основ-
ными достоинствами:

позволяет оптимизировать окончание обработки, что умень-
шает разброс размеров деталей более чем на 50%, уменьшить
конусность детали в 1,5—2 раза, уменьшить поверхностные не-
ровности не менее чем на 30% и избежать прижогов;

обеспечивает постоянные деформации в системе СПИД;

создает предпосылки для повышения производительности,
так как на этапе чернового шлифования перед выхаживанием
могут быть применены максимальные подачи.
Рис. 17.12. Схема адаптивного управления процессом шлифования с использо-
ванием приборов для измерений в процессе обработки

е.	Поверка приборов активного контроля. Погрешность при-
боров активного контроля в статических условиях определяется,
как и у измерительных головок, с непрерывным изменением раз-
мера. Обычно в этих приборах определяют погрешность срабаты-
вания каждой команды, погрешность настройки команд и смеще-
ние уровня настройки за определенное время.

Наиболее полно точностные свойства приборов активного
контроля выявляют по результатам измерения размеров деталей,
обработанных на станке с участием прибора. Основная трудность
такой поверки заключается в отделении погрешности станка
и режимов резания от погрешности прибора.

ж.	Достоинства приборов активного контроля. 1. Повышается
производительность обработки без снижения качества благо-
даря сокращению вспомогательного времени на остановку станка
для измерения детали, а также благодаря возможности много-
станочного обслуживания, обладают гибкостью.

2.	Повышается качество изделий благодаря автоматическому
поддержанию заданных режимов обработки.

3.	Облегчается труд станочников, обеспечивается безопас-
ность условий работы. При использовании приборов активного
контроля работу на шлифовальных станках могут производить
операторы невысокой квалификации без снижения качества из-
делия.

§ 3. КОНТРОЛЬНЫЕ АВТОМАТЫ

По количеству групп, на которые разделяются конт-
ролируемые детали, контрольные автоматы бывают двух видов.
Автоматы первого вида выделяют одну группу годных дета-
лей, размеры которых находятся внутри допуска, и одну или
две группы бракованных деталей (брак исправимый и неиспра-
вимый).
Автоматы второго вида разделяют годные детали на несколько
размерных групп в пределах допуска для использования в после-
дующем при селективной сборке.

а. Автоматы первого вида. Эту группу автоматов в полной
мере можно отнести к «пассивным» и их применение должно быть
весьма ограниченным, поскольку оно часто оказывается экономи-
чески нецелесообразным и технически необоснованным, так как
при налаженном технологическом процессе нет необходимости
в контроле всех изготовленных деталей и достаточен так назы-
ваемый выборочный контроль.

Однако практика показала, что есть ряд случаев, когда при-
менение автоматов вполне оправдано экономически и целесо-
образно технически.

1. При недостаточной точности технологического процесса,
которая находится на уровне требуемой точности обработки
детали.

2..	При неустойчивом технологическом процессе, который прак-
тически не поддается регулировке.

3.	При изготовлении изделий, состоящих из нескольких дета-
лей (неудачное сочетание размеров деталей может привести
к выходу одного из комплексных показателей за границы поля
допуска). _____

4.	При изготовлении деталей, отклонения размеров которых
за допускаемые пределы может привести к аварии или несчастным
случаям.

5.	При измерении деталей сложной формы, у которых эксплуа-
тационный показатель определяется комплексом взаимосвязан-
ных параметров, получаемых на разных этапах технологического
процесса.

6.	При использовании автомата для блокировки технологи-
ческого оборудования от возможных поломок при попадании
деталей с определенными отклонениями.

7.	При использовании контрольного автомата в качестве
подналадчика, т. е. для воздействия по результатам измерения
на технологический процесс.

Во многих случаях автоматы этого вида целесообразнее за-
менять на контрольные приспособления без потери качества.

б.	Автоматы второго вида. Эти автоматы в определенной мере
являются не столько контрольными, сколько технологическими,
поскольку они призваны облегчить процесс точного изготовления,
заменив его точностью измерения.

Автоматы второго вида целесообразно применять в той мере,
в какой целесообразно применение селективной сборки вообще.

в.	Конструкции контрольных автоматов. Конструкции авто-
матов обычно разрабатывают применительно к виду измеряемой
детали, даже более того — к типоразмеру детали. Контрольные
автоматы состоят обычно из нескольких функциональных узлов,
предназначенных для загрузки контролируемых деталей, транс-
Рис. 17.13. Схема автомата
для контроля и разделения
на размерные группы роли-
ков

портных устройств для перемещения детали от загрузочных уст-
ройств на измерительную позицию, измерительных устройств,
где производятся непосредственные измерения, и исполнительных
устройств,- которые перемещают деталь после контроля в соответ-
ствующий бункер.

На рис. 17.13 в качестве примера приведена схема автомата
для контроля и разделения на размерные группы по длине и
диаметру роликов к подшипникам. Ролики диаметром 5—16 мм
разделяются на 40 групп. Производительность автомата состав-
ляет 2500 шт/ч. Ролики засыпаются в загрузочное устройство /,
откуда через питатель 2 по одному попадают в окно толкателя 3
(транспортное устройство) и переносятся на измерительную по-
зицию 4. По результатам измерения электромагниты исполнитель-
ных устройств 5 поворачивают заслонки и открывают проход
ролика в соответствующий бункер 6, куда он подается транспор-
тером 3, и цикл повторяется снова.

