1.3. Специфические составляющие погрешности измерения, связанные с измерением внутренних размеров

К специфическим составляющим погрешности измерения относятся погрешности, возникающие от смещения линии измерения относительно измеряемого диаметра.

1. Погрешность от совмещения линии измерения в плоскости, перпендикулярной оси измеряемого отверстия, возникает оттого, что при смещении линии измерения относительно измеряемого диаметра на величину с (рис. 1, а) измеряется не диаметр, а хорда, т.е. меньший размер.

Рис. 1. Смещение линии измерения относительно диаметра отверстия: а — в плоскости, перпендикулярной оси; б — в плоскости, проходящей через ось

Погрешность измерения

.

Чем больше радиус (диаметр) измеряемого отверстия, тем меньше влияет смещение линии измерения на погрешность измерения.

2. Погрешность от совмещения линии измерения в плоскости, проходящей через ось (рис. 1, б), возникает из того, что линия измерения оказывается наклоненной к измеряемому диаметру и измеряется размер, больший, чем действительный. При наклоне линии измерения на угол погрешность измерения будет

Для малых углов наклона с достаточной точностью можно принять и тогда . С увеличением радиуса измерительного наконечника погрешность измерения уменьшается.

3. Погрешность от динамики процесса совмещения линии измерения возникает от того, что оператор неоднократно проводит относительные смещения детали и прибора и на момент «кажущегося» совмещения оказывает влияние много факторов — величина шероховатости поверхности, цена деления отсчетного устройства и т.д. Оператор при поиске размера, как правило, при совмещении «проходит» размер на 3–5 делений, чтобы убедиться в положении этого размера. Величина смещения линии измерения с измеряемого размера в значительной мере зависит от амплитуды относительного перемещения детали и измерительных наконечников.

Установка в приборах для внутренних размеров головок с малой ценой деления позволяет уменьшить погрешность измерения прежде всего из-за более точного совмещения линии измерения с измеряемым диаметром.

На увеличение амплитуды перемещения при измерении внутренних размеров оказывают влияние также поверхностные неровности детали, случайные погрешности отсчетной головки, субъективные особенности оператора, погрешности формы измеряемого отверстия, малое измерительное усилие и т.п.

При измерении на станковых приборах динамика процесса несколько отличается от измерения нутромерами, но скорее количественно, чем качественно.

4. Погрешность от настройки прибора имеет место всегда у приборов для измерения внутренних размеров, поскольку практически все приборы работают методом сравнения с установочной мерой.

При установке прибора на размер возникают те же погрешности совмещения линии измерения, которые присущи процессу измерения внутренних размеров.

Наиболее часто установку приборов при измерении внутренних размеров производят по установочным кольцам и блокам концевых мер длины, а нутромеров — еще и по гладким микрометрам.

Настройка на размер по установочным кольцам является наиболее простой и точной (при точной аттестации размера колец), так как в этом случае процесс настройки наиболее близок к условиям 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 закрепляется вместе с боковинами (аналогичные по типу концевым мерам, но значительно большей длины), закрепленными в струбцину, в которой они стягиваются винтами (рис. 2). 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) и это приводит к деформациям, которые можно рассчитать по формуле

где F — сила сжатия, Н; l — размер блока, см; s — опорная площадь меры, см²; Е — модуль упругости, Н/см².

Рис. 2. Струбцина с концевыми мерами и боковиками для настройки прибора на размер: 1 — струбцина; 2 — боковики; 3 — блок концевых мер; 4 — винт

Для блока размером (100 кгс) деформация будет равна

Помимо деформации концевых мер изменяется параллельность поверхностей боковичков до 0,001–0,003 мм.

Погрешность настройки по блокам концевых мер длины можно уменьшить, если аттестовать толщину боковичков, а после собранного блока аттестовать наружный размер по боковинкам и вычесть размеры боковичков.

Настройка на размер по микрометру производится только у нутромеров. В этом случае микрометр устанавливают на размер и микровинт стопорят. Настройка будет более точной, если настраивать микрометр по блоку концевых мер. Настройка по микрометру менее точна, чем по концевым мерам, так как размеры измерительных поверхностей микрометра небольшие. Особенно велика погрешность установки (до 0,020 мм) при настройке нутромера на размер св. 100 мм.