Выбор метода измерения при проектировании средств производственного контроля

Приступая к проектированию любого из средств производствен­ного контроля (калибра, контрольного приспособления или при­бора), конструктор должен, прежде всего, принять правильный метод измерения, учтя при этом все требования, определяемые характером и точностью проверяемых элементов, а также условиями выполнения контрольной операции.

Принятие того или иного метода измерения в каждом конкрет­ном случае предопределяет выбор не только между различными видами средств производственного контроля (калибр или контроль­ное приспособление), но в значительной степени и самую их конструк­цию, погрешность измерения и технико-экономическую эффектив­ность.

При этом метод измерения надо понимать как совокупность способа осуществления контроля с условиями его выполнения (харак­тер и точность проверяемого элемента, организационная форма и производительность контроля).

Правильно выбрать метод измерения означает установить, будет ли в данном случае спроектирован калибр, контрольное приспособление или прибор; каким методом будет осуществлен контроль детали; какие при этом будут использованы измерительные средства; какая! будет достигнута производительность контроля, погрешность измерения и т. п.

Таким образом, выбор правильного метода измерения является! первой задачей, которая должна быть решена конструктором, когда он начинает проектирование средств производственного контроля.

Согласно формулировке д-ра техн. наук проф. И, Е. Городецкого, «Метод измерения определяется совокупностью используемых измерительных средств и условий измерения… Под этой совокупностью подразумеваются приборы с определенными метро­логическими характеристиками. . . и установочные меры или установочные образцовые детали со всеми их точностными характеристиками, температурный режим измерения, базирование измеряемой! объекта, характер измерительного контакта. . .»

Методы измерений, используемые в машиностроении, определяются различными признаками, в зависимости от которых они могут быть абсолютными или относительными; прямыми или косвенными; комплексными или дифференцированными; контактными или бес­контактными.

Абсолютный метод измерения характеризуется непосред­ственной оценкой действительного значения измеряемой величины.

Относительный метод измерения характеризуется срав­нительной оценкой проверяемых величин относительно действитель­ных размеров установов или образцовых деталей.

Так, все контрольные приспособления с измерительными устрой­ствами, настраиваемыми по установам или образцовым деталям (см. фиг. 11, 16 и др.), предназначенные для контроля определенных ли­нейных размеров деталей, основаны на относительном методе измерения.

Контрольные приспособления, предназначенные для проверки отклонений от заданной геометрической формы — конусности, оваль­ности, огранки, биения, параллельности поверхностей и т. п., изме­рительные устройства которых (индикаторы, миниметры и др.), как правило, не требуют настройки на нулевые деления, основываются на абсолютных методах измерения.

Примеры подобных приспособлений приведены выше на фиг. 10, 14 и др.

Таким образом, в конструкциях контрольных приспособлений широко применяются как абсолютные, так и относительные методы измерений; первые — в основном при проверке отклонений от гео­метрической формы (биение, параллельность поверхностей и другие подобные элементы), вторые — при проверке действительных зна­чений линейных и угловых величин.

Прямой метод измерения характеризуется непосредственной оценкой значения проверяемой величины или отклонений от нее.

Калибры и контрольные приспособления, как правило, строятся на прямом методе измерения.

Косвенный метод измерения характеризуется оценкой значения проверяемой величины или отклонений от нее по резуль­татам контроля другой величины, находящейся в определенной зави­симости с проверяемой, например, контроль конусов при помощи синусной линейки.

Косвенные методы измерения применяют в универсальных изме­рительных инструментах и приборах, но весьма редко — в конструк­циях калибров и контрольных приспособлений.

При контроле деталей в процессе их обработки иногда оказы­ваются целесообразными косвенные методы измерений.

Комплексный метод измерения характеризуется контро­лем совокупности отклонений различных элементов деталей, исходя из требований обеспечения собираемости и взаимозаменяемости Деталей в узле.

Дифференцированный метод измерения характе­ризуется раздельной и независимой проверкой каждого размера детали.

В конструкциях калибров и контрольных приспособлений одинаково широко применяют как комплексные, так и дифференциро­ванные методы измерений. Выбор между ними определяется условиями измерения и техническими требованиями, которые ставятся: перед конструкциями средств производственного контроля.

Так, контрольные приспособления и приборы для проверки: зубчатых колес в условиях двухпрофильного (см. фиг. 7 и 8) или однопрофильного зацепления используют комплексные методы измерений. Давая правильную, близкую к эксплуатационным условиям картину зацепления колес, комплексные методы проверки не выявляют отдельных отклонений тех или иных элементов, что не всегдаявляется необходимым в условиях производственного контроля.

Калибры для контроля резьбовых и шлицевых соединений строятся также на комплексных методах измерения, ограничивающих; предельные контуры деталей величинами и расположением полей допусков отдельных составляющих элементов.

Комплексный метод измерения используется в большинстве калибров и контрольных приспособлений для проверки точности взаимного расположения поверхностей и других подобных элементов деталей, исходя из требований обеспечения собираемости узла.

Дифференцированный метод широко применяется в конструкциях, как калибров, так и контрольных приспособлений для проверки величин отдельных элементов. При этом дифференцированный метод не дает представления о предельном контуре проверяемо детали, т. е. о суммарном качестве ее из условий обеспечения собираемости. Поэтому дифференцированный контроль не исключает комплексного.

