Metrologija 21.nov., 2016

Transcription

1 Metrologija 21.nov., 2016 vprašanja merjenje dolžin razvrstitev postopkov kladice merilni stroji za absolutne dolž. mer. ravnila globinska merila kljunasta merila kapacitivno merjenje dolžine

2 PRIMER DOLOČANJA KOMBINIRANE NAPAKE MERITVE ETALON DOLŽINE 9 mm.

3 vir:

4 vir:

5 METROLOGIJA: MERJENJE DOLŽIN V IZDELAVNEM POSTOPKU

6 DELITEV MERILNIH POSTOPKOV Dolžine je mogoče meriti na dva osnovna načina: neposredno, z dotikom merjenca, negraduirana merila šestila kladice sinusna merila graduirana merila ravnila, kljunasta merila vijačna merila kotomeri urice posredno, brez dotika. Glede na fizikalno načelo delovanja ločimo: - mehansko delujoča merilna sredstva, - električna merilna sredstva - pnevmatska merilna sredstva in - optična merilna sredstva.

7 Johanssonova demonstracija sile med dvema sprijetima kladicama na konferenci v Stockholmu l KLADICE - negraduirana merila izmerjena privlačna sila med kladicami je do 300 N sila zaradi zračnega tlaka - ob predpostavki, da je med kladicama vakuum je vsaj petkrat manjša ~ 54 N glavno vlogo ima sila med površino kladice in molekulami vodne pare oz. ostanki olja meritev prevodnosti pokaže, da je effektivna stična površina cca cm 2, kar je premalo, da bi imel kontakt med površinama odločilen vpliv p = 100 * 1e3; % zračni tlak je 100 kpa a = 30e-3; %dolžina kladice b = 9e-3; % širina kladice F = a*b*p*2; disp(['sila: ',num2str(f),' N']) ans>> sila: 54 N

8 režo med "sprijetima" kladicama ocenjujemo na 0,01 mm = 10 nm

9

10 ZLAGANJE KLADIC naoljeno suho 1. poskrbi, da bosta kladici čisti 2. kladici obriši nežno z naoljeno krpo 3. kladici obriši s suho krpo 4. zloži kladici tako kot kaže slika

11 KLADICE uporabljamo za umerjanje in primerjalne meritve preverjanje elektronskega kljunastega merila preverjanje vijačnega merila primerjava višin na testnem kosu s stavkom kladic

12 nominalna dolžina kladice dolžina kladice v sredini = - razlika med max. in dolžino v sredini = razlika med min. in dolžino v sredini + polje odstopanja

13 merilne kladice se uporabljajo glede na razred natančnosti razred 2: v delavnicah za nastavljanje merilnih instrumentov; uporabljajo jih izkušeni delavci razred 1: v merilnicah v proizvodnji, za kalibracijo merilnih instrumentov in opreme in za kontrolo orodij razred 0: v temperaturno kontroliranih merilnicah za kalibracijo merilne opreme; uporabljajo jih merilni tehniki razred K oz 00: predstavljajo dolžinski standard v kalibracijskem laboratoriju. Kalibracijske vrednosti se izvedejo posredno z uporabo teh kladic

14 razred toleranca (mm) L) 0 ( L) 1 ( L) 2 ( L) Razred K Razred 0 Razred 1 Razred 2 t e (mm) f d (mm) t e (mm) f d (mm) t e (mm) f d (mm) t e (mm) f d (mm) 0,5-10 ± ,05 ± 0,12 0,01 ± 0,20 0,16 ± 0,45 0,30 l n (mm ) ± ,05 ± 0,14 0,10 ± 0,30 0,16 ± 0,60 0, ± ,06 ± 0,20 0,10 ± 0,40 0,18 ± 0,80 0, ± ,06 ± 0,25 0,12 ± 0,50 0,18 ± 1,00 0, ± ,07 ± 0,30 0,12 ± 0,60 0,20 ± 1,20 0,35

15

16 PREVERJANJE KLADIC valj iz kvarčnega stekla 1. površina naj bo čista 2. razlika med progami ustreza napaki ~ 0,3 mm 3. če ni videti prog, je med površinama prah 4. v primeru a) je kot med površinama konstanten zato je razdalja med progami konstantna 5. v primerih b) in c) "beremo" proge kot plastnice na zemljevidu

17 kvarčni valji za preverjanje materiali kladic jeklo wolframov karbid: če rabimo povečano trdoto - priporoča se, če kladice uporabljamo pogosto keramika: zelo odporna na obrabo in so temperaturno in dimenzijsko stabilne, odporne so na kemikalije in ne korodirajo

18 Sledljivost meril... DOLŽINA

19 Sledljivost meril

20 preverjanje merilnih kladic Absolutna metoda interferenčno merjenje z laserjem (primarni etalon) L je dolžina v metrih L = 0.3; % 30 mm U = sqrt((20e-9)^2+(0.18e-6*l)^2) % Rezultat = 5.758e-8 = 0,058 mm

21 preverjanje merilnih kladic Primerjalna metoda mehanski komparator L = 0.3; % 30 mm U = 0,154 mm

22 Razvrstitev merilnih prostorov 1/2 Glede na predpisane tolerance merilnih pogojev v merilnem prostoru, razdelimo merilne prostore v pet razredov. mm

23 Razvrstitev merilnih prostorov 2/2 Pri meritvah dimenzij, je najbolj pomembno zagotoviti čim manjša odstopanja temperature v merilnem prostoru temperature = 20 ºC (68 ºF ) barometric pressure = 101,325 Pa (1 atmosphere) water vapor pressure = 1,333 Pa (10 mm of mercury) 60% vlažnost CO2 content of air = 0.03%. kladice se NIKDAR ne meri pri teh pogojih zaradi rjavenja! to so spektroskopski pogoji! vir: The Gauge Block Handbook by Ted Doiron and John Beers Dimensional Metrology Group Precision Engineering Division National Institute of Standards and Technology

24 šestila - negraduirano nastavljivo merilo šestilo nastavimo na merjencu in mero izmerimo nato s kljunastim merilom, vijačnim merilom... natančnost je močno odvisna od merilca

25 Merilni stroj za dolžinske meritve v eni osi: Primerno za merjence do 1m! ZA PRIMERJALNO MERJENJE mikrometer kaže na 2µm natančno. priporočljivo, da je dolžina referenčne palice podobna dolžini merjenca, pred meritvijo naj se sistem stabilizira na temperaturo. ZGODOVINSKI PRIMER ZGODOVINSKI PRIMER, KI PONAZARJA PRINCIP PRIMERJALNIH MERITEV. OB TEM PRIMERU LAHKO RAZMISLIMO, ZAKAJ JE MNOGO TEŽJE NAREDITI STROJ ZA ABSOLUTNE DOLŽINSKE MERITVE. 1. na suporte nastavimo palico referenčne dolžine 2. preberemo vrednost na mikrometru 3. palico zamenjamo z merjencem 4. zopet odčitamo vrednosti na mikrometru 5. iz razlike v vrednostih, ki sta jih pokazala mikrometra in znane referenčne doližine, dobimo dolžino merjenca.

26 Merilni stroji: so kombinirana, zelo natančna merilna sredstva; uporabljamo jih za neposredno merjenje dolžin v eni ali v več smereh; omogočajo tudi primerjalna merjenja. primer merilnega stroja

27 Merilni stroji za absolutne dolžinske meritve: RAZVOJ MERILNIH STROJEV JE POENOSTAVIL MERJENJE TEMELJNA SESTAVNA DELA STA ŠE VEDNO: VODILA in LINEAL

28 Precizni merilni stroj za preverjanje etalonov: lg: laserska glava rz: ravni zrcali vs: vodoravno pomične sani ns: navpično pomične sani vm: vrtljiva in negibna mizica m: merjenec Shema merilnega stroja, ki meri v vodoravni smeri z laserskim interferometrom, v navpični smeri pa z induktivnim električnim komparatorjem.

29 Preprosta merilna sredstva Z njimi merimo neposredno. To so togi lineali in merilni trakovi iphone 4/5 ppi = 326 premer lasu ~ 0.1 mm Človek loči na normalni zorni razdalji d = 220 mm predmet, ki ga vidi pod kotom 0,3 kotne minute

30 uporaba ravnil za določanje sredine kroga ali pravega kota

31 Mehanične merilne naprave za merjenje dolžin Pomična merila - kljunasto merilo

32 a) desetinski (1/10) b) dvajsetinski (1/20) c) petdesetinski (1/50)

33 razbiranje

34 Meritve dolžin v izdelavnem postopku Merjenje eno-koordinatnih mer

35 zunanja mero in višina referenčna ploskev Glede na referenčno ploskev, ki je podana na risbi izberemo primerno merilno sredstvo: a) Dolžinsko merilo b) Višinsko merilo c) Globinsko merilo

36 Merilniki višine

37 merilniki globine

38 Notranje mere

39

40 -scale/working.html

41

42

43

44 1. pomični PCB (z IC, LCD, gumbi. vidimo le področje) 2. sprejemna elektroda (na pomičnem PCB) 3. oddajne elektrode "sender pads" (56) (na pomičnem PCB) 4. telo merila (nepomični del) 5. trak (PCB na nepomičnem delu) 6. Tee (PCB na nepomičnem delu) 7. "glavnik" kondenzatorskih elektrod (PCB na nepomičnem delu)

45 Kapacitivni senzorji Sprememba kapacitivnosti kot posledica merjene količine Merimo pomike, gibanje, kemijsko sestavo,... Detekcija pomikov velikosti m; hitri; delujejo tudi v ekstremnih okoljih Majhnih dimenzij; C reda 10 ff, resolucija 5 x F Majhna temperaturna odvisnost

46 Ploščati kondenzator Dielektrična konstanta snovi v vmesnem prostoru snov r voda 81 zrak 1,0006 metanol 34 steklo 5-7 kavčuk 2-4 Dielektrična konstanta praznega prostora 0 = 8,85 x As/Vm Relativna dielektrična konstanta

47

48 Kapacitivnost se spremeni: sprememba površine plošč kondenzatorja A sprememba razdalje med ploščama x sprememba dielektrične konstante snovi Sprememba razdalje med ploščama; da = 0, d = 0:

49 Diferencialni kondenzator: d d N = število dif. kondenzatorjev

50 Linearizacija izhoda z operacijskim ojačevalnikom: C = K/x C ref A u ref u 0 v o v ref C K ref x Sprememba površine kondenzatorja: C = Ky

51 Preprosta merilna sredstva Nekaj izvedb vijačnih meril a-za zunanje merjenje, b-za notranje merjenje večjih izvrtin, c-za notranje merjenje manjših izvrtin

52 FINAL READING = A + B + C + D = mm

53

54

55

56 Primerjalne dolžinske meritve Uporabljamo jih, kadar moramo zanesljivo ugotoviti vsaj 1/100 mm, precej izvedb pa omogoča odčitek 1/1000 mm in manj. Naprave za primerjalno merjenje so sestavljene iz dveh delov: -iz pripomočka za odbiranje mere -iz naprave, v katero je vdelan pripomoček za ki pozicionira merjenec. odbiranje in Pri primerjalnem merjenju primerjamo merjenec s telesom znane dolžine (etalonom), in ugotavljamo, koliko je od njega različen.

57 DELITEV KOMPARATORJEV PO NAČINU DELOVANJA: MEHANSKI PNEVMATSKI ELEKTRIČNI KOMBINIRANI

58 Pritrditev komparatorjev in pozicioniranje merjenca Poleg stojal z nastavljivo ročico za pritrjevanje merilnih uric in merilnih mizic za komparatorje, se v novejšem času vse pogosteje uporabljajo vpenjalnopozicionirni pripomočki, ki se modulno sestavljajo Zaenkrat obstajajo naslednji elementi za sestavljanje naprav: - stojalo ali steber, temeljna plošča, drsniki, koordinatna miza; - stremena in elementi za notranje merjenje, v katere je mogoče pritrditi merilne urice; - razni vložki, merilne glave, glave za preusmerjanje, prisloni; - prizme, konjički s konicami, vpenjalne glave; - razni vpenjalni elementi, vijake, matice, podložke idr.

59 Pritrditev komparatorjev in pozicioniranje merjenca Primer sestavljive naprave za pozicioniranje in merjenje

60 Mehanski komparatorji Pri mehanskih komparatorjih razlikujemo: merilne urice komparatorje (v ožjem smislu) Merilne urice so standardizirane. Predpisana je: - velikost - največji pomik tipala (merilno območje) - natančnost.

61 Oznake mehanskih komparatorjev Pri vseh vrstah koparatorjev uporabljamo nekatere specifične označbe: - območje prikaza je področje med najmanjšim in največjim prikazom, - prikaz s številčnico pomeni sestavo kazalca in razdelbe na številčnici v obliki črtic, - razdelek je razdalja dveh črtic na razdelbi, - vrednost razdelka je premik tipala, ki ustreza premiku kazalca za en razdelek, - občutljivost ali prestava (tudi povečava) je razmerje med premikom tipala in številom razdelkov, za katere se pri tem premakne kazalec, -celotni pogrešek fc je največji pogrešek v območju prikaza; za merilne urice je s standardom predpisan f C <17μm.

62 Merilna urica Merilno območje Ločljivost Občutljivost Stabilnost Histereza [vir slike: Ačko,Tehnološke meritve]

63 Mehanski komparator - številčnica Slika 6.4: Številčnica komparatorja t - tipalo, z - zrcalo za popravek Paralakse (kazalec mora prekrivati svojo sliko v zrcalu)

64 Mehanski komparator vijačno merilo s komparatorjem pt s komparatorjem vezano pomično tipalo gt gumb za odmik pomičnega tipala no nastavitev označb za tolerančno območje

65 Mehanizmi mehanskih komparatorjev Mehanizmi - prenosi med tipalom in kazalom, so sestavljeni iz: - vzmeti, - vzvodov, - kombinacije vzmeti ali vzvodov in zobnikov

66 Izvedba mehanskega komparatorja

67 Izvedba mehanskega komparatorja

68 Pnevmatski komparatorji Iztekanje zraka iz merilne šobe vpliva na tlak pred šobo, hitrost iztekanja in količino iztekajočega zraka.čim bližje je ploskev in čim manjša je špranja med šobo in merjencem, tem bolj je iztekanje ovirano. Z merjenjem tlaka, hitrosti in volumskega toka iztekajočega zraka lahko sklepamo na oddaljenost šobe od površine merjenca. IZTEKANJE ZRAKA SKOZI MERILNO ŠOBO

69 Pnevmatski komparatorji Poleg navpične razdalje od površine merjenca je mogoče s posebnimi izvedbami in kombinacijami šob meriti tudi premer izvrtin, razdaljo med dvema ploskvama in celo hrapavost površin. GLAVI ZA PNEVMATSKO MERJENJE IZVRTIN