Embed Size (px)
Citation preview
PROIZVODNA METROLOGIJA
Andrej Lebar, Miha Junkar
marec, 2010; oktober 2011
Učno gradivo pri predmetu:
Metrologija,
Proizvodna metrologija.
Kazalo: Kazalo: ................................................................................................................................ 2
Uvod - pomen meritev v proizvodnem inženirstvu ............................................................ 3
Fizikalne količine, mere in enote ........................................................................................ 3
Mednarodni sistem enot in utelesitve enot ...................................................................... 4
Splošni pojmi, izrazoslovje ............................................................................................. 5
Kalibracija, sledljivost .................................................................................................... 7
Merilni sistem slo, mirs, kalibriranje meril v slo ............................................................ 7
Tolerance oblike in lege obdelovanca ................................................................................. 8
Simboli za označevanje toleranc ..................................................................................... 9
Referenčni sistem in referenčni elementi ...................................................................... 10
Tolerančna merila ......................................................................................................... 15
Izhodišča zasnove merilnih naprav ................................................................................... 17
Pogreški ki se jim lahko izognemo ............................................................................... 18
Pogreški ki se jim ne moremo izogniti ......................................................................... 24
Skupni – kombinirani pogreški ..................................... Error! Bookmark not defined.
Pogreški merilnega sredstva ...................................... Error! Bookmark not defined.
Merilna negotovost .................................................... Error! Bookmark not defined.
Ukrepi za zmanjšanje napak meritev ......................... Error! Bookmark not defined.
Vprašanja in naloge ....................................................................................................... 25
Vrednotenje izmerjenih podatkov ...................................... Error! Bookmark not defined.
statistične značilnice skupine izmerkov ......................... Error! Bookmark not defined.
časovna odvisnost dimenzije merjenca .......................... Error! Bookmark not defined.
grupiranje podatkov in neparametrična analiza? ........... Error! Bookmark not defined.
Merilni instrumenti ........................................................................................................... 25
Ročna merilna sredstva za merjenje dolžin .................................................................. 25
Merjenje dolžin s primerjanjem .................................................................................... 27
Merjenje kotov .............................................................................................................. 35
Trikoordinatni merilni stroj ................................................ Error! Bookmark not defined.
uporaba merilnih strojev ................................................ Error! Bookmark not defined.
izvedbe merilnih strojev ................................................. Error! Bookmark not defined.
potek dela z merilnim strojem ........................................ Error! Bookmark not defined.
Strojni vid ........................................................................... Error! Bookmark not defined.
Uporaba strojnega vida .................................................. Error! Bookmark not defined.
Nastanek in zajem slike ................................................. Error! Bookmark not defined.
Meritve dolžin ................................................................ Error! Bookmark not defined.
Meritve oblik .................................................................. Error! Bookmark not defined.
Merjenje površin ............................................................................................................... 43
Definicija mer s katerimi označujemo hrapavost .......................................................... 44
Funkcionalnost površin ................................................................................................. 47
Metode merjenja površin .............................................................................................. 48
Kvalitativno ocenjevanje stanja površin ....................................................................... 48
Funkcionalnost površin ................................................................................................. 48
Merilniki hrapavosti ...................................................................................................... 48
MSA (Measurement System Analysis) ISO 16949 .......................................................... 49
Preizkušanje obdelovalnih strojev in naprav ter prevzemne meritve ............................... 50
direktne meritve in meritve pri obremenitvi ................................................................. 50
meritev z laserskim sistemom ....................................................................................... 50
krožni test z merilno palico ........................................................................................... 50
VIRI: ................................................................................................................................. 51
Uvod - pomen meritev v proizvodnem inženirstvu Če na proizvodnjo in njene rezultate pogledamo s strani uporabnika, vidimo da je zanj najpomembnejša lastnost proizvoda njegova funkcionalnost. V okviru posamične proizvodnje, mojster izdelek oz. njegove sestavne dele toliko časa dimenzijsko prilagaja, da je doseţe zadovoljivo delovanje celotnega sklopa. Proizvodnja organizirana v velikem obsegu (mnoţinska proizvodnja) narekuje bistveno hitrejši tempo izdelave, zato ni predvidenega več nobenega časa za prilagajanje, izdelek mora biti funkcionalen, takoj ko je bil sestavljen. To pa še ni vse, v sodobnem gospodarstvu zahtevamo tudi, da obrabljeni del nekega izdelka lahko zamenjamo z rezervnim delom, ki ga je izdelal celo drugi izdelovalec. Takšne zahteve so lahko izpolnjene, če se vsi členi v proizvodni verigi drţijo določenih načel, ki jih lahko označimo z besedama kakovost in standardizacija. Kakovost je skupek vseh značilnosti izdelka, ki določajo, da izdelek izpolnjuje določene zahteve, standardizacija pa je proces, ki privede vse člene v proizvodni verigi do tega, da se drţijo enakih postopkov, meril, načel dobre prakse, t.j. tehničnih standardov. Čeprav je za visoko kakovost izdelkov v proizvodnih organizacijah potrebno izvesti mnogo ukrepov, se bomo v tem poglavju omejili le na tiste ukrepe, ki se tičejo merjenja in še posebej merjenja z vidika dimenzijske ustreznosti.
Fizikalne količine1, mere in enote
Odnose med objekti, ki jih opazujemo popisujemo z modeli, ki imajo določeno matematično formo. V modelih nastopajo fizikalne količine. Fizikalna količina je merljiva lastnost, ki jo pripišemo pojavom, telesom ali snovem Ljudje merimo ţe od nekdaj. Čim se pojavi zanimanje za okolico, pričnemo tudi z merjenjem. Najprej se je razvilo štetje in merjenje časa, kot npr. izraţanje časa s številom določenih astronomskih fenomenov. Z razvojem lastnine in trgovine se pojavi potreba po usklajenem sistemu osnovnih enot zato da bi kupec in prodajalec lahko neodvisno preverjala poštenost svojega “sogovornika”. Seveda ni šlo tako zlahka, saj je pot do poenotenja vedno dolga, vijugava in polna preprek. Samo za dolţinsko enoto, so se zvrstile enote: korak, laket, palec, čevelj, yard, milja,… V času razsvetljenstva in oţivljenega zanimanja za znanost so znanstveniki potrebovali zelo natančen podatek o tem, kako velik je naš planet in tudi na ta način preveriti hipotezo kot npr. ali je res nekoliko sploščen. V ta namen so skušali določiti dolţino krogelnega odseka na površini zemlje, ki pripada eni ločni stopinji. Ko kvantitativno opisujemo naravne pojave potrebujemo nabor osnovnih fizikalnih količin, ki mora biti popoln v tem smislu, da s produktom teh količin lahko izrazimo katerokoli merljivo količino. Načeloma bi bilo osnovnih naborov več, vendar se izkaţe, da mora biti izbran primerno, če naj doseţe splošno uporabnost.
1 količina -e ţ (i) kar opredeljuje kaj glede na število merskih enot ali enot sploh: povečati količino
proizvodov; določena količina zdravil / individualna količina dela / vplivati na kakovost in količino hrane / meriti količino padavin / publ., z oslabljenim pomenom dobili so majhno količino blaga malo / mn., nav.
ekspr. voda je drla v velikih količinah * fiz. (fizikalna) količina kar je točno opredeljeno zlasti z načinom in enoto merjenja; lingv. izraz količin
Mednarodni sistem enot in utelesitve enot Od leta 1960 je v uporabi t.i. mednarodni sistem enot "Système International
d'Unités", ki temelji na znanstveno utemeljenem sistemu osnovnih količin (Tabela 1).
V veljavi je v vseh drţavah sveta, razen Liberije, Burme in Zdruţenih drţav Amerike. SI sistem sestavlja sedem osnovnih količin s pripadajočimi enotami. Večje in manjše desetiške mnogokratnike osnovne enote izraţamo z dogovorjenimi predponami, ki so
navedene v tabeli (Tabela 2).
Iz teh osnovnih enot je izpeljana vrsta drugih enot, od katerih nekatere navajamo v tabeli
Tabela 1. Osnovne fizikalne količine s pripadajočo enoto in često uporabljenim simbolom.
osnovna količina ime količine oznaka enote simbol
dolţina meter m l, s, d …
masa kilogram kg m
čas sekunda s t
električni tok amper A I
temperatura kelvin K T
mnoţina snovi mol mol n
svetilnost kandela kandela Iv
Tabela 2. Predpone, ki se dodajajo pred oznako enote in izražajo faktor ...
ime deka
hekto
kilo mega giga tera peta exa zetta yotta
množitelji
simbol
da h k M G T P E Z Y
faktor 101 10
2 10
3 10
6 10
9 10
12 10
15 10
18 10
21 10
24
ime deci centi mili mikro
nano
piko femto
ato zepto yocto
delitelji simbol
d c m n p f a z y
faktor 10−
1
10−2
10−
3
10−6
10−9
10−1
2
10−1
5
10−1
8
10−2
1
10−2
4
Iz sedmih osnovnih enot je izpeljana vrsta drugih enot, od katerih nekatere največkrat
uporabljene navajamo v tabeli (Tabela 3).
Tabela 3. Nekatere pogosteje uporabljane izpeljane količine in njihove enote.
izpeljana količina
ime količine oznaka enote
simbol
hitrost - - ms-1 v
pospešek - - ms-2 a sila newton N kg m s-2 F tlak pascal Pa N s-2 p delo joule J N m A moč watt W J s-1 P moment newton meter Nm N m M el. napetost volt V W A-1 = kg m s-3 A-1 U el. upornost ohm VA-1
R
celzijeva temp. stopinja celzija
oC T[oC] = T[K]+273,15 K
T
Fizikalne količine zapisujemo kot zmnoţek številske vrednosti in ustrezne enote.
Najbolje, da si ogledamo primer na sliki (Slika 1).
Slika 1. Zapisovanje načb in merskih enot.
Še posebej je potrebno opozoriti na pravilo, da je med številsko vrednostjo in enoto presledek, številsko vrednost in enoto zapisujemo v pokončni pisavi, medtem ko simbole za fizikalne količine praviloma pišemo v nagnjeni pisavi. Če tvorimo izpeljano enoto iz dveh ali več drugih enot z mnoţenjem, je med posameznimi enotami znak mnoţenja , t.j. pika na polovični višini ali pa presledek. Enote izpeljanih količin tvorimo z mnoţenjem ali deljenjem drugih enot. Med posameznimi enotami pišemo v
primeru mnoţenja piko na polovični višini ali pa presledek, kot npr: mNNm . Če
gre za deljenje, pa pišemo 2-
22Nm
mN
m
N . Produkt osnovne enote z zelo
velikimi ali zelo majhnimi števili izraţamo s predponami ali potencami z desetiško
osnovo, kot npr.: 363323 m10m10cm1ml1 ali μs1s10-6 .
Včasih je potrebno poznati enoto za količino, za katero ne poznamo enote, poznamo pa relacijo med količinami, kot npr. da v enačbi za elestični raztezek ne bi poznali
enote za modul elastičnosti E . Zapišemo znano enačbo: S
F
EL
L 1
, nato pa v
enačbi nadomestimo vse količine razen modula elastičnosti z enotami: 2m
N1
m
m
E .
V enačbi smo modul elastičnosti zapisali v oglatem oklepaju, da s tem poudarimo da gre za enoto za količino, ne pa količino samo.
Splošni pojmi, izrazoslovje Sedaj ko smo definirali osnovne enote, zgradimo še izrazoslovje, ki ga bomo potrebovali. Količina - Veličina Količina, kar opredeljuje kaj glede na število merskih enot ali enot sploh [SSKJ].
Veličina2, kar je točno opredeljeno zlasti z načinom in enoto merjenja [SSKJ].
Merjenje je postopek, pri katerem merilno veličino primerjamo in jo skušamo izraziti kot mnogokratnik merilne normale; je primerjava vrednost merilne veličine z referenčno veličino.
Statično merjenje je merjenje veličine, katere vrednost se med potekom meritve ne spreminja.
Dinamično merjenje je določanje trenutne vrednosti merjene veličine in njenega časovnega poteka.
Preverjanje je postopek, pri katerem ugotavljamo, če merjenec ustreza predpisu.
Merjena veličina je veličina, katere vrednost ugotavljamo pri merjenju.
2 Veličina, lastnost, značilnost koga, ki se posebno odlikuje zaradi svoje
pomembnosti, sposobnosti [SSKJ]
Vplivna veličina je veličina, ki ni merjena veličina, vendar vpliva na rezultat merjenja.
Merilno načelo je znanstvena podlaga merjenja.
Merilna metoda je logično zaporedje generično opisanih operacij, ki se uporabljajo pri merjenju.
Merilni postopek je niz posebej opisanih operacij, ki se uporabljajo pri izvajanju določenih meritev v skladu z merilno metodo.
Merilni rezultat je z merjenjem dobljena vrednost, pripisana merjeni veličini
Kazanje merilnega instrumenta je vrednost veličine, ki jo daje merilni instrument
Merilna točnost je ujemanje merilnega rezultata s pravo vrednostjo merjene veličine. Točnost je kvalitativen pojem. Izraza natančnost ne smemo uporabljati za merilno točnost!
Ponovljivost (merilnih rezultatov)je ujemanje rezultatov zaporednih meritev iste merjene veličine, opravljenih pod enakimi pogoji merjenja.
Obnovljivost (merilnih rezultatov) je ujemanje merilnih rezultatov iste merjene veličine, opravljenih pri spremenjenih pogojih merjenja.
Eksperimentalni standardni odmik je