WZORCE DŁUGOŚCI

Wzorce długości - ciała lub zjawiska fizyczne odtwarzające w sposób praktycznie niezmienny jedną lub kilka miar długości. Ze względu na sposób odtwarzania miary można podzielić je na:

• końcowe,

• kreskowe ( końcowo - kreskowe, inkrementalne),

• falowe,

• kodowe.

Wzorce końcowe - bryły materialne, które żądaną wartość długości odtwarzają odległością:

• dwóch równoległych płaszczyzn (płytki wzorcowe długości, szczelinomierze),

• dwóch skrajnych tworzących (wałeczki pomiarowe),

• dwóch skrajnych punktów (kulki pomiarowe).

Wzorce kreskowe odtwarzają wartości długości wzajemnymi odległościami kres naniesionych na płaskiej powierzchni wzorca (wzorce kreskowe) lub też odległościami kres od krawędzi wzorca (wzorce końcowo-kreskowe).

Wzorce kreskowe znajdują szerokie zastosowanie.

Mogą one:

• stanowić integralne części różnych przyrządów pomiarowych, (podziałki w suwmiarkach, mikrometrach, długościomierzach Abbe'go, maszynach do pomiarów długości, itp.).

• występować samodzielnie:

• jako wzorce kontrolne (etalony),

• jako wzorce użytkowe służące bezpośrednio do pomiarów długości (przymiary).

Pod względem sposobu odtwarzania przymiary można podzielić na:

• kreskowe (rys. a);

• końcowo - kreskowe (rys. b)

Wzorce inkrementalne - odmiana wzorców kreskowych. Mogą być szklane lub metalowe. Na powierzchniach tych wzorców naniesione są na przemian pola ( strefy ) aktywne i pasywne.

• aktywne - wzorzec szklany przepuszcza światło, zaś metalowy je odbija;

• pasywne - wzorzec szklany nie przepuszcza światła, metalowy je pochłania.

Schemat wzorca inkrementalnego

t

t = 20 μm (40,100)

Przykład wzorca kodowego w układzie binarnym

	2^3	2^2	2^1	2^0
0					0⋅2^3+0⋅2^2+0⋅2^1+0⋅2^0=0
1					0⋅2^3+0⋅2^2+0⋅2^1+1⋅2^0=1
2					0⋅2^3+0⋅2^2+1⋅2^1+0⋅2^0=2
3
4
5
6
7					0⋅2^3+1⋅2^2+1⋅2^1+1⋅2^0=7
8
9
10
11					1⋅2^3+0⋅2^2+1⋅2^1+0⋅2^0=11
12

Wzorce falowe odtwarzają wartości długości jako wielokrotność długości fali promieniowania elektromagnetycznego emitowanego przez pewne pierwiastki (krypton 86, rtęć 198, kadm 114 oraz promieniowanie laserów typu He-Ne) w określonych warunkach. Do odtwarzania wartości długości tą metodą służą specjalne przyrządy zwane interferometrami.

Wzorce kodowe - podobnie jak we wzorcach inkrementalnych występują tu strefy aktywne i pasywne ( w postaci figur geometrycznych). Konkretnemu położeniu wzorca względem przetwornika odpowiada jedna, absolutna wartość.

Najdokładniejsze są wzorce falowe, następnie - wzorce końcowe, a najmniej dokładne - wzorce kreskowe.

Jeśli chodzi o łatwość odtwarzania kolejność jest dokładnie odwrotna.

WZORCE KOŃCOWE DŁUGOŚCI

Wzorce końcowe są wzorcami jednomiarowymi. Wyróżnia się wśród nich :

• płytki wzorcowe długości,

• szczelinomierze,

• wałeczki pomiarowe,

• kulki pomiarowe,

• wzorce nastawcze.

PŁYTKI WZORCOWE DŁUGOŚCI

WIADOMOŚCI OGÓLNE

♦ pierwsze zastosowanie:

szwedzka firma C.E. JOHANSSON; 1896 r

Płytki wzorcowe mają najczęściej kształt prostopadłościanów. Wartość długości odtwarzana jest wzajemną odległością dwóch, bardzo starannie wykonanych, przeciwległych powierzchni zwanych powierzchniami pomiarowymi.

Rys.4 Nazwy powierzchni:

a) dla długości nominalnych ln < 6 mm,

b) dla długości nominalnych ln ≥ 6 mm.

1. powierzchnia pomiarowa lewa,

2. powierzchnia pomiarowa prawa,

3. powierzchnia pomiarowa nie znakowana,

4. powierzchnia pomiarowa znakowana,

5. powierzchnie boczne,

6. powierzchnia boczna znakowana.

♦ zalety płytek wzorcowych:

- duża dokładność odtwarzanej długości;

- możliwość bezpośredniego porównania z wzorcami falowymi;

- łatwość posługiwania się;

- niezawodność;

• względnie niski koszt zakupu i eksploatacji ;

WYMAGANIA ODNOŚNIE KSZTAŁTU I POŁOŻENIA POWIERZCHNI POMIAROWYCH

• klasy dokładności wykonania płytek wg: PN-EN ISO 3650

K	0	1	2
do pomiarów porównaw czych	Kierunek malejącej dokładności

♦ kryteria oceny dokładności wykonania płytek wzorcowych:

- odchyłka długości płytki;

- zmienność długości;

- odchyłka płaskości;

- przywieralność powierzchni pomiarowych.

PŁYTKI WZORCOWE DŁUGOŚCI

RZECZYWISTA DŁUGOŚĆ PŁYTKI

Rzeczywistą długość płytki wzorcowej określa wzajemna odległość jej powierzchni pomiarowych.

Długość płytki wzorcowej l

- jest to odległość w kierunku prostopadłym między każdym dowolnym punktem powierzchni pomiarowej a powierzchnią płaską płytki pomocniczej (z tego samego materiału i o takiej samej strukturze powierzchni), do której powierzchnia pomiarowa płytki wzorcowej została przywarta.

Rys.1 - Długość środkowa lc oraz przykład długości l w dowolnym punkcie płytki wzorcowej przywartej do powierzchni płaskiej płytki pomocniczej. (1 - płytka pomocnicza).

Długość środkowa płytki wzorcowej lc

- długość płytki wzorcowej określona w punkcie środkowym powierzchni pomiarowej nie przywartej.

Odchyłka długości względem długości nominalnej w dowolnym punkcie e

e = l - l_n

Zmienność długości - v

- jest to różnica między długością największą l_max a długością najmniejszą - l_min. (Zmienność długości jest równa sumie odchyłek fo i fu względem długości środkowej lc.)

Rys. 3. - Długość nominalna ln; długość środkowa l_c; zmienność v wraz z fo i fu; odchyłki graniczne f_e długości względem długości nominalnej w dowolnym punkcie.

Tablica 1

Odchyłki graniczne te długości względem długości nominalnej w dowolnym punkcie powierzchni pomiarowej oraz tolerancja tv zmienności długości

	Klasa kalibracyjna K		Klasa 0		Klasa 1		Klasa 2
Długość nominalna ln	Odchyłki graniczne długości względem długości nominalnej, w dowolnym punkcie	Tolerancja zmienności długości	Odchyłki graniczne długości względem długości nominalnej, w dowolnym punkcie	Tolerancja zmienności długości	Odchyłki graniczne długości względem długości nominalnej, w dowolnym punkcie	Tolerancja zmienności długości	Odchyłki graniczne długości względem długości nominalnej, w dowolnym punkcie	Tolerancja zmienności długości
	±te	tv	±te	tv	±te	tv	±te	tv
mm	μm	μm	μm	μm	μm	μm	μm	μm
0,5≤ ln ≤ 10	0,2	0,05	0,12	0,1	0,2	0,16	0,45	0,3
10<ln≤ 25	0.3	0.05	0.14	0,1	0,3	0,16	0,6	0,3
25 <ln ≤ 50	0,4	0,06	0,2	0,1	0,4	0,18	0,8	0,3
50 < ln ≤ 75	0,5	0.06	0.25	0,12	0.5	0.18	1	0,35
75 < ln ≤ 100	0,6	0,07	0,3	0,12	0.6	0,2	1,2	0,35
100 < ln ≤ 150	.0,8	0,08	0,4	0,14	0,8	0,2	1,6	0,4
150 <ln ≤ 200	1	0,09	0,5	0,16	1	0,25	2	0,4
200 < ln ≤ 250	1,2	0,1	0,6	0.16	1,2	0,25	2,4	0,45
250 < ln≤ 300	1,4	0,1	0,7	0.18	1,4	0,25	2.8	0.5
300 < ln ≤ 400	1,8	0,12	0,9	0,2	1,8	0.3	3,6	0,5
400 < ln ≤ 500	2,2	0,14	1.1	0,25	2,2	0.35	4,4	0,6
500 < ln≤ 600	2,6	0,16	1,3	0.25	2,6	0,4	5	0,7
600 < ln ≤ 700	3	0,18	1,5	0,3	3	0,45	6	0.7
700 < ln ≤ 800	3,4	0,2	1,7	0,3	3,4	0.5	6.5	0,8
800 < ln ≤ 900	3.8	0,2	1,9	0,35	3,8	0,5	7,5	0,9
900< ln≤ 1000	4,2	0,25	2	0,4	4,2	0,6	8	1

Odchyłka płaskości fd

- najmniejsza odległość między dwiema płaszczyznami równoległymi, między którymi leżą wszystkie punkty po­wierzchni pomiarowej.

Rys.2 - Odchyłka płaskości fd

Graniczna dopuszczalna wartość odchyłki długości płytki wzorcowej zależy od klasy dokładności płytki i jej długości nominalnej. (Tablica 2)

Tablica 2

Długość nominalna ln mm	Tolerancja płaskości tf μm
		Klasa dokładności
		K	0	1	2
0,5 ≤ ln ≤ 150	0,05	0,1	0,15	0,25
150 < ln ≤ 500	0,1	0,15	0,15	0,25
500 < ln ≤ 1000	0,15	0,15	0,2	0,25

Przy dokładności płaskości płytki wzorcowej nie uwzględnia się tzw. strefy obrzeża tj. punktów powierzchni pomiarowej leżących w odległości mniejszej niż 0.8 mm od powierzchni bocznych.

Przywieralność, jest to zdolność powierzchni pomiarowych płytek wzorcowych do adhezyjnego łączenia się z innymi powierzchniami pomiarowymi lub innymi podobnie wykończonymi powierzchniami płaskimi, wynikająca z działania sił międzycząsteczkowych.

Własność przywieralności powierzchni pomiarowych płytki wzorcowej jest badana za pomocą płytki interferencyjnej o tolerancji płaskości 0,1 μm.

Przywarta powierzchnia pomiarowa obserwowana poprzez płytkę interferencyjną powinna być:

Dla klas K i 0 - pozbawiona prążków interferencyjnych oraz barwnych i jasnych plam.

Dla klas 1 i 2 - dopuszcza się niewielkie jasne plamy lub szare odcienie.

INNE WYMIARY I WYMAGANIA

Wymiary nominalne przekroju poprzecznego

Przekrój poprzeczny	Długość nominalna, ln	a		b
				wymiar nominalny	odchyłki graniczne	wymiar nominalny	odchyłki graniczne
		mm	mm	μm	mm	μm
		0,5 < ln ≤ 10	30	0		- 0.05
		10 < ln ≤ 1000	35	-0,3	9	- 0.20

Współczynnik rozszerzalności cieplnej.

Współczynnik rozszerzalności cieplnej stalowych płytek wzorcowych w zakresie temperatury od 10 ºC do 30 ºC powinien wynosić

(11,5±1,0) x 10^-6 K^-1.

Twardość

Powierzchnie pomiarowe stalowych płytek wzorcowych powinny mieć twardość Vickersa nie mniejszą niż 800 HV (64 HRC).

Stabilność wymiarowa

Największe dopuszczalne zmiany długości płytek wzorcowych w ciągu roku podano w tablicy

Klasa	Największa dopuszczalna zmiana długości w ciągu roku
K	± (0,02 μm + 0,25 x 10^-6x ln)
0
1		± (0.05 μm + 0,5 x 10^-6 x ln)
2
UWAGA -ln wyrażona w milimetrach.

Znakowanie

Jeżeli na płytce wzorcowej umieszczona jest jej klasa. to powinny być zastosowane następujące znaki:

• klasa kalibracyjna K: K

• klasa 0: 0

• klasa 1: -

• klasa 2: =

PŁYTKI WZORCOWE DŁUGOŚCI

KOMPLETY - KLASYFIKACJA

Płytki wzorcowe zestawiane są w komplety, które można podzielić na:

• uniwersalne;

• specjalne;

W grupie kompletów uniwersalnych wyróżnia się:

• komplety podstawowe;

• komplety uzupełniające;

Komplety podstawowe zawierają płytki umożliwiające budowę stosów o szerokim zakresie długości (~ 3 mm ÷ ~ 200 mm) i odpowiednio drobnym stopniowaniu.

Komplety uzupełniające przeznaczone są głównie do wspomagania kompletów podstawowych i w zależności od swego składu mogą:

• umożliwiać drobniejsze stopniowanie długości budowanych stosów;

• rozszerzać zakresy pomiarowe kompletów podstawowych w stronę wartości małych (L < 3 mm) lub dużych (L > 200 mm);

• zwiększać trwałość płytek kompletów podstawowych.

Komplety specjalne służą do realizacji specjalnych zadań metrologicznych. Przykładem kompletu tego typu może być komplet płytek wzorcowych do sprawdzania mikrometrów produkcji f-my MITUTOYO. Komplet ten zawiera 10 płytek o długościach dostosowanych do procedury sprawdzania mikrometrów (2.5, 5.1, 7.7, 10.3, 12.9, 15, 17.6, 20.2, 22.8 i 25 mm)

Poza kompletami płytek wzorcowych wytwórcy oferują jesz-cze komplety przyborów pomocniczych do płytek wzorcowych.
W skład tych kompletów wchodzą najczęściej:

• uchwyty do płytek wzorcowych;

• podstawka;

• wkładki płaskie i płasko-walcowe;

• rysiki;

• kły;

PŁYTKI WZORCOWE DŁUGOŚCI

KOMPLETY PODSTAWOWE PRODUKCJI KRAJOWEJ

Nazwa kom-	Stopnio-wanie	Wymiar nominalny lub za-	Ilość płytek		Klasy dokład-
pletu	wymiaru	kres wymiarów nominalnych	w za- kresie	w kom- plecie	ności wy-konania
Mały	- 0.01 0.1 1 25	1.005 1.01 - 1.09 1.1 - 1.9 1 - 24 25 - 100	1 9 9 24 4	47	00, 0 1 i 2
Średni	- 0.01 0.5 10 -	1.005 1.01 - 1.49 0.5 - 24.5 10 - 50 25, 100	1 49 19 5 2	76	00, 0 1 i 2
Duży	- 0.01 0.5 25	1.005 1.01 - 1.49 0.5 - 24.5 25 - 100	1 49 49 4	103	00, 0 1 i 2
Duży rozsze-rzony	- 0.001 0.01 0.5 25	1.0005 1.001 - 1.009 1.01 - 1.49 0.5 - 24.5 25 - 100	1 9 49 49 4	112	00, 0 i 1

PŁYTKI WZORCOWE DŁUGOŚCI

KOMPLETY PODSTAWOWE - PORÓWNANIE

Porównując cechy techniczne i użytkowe kompletów podstawowych produkcji krajowej można stwierdzić, że:

♦ zakresy pomiarowe wszystkich czterech kompletów są zbliżone (wynoszą od ∼3 mm do ∼200 mm);

♦ stopniowanie wartości długości odtwarzanej przez stosy budowane z płytek kompletów małego, średniego i dużego jest jednakowe i wynosi 5 μm.

Wyjątek stanowi komplet duży rozszerzony, z którego można budować stosy stopniowane co 0.5 μm;

♦ stosy budowane z kompletów większych składają się najczęściej z mniejszej liczby płytek niż stosy budowane z kompletów mniejszych;

♦ kompletem większym może posługiwać się równocześnie więcej osób, ponieważ prawdopodobieństwo jednoczesnego zapotrzebowania na tę samą płytkę jest przy nich mniejsze;

♦ w przypadku kompletu większego określony wymiar stosu można uzyskać na więcej różnych sposobów niż w przypadku kompletu małego.

(wiąże się z tym bardziej równomierne zużycie płytek i w konsekwencji większa trwałość kompletu).

PŁYTKI WZORCOWE DŁUGOŚCI

KOMPLETY UZUPEŁNIAJĄCE PRODUKCJI KRAJOWEJ

Nazwa	Stopnio-wanie	Wymiar nominalny lub	Ilość płytek		Klasy dokład-
kompletu	wymiaru	zakres wym. nominalnych	w za-kresie	w kom-plecie	ności wy-konania
Mikrome-tryczny I	0.001 0.001	0.991 - 0.999 1.001 - 1.009	9 9	18	00, 0 i 1
Mikrome-tryczny II	0.001 0.001	1.991 - 1.999 2.001 - 2.009	9 9	18	00, 0 i 1
Centymi-limetrowy	0.01	0.90 - 0.99	10	10	00, 0 1 i 2
Uzupełnia-jący poni-żej 1 mm	0.01 0.1 -	0.41 - 0.49 0.2 - 0.9 0.405	9 8 1	18	00, 0 1 i 2
Uzupełnia-jący powy-żej 100 mm	25 50 100	125 - 200 250 - 300 400 - 500	4 2 2	8	00, 0 1 i 2
Komplet płytek ochronnych	- -	1 lub 2	2 2	2 2	00, 0 1 i 2

WZORCE DŁUGOŚCI

(8)

7

WZORCE DŁUGOŚCI

(15)

7

l_n

l_min

l_max

_V

f_u

l_c

f_e

f₀

f_d

b

a

---