При создании конструкций контрольных автоматов широко
используют унификацию функциональных узлов. Специализиро-
ванные отрасли изготовляют ряд основных функциональных уз-
лов, определяющих работу контрольных автоматов и обеспечиваю-
щих точность их работы. Это относится, прежде всего, к первич-
ным преобразователям (датчикам).

Контрольные автоматы в настоящее время чаще всего осна-
щаются индуктивными или фотоэлектрическими измерительными
системами и реже электроконтактными.

Индуктивные измерительные системы, используемые в кон-
трольных автоматах первого вида, не отличаются от индуктивных
приборов, рассмотренных в гл. 6, а в автоматах второго вида
применяют индуктивные системы, в принципе, аналогичные рас-
Рис. 17.14. Фотоэлектрический преобра-
зователь мод. ПФС (завод «Измерен»)
смотренным в данной главе (рис.
17.2). Отличие заключается только
в том, что число уровней срабаты-
вания значительно больше (до 50)
и команды выдаются не на станок,
а на исполнительное устройство,
которое перемещает измеренную
деталь в место хранения деталей
определенной размерной группы.

Фотоэлектрические измеритель-
ные системы построены на базе
фотоэлектрического преобразова-
теля, в конструкции которого ис-
пользуется пружинный механизм
и оптический рычаг, как и в пру-
жинно-оптической головке — опти-
каторе (см. гл. 5, § 3), в сочетании
с группой фоторезисторов (рис.
17.14). Световой поток от освети-
теля /, выделенный в виде узкой
полосы, направляется на зеркало
4, находящееся на скрученной пру-
жине 3. Отражаясь от зеркала, изо-
бражение щели попадает на один
из фоторезисторов 2 и одновре-
менно на шкалу. При перемещении
измерительного стержня в зависи-
мости от размера контролируемой
детали пружина повернется и зер-
кало 4 займет определенное угло-
вое положение, а отраженный по-
ток засветит фоторезистор, соответ-
ствующий определенной размерной
группе. Фотоэлектрические преоб-
разователи изготовляют на число
групп от 10 до 50 и с ценой деле-

ния отсчетного устройства от 0,0005 до 0,005 мм.

Электроконтактные преобразователи имеют самые разнообраз-
ные конструкции [10].

На рис. 17.15 приведены примеры электроконтактных датчи-
ков, используемых в автоматах. В малогабаритном датчике
мод. 233 (рис. 17.15, а) используется рычажная передача пере-
мещений от измерительного стержня / на подвижные контакты 5
и 8. Первое малое плечо рычажной передачи, равное 3 мм, обра-
зуется между точкой контакта измерительного стержня 1 с ры-
Рис. 17.15. Электро контактные датчики (завод «Калибр»):

о — без возможности отсчета; б — с возможностью отсчета: в — для контроля колебания
размера (амплитудные)
чагом 4 и осью опоры 2, на которой располагается с помощью
призмы 9 подвижный рычаг 4. На рычаге 4 находятся подвижные
контакты 5 и 8. Длина рычага от опоры до подвижных контактов,
т. е. большое плечо рычажной передачи, равно 15 мм. Измери-
тельные усилия создаются пружиной 7, а поворот рычага 4 при его
свободном ходе осуществляется с помощью пружины 3. Непо-
движные при работе контакты регулируются с помощью вин-
тов 6.

В датчике мод. 228 (рис. 17.15, б) имеется возможность от-
счета измеряемого размера, так как в него может быть установлена
измерительная головка с присоединительным цилиндром диа-
метром 8 мм. Измерительный стержень / несет упор 8, который
контактирует со штифтом 9, находящимся на рычаге 4 с подвиж-
ными контактами 2 и 6. Штифт 9 смещен от оси закрепления ры-
чага на 5,8 мм и образует малое плечо рычажной передачи. Раз-
мер большого плеча от оси поворота рычага до подвижных кон-
тактов составляет 29 мм. Верхний 5 и нижний 3 неподвижные
контакты являются регулируемыми. При установке стрелочного
отсчетного устройства 7 его измерительный наконечник упирается
в верхний торец измерительного стержня.
Среди электроконтактных преобразователей имеются так на-
зываемые амплитудные, предназначенные для контроля колебаний
размера детали, т. е. отклонений формы.

Электроконтактный датчик для контроля колебаний размеров
приведен на рис. 17.15, в. Измерительный стержень 1 связан
с фрикционной пластиной 2, которая поджимается к подшип-
нику 3. Радиус наружного кольца подшипника является малым
плечом рычажной передачи, равной 6,5 мм. Вторым плечом пере-
дачи является рычаг 9 с подвижными контактами 3 и 7. На ниж-
нюю часть измерительного стержня воздействует арретир 4,
управляемый винтом 5. Верхний контакт 6 регулируемый, а ниж-
ний контакт 10 нерегулируемый. Измерительная головка 8
съемная.

