Rok akademicki 2013/2014

LABORATORIUM

POMIARÓW WIELKOŚCI GEOMETRYCZNYCH

POLITECHNIKA LUBELSKA Kierunek Mechatronika	LABORATORIUM Pomiarów Wielkości Geometrycznych
Ćwiczenie nr 6 Temat ćwiczenia: Sprawdzanie i ocena właściwości metrologicznych uniwersalnych przyrządów pomiarowych
Nazwisko i imię	Grupa
	GL07 Zespół 1

Temat ćwiczenia

Sprawdzanie i ocena właściwości metrologicznych uniwersalnych przyrządów pomiarowych.

2. Wykorzystane metody i techniki pomiarowe

1. Sprawdzenie suwmiarki uniwersalnej,

2. Sprawdzenie mikromierza.

3. Zestawienie parametrów metrologicznych stosowanych przyrządów i systemów pomiarowych

1. Suwmiarka o zakresie 200 mm i dokładności 0,02mm,

2. Mikromierz cyfrowy IP 54 o zakresie 25 mm i dokładności 0,001mm,

3. Płytki wzorcowe,

4. Liniał krawędziowy,

5. Zestaw płasko-równoległych płytek interferencyjnych.

4. Opis stosowanych technik pomiarowych

1. Sprawdzenie suwmiarki uniwersalnej

- Płaskość i prostoliniowość płaskich powierzchni pomiarowych szczęk (do pomiaru wymiarów zewnętrznych), krawędzi pomiarowych (szczęk do pomiaru wymiarów wewnętrznych) za pomocą liniału krawędziowego obserwując szczelinę świetlną, jak na rysunku poniżej.

- Równoległość powierzchni pomiarowych płaskich szczęk do pomiaru wymiarów zewnętrznych sprawdza się za pomocą płytek wzorcowych dla trzech położeń suwaka w zakresie pomiarowym odczytując wskazania dla dwóch położeń płytki „a” i „b” jak na rysunku poniżej,

- Równoległość krawędzi pomiarowych szczek do pomiaru wymiarów wewnętrznych sprawdza się za pomocą mikromierza w jednym położeniu suwaka, umieszczając płytkę wzorcową o wymiarze nominalnym N miedzy powierzchniami pomiarowymi płaskimi szczęk przeciwległych jak na rysunku poniżej,

- Błędy wskazań sprawdza się przy pomocy płytek wzorcowych, co najmniej w trzech punktach równomiernie rozłożonych w całym zakresie pomiarowym suwmiarki, jak również w trzech punktach podziałki noniusza. Błędy wskazań wyznacza się dla pomiarów: a) zewnętrznych, b) wewnętrznych, c) głębokości, jak na rysunku poniżej.

1. Sprawdzenie mikromierza

- Sprawdzanie płaskości powierzchni pomiarowych mikromierza przy pomocy płytki

interferencyjnej wykonuje się poprzez przyłożenie płytki interferencyjnej do dokładnie oczyszczonej powierzchni pomiarowej, ponieważ tylko wtedy będzie można zaobserwować prążki interferencyjne.

Metoda interferencyjna polega na przyłożeniu do badanej powierzchni płaskiej płytki

interferencyjnej i zaobserwowaniu obrazu prążków interferencyjnych jak na rysunku poniżej,

- Sprawdzanie równoległości powierzchni pomiarowych mikromierza wykonuje się przy pomocy kompletu płasko równoległych płytek interferencyjnych, jak na rysunku poniżej. Przy sprawdzaniu równoległości metodą interferencyjną płytki interferencyjne należy przykładać do dokładnie oczyszczonych powierzchni pomiarowych, ponieważ tylko wtedy będzie można zaobserwować prążki interferencyjne. Odchylenie od równoległości jest to największa z wartości r otrzymanych przy jednym z czterech położeń powierzchni pomiarowych. Pomiar przeprowadza się dwukrotnie przy zwolnionej i włączonej blokadzie wrzeciona.

- Sprawdzanie wartości nacisku pomiarowego wykonuje się przy pomocy wagi uchylnej jak na rysunku poniżej.

- W celu wyznaczenia błędu wskazań mikromierza należy:

- dla mikromierza o dolnej granicy zakresu pomiarowego A równej zero wyznaczyć błąd wskazania dolnej granicy zakresu pomiarowego fA stykając bezpośrednio powierzchnie pomiarowe,

- dla mikromierza o dolnej granicy zakresu pomiarowego A większej od zera, błąd

wskazania dolnej granicy zakresu pomiarowego fA należy wyznaczyć używając płytki

wzorcowej o długości nominalnej równej wartości dolnej granicy zakresu pomiarowego,

- jako błąd wskazania przyjąć różnicę między wskazaniem mikromierza a wartością

nominalną dolnej granicy pomiarowej,

- błędy wskazań w innych punktach zakresu pomiarowego należy wyznaczyć dokonując pomiarów stosów płytek wzorcowych. Długości nominalne płytek wzorcowych należy tak dobrać, aby było możliwe wyznaczenie błędów wskazań w kilku równomiernie rozłożonych punktach zakresu pomiarowego stopniowanych co 0,12 podziałki śruby mikromierza. Błędem wskazania w każdym punkcie zakresu pomiarowego jest różnica pomiędzy odczytanym wskazaniem, a wartością nominalną mierzonej płytki wzorcowej. Przy wyznaczaniu błędów wskazań należy dokonywać odczytów wskazań obserwując podziałkę mikromierza poprzez lupę i wzrokowo interpolować działkę elementarną podziałki bębna mikromierza do wartości 2,5μm.

5. Zestawienie wyników pomiarów i obliczeń

1. sprawdzanie suwmiarki uniwersalnej:

• Równoległość szczęk do wymiarów:

zewnętrznych (bez mikromierza)	wewnętrznych za pomocą mikromierza
N	a
5	5,00
12	12,00
21	21,00

Odchylenie od równowagi przyjęliśmy na podstawie pomiarów płytki o nominale 12.

• Wyznaczanie błędów wskazań:

lp.	Płytki pomiarowe [mm]	Pomiary zewnętrzne [mm]	Pomiary wewnętrzne [mm]	Pomiary głębokościowe [mm]
1.	21	21,00	20,94	21,08
2.	71,6	71,62	71,58	71,66
3.	126,9	126,94	126,92	127,00

1. sprawdzanie mikromierza

• Płaskość powierzchni pomiarowych mikromierza przy pomocy płytki interferencyjnej:

Zaobserwowano 5 prążków interferencyjnych.

• Sprawdzenie równoległości powierzchni pomiarowych mikromierza przy pomocy kompletu płasko równoległych płytek interferencyjnych

lp.	Z zablokowanym wrzecionem	Z odblokowanym wrzecionem
	n1	n2
1	2	3
2	1	6
3	4	1
4	2	2

• Sprawdzenie wartości nacisku pomiarowego przy pomocy wagi uchylnej:

Wartość nacisku – 0,44kg ∙ 10m/s² = 4,4N

• Wyznaczenie błędów wskazań mikromierza

lp	Płytki wzorcowe [mm]	Mikromierz [mm]	δ [mm]
1	0	0,003	0,003
2	5,12	5,128	0,008
3	10,25	10,254	0,004
4	15,37	15,374	0,004
5	20,50	20,503	0,003
6	25,00	24,997	0,003

6. Wyniki niezbędnych obliczeń:

1. sprawdzanie mikromierza cyfrowego

• sprawdzanie płaskości powierzchni pomiarowych mikromierza przy pomocy płytki interferencyjnej

Zaobserwowano 5 prążków interferencyjnych.

λ = 0, 6 μm ∖ nn = 5 ∖ nl = 0, 3 ∖ nk = 0, 4

$$\Delta = n \times \frac{l}{k} \times \frac{\lambda}{2}\ = 5 \times \frac{0,3}{0,4} \times \frac{0,6*10^{- 3}}{2} = 1,125\ \mu m$$

=1, 125 μm

• Sprawdzenie równoległości powierzchni pomiarowych mikromierza przy pomocy kompletu płasko równoległych płytek interferencyjnych

λ = 0, 6 * 10⁻³ mm
n1= 2

n2= 3

$$r = \left( n_{1} + \ n_{2} \right) \times \frac{\lambda}{2} = \left( 2 + 3 \right) \times \frac{0,6*10^{- 3}}{2} = 1,5*10^{- 3}\text{\ mm}$$

lp.	Z zablokowanym wrzecionem	Z odblokowanym wrzecionem
	n1	n2
1	2	3
2	1	6
3	4	1
4	2	2

7. Ocena dokładności pomiarów

1. sprawdzanie suwmiarki uniwersalnej:

• sprawdzanie równoległości powierzchni pomiarowych płaskich szczęk

δ_1w = 5, 041 − 5, 0  =  0, 041 mm

δ_1z = 5, 0 − 5, 0 = 0 mm

δ_2w=12,062 - 12 = 0,062 mm

δ_2z = 12, 0 − 12, 0 = 0 mm

δ_3w = 21, 051 − 21, 0 = 0, 051 mm

δ_3z = 21, 0 − 21, 0 = 0 mm

• Wyznaczanie błędów wskazań suwmiarki

Pomiary zewnętrzne:

δ₁ = 21, 0 − 21, 0 = 0, 002 mm

δ₂ = 71, 62  − 71, 60 =  0, 02mm

δ₃ = 126, 94 − 126, 9 = 0, 04 mm

Pomiary wewnętrzne:

δ₁ = 21, 0 − 20, 94 = 0, 06 mm

δ₂ = 71, 6  − 71, 58 =  0, 02mm

δ₃ = 126, 92 − 126, 9 = 0, 02 mm

Pomiary głębokości:

δ₁ = 21, 08 − 21, 0 = 0, 08 mm

δ₂ = 71, 66 − 71, 6 =  0, 06 mm

δ₃ = 127 − 126, 9 = 0, 1 mm

1. sprawdzanie mikromierza cyfrowego

δ₁ = 0, 003 − 0 = 0, 003 mm

δ₂ = 5, 128  − 5, 12 =  0, 008 mm

δ₃ = 10, 254 − 10, 25 = 0, 004 mm

δ₄ = 15, 374 − 15, 37 = 0, 004 mm

δ₅ = 20, 503 − 20, 50 = 0, 003 mm

δ₆ = 25, 0 − 24, 997 = 0, 003 mm

8. Prezentacja uzyskanych rezultatów

1. sprawdzanie suwmiarki uniwersalnej:

• sprawdzanie równoległości powierzchni pomiarowych płaskich szczęk do pomiaru wymiarów zewnętrznych

Odchylenie od równoległości było największe dla płytek o grubości 12mm, przy pomiarze w punkcie B. Wyniosło 0,062mm.

• Wyznaczanie błędów wskazań suwmiarki

Błędy pomiarów zewnętrznych:

- największy dla płytek o grubości 126,9mm, wynosi 0,04mm.

- najmniejszy dla płytek o grubości 21mm, wynosi 0mm.

Błędy pomiarów wewnętrznych:

- największy dla płytek o grubości 21mm, wynosi 0,06mm.

- najmniejszy dla płytek o grubości 71,6mm, oraz 126,9mm, wynosi 0,02mm.

Błędy pomiarów głębokości:

- największy dla płytek o grubości 126,9mm, wynosi 0,1mm.

- najmniejszy dla płytek o grubości 71,6mm, wynosi 0,06mm.

1. sprawdzanie mikromierza cyfrowego

• sprawdzanie płaskości powierzchni pomiarowych mikromierza

Odchylenie od płaskości wynosi 1, 125 μm.

• Sprawdzenie równoległości powierzchni pomiarowych mikromierza

Największa odchyłka od równoległości wynosi 2,7∙10⁻³ mm.

• Wyznaczenie błędów wskazań mikromierza

Mikromierz wskazał największy błąd dla płytek o grubości 5,12mm, wyniósł on 0,008mm, najmniejszy błąd wynosił 0,003mm dla pomiaru płytek o grubości 20,50mm, oraz 25,00mm.

9. Wnioski

W wykonanym przez nas ćwiczeniu naszym zadaniem było sprawdzanie i ocena właściwości metrologicznych uniwersalnych przyrządów pomiarowych takich jak suwmiarka uniwersalna i mikromierz. Jak wiadomo, mikromierz cechuje się dużo większą dokładnością odczytu od suwmiarki, zważywszy na fakt, że jego pomiar opiera się o zastosowanie śruby mikrometrycznej zwiększającą dokładność odczytu do 0,001mm.

W skutek przeprowadzenia serii doświadczeń przekonaliśmy się, że nawet tak dokładne przyrządy pomiarowe nie zapewniają bezbłędności. Może to wynikać chociażby z braku równoległości powierzchni pomiarowych szczęk przyrządu pomiarowego. Z pozoru wydawałoby się błahostka, jednak wpływa i to znacznie na wynik pomiaru. Kolejną kwestią jest pomiar zewnętrzny, wewnętrzny i głębokościowy suwmiarką. Mimo, że używamy jednego przyrządu, to wyniki pomiaru różnią się od siebie. Nie są to duże różnice, lecz powodują występowanie błędu.