Метрология и стандартизация / Rossiyskaya metrologicheskaya entsiklopediya. Tom 1 (Okrepilov) 2015

Рис. 5. Внешний вид модернизированного прецизионного метрологического сканирующего зондового микроскопа (СЗМ) нанометрового диапазона НаноСкан-3Di

Рис. 7. Внешний вид модернизированного профилометра на базе контактного прибора Talystep

Рис. 6. Внешний вид модернизированного автоматизированного интерференционного микроскопа МИА-М1

Рис. 8. Внешний вид модернизированного профилометра на базе контактного прибора Form Talysurf=

Суммарная стандартная неопределенность:

Расширенная неопределенность при К=3, U:

– в диапазоне 0,001÷0,025 мкм 4,2·10-3 мкм

Назначение и область применения

–передачаразмераединицыдлиныпараметровшероховатостиприпомощивторичныхэталоновиэталонных средств измерений рабочим средствам измерений;

–калибровка мер и приборов для измерений шероховатости поверхности, используемых во всех отраслях машиностроительного комплекса, например, станкостроении, приборостроении, производствекосмической, медицинскойиэлектроннойтехники, вмашиностроении для текстильной и пищевой промышленности;

–высокоточные измерения элементов электронной, промышленной и бытовой видеотехники.

Описание вида измерений

Физическая величина – единицы длины, параметры отклоненияформы(отклонениеоткруглости, отклонения от цилиндричности и взаимного расположения поверхностей вращения).

Единицы измерений – мкм.

Термины – линейные и угловые измерения, метод измерений радиус-векторов в полярной системе координат, метод измерений отклонений радиус-векторов в

цилиндрическойсистемекоординат, интерференционная установка.

Основные физические принципы, лежащие в основе измерений, заключаются в воспроизведении единицы длиныинтерференционнымметодомспомощьюлазерного интерферометра по схеме Майкельсона по нормали к поверхностителвращениявдиапазонеот5·10-8 до3·10-3 м.

В этом виде измерений известны следующие персоналии: А.Н. Авдулов, В.С. Чихалов, В.С. Лукьянов, В.Г. Лысенко, В.А. Костеев.

Историческая справка. Развитие вида измерений в России

Первыеприборыдляизмеренияпараметровформыи расположенияповерхностейвращенияпоявилисьвконце 30-х гг. XX столетия. В России такие приборы начали производиться с конца 60-х гг. С момента изготовления первого прибора сменилось уже пять поколений. Изначально качество поверхностей в этом виде измерений обеспечивалось технологически, то есть без должного контроля. Все современные приборы, наряду с прецизионноймеханическойчастьюисовременнымиизмерительнымипреобразователями, оснащеныкомпьютерами и специализированным программным обеспечением.

Государственный первичный специальный эталон единицыдлинывобластиизмеренийпараметровформы ирасположенияповерхностейвращения(ГЭТ136-2011) был создан в ФГУП «ВНИИМС» в 1982 г.

В 2011 г. Государственный первичный специальный эталонединицыдлинывобластиизмеренийпараметров формыирасположенияповерхностейвращениябылсовершенствован.

Основные направления развития

ВдальнейшемпланируетсясовершенствованиеГЭТ 136-2011 засчетавтоматизацииимодернизацииизмерительных приборов с использований новых технологий и новой элементной базы, разработка и использование новых параметров, отражающих эксплуатационные свойства объектов измерения.

Государственный специальный первичный эталон состоит из следующих эталонных установок:

–интерференционной установки для передачи дискретных значений единицы длины государственному эталону (рис. 1);

–установки, реализующей метод измерений ради- ус-векторов в полярной системе координат на базе мо-

дернизированного прибора Talyrond 73 (Taylor Hobson,

Великобритания) (рис. 2);

– установки, реализующей метод измерений отклонений радиус-векторов в цилиндрической системе координат на базе нового прибора Talyrond 365 (Taylor Hobson, Великобритания) (рис.3).