г.	Поверка автоматов. Поверку автоматов обычно осуще-
ствляют контролем на автомате образцовых деталей, размеры ко-
торых отличаются от настроенного размера на величину погреш-
ности контроля. Иногда для поверки используют установочную
меру и производят смещение уровня настройки на величину
допускаемой погрешности внутрь и за границы поля допуска.
В этом случае, если погрешность автомата находится в пределах
допустимой, при смещении настройки внутрь поля допуска деталь
все время должна признаваться годной, а при смещении на-
стройки за границу поля допуска — все время браком.

Существует много способов поверки автоматов, когда ана-
лизируются распределения размеров деталей при многократном
пропускании через автомат.

§ 4.	АВТОМАТИЗИРОВАННЫЕ ИЗМЕРИТЕЛЬНЫЕ
УСТРОЙСТВА

Автоматизированные измерительные устройства, ко-
торые раньше обычно называли контрольными приспособлениями,
а теперь часто называют нестандартизованными средствами изме-
рения, представляют собой многомерный прибор, т. е. средство
измерения одновременно нескольких параметров определенной
детали. В отличие от автоматов в этих устройствах загрузка
деталей иа измерительную позицию осуществляется вручную,
а процесс определения размера автоматизирован. Обычно эти
устройства используют непосредственно на рабочих местах при
наладке технологического оборудования и для выборочных изме-
рений для наблюдения за точностным состоянием технологиче-
ского оборудования. Широкое распространение такие измеритель-
ные устройства имеют в автомобильной и подшипниковой про-
мышленности [7] и технически и экономически их использование
во многих случаях более эффективно, чем автоматов. В автомати-
зированных измерительных устройствах используют и показы-
вающие устройства, и командные. Как правило, когда измеряется
несколько параметров детали, имеется обобщенный световой сиг-
Рис. 17.1в. Автоматизированное устройство для измерения коленчатых валов
(фирма «Файннрюф., Германия)

нал, информирующий о годности детали по всем измеряемым па-
раметрам или о наличии размеров, выходящих за пределы до-
пуска. Обычно имеется возможность отсчитывать значения изме-
ренных значений. Для этого либо по каждому измеряемому раз-
меру имеется цифровая или стрелочная отсчетная система, либо
на одну отсчетную систему оператор может вызвать значение лю-
бого измеренного размера. В наиболее совершенных измеритель-
ных устройствах предусматривается обычно цифропечатающее
устройство, выдающее протокол измерений или распечатку зна-
чений, которые заранее установлены и интересуют оператора.

В качестве преобразователей в измерительных устройствах
используют индуктивные системы (см. гл. 6), пневматические от-
счетные устройства (см. гл. 7) или различные отсчетные головки
(см. гл. 5), а также измерительные головки, снабженные электри-
ческими контактами.

На рис. 17.16 приведен пример зарубежного автоматизирован-
ного измерительного устройства для коленчатых валов грузовых
автомобилей. Измеряется одновременно 50 размеров, из которых
42 размера диаметров, семь значений радиального биения и одно
значение торцового биения. Загрузку детали на измерительную
позицию осуществляют вручную, а процесс измерения и выдача
результатов автоматические. На устройстве указан общий вид
детали и измеряемые размеры. Для каждого измеряемого размера
имеется один световой указатель, информирующий о годности
или браке размера. На одно цифровое отсчетное устройство
может быть вызвано любое из измеренных значений. Цифропеча-
тающее устройство выдает значение размеров опорных шеек.

Поверку измерительных устройств обычно выполняют по образ-
цовым деталям.

§ 5.	ИЗМЕРЕНИЕ ЛИНЕЙНЫХ И УГЛОВЫХ
РАЗМЕРОВ В ГИБКИХ ПРОИЗВОДСТВЕННЫХ
СИСТЕМАХ МАШИНОСТРОЕНИЯ

В последние годы решение основных задач машино-
строения по повышению производительности и точности изготов-
ления связывают с гибкими производственными системами, осо-
бенно при мелко- и среднесерийном производстве и чаще всего
при изготовлении деталей сложной геометрической формы (на-
пример, корпусных деталей, многоступенчатых валов и т. д.).
Гибкая производственная система (ГПС) — совокупность обо-
рудования с ЧПУ, роботизированных технологических комплек-
сов, гибких производственных модулей и систем обеспечения
их функционирования в автоматическом режиме, обладающая
свойством автоматизированной переналадки при производстве
изделий Произвольной номенклатуры.

Таким образом, под ГПС понимают такое производство, ко-
торое в значительной мере автоматизировано, т. е. имеет весьма
ограниченное по сравнению с обычным производством число опе-
раторов и, главное, относительно быстро можёГ'быть перенала-
жено на производство других деталей, однотипных по конфигу-
рации. При этом имеется в виду, что осуществляется автомати-
зированная переналадка, т. е. по приведенному определению
(§ 1) предусматривается участие и операторов в этой переналадке.
При этом переналадка станков заключается в основном в замене
на них управляющих программ, а иногда и некоторых видов
инструментов.

Итак, перед измерением в ГПС стоит задача охвата широкой
номенклатуры деталей, изготавливаемых в этой системе, и бы-
стрый переход (гибкость) от измерения деталей одного вида
к деталям другого вида. В отношении обеспечения измерения
в ГПС необходимо иметь в виду, что технологическое оборудова-
ние, применяемое в этих системах, должно обладать определен-
ным запасом по точности изготовления. Опыт создания ГПС по-
казывает, что такой запас должен быть в пределах 30—50%
наименьшего допуска обрабатываемых деталей. Вот с учетом
этого фактора и должны решаться вопросы измерения в условиях
ГПС. А учет этого фактора заключается в том, что измерения
должны проводиться с целью так называемого технологического
обеспечения качества изготовления [13, 14, 2 ' ]. Под этим термином
понимается, что измерять необходимо те параметры или объекты.
которые дают возможность оценивать точность технологического
процесса. Для этого необходимо разрабатывать систему измере-
ния для каждой конкретной ГПС. В этой системе должно быть
предусмотрено измерение точности работы станка, инструмента,
их взаимное расположение и т. д.

Короче говоря, необходимо измерять такие параметры, кото-
рые предупреждали бы появление брака вместо фиксации этого
брака после окончания обработки. В системе измерения может
быть предусмотрено и измерение размеров и параметров детали,
но это должно делаться, прежде всего, с целью определения точ-
ности технологического процесса по точности определенных па-
раметров. Возможно и измерение для приемки деталей по неко-
торым параметрам в том случае, если нет запаса по точности
технологического оборудования, о чем говорилось ранее.

Не надо думать, что для ГПС должны создаваться какие-то
специальные средства измерения и обязательно автоматические.
Таким образом, для каждой ГПС должна разрабатываться си-
стема измерения с учетом требований к точности обрабатываемой
детали и точностных возможностей технологического оборудо-
вания. В ГПС применяют большинство автоматизированных из-
мерительных средств, рассмотренных в учебнике. Ниже будут
приведены рекомендации, которые могут быть использованы при
создании систем измерения в условиях ГПС. Дополнительно не-
обходимо, например, сказать о специализированных измеритель-
ных приборах со специфическим названием. Речь идет о при-
борах для размерной настройки инструмента вне станка. Эти
приборы являются как бы дополнением к станкам с ЧПУ много-
целевого назначения. При работе станков осуществляется авто-
матическая смена инструмента, находящегося в магазине. Для
того чтобы после установки инструмента шпиндель станка на-
ходился в определенном положении, его необходимо хотя бы
предварительно выставить в той обойме, в которой он устанавли-
вается на станке. Поэтому осуществляют предварительную на-
стройку инструмента вне станка. Эти приборы представляют
собой двухкоординатные измерительные устройства, очень похо-
жие по принципиальной схеме на измерительные микроскопы
(см. гл. 8). Отличие заключается лишь в том, что в них имеются
базирующие устройства, аналогичные имеющимся на станке для
установки инструмента, который необходимо настроить.

Две измерительные отсчетные системы позволяют выставить
положение режущих кромок инструмента в определенном положе-
нии относительно его базирующих элементов. Высокой точности
положения инструмента на станке таким выставлением добиться
не удается, приходится проводить подстройку с помощью управ-
ляющей системы станка. Однако, если не выставлять инструмент
предварительно, то может оказаться, что возможности станка
в отношении подстройки окажется недостаточно. Но в некоторых
станках резервы подстройки управляющей системы настолько
большие, что можно обходиться без предварительной настройки
инструмента.

Измерения должны проводиться максимально приближенно
к тому месту, где возможно появление погрешности изготовления.
Измерять деталь после окончательной ее обработки с целью
проверки точности технологического процесса мало эффективно.

Наиболее близким местом для измерения является обраба-
тывающий станок. Поэтому на очень многих гибких модулях
в ГПС, особенно при измерении деталей сложной формы (например,
корпусных деталей), используют так называемые контактные
головки (датчики контакта), полностью аналогичные тем, которые
были рассмотрены в гл. 14 § 4 при описании координатно-изме-
рительных машин. Для измерения этими головками на станке,
а они устанавливаются вместо режущего инструмента, возникают
определенные трудности для снятия информации. Поэтому появи-
лись разновидности таких головок (датчиков), в которых сигнал
касания наконечником детали передается не по проводам, а с по-
мощью инфракрасной связи или радиосигнала. Иногда на не-
большое расстояние передача осуществляется бесконтактной ин-
дуктивной связью.

При измерении на станке, он в данном случае используется,
в принципе, как КИМ, станок должен иметь отдельную измери-
тельную программу, отличающуюся от программы, используемой
при обработке.

Достоинством измерения на станке является возможность
принять оперативные меры при появлении брака. Недостаток
этого метода в простое технологического оборудования. Кроме
того, необходимо иметь в виду, что при измерении на станке
не выявляются некоторые погрешности, имеющиеся в детали,
которые проявятся при ее сборке или эксплуатации. Дело в том,
что если, например, направляющие станка непрямолинейны, то
и при изготовлении, и при измерении инструмент и наконечник
контактной головки будут перемещаться по одинаковой траек-
тории и влияние на погрешность детали отклонений от прямоли-
нейности направляющих станка не будет выявлено. Технологи-
ческая база не всегда совпадает с эксплуатационной.

В связи с указанным недостатком в последние годы сокра-
щается число станков, на которых устанавливаются контактные
головки. Но для этого необходимо повышение точности станков,
особенно в отношении случайной погрешности (стабильность
работы станка). Часто в ГПС для наблюдения за точностью станка
измерение определенного числа деталей выполняет оператор и,
если требуется, вносит соответствующие коррективы в настройку
станка.

Измерять необходимо параметры детали или оборудования,
которые непосредственно связаны с определенными показателями
точности технологического процесса. Другими словами, измерять
необходимо показатели, по которым были бы ясны причины
появления погрешностей при обработке деталей. Например,
измерение размеров наиболее точных диаметров детали дает
возможность оценить износ инструмента.

Измерять необходимо параметры, точность которых является
неустойчивой для данного технологического процесса. В совре-
менных ГПС наиболее неустойчивым является режущий инстру-
мент. Пока нет надежных способов измерения степени износа
инструмента в процессе его эксплуатации, поэтому очень часто
на ГПС просто заменяют инструмент через определенное, заранее
установленное время его работы.

Нецелесообразно измерять детали по комплексным пара-
метрам, например, предельными калибрами, поскольку по резуль-
татам измерения нельзя выявить источники погрешности и практи-
чески не выявляются отклонения формы, которые в значительной
мере могут характеризовать точностное состояние технологиче-
ского процесса, особенно в отношении случайных погрешностей.

Для проведения измерений в большинстве ГПС целесообразно
привлечение оператора, совмещающего функции наладчика и кон-
тролера. В этом случае оператора целесообразно обеспечить
автоматизированными средствами измерения, например универ-
сальными приборами с электронным цифровым отсчетным устрой-
ством и внешним выходом информации.

Не исключается, конечно, и создание автоматических средств
измерения, однако для ГПС этот путь решения задачи весьма
сложен. Необходимо обратить внимание, что рассмотренные
ранее КИМ (см. гл. 14), в принципе, являются гибкими измери-
тельными системами, при использовании которых переход на
измерение деталей другого типоразмера так же просхо осуще-
ствить, как и в случае использования гибких технологических
модулей. Поэтому в ГПС по обработке деталей сложной формы,
например корпусных деталей, обязательно должны использо-
ваться КИМ.

В ГПС необходимо использовать статистические методы ана-
лиза. Поэтому средства измерения, используемые в ГПС, как
правило, должны иметь выход для подключения к вычислительной
технике для получения статистических характеристик. Это не-
обходимо, прежде всего, для накопления опыта создания ГПС и
определения оптимальных условий их применения. По резуль-
татам статистического анализа можно предсказать появление
брака по определенным параметрам.

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ

1.	Что такое автоматические и автоматизированные средства измерения
(в. 378)?

2.	Что такое приборы активного контроля (приборы управляющие)? До-
стоинства этих приборов (с. 379).

3.	Принцип работы типового отсчетно-командного электронного устройства
(управляющего блока) к приборам активного контроля (с. 381).
4.	Виды измерительных узлов (скоб) для приборов активного контроля при
круглом наружном шлифовании (с. 383).

5.	Принцип работы приборов аитивного контроля при сопряженном шлифо-
вании (с. 388).

6.	Особенности конструкций приборов активного контроля для виутри-
шлифовальных и плоскошлифовальных станков (с. 394).

7.	Широкодиапазоиные приборы активного контроля, их конструктивные
особенности и область применения (с. 389).

8.	Адаптивная система управления режимами работы станка с использова-
нием приборов активного контроля (с. 395).

9.	Виды контрольных автоматов и области их применения (с. 396).

10.	Основные функциональные узлы контрольных автоматов (с. 398).

11.	Измерительные системы, используемые в контрольных автоматах (с. 398).

12.	Фотоэлектрический преобразователь и его принципиальная схема (с. 399).

13.	Виды электрокоитактных датчиков и их принципиальные схемы (с. 399).

14.	Автоматизированные измерительные устройства, их назначение и отли-
чительные особенности (с. 402).

15.	Особенность измерений в гибких производственных системах (с. 404).

16.	Рекомендации по системам измерения в гибких производственных си-
стемах (с. 406).
РАЗДЕЛ IV

ОСНОВНЫЕ МЕРОПРИЯТИЯ ПО

ОБЕСПЕЧЕНИЮ ЕДИНСТВА ИЗМЕРЕНИЯ

Под единством измерения понимают состояние изме-
рений, при котором их результаты выражены в узаконенных
единицах и имеют нормируемую точность.

Обеспечение единства измерений осуществляется периоди-
ческой поверкой средств измерения, производимой государствен-
ной и ведомственной метрологическими службами (единство средств
измерения), а также работами по оценке погрешности измерения
при разных условиях (см гл. 9).

ГЛАВА 18. ОСНОВНЫЕ СВЕДЕНИЯ ПО ПОВЕРКЕ

СРЕДСТВ ИЗМЕРЕНИЯ И ОБЕСПЕЧЕНИЮ
ЕДИНСТВА ИЗМЕРЕНИЙ

Под поверкой средств измерения (иногда говорят
коротко — поверка) понимают экспериментальное определение
погрешности средств измерения и установление их пригодности
к применению. Иногда при поверке не определяют значения по-
грешности средств измерения, а устанавливают, находится ли она
в допускаемых пределах. (Если выявляется не только погрешность
средств измерения, но и другие показатели, то часто вместо слова
«поверка» употребляют «проверка».)

Все измерительные средства после их изготовления или ре-
монта. а также в процессе эксплуатации (хранения) должны про-
ходить поверку.

Поверка средств измерения после изготовления или ремонта
перед выпуском в обращение называется первичной поверкой.

Поверка средств измерения, проводимая при его эксплуатации
или хранении через определенные промежутки времени (меж-
поверочные интервалы), называется периодической поверкой.
(Сроки поверки устанавливают в зависимости от интенсивности
использования). Эту поверку осуществляют либо органы государ-
ственной метрологической службы (государственная поверка ор-
ганами Госстандарта), либо органы ведомственной метрологиче-
ской службы (ведомственная поверка)
У нас в стране установлена Государственная система обеспе-
чения единства измерений (ГСИ). Под этой системой понимают
комплекс регламентированных стандартами взаимосвязанных пра-
вил и положений, требований и норм, определяющих органи-
зацию и методику проведения работ по оценке и обеспечению
точности измерений, результаты которых используются государ-
ственными органами, предприятиями, организациями и учрежде-
ниями СССР. Комплекс стандартов по единству измерения объ-
единен в серии стандартов, номер которых начинается с цифры 8,
например ГОСТ 8.001—80, ГОСТ 8.051—81 и т. д.

В Государственной системе единства измерения стандарты
регламентируют:

а) единицы физической величины; б) методы и средства вос-
произведения единицы физической величины; в) методы и средства
передачи размеров единых физических величин рабочим средствам
измерения; г) номенклатуру, способы выражения и количествен-
ное значение нормируемых метрологических характеристик
средств измерения; д) организацию, порядок и методику проведе-
ния государственных испытаний средств измерения; е) органи-
зацию, порядок и методику проведения поверок; ж) требования
к методикам выполнения измерения; з) номенклатуру и способы
выражения показателей точности измерений и формы представле-
ния результатов измерений.

Каждый вновь создаваемый прибор перед постановкой на
производство с целью продажи должен обязательно подвергаться
государственным испытаниям.

Государственными испытаниями называют "испытания вновь
разработанных средств измерения, проводимые для решения во-
проса о целесообразности их производства, а также на соответ-
ствие их требованиям стандартов и техническому заданию (го-
сударственные приемочные испытания). Государственным ис-
пытаниям подвергают уже находящиеся в производстве средства
измерения при выпуске их. Они проводятся для контроля соот-
ветствия их уже утвержденному типу и требованиям стандартов или
технических условий (государственные контрольные испытания).

На все измерительные средства, производимые на продажу,
обязательно разрабатывают государственные стандарты или тех-
нические условия завода, где устанавливают основные требо-
вания к этому измерительному средству, но не предопределяют
его конструкцию. При выпуске из производства все измеритель-
ные средства снабжаются паспортом или аттестатом.

В большинстве случаев создают нормативный документ и на
поверку измерительных средств. Специальные средства измерения,
создаваемые для отдельных производств, в том числе для соб-
ственных нужд предприятия, должны после изготовления взамен
государственных испытаний проходить так называемую метроло-
гическую аттестацию. Такие средства измерения называются не-
стандартизованиыми (НСИ).
Рис. 18.1. Общесоюзная поверочная схема (рекомендуемая компоновка)

1 — государственный эталон; 2 — метод передачи размера единиц; 3 — эталон-копи я.
4 — эталон-свидетель; 5 — рабочий эталон; 6, 7 и в — образцовые средства измерений
соответствующих разрядов; 9 — образцовые средства измерений, заимствованные к-
других поверочных схем; /0 — рабочие средства измерений

Основным документом, организующим поверку средств из-
мерения, является поверочная схема.

Поверочной схемой называется официальный документ, уста-
навливающий соподчинение и точность средств воспроизведения
и хранения единиц некоторой физической величины, обеспечива-
ющих целесообразную систему передачи размера этой единицы
рабочим средствам измерения всех существующих уровней точ-
ностей.

Такие поверочные схемы существуют отдельно на средства
измерения всех физических величин, например поверочные схемы
на средства измерения линейных размеров или угловых раз-
меров, или температуры, или давления и т. д.

Бывают общесоюзные и локальные поверочные схемы.

Общесоюзной поверочной схемой называется схема, охваты-
вающая все имеющиеся в стране средства измерения данной физи-
ческой величины.

На рис. 18.1 приведен пример рекомендуемой компоновки
общесоюзной поверочной схемы для любых физических величин.

Локальной поверочной схемой называется схема, охватываю-
щая средства измерения данной физической величины, имеющиеся
или поверяемые в территориальном органе метрологической
службы. К локальной схеме относится поверочная схема, кото-
рая имеется на каждом предприятии и организации, использую-
щих средства измерения при выпуске продукции, при проведении
научно-исследовательских и экспериментальных работ.

Все работы по организации и проведению поверки средств
измерения осуществляют в стране метрологические службы.

ГЛАВА 19. ВЕДОМСТВЕННАЯ МЕТРОЛОГИЧЕСКАЯ

СЛУЖБА

Метрологической службой называется сеть государ-
ственных и ведомственных метрологических органов, в задачу
которых входит метрологическое обеспечение народного хозяйства.
Государственной метрологической службой называется метро-
логическая служба, в состав которой входят органы Государ-
ственный комитет СССР по управлению качеством продукции
и стандартам (Госстандарт СССР).

Ведомственной метрологической службой называют метрологи-
ческую службу отдельного министерства или ведомства. Вся
совокупность работ, проводимых ведомственной метрологической
службой, направлена на метрологическое обеспечение как при
подготовке производства в народном хозяйстве, так и при самом
производстве.

Метрологическим обеспечением называется совокупность пра-
вил, норм, технических средств и мероприятий, служащих для
обеспечения единства измерений и метрологической исправности
средств измерения.

Ведомственная метрологическая служба состоит из метроло-
гической службы непосредственно в министерстве, головной
организации метрологической службы, базовых организаций ме-
трологической службы и метрологических служб предприятия,
Рис. 19.1. Рекомендуемая структура подразделений метрологической службы
предприятий

научно-исследовательских, проектно-конструкторских и техноло-
гических организаций.

Метрологическая служба министерства (ведомства) создается
для проведения комплекса мероприятий по метрологическому
обеспечению работ, выполняемых предприятиями и организа-
циями министерства (ведомства), направленных на обеспечение
единства измерений, ускорение технического прогресса, повы-
шение эффективности производства и улучшение качества вы-
пускаемой продукции.

Головная организация метрологической службы создается для
осуществления организационно-методического и научно-техниче-
ского руководства работами базовых организаций метрологи-
ческой службы и метрологических служб предприятий (органи-
заций) по метрологическому обеспечению разработки, производ-
ства, испытания и эксплуатации продукции, выпускаемой пред-
приятием (организацией) министерства (ведомства).

Базовые организации метрологической службы создаются для
осуществления научно-технического и организационно-методи-
ческого руководства работами по метрологическому обеспечению
прикрепленных к ней предприятий (организаций), а также метро-
логическому обеспечению разработки, производства, испытаний
и эксплуатации закрепленных за ней групп продукции.

Метрологическая служба предприятий является основным зве-
ном ведомственной метрологической службы и создается как
самостоятельное структурное производственное, научно-исследо-
вательское подразделение, возглавляемое главным метрологом
предприятия.

Основными задачами метрологической службы предприятия
являются: а) обеспечение единства измерения, повышение уровня
и совершенствования, техники измерений, испытаний и контроля
на предприятиях; б) проведение работ по подготовке и совершен-
ствованию метрологического обеспечения во всех областях дея-
тельности предприятия; в) внедрение методов и средств измере-
ния, отвечающих современным требованиям, и некоторые другие.

Сущность метрологической службы предприятия заключается
в создании единой централизованной службы для обеспечения
единого подхода к решению задач по метрологическому обеспе-
чению производства.

Метрологическая служба предприятия отвечает за все виды
измерений; все, что связано с измерениями на предприятии,
должно решаться с обязательным участием метрологических
служб.

Рекомендуемая структура подразделений метрологической
службы для предприятий приведена на рис. 19.1. Эта рекоменда-
ция в определенной мере условна и в основном показывает ха-
рактер выполняемых работ. Вместо отдела главного метролога
на небольших предприятиях создается центральная лаборатория
измерительной техники (ЦЛИТ) или выделяется ответственный
за работу по метрологии из числа технических или админи-
стративных руководителей предприятия.

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ

1.	Что понимается под единством измерений (с. 409)?

2.	Когда осуществляется поверка измерительных средств и что означает
термин «поверка» (с. 409)?

3.	Что представляет собой Государственная система обеспечения единства
взмерения (с. 410)?

4.	Что такое государственные испытания измерительных средств, их виды
и цели проведения (с. 410)?

5.	Что такое поверочная схема, каковы ее виды (с. 411)?

6.	Что такое метрологическая служба, каковы ее задачи (с. 412)?

7.	Что такое метрологическая служба министерства (ведомства), головная
организация, базовая организация (с. 412)?

8.	Каковы задачи, решаемые метрологической службой предприятий (с. 414)?
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1.	Активный контроль размеров/С. С. Волосов, М. Л. Шлейфер, В. Я. Рюм-
кии и др.; Под ред. С. С. Волосова. М.: Машиностроение, 1984. 224 с.

2.	Виноградов Ю. Д., Машинистов В. М., Розеитул С. А. Электронные
измерительные системы для контроля малых перемещений. М.: Машиностроение,
1976. 142 с.

3.	Волосов С. С., Педь Е. И. Приборы для автоматического контроля в ма-
шиностроении. М.: Изд-во стандартов, 1975. 336 с.

4.	Допуски и посадки. Справочник. В 2 ч./В. Д. Мягков, М. А. Палей,
А. Б. Романов, В. А. Брагинский. — 6-е изд., перераб. и доп. Л.: Машинострое-
ние, Ленингр. отд-е, 1983. Ч. 1. 543 с.; Ч. 2. 448 с.

5.	Единая система допусков и посадок СЭВ в машиностроении и приборо-
строении. Контроль деталей: Справочное иадаиие 2-ое. Изд-во стандартов, 1989.
208 с.

6.	Иванов А. Г. Измерительные приборы в машиностроении. Учебное посо-
бие для студентов приборостроительных специальностей. М.: Изд-во стандартов,
1981. 496 с.

7.	Контрольные приспособлеиия/Б. А. Гипп, Ю. М. Гоиикберг, М. М. Кап-
лун и др. М.: Машгиз, 1960. 339 с.

8.	Координатные измерительные машины и их примеиеиие/В.-А. А. Гап-
шис, А. Ю. Каспарайтис, М. Б. Модестов и др. М.: Машиностроение, 1988. 328 с.

9.	ЛииейныеТГ угловые измереиия/Г. Д. Бурдуи, Г. С. Бирюков, М. Г. Бо-
гуславский и др. М.: Изд-во стандартов, 1977. 512 с.

10.	Марков Н. Н., Машинистов В. М., Этиигоф М. И. Электроконтактиые
датчики для линейных измерений. М.: Машиностроение, 1969. 243 с.

11.	Марков Н. Н., Каймер Г. Б., Сацердотов П. А. Погрешность и выбор
средств при линейных измерениях. М.: Машиностроение, 1967. 392 с.

12.	Марков Н. Н-, Сацердотов П. А. Погрешность от температурных дефор-
маций при линейных измерениях. М.: Машиностроение, 1976. 231 с.

13.	Марков Н. Н., Артемов И. И. Измерение линейных и угловых размеров
в гибких производственных системах машиностроения. М., 1988. 40 с. ВНИИ-
ТЭМР, серия 1, иып. 1.

14.	Марков Н. Н-, Артемов И. И., Колями О. М. Состояние и перспективы
развития средств измерения зубчатых колес и передач в условиях автоматизи-
рованного производства. М., 1988. 48 с. (Машиностроит. пр-во, Сер. Автомати-
зация пр-ва, гибкие производственные системы и робототехника) ВНИИТЭМР.
Вып. 6.

15.	Медянцева Л. Л., Горбачева В. В., Шарова Е. Е. Контроль прямолиней-
ности и плоскостности поверхностей. М.: Изд-во стандартов, 1972. 119 с.

16.	Методические указания. Выбор универсальных средств измерения
линейных размеров до 500 мм/по применению ГОСТ 8.051—81/РД 50-98—86.
М.: Изд-во стандартов, 1987. 84 с.

17.	Производство зубчатых колес: Справочиик/С. И. Калашников, А. С. Ка-
лашников, Г. И. Коган и др.; Под общ. ред. Б. А. Тайца. — 3-е изд., перераб.
и допол. М.: Машиностроение, 1990. 464 с.

18.	Рубинов А. Д. Контроль больших размеров в машиностроении: Справоч-
ник. Л.: Машиностроение, 1982. 120 с.

19.	Тайц Б. А. Точность и контроль зубчатых колес. М.: Машиностроение,
1972. 368 с.

20.	Технологическое обеспечение качества продукции и машииостроеиии/ак-
тивиый контроль//Г. Д. Бурдуи, С. С. Волосом, И. Н. Марков и др. М.: Маши-
ностроение, 1975. 279 с.

21.	Шостьни Н. А. Очерки истории русской метрологии XI—XIX веков.
М.: Изд-во стандартов, 1975. 271 с.
УЧЕБНОЕ ИЗДАНИЕ

Марков Николай Николаевич

Гаиевский Григорий Маркович

КОНСТРУКЦИЯ. РАСЧЕТ И ЭКСПЛУАТАЦИЯ КОНТРОЛЬНО-
ИЗМЕРИТЕЛЬНЫХ ИНСТРУМЕНТОВ И ПРИБОРОВ

Редактор Л. П. Строганов

Художественный редактор С. Н- Голуба
Технический редактор И. В. Малыгина
Корректор О. Ю Садыкова

ИБ № 6331

Сдано в набор 14.10.90. Подписано в печать 01.04.91 Формат 60x90B/i«

Бумага офсетная № 1. Гарнитура литературная. Печать офсетная. Усл леч л *2€,0.
Усл. кр.-отт. 26,0. Уч.-изд. л. 29.27. Тираж .>000 экз. Заказ 180-

Ордена Трудового Красного Знамени издательство «Машиностроение»,
107076, Москва, Стромынский пер.. 4

ЛР № 080003 от 15-08-91 г. выдана Министерством печати и информации РФ.

Отпечатано в Московской гипографии № 2 ВО «Наука» 121099, Москва, Шубин-
ский пер., 6. Зак. 703