При контроле деталей, законченных обработкой, т. е. перед и сборкой, целесообразен комплексный метод измерения в целях обеспечения собираемости узла.

При межоперационном контроле и проверке правильности наладки и протекания технологического процесса целесообразен дифференцированный метод измерения, облегчающий анализ технологического процесса.

Так, в целях оценки правильности хода операции нарезания: эвольвентных шлицев на валу целесообразно использовать для измерения специальную индикаторную скобу с роликами, которые вводятся во впадины между шлицами, а не комплексное кольцо с эвольвентными шлицами. В данном случае индикаторная скоба дает возможность суждения о размере нарезаемых шлицев, который, нельзя определить комплексным кольцом.

Контактный метод измерения характеризуется непосредственным соприкосновением измерительного устройства с проверяемой поверхностью детали.

Бесконтактный метод измерения характеризуется отсутствием непосредственного соприкосновения между измерительным! устройством и проверяемой поверхностью детали. Бесконтактный метод быть может использован при помощи пневматических, фотоэлектрических и проекционных измерителей.

Контактные методы измерения применяют при работе со всеми калибрами, кроме калибров, работающих с пневматическими микро­мерами. Они являются наиболее распространенными в конструкциях контрольных приспособлений.

Вместе с тем контактные методы измерений связаны с рядом неудобств, которые могут служить источниками серьезных погреш­ностей.

Всякое контактное измерение связано с наличием определенного усилия со стороны измерительного устройства на проверяемую поверх­ность детали. При непостоянстве измерительных усилий на различ­ных интервалах измерений могут получаться значительные погреш­ности. Это требует строгой стабилизации измерительных усилий на всем диапазоне измерения. Измерительное усилие не только должно быть стабильным по величине — оно должно находиться в определенных пределах. Чрезмерно высокие измерительные уси­лия могут приводить к повреждениям проверяемых поверхностей, образуя на них штрихи и риски или вызывая деформации тонко­стенных деталей. Недостаточные измерительные усилия также могут служить источниками погрешностей измерения.

Всякое контактное измерение связано с более или менее быстрым износом рабочих поверхностей измерительных устройств. Это тре­бует тщательной и регулярной проверки всех средств производст­венного контроля с принятием оперативных мер по результатам про­верки: изъятие и своевременное восстановление изношенных калибров и контрольных приспособлений; регулирование исполнительных размеров калибров и контрольных приспособлений, предусматри­вающих возможность подобной регулировки; корректирование пре­дельных показаний измерительных устройств со шкалами, устано­вленных на контрольных приспособлениях, и соответствующие изменения инструкций к контрольным приспособлениям.

С этой точки зрения бесконтактные измерения, предохраняю­щие контрольно-измерительные средства от износа и исключающие погрешности за счет измерительных усилий, являются наиболее целесообразными во всех случаях, когда технически и экономически оправдывается их применение.

В то же время необходимо отметить, что если для любого метода измерения большое значение имеет чистота проверяемой поверх­ности детали, то для бесконтактных методов контроля это влияние особенно значительно.

При бесконтактных (прежде всего пневматических) методах контроля низкое качество проверяемых поверхностей, следы меха­нической обработки, всевозможные неровности и шероховатости неминуемо явятся источниками порой весьма значительных погреш­ностей измерения. Этим несколько ограничивается практическое применение бесконтактных методов измерения, при использовании которых обязательно следует обращать внимание на чистоту прове­ряемых поверхностей деталей.

Среди бесконтактных методов измерения в конструкциях кон­трольных приспособлений и вообще для нужд производственного контроля получили наиболее широкое применение пневматические приборы, о которых подробно говорится в гл. IV.

Выше были определены и кратко описаны основные принципиаль­ные методы измерения. На их базе в конструкциях калибров и контрольных приспособлений используют множество различных частных типовых методов измерения.

Д-р техн. наук проф. И. Е. Городецкий отмечает: «Хотя метод измерения определяется совокупностью различных призна­ков, в производственной практике название «метод» обычно присваивается некоторым его частным признакам».

Ниже рассматриваются наиболее типичные и характерные для конструкций калибров и контрольных приспособлений частные — типовые методы измерений. Вместе с тем приводимый обзор не претендует, разумеется, на полный охват всего многообразия методов! и способов измерения, которые можно применять в конструкциях производственных средств контроля.

Визуальный контроль (внешним осмотром) является исключительно широко распространенным методом контроля дета­лей, дающим возможность установить законченность всех операций обработки, отсутствие механических повреждений (забоин, трещин) и пороков металла (раковин, пористости и др.), чистоту обработан­ных поверхностей и т. п.

Визуальный контроль находит применение при использовании калибров и контрольных приспособлений, построенных на принципе оценки световой щели или просвета между поверхностями измери­теля и проверяемой детали, а также при использовании для произ­водственных измерений проекторов, дающих возможность проекти­ровать на специальный экран увеличенный контур проверяемой детали.

На использовании контроля величины световой щели (просвета) построены всевозможные калибры для проверки величин углов, уступов, профильных контуров, а также ряд контрольных при­способлений с калибрами. Примером подобного приспособления может служить известная конструкция, предназначенная для про­верки плотности прилегания поршневого кольца к измерительной обойме по величине просвета.

Определение видимых просветов связано со значительными субъек­тивными погрешностями в работе контролера.