Принцип действия

Интерференционная установка для передачи дискретных значений единицы длины государственному первичному специальному эталону включает:

–гетеродинный датчик перемещений на базе интерферометра Майкельсона;

–пьезоэлектрический позиционер – многозначную меру перемещения;

Рис. 2. Установка, реализующая метод измерений радиус-векторов в полярной системе координат на базе модернизированного прибора Talyrond 73

– оптико-электронную схему, осуществляющую управление и регистрацию работы интерферометра и специальное программное обеспечение для обработки результатов измерений и управления работой прибора.

Принцип работы интерференционной установки для передачи дискретных значений единицы длины государственному первичному специальному эталону

Перемещение прецизионного пьезопозиционера передается закрепленной на нем триппель-призме, отраженный от нее луч, пройдя через светоотражатель, интерферируетслучом, отраженнымотдругойтриппельпризмы, стационарно закрепленной в интерферометре. Интерферирующий волновой фронт регистрируется фотодиодомипроходитоцифровкувэлектронномблоке. Такимобразомперемещениепьезопозиционера h(t) пре-

образуется в изменение выходного сигнала интерферо-

•

метра I (t) придвиженииотражаетсявдольнаправления

Последовательность полученных значений перемещенийпозиционеравдлинахсветовыхволн, измеряемых интерферометром, служитдляпередачиразмераединицы длины в области измерений параметров формы и расположения поверхностей вращения.

Измерительная установка для воспроизведения и передачи размера единицы длины для параметров фор-

мы и расположения поверхностей вращения в полярной системе координат включает:

–первичный измерительный преобразователь индуктивного типа в составе установки на базе прибора

Talyrond 73 фирмы Taylor Hobson;

–механическую часть, реализующую полярную систему координат;

–программно-методическое обеспечение для измеренийпараметровформыирасположенияповерхностей вращения в полярной системе координат.

Принцип действия измерительной установки

Перемещения щупа через рычаг передается ферритовому сердечнику, который, изменяя свое положение относительно катушек, вызывает изменение напряжения на диагонали измерительного моста, в котором расположены эти катушки. В дальнейшем происходит усиление полученного сигнала и его преобразование в цифровой вид при помощи электронного блока. Поперечноеперемещениещупапреобразуетсявизменение электрического напряжения переменного тока несущей частоты на вторичной обмотке дифференциального трансформатора, первичная обмотка которого вместе с катушками головки образует мост. Напряжение Uн небаланса измерительного моста связано с поперечным перемещением h щупа соотношением, связывающим напряжения с перемещением щупа.

Последовательность полученных отсчетов h представляет собой координаты профиля контролируемой поверхности вращения в полярной системе координат. Пополученным значениям координат определяются параметрыформыирасположенияповерхностейвращения в полярной системе координат.

Измерительная установка для воспроизведения и передачи размера единицы длины в области измерений параметровформыирасположенияповерхностейвращениявцилиндрическойсистемекоординатпринципиально отличается от установки в полярной системе координат лишь наличием датчика перемещений по оси Z и модифицированного вращающегося шпинделя, механически реализующегоцилиндрическуюсистемукоординат. Поэтому принцип действия установки в цилиндрической системе координат при ее работе в латеральной плоскостианалогиченустановкевполярнойсистемекоординат.

Принцип действия установки, реализующей измерение координат вдоль оси Z цилиндрической системы координат

Перемещение измерительной щуповой системы передается закрепленной на ней триппель-призме. Отраженный от нее луч, пройдя через светоотражатель, интерферируетслучом, отраженнымотдругойтриппельпризмы, стационарно закрепленной в интеферометре. Интерферирующий волновой фронт регистрируется фотодиодомипроходитоцифровкувэлектронномблоке.

Таким образом, перемещение h(t) щупа преобразуется в

•

изменениеинтенсивности I (t) выходногосигналаинтерферометрапридвиженииотражателявдольосиZ всоответствии с уравнением, связывающим выходной сигнал интерферометра с перемещением пьезопозиционера.

В соответствии с принципом действия интерференционной установки для передачи дискретных значений единицы длины государственному первичному специальному эталону, величина передаваемых дискретных значенийединицыдлиныопределяетсяразностьюмежду текущим и начальным значением эталонной длины:

h дискр. = h (t) – h0 ,

где h (t) – текущее значение эталонной длины h0 – начальное значение эталонной длины

Исследования показали, что в общем виде величина передаваемых дискретных значений единицы длины является функцией f:

h дискр. = f (δλ, δдискр, δn возд, δдр, δкомп, δабб, δвыст,

δt°, δh сл),

где: δλ – неопределенность значения длины волны излучения лазера в вакууме;

δдискр – неопределенность дискретности отсчета измеряемых перемещений;

δn возд– неопределенностьпоказателяпреломления воздуха;

δдр – неопределенность, вызванная дрейфом нуля интерферометра;

δкомп – неопределенность нескомпенсированной длины;

δабб – неопределенность Аббе; δвыст – неопределенность выставления;

δt° – неопределенность температурной деформации позиционера;

δh сл– неопределенностьпередаваемыхдискретных значенийдлины, вызваннаявлияниемвнешнихфакторов.

Всоответствиисдействующейнормативнойбазойи принципомдействияустановкиГЭТвполярнойсистеме координат, параметры формы и расположения поверхностей вращения определяются разностью между максимальными и минимальными значениями отклонения формы профиля:

h(t)пол = h(t)max i – h(t) min i,

где:

h(t) max i – наибольшее значение отклонения формы

ирасположения поверхностей вращения в полярной системе координат;

h(t) min i – минимальноезначениеотклоненияформы

ирасположения поверхностей вращения в полярной системе координат.

Исследования показали, что в общем виде величина параметровформыирасположенияповерхностейвращения в полярной системе координат является функцией f следующих величин:

hпол= f (δпш, δпотс, δпповт, δпрад, δпув, δпцентр, δпвыр) где:

δпш – неопределенность электрического и механического шума;

δпотс – неопределенность отсечки шага; δпповт – неопределенность повторяемости при ка-

либровке; δпрад – неопределенность радиального биения оси;

δпув – неопределенность увеличения; δпцентр – неопределенность центрирования эталон-

ной меры; δпвыр – неопределенность выравнивания оси.

Всоответствиисдействующейнормативнойбазойи принципом действия установки ГЭТ в цилиндрической системе координат, параметры формы и расположения поверхностейвращенияопределяютсяразностьюмежду максимальнымиминимальнымзначениямиотклонения формы поверхности вращения:

h(t)цил = h(t) max ij – h(t) min ij,

где:

h(t) max ij – наибольшеезначениеотклоненияформыи расположенияповерхностейвращениявцилиндрической системе координат;

h(t) min ij – минимальноезначениеотклоненияформы

ирасположения поверхностей вращения в цилиндрической системе координат.

Исследования показали, что в общем виде величина параметров формы и расположения поверхностей вращения в цилиндрической системе координат являются функцией f величин:

hцил = f (δцш, δцотс, δцповт, δцрад, δцув, δццентр, δцвыр),

где:

δцш – неопределенность электрического и механического шума;

δцотс – неопределенность отсечки шага;

δцповт – неопределенность повторяемости при калибровке;

δцрад – неопределенность радиального биения оси; δцув – неопределенность увеличения; δццентр – неопределенность центрирования эталон-

ной меры; δцвыр – неопределенность выравнивания оси.

Государственный первичный специальный эталон единицы длины в области измерений параметров формы и расположения поверхностей вращения состоит из комплексасредствизмерений– установки, реализующей метод измерений радиус-векторов в полярной системе координатнабаземодернизированногоприбораTalyrond 73 (Taylor Hobson, Великобритания).

Метрологические и технические характеристики

Диапазон значений единицы длины, которые воспроизводит эталон в области измерений параметров отклонений формы Fmax и расположения поверхностей вращенияPmax, составляетот5·10-8 до3·10-3 м. Первичный эталон обеспечивает воспроизведение единицы длины в области измерений параметров отклонений формы и расположения поверхностей вращения со средним квадратическимотклонениемрезультатанепревышающим S0 = 1,1·10-2 при 30 независимых измерениях.

Неисключенная систематическая погрешность θ0 не превышает 2,4·10-2

Стандартная неопределенность, оцененная по типу А, uA оцененная по типу В, uB Суммарная стандартная неопределенность, uC

Расширенная неопределенность (к=2), U

Назначение и область применения

Прецизионные поверхности вращения не только сохраняют свои позиции в качестве основных ком-

понентов различных станков, машин и механизмов, но и имеют перспективы широкого использования на новом уровне точности и качества для новых областей техники (оборонной, космической, авиационной, судостроительной, энергетической). Прецизионные поверхности вращения используются в танках и самолетах, подводных лодках и космических кораблях, энергетических установках и прецизионных высокоскоростныхобрабатывающихцентрах. Следовательно, обеспечение единства измерений параметров формы и расположения поверхностей вращения – это обеспечение обороноспособности, конкурентоспособности, безопасности страны.

Основные научные результаты, уникальность и преимущество

Актуальность вида измерений определяется распространенностью таких поверхностей. Прецизионные поверхностивращения– одинизосновныхвидовэлементов деталеймашиниприборовпрецизионногомашиностроения – получили широкое распространение, благодаря своимвозможностямпередаватьвращательноедвижение безбиений, обеспечиватьвысокоепостоянствоскорости вращенияиплавностиоборотов, высокимдинамическим показателямидругимэксплуатационнымсвойствам. По разнымоценкамтакиеповерхностисоставляют85–90% от общего числа поверхностей.

Международное сотрудничество. Сличения

Результаты сличения эталонов формы и расположения поверхностей вращения в рамках КООМЕТ представлены в таблице 1.

Литература

Авдулов А.Н. Контроль и оценка круглости деталей машин. М.: Изд. стандартов, 1974.

Описание вида измерений

Физическая величина – отклонение формы. Единицы измерений – мкм.

Термины – координатная метрология, декартова система координат, цилиндрическая система координат, сферическаясистемакоординат, 3D измерениякоординат поверхностей сложной формы.

Основныефизические принципы, лежащие воснове измерений, – интерференционные измерения (по схеме Майкельсона) координатX, Y, Z измеряемой3D поверхности.

Историческая справка (история развития вида измерений)

Координатные 3D измерения сложнопрофильных поверхностей берут начало с конца 70-х–80-х гг., когда былисозданысовременныекоординатно-измерительные машины для 3D измерений координат сложнопрофильных поверхностей.

В этом виде измерений известны следующие персоналии: Ю.А. Каспарайтис, В.С. Лукьянов, В.Г. Лысенко.

Развитие вида измерений в России

До создания Государственного первичного специального эталона в этом виде измерений их единство обеспечивалосьневполноймереустаревшимконтроль- но-измерительнымоборудованиемвыпуска1970–80-хгг. Зачастую качество поверхностей сложной формы обеспечивалосьтехнологически, т. е. бездолжногоконтроля.

Государственный первичный специальный эталон единицыдлинывобластиизмеренийгеометрическихпа- раметровповерхностейсложнойформы(ГЭТ192-2011) былсозданнановойэлементной, научно-методическойи программно-алгоритмическойбазеиисследованвФГУП «ВНИИМС» в период с 2008 по 2011 г.

Основные направления развития

С2014 по2016 г. осуществляетсясовершенствование ГосударственногопервичногоспециальногоэталонаГЭТ

192-2011.

ПрисозданииГЭТ192-2011 единицыдлинывобласти измеренийпараметровсложнопрофильныхповерхностей изначальнопредполагалось, чтоонбудетсостоятьиз2-х эталонныхустановок, воспроизводящихединицудлины

вэтомвидеизмеренийв2-хразличныхдиапазонахиори- ентированных на ее передачу в принципиально разные отрасли промышленности (созданная и утвержденная

в2011 г. установка ориентирована на обычное прецизионное машиностроение, производящее турбинные лопатки, сложнопрофильныеэвольвентныеповерхности,

корпусные детали комплексной геометрии в наиболее употребительном в прецизионном машиностроении диапазоне: 500х500х500 мм).

Предлагаемая для совершенствования ГЭТ 1922011 – 2-я, принципиально новая эталонная установка, ориентирована на воспроизведение в диапазоне от единиц до десятков метров единицы длины в области 3D измерений параметров сложнопрофильных поверхностейиеепередачувпрецизионноекрупногабаритное машиностроение, производящее фюзеляжи самолетов, ракетно-космических комплексов, корпусных деталей в судостроении, прецизионныхкрупногабаритныхустановокэнергетическогомашиностроения, большеразмерных прецизионных изделий оборонно-промышленного комплексаидругихотраслейреальногосектораэкономики, где качество геометрии в указанном диапазоне является фактором, определяющимэксплуатационныепоказатели изделий в целом.

Государственныйспециальныйпервичныйэталон

состоит из трех эталонных установок:

–эталонной установки реализующей метод измеренийгеометрическихпараметровповерхностейсложной формы в цилиндрической системе координат (рис. 1);

–эталонной установки, реализующей метод измеренийкоординатповерхностейсложнойформывдекартовой системе координат;

–измерительной интерференционной установки для получения от государственного первичного эталона единицы длины ГЭТ 2-2010 дискретных значений единицы длины.

В состав ГЭТ также входит комплекс мер геометрических параметров поверхностей сложной формы, алгоритмическоеипрограммноеобеспечениеизмерений геометрическихпараметровповерхностейсложнойформы, нормативно-методическое обеспечение ГЭТ.

Принцип действия

В основу работы государственного эталона положен методпоследовательного преобразования профилейповерхностей с воспроизведением координат дискретных точекрельефа(поверхностейсложнойформы), определяющихгеометрическиепараметрыповерхностейсложной формы в длинах световых волн.

Измерительная интерференционная установка для получения от Государственного первичного эталона единицы длины ГЭТ 2-2010 дискретных значений единицыдлиныпредставляетсобойгетеродинныйлазерный интерферометр по схеме Майкельсона фирмы Renishaw (Великобритания), на основе трехгранных уголковых отражателей, один из которых жестко закреплен на подвижной части механической реализации декартовой системы координат (портале, каретке, пиноли), а другой референтный отражатель жестко закреплен на неподвижномосновании. Интерференционнаяустановка

включает: гетеродинныйдатчикперемещенийнабазеинтерферометраМайкельсона, оптико-электроннуюсхему, осуществляющую оптико-электронное преобразование первичного сигнала, управление и регистрацию работы интерферометра и специальное программное обеспечение для обработки результатов измерений и управления работой прибора.

Принцип работы интерференционной установки для передачи дискретных значений единицы длины государственному первичному специальному эталону: перемещение подвижной части механической реализациидекартовойсистемыкоординат(портала, каретки, пиноли) передаетсязакрепленнойнанейтриппель-призме; отраженный от нее луч, пройдя через светоотражатель, интерферируетслучом, отраженнымотдругойтриппельпризмы, стационарно закрепленной в интерферометре. Интерферирующий волновой фронт регистрируется фотодиодомипроходитоцифровкувэлектронномблоке. Такимобразомперемещениеподвижнойчастимеханическойреализациидекартовойсистемыкоординат(портала, каретки, пиноли) преобразуется в изменение выходного сигналаинтерферометрапридвиженииотражателявдоль направления передачи размера единицы длины:

где А0 и А1 – константы; φ0 – начальная фаза;

λ – длина волны стабилизированного лазерного источника света;

Рис. 1. Эталонная установка, реализующая метод измерений геометрических параметров поверхностей сложной формы в цилиндрической системе координат

→

h(t) – дискретные значения длины (перемещений подвижной части механической реализации декартовой системыкоординат– портала, каретки, пиноли), передаваемыеэталоннойустановкойгосударственномуэталону.

Последовательность полученных значений перемещений подвижной части механической реализации декартовой системы координат в длинах световых волн, измеряемых интерферометром, служат для передачи в заданномнаправленииразмераединицыдлиныотинтерференционнойустановкигосударственномупервичному специальному эталону.

Эталоннаяустановка, реализующаяметодизмерений координат поверхностей сложной формы в декартовой системе координат части ГЭТ 192-2011 включает:

–механическуюреализациютрехмернойдекартовой системы координат с подвижными элементами вдоль осей координат: портала – вдоль оси Х, каретки – вдоль осиY и пиноли – вдоль оси Z;

–первичный трехмерный измерительный преобразователь индуктивного типа (трехмерная измеренная головка индуктивного типа);

–интерференционные лазерные шкалы вдоль осей координат OX, OY, OZ на базе интерферометров Майкельсона;

–программно-методическоеобеспечениедляизмере- ний координат поверхностей сложной формы.

Интерференционные датчики вдоль осей координат OX, OY иOZ измеряютперемещенияпорталаx(t), кареткиy(t) ипинолиz(t) механическойреализациидекартовой системы координат в соответствии с измерительными уравнениями:

Регистрация координат осуществляется трехмерной измерительной головкой индуктивного типа в соответствиисизвестнымсоотношениеммеждунапряжениями небаланса Uijk измерительных мостов в электрической схеме измерительной головки и поперечными переме-

щениями щупа hi,j,k в направлениях осей ОХ (для i), OY (для j) и OZ (для к):

где ω – круговая частота питания; K0=4π·10-9W2S (W – число витков катушек,

S сечение сердечника и воздушного зазора в м;

r – активная составляющая комплексного сопротивления каждой катушки;

L – индуктивность каждой катушки;

lв – длина средней магнитной линии в воздушном зазоре в м;

hijk – изменение воздушного зазора, отвечающее заданной координате в м (в направлении i, j, k).

Перед началом работы индуктивная трехмерная измерительная головка калибруется с помощью интерференционной измерительной установки для воспроизведения и передачи дискретных значений единицы длины

государственному первичному специальному эталону. Последовательностьполученныхотсчетовпредставляет собой координаты поверхностей сложной формы в декартовойсистемекоординат. Пополученнымзначениям координат определяются геометрические параметры поверхностей сложной формы.

Разработанная ГЭТвчастивоспроизведения ипередачи размера единицы длины в области измерений геометрическихпараметровповерхностейсложнойформы

вцилиндрической системе координат включает:

–механическую реализацию цилиндрической системы координат на базе поворотного стола координат- но-измерительной машины (КИМ), а также ее портала, каретки и пиноли;

–датчик перемещений вдоль оси Х (в латеральной плоскости) на базе интерферометра Майкельсона;

–датчик перемещений по оси Z на базе интерферометра Майкельсона;

–трехмернуюизмерительнуюголовку, регистрирующуюкоординатыпрофиляповерхностисложнойформы;

–программноеобеспечениедляобработкирезультатовизмеренийгеометрическихпараметровповерхностей сложной формы.

Принцип работы эталонной установки заключается

вследующем.

Перемещение измерительной щуповой системы передается триппель-призме, закрепленной на ней. Отраженный от нее луч, пройдя через светоотражатель интерферируетслучом, отраженнымотдругойтриппельпризмы, стационарно закрепленной в интерферометре.

Интерферирующий волновой фронт регистрируется фотодиодомипроходитоцифровкувэлектронномблоке. Такимобразом, перемещениещупапреобразуетсявизменениевыходногосигналаинтерферометрапридвижении отражателя вдоль осей координат ox и oz:

где А0 и А1 – координаты, φ0 – начальная фаза, λ – длина волны лазерного источника, hx,z(t) – координаты профиля поверхности сложной формы.

Позиционирование в латеральной плоскости по угловойкоординатемеханическойреализациицилиндрическойсистемыкоординатосуществляетсяповоротным столом.

Рис. 2. Эталонная установка, реализующая метод измерений координат поверхностей сложной формы в декартовой системе координат

Для воспроизведения и передачи размера единицы длинывобластиизмеренийгеометрическихпараметров поверхностейсложнойформывсоставГЭТвходиткомплект эталонных мер поверхностей сложной формы.

Интерференционный принцип измерений позволяет осуществитьпривязкуГЭТкгосударственномупервичномуэталонуединицыдлинычерезэталонныйлазерный гелий-неоновый стабилизированный источник света.

Метрологические и технические характеристики, состав эталона

Диапазонвоспроизведениязначенийединицыдлины первичным эталоном в области измерений геометрических параметров поверхностей сложной формы составляет по оси Х от 0 до 550 мм, по оси Y от 0 до 500 мм, по оси Z от 0 до 450 мм.

Первичный эталон обеспечивает воспроизведение единицы длины в области измерений геометрических параметров поверхностей сложной формы со средним

квадратическим отклонением результата измерений S0=0,25 мкм при 30 независимых измерениях.

НеисключеннаясистематическаяпогрешностьΘ0 не превышает 0,15 мкм.

Стандартная неопределенность, оцененная по типу А, uA оцененная по типу В, uB Суммарная стандартная неопределенность, uc Расширенная неопределенность (к=2), U

Назначение и область применения

–Передачаразмераединицыдлинывобластиизмеренийгеометрическихпараметровповерхностейсложной формы при помощи вторичных эталонов и эталонных средств измерений рабочим средствам измерений.

–Калибровка мер и приборов для измерений геометрических параметров поверхностей сложной формы, используемых во всех отраслях машиностроительного комплекса, например, станкостроении, приборостроении, производствекосмической, медицинскойиэлектронной техники, вмашиностроениидлятекстильнойипищевой промышленности.

– Высокоточные измерения при изготовлении изделий, использующих поверхности сложной формы в машиностроении, авиакосмической, оборонной, судостроительной, автомобильной и других высокотехнологичных наукоемких отраслях промышленности.

Международное сотрудничество. Сличения

Ключевые в 2004 г. в рамках BMPL, дополнительные в 2011 г. в рамках КООМЕТ

Планируемые, очередные сличения (год – код сличений) – ключевые в рамках КООМЕТ –2015

Сведения об опубликовании данных об измерительных возможностях эталона (коды СМС в KCDB – МБМВ см.

примечания) – L5.4., L5.5.4.

Литература

1.Гапшис В.-А.А., Каспарайтис А.Ю., Модестов М.Б.

идр. Координатныеизмерительныемашиныиихприменение. М.: Машиностроение.

2.Лысенко В.Г., Кононогов С.А. Координатная метро-

логия. Монография. Москва 2010 г. Изд. АСМС ISBN 978- 5-93088-085-4.

Н.В. Иванникова, В.А. Костеев, В.Г. Лысенко, Д.А. Новиков

Описание вида измерений

Подавляющеебольшинствозубчатыхпередач, применяемыхвтехнике, имеетзубчатыеколесасэвольвентным профилем.

Эвольвента как кривая для формирования профиля зуба была предложена Л. Эйлером. Она представляет собой траекторию движения точки, принадлежащей прямой, перекатывающейся без скольжения по окружности. Эвольвента обладает значительными преимуществамипереддругимикривыми, применяемымидляэтой цели, – удовлетворяет основному закону зацепления, обеспечивает постоянство передаточного отношения, нечувствительна к неточностям межосевого расстояния (чтооблегчаетсборку), наиболеепростаитехнологична в изготовлении, позволяет устанавливать стандартизованные требования к параметрам, характеризующим точность воспроизведения эвольвенты.

Основнымипараметрамиэвольвенты, наиболееполноотвечающимикритерияминформативности, простоте физического смысла и метрологичности (возможности наиболееточногоизмеренияприборами, построенными наосновеизвестныхметодовизмерений) являютсяпараметрыотклоненийформыэвольвентныхзубчатыхколес, угла наклона линии зуба, кинематической погрешности (параметр отклонений шага зубчатого колеса).

Это вытекает из основного свойства эвольвенты как разверткикругаизаключаетсявтом, чтолюбаянормаль кэвольвентеявляетсявтожевремякасательнойкееосновнойокружности. Посколькурадиускривизныэвольвенты изменяется плавно от значения ρ = 0 до ρ = max , последовательные положения нормалей, являющихся касательными к основной окружности, при повороте на уголразвернутостиϕостаютсянаоднойитойжепрямой.

В полярной системе координат радиус кривизны и уголразвернутостиэвольвентысвязаныпропорциональной зависимостью:

ρ = r0ϕ ,

где ρ – радиус кривизны эвольвенты;

r0 – радиус основной окружности эвольвенты; ϕ – угол развернутости эвольвенты.

Для реализации метода высокоточного измерения параметров эвольвентных поверхностей в полярной системе координат необходимо провести измерения приращения кривизны и угла развернутости эвольвенты.

В декартовой системе координат уравнение эвольвенты в параметрической форме имеет вид линейной зависимости координат x и y от радиуса основной окружности и тригонометрических функций угла развернутости эвольвенты: