книги из ГПНТБ / Средства линейных измерений в зарубежном машиностроении

Положение нулевой точки и ее отклонения измеряются ин­ дуктивными датчиками. При измерении контакт наконечника подводится мотоприводом до касания с деталью. С момента касания дальнейшая установка на нуль производится авто­ матически (регулирующим устройством с нулевым сигналом, выдаваемым головкой. Измерительное усилие регулируется тремя ступенями от 10 до 40 гс. Повторяемость автоматичес­ кого ощупывания по всем осям ±0,3 мкм.

геометрия большинства деталей машин сложной формы обыч­ но и при изготовлении и при работе имеет жестко ориенти­ рованное в пространстве начало координат. При измерении по трем координатам измерительная головка также должна иметь такую стабильную нулевую точку в пространстве. Это дает возможность построить универсальную головку. Для обеспечения измерения деталей различных размеров от очень малых деталей точной механики до очень больших, например кузовов автомашин, выбран двухступенчатый метод: сама го­ ловка имеет пределы измерения ±8 мм по всем трем осям и электронно связана с 3-координатной измерительной машиной UMM. 500 с пределами измерения по осям X, У и Z соответ­ ственно 500, 200 и 300 мм и дискретным шагом 0,5 мкм, при­ чем пределы по осям X и У могут быть увеличены вдвое. Та­ ким образом машина UMM 500 практически универсальна и может использоваться для контроля плоских и пространствен­ ных изделий сложных контуров, с различно расположенными отверстиями, выточками, выступами и т. д. При конструиро­ вании 3-координатной машины UMM 500, кроме метрологиче­ ских характеристик, учитывалось множество других факто­ ров: возможность измерения многих параметров детали, про­ изводительность измерения, измерительное усилие, постоян­ ство нуля, возможность смены щупов, отсутствие износа и надежность системы измерения перемещений, грузоподъем­ ность стола, удобство обслуживания, легкость перемещения подвижных органов, для чего применен мотопривод, удобство отсчета, получение записи, обработка результатов измерений.

В зависимости от назначения машины те или иные пара­ метры приобретают первостепенное значение. Большую роль играют мероприятия по максимальному соблюдению принципа Аббе, особенно при измерении крупногабаритных деталей. В машине UMM 500 имеются раздельные направляющие для осей Л” и У, а направляющие оси Z расположены на суппорте У и шкала помещена с минимальным отклонением от оси Z. Для перемещения по оси Z применены роликовые, а по оои

59

У шариковые направляющие, обеспечивающие необходимые жесткость, стабильность и грузоподъемность для цеховых при­ менений. Вес пиноли, несущей измерительную головку (или микроскопы), по оси Z уравновешен противовесом, направ­ ляющая круглая колонка с прецизионными шарикоподшипни­

95 %( и учитывает погрешность ощупывания, погрешность на­ правляющих и погрешность системы измерения перемещений, но не учитывает загрязнение и шероховатость детали.

Головка, в которую вставляются быстросменные наконеч­ ники, свободно перемещается по трем взаимно перпендику­ лярным прямолинейным направляющим, обеспечивающим сохранение постоянства чувствительности независимо от дли­ ны наконечников. Для каждого направления перемещения предусмотрен отдельный индуктивный датчик, выдающий сиг­ налы о направлении перемещения и положении нулевой точ­ ки данной оси. Кинематические линейные направляющие в зависимости от решаемой задачи могут свободно плавать по всем трем осям или стопориться в нулевом положении по од­ ной или нескольким осям, что необходимо при измерении на­ клонных поверхностей. Это позволяет измерять такие поверх­ ности без дополнительных смещений головки под действием измерительного усилия и имеет большое значение при измере­ нии деталей типа кулачков, турбинных лопаток, резьбы, чер­ вяков, при измерении отверстий или винтов в нескольких на­ правлениях. Пуск и стопорение производится мотоприводом с дистанционным управлением с пульта или автоматически. Пространственная стабильность нулевой точки сохраняется при любой частоте смены направления измерения. Измери­ тельное усилие создается электромагнитным датчиком силы.

Для измерения перемещения кареток по всем трем осям машины применена описанная выше система Phocosin, позво­ ляющая измерять с шагом дискретности 0,1 мкм или 0,5" бес­ контактным методом с высокой скоростью. Но поскольку такое разрешение требуется только в особых случаях, машина UMM 500 выпускается с шагом 0,6 мкм или по заказам 1 мкм. Угловое разрешение 1". Установочные перемещения машины осуществляются ,с помощью двигателя постоянного тока с дисковым ротором и тахогенератора. Управление привода цифровое. Скорость по трем осям может быть установлена различной. Характеристика рычагов управления такова, что при малых отклонениях от нулевого значения скорость мала,

'60

ма Moore Special Tool Со (США) разработала образцовое устройство [65]. Устройство 'выполнено в виде рамы из ка­ чественною серого литого чугуна и шаброванной базы. В точ­ ках измерения в основной металл вставлены закаленные стальные втулки с конусными отверстиями, в которые вхо­ дит конусный щуп для определения отклонений между фак­ тическим расстоянием отверстий поверочного устройства и расстоянием, измеренным машинойУстройство оснащено так­ же двумя стальными шарами диаметром 19,05 мм, уложен­ ными в соответствующие отверстия. Шары имеют точную форму, максимальное отклонение диаметра 0,15 мкм. Устрой­ ства выпускаются трех типоразмеров с 16 отверстиями, раз­ мерами 4'50Х600 мм, 19 отверстиями, размерами 600X600 мм, 25 отверстиями, размерами 600X900 мм.

СРЕДСТВА КОНТРОЛЯ ФОРМЫ И КАЧЕСТВА ПОВЕРХНОСТЕЙ

Средства двухмерного и трехмерного контроля формы. Тре­ бования к аэродинамическим характеристикам современных транспортных средств, расширение применения пластмасс, переход к прецизионному литью и другие причины вызвали расширение применения криволинейных форм в промышлен­ ности, а следовательно, и необходимость создания методов и средств контроля криволинейных контуров.

Двухмерный контроль с помощью профильных проекторов применяют в настоящее время и для крупногабаритных дета­ лей. В проекторы встраиваются цифровые отсчетные устройст­ ва, что облегчает их эксплуатацию [66].

С помощью приспособлений и электромеханических ощу­ пывающих систем, а также благодаря применению диафраг­ мы в оптической системе удается выполнять сравнения с чер­ тежом сложных профилей типа турбинных лопаток. Для опе­ рационного профилактического контроля фирма Temco Tool Ltd разработала серию приборов Temco formulator [67], ба­ зовая модель которых представляет собой совокупность под­ вижных игл. Концы игл имеют форму, не повреждающую кон­ тролируемую поверхность. Иглы изготовляются из закаленной стали, имеют точную длину и касаются одной стороной об­ разцовой, а другой стороной контролируемой детали.

Имеются разновидности приборов для контроля деталей большого размера, горячих поковок, для контроля по вы­ черченному контуру, следящие устройства, приборы для кон­ троля печатных схем.

Для точного контроля трехмерных деталей сложной фор­ мы, например кузовов автомобилей, турбинных лопаток, ин-

62

женеры фирмы General Motors разработали голографичес­ кую технику, обеспечивающую измерение с погрешностьюменее 1-10~4, что точнее, чем фотограмметрический метод и значительно производительнее ручных методов контроля с по­ мощью оптических и механических приборов.

Метод позволяет не только измерять, но и начертить про­ филь [68]. Вначале при помощи голографической камеры регистрируется голограмма объекта. Затем восстановленное изображение сканируется детектором. Сигналы от детектора направляются в ЭВМ, которая строит профиль объекта и вы­ дает информацию о его размерах. Для того чтобы повысить точность производимых измерений, на объект направляются два когерентных объектных пучка, которые, интерферируя между собой, образуют на объекте систему полос. Благодаря тому что эти полосы появляются также и на восстановленном изображении, удается более точно сфокусировать детектор.

Голографию, в частности голографическую интерферен­ цию, многие специалисты считают одним из очень перспек­ тивных направлений развития техники линейных измерений [2, 69—71]. К обычным преимуществам интерференционных методов измерений в этом случае добавляются: возможность измерять детали любой пространственной конфигурации, ог­ раниченные поверхностями с диффузным отражением света,

т. е. получения с одной установки полного представления об исследуемом объекте; длительное сохранение результатов из­ мерения, что позволяет их обрабатывать в любое время; воз­ можность сравнения последовательных состояний объекта (измерение перемещений, деформаций, вибраций) через раз­ личные промежутки времени. Метод дает возможность полу­ чить высокую точность измерения даже при невысоком ка­ честве применяемых оптических деталей. Голографический метод позволяет выполнять бесконтактное измерение переме­ щений. Одним из очень важных преимуществ метода, кото­ рое таит большие потенциальные возможности, это способ­ ность создать с помощью ЭВМ расчетную форму идеальной' детали и спроецировать ее на голографическую пластину. Затем после облучения пластины лазерным излучением мож­ но получить видимое изображение детали, с которым будет сравниваться реальная деталь.

Основное затруднение на пути к широкой практической реализации метода заключается в том, что полученная слож­ ная пространственная интерференционная картина может

63

менять свое положение в пространстве при изменении направ­ ления наблюдения.

Форма, пространственное положение и контрастность по­ лос зависят от многих условий: направления освещения при снятии голограммы, способа движения или деформации объекта, направления наблюдения, апертуры системы наблю­ дения. От этих факторов зависит также и расстояние между интерференционными полосами, которое может не быть крат­ но А,/2. Это затрудняет количественную оценку голограмм. Значительно проще решается задача, если интерференцион­ ную картину можно наложить непосредственно на объект исследования.

Поэтому пока голографический метод применяется в ос­ новном для качественных оценок, например в дефектоскопии.

Средства измерения некруглости- С ужесточением допус­ ков не только на размеры, но и на геометрическую форму сопрягаемых деталей, а также в связи с необходимостью проверки состояния станков, о:т которых зависит правиль­ ность формы обрабатываемых деталей, кругломеры стали не­ обходимыми цеховыми приборами.

На выставке Mierotecnic-73 демонстрировался ряд цехо­ вых приборов, -в том числе малогабаритных и простых, доступ­ ных для мелких и средних предприятий. Многие приборы строятся по модульному принципу и измеряют некруглость и непрямолинейность или некруглость и шероховатость и дру­ гие параметры.. Широко распространены кругломеры со шпинделями на подшипниках с воздушной смазкой. Новые приборы выпустил ряд фирм [50—73]. Фирма Johanson (Швеция) показала на выставке прибор Roundness Tester. Специальный стол имеет подачу в двух плоскостях для об­ легчения центрирования. Прибор . Pneumo-Centric фирмы Federal Products (США) обеспечивает запись с погрешностью менее 0,1 мкм относительно калибра точной геометрической формы. Аксиальная погрешность записи в среднем положе­ нии менее 0,075 мкм. Шпиндель вращается в подшипнике с воздушной смазкой.

Прибор пригоден для измерения некруглости, неплоскостности, эксцентриситета, непараллелвности, неперлендикулярности. Усилитель прибора, построенный целиком на транзис­ торах, отличается стабильностью и отсутствием необходимос­ ти разогрева. При переключении на любой из пяти пределов измерения ±200; ±40; ±20; ±4 и ±2 мкм нулевая точка сохраняется, а оцифровка шкалы автоматически изменяется.

Измерительный шпиндель, электронный щуп, усилитель, отсчетный прибор и самописец объединены в единый узел.

64

Стол диаметрам 200 мм может быть нагружен по центру массой до 225 «г. Предусмотрено отверстие диаметром 38 мм и глубиной 68 мм для опускания в него тонких деталей. Мак­ симальный контролируемый диаметр 305 мм, максимальная высота над столом при контроле наружных поверхностей 660 мм, при контроле внутренних —280 мм. Предусмотрены различные фильтры для построения диаграммы макро-и микрапрофшгей. Диаметр записи до 152 мм. Измерительное уси­ лие 2,5 гс.

Универсальный кругломер Talytron-R300 построен на базе измерительного шпинделя с погрешностью вращения 0,2 мкм и первоначально предназначался для контроля подшипни­ ков. Прибор имеет сборную конструкцию, что расширяет об­ ласть его применения. Шпиндель прибора на предварительно нагруженных подшипниках может работать в любом положе­ нии. Он может быть наклонен на ±3° и центрироваться по двум координатам в пределах ±5 мм. Шпиндель может сто­ пориться в четырех смещенных на 90° положениях для конт­ роля образующих. Предусмотрено множество подключаемых к шпинделю электронных измерительных и регистрирующих устройств, а также стойка, с по-мощью которой шпиндель

ность равна ±0,5 мкм на радиусе 500 мм и ±6 мкм на радиусе 2000 :мм. Прибор может измерять некруглость и эксцентри­ ситет, причем с помощью электронных фильтров можно выде­ лять только форму или только относительное положение по­ верхностей.

Средства измерения шероховатости. Для контроля шеро­ ховатости поверхности создано много малогабаритных цехо­ вых приборов, появились также приборы со встроенной базой

65

положение щупа, то они могут применяться только для ди­ намических, а не статических измерений. При этом скорость ощупывания имеет большое значение.

Малые размеры пьезоэлектрических датчиков позволяют использовать их для измерения шероховатости малых отвер­ стий. Например, щуп РЕЕЗО фирмы Hommel-Werke можно ввести в отверстие диаметром 4 мм. Он работает приближен­ но к системе Е.

В сферической поверхности скольжения щупа радиусом 10 мм имеется отверстие диаметром 0,2 мм, из которого вы­

Rt/Rp, RtlRa >Rp/Ra . что Дает хорошее представление о фор­ ме профиля.

Усовершенствование прибора Mierotester Diavite фирмы Swisstool (Швейцария) заключается в замене в модели МТ-10 гидропривода на электропривод. Прибор может изме­

позволяет с помощью приставок измерять, кроме шерохова­ тости поверхности, неплоскость и непрямолинейность на дли­ не до 50 мм. Можно совместить измерение параметра Ra с измерением вновь введенного в международные нормы пара­ метра «средняя длина волны», что обеспечивает дополнитель­ ную информацию о состоянии поверхности. Пределы измере­ ния Ra 0,1—6 мкм, увеличения могут изменяться в пределах 1000—5000х шестью ступенямиЗапись ведется на 'металли­ зированной бумажной ленте. В приборе используется новая оптоэлектронная система передачи -и усиления сигнала, что повышает его чувствительность. На выставке Microteenic-73 демонстрировался портативный цеховой прибор фирмы Tesa (Швейцария) с пьезодатчиком, прибор Surfatest В фирмы Mitutoyo (Япония) для параметров Ra и Rt , универсаль­ ный прибор для макро- и микрогеометрии фирмы Perthen (ФРГ) и др. Фирма Bendix Recognition Systems (США) со­ здала принципиально новую систему для одновременного кон­ троля дефектов, даже типа царапин, и шероховатости от­ верстий. Устройство основано на ослаблении интенсивности отраженного поверхностью света лазерного источника как функции шероховатости поверхности. Лазер жестко закреп­

66

лен и не входит в контролируемое отверстие. В него вводит­ ся цилиндрический датчик, содержащий оптику, необходимую для фокусировки и поворота лазерного пучка на 90°. Датчик расположен на каретке и после позиционирования в отвер­ стии начинает вращаться со скоростью 1800 об/мин, а карет­ ка перемещается, так что лазерный пучок сканирует по спи­ рали контролируемую поверхность. Отраженный свет пада­ ет на два фотоэлектрических детектора, которые передают сигнал на ЭВМ, анализирующую состояние поверхности и пе­ чатающую результаты. Время от установки до снятия де­ тали ~.10 с.

Следует отметить, что в настоящее время много внимания уделяется вопросам выработки критериев, позволяющих оце­ нить качество поверхности таким образом, чтобы установить зависимость между отклонениями от правильной макро- и микрогеометрии поверхности и функциональными параметра­ ми поверхности при ее техническом использовании.

Функционирование поверхности зависит от ее физических и химических свойств и от отклонений от идеальной геомет­ рии, под которыми подразумеваются отклонения формы и по­ ложения, волнистость и шероховатость. Однозначного разгра­ ничения этих отклонений до сих пор не достигнуто.

Отклонения нормируются по параметрам, измеряемым в вертикальном и горизонтальном направлениях. Однако все нормированные параметры имеют тот недостаток, что ни один из них в отдельности не позволяет оценить форму профиля поверхности, имеющую большое значение для правильного функционирования. В настоящее время делается много попы­ ток создать приборы, определяющие несколько параметров, и разработать методы обработки результатов измерений с ис­ пользованием корреляционной техники, математической ста­ тистики и-ЭВМ.

67

З А К Л Ю Ч Е Н И Е

Обзор измерительных устройств для линейных измерений показывает следующие тенденции развития измерительной техники, связанные с необходимостью обеспечения высокого качества при сохранении конкурентоспособности продукции

[4, 81].

1. Несмотря на развитие электроники и оптоэлектроники, механические измерительные инструменты продолжают при­ меняться и совершенствоваться. Они становятся легче, удоб­ нее и надежнее. Для устранения погрешностей отсчета улуч­ шается окраска шкал, устраняются отблески и тени. У инди­ каторов увеличивают холостой ход и ограничивают участок отсчета для повышения его надежности. Совершенствуют на­ правляющие шпинделя и подвеску механизма для уменьше­ ния погрешности обратного хода и повышения ударостойкос­ ти. В штангенциркулях стремятся устранить погрешность па­ раллакса и повысить производительность и надежность отсче­ та. В микрометрах отказываются от отсчетов V2 мм и обеспе­ чивают или непосредственный отсчет по барабану, или циф­ ровой отсчет.

Для контроля отверстий, геометрической формы и резьбы во многих случаях оправдывают себя калибры. Их точность повышается технологическими мерами, а износостойкость путем применения твердых сплавов, в том числе и для резь­ бовых калибров.

2. Измерения с погрешностью до долей микрометров вы­ полняются и классическими методами, но во все большей ме­ ре с помощью электроники, оптоэлектроники и лазерной тех­ ники- В приборах много внимания уделяется устройствам тонкой настройки, арретирам, защите и компенсации условий среды.

3.Все шире применяется цифровой отсчет, печатные уст­ ройства, перфораторы, ЭВМ.

4.Упрощается обслуживание автоматических и полуавто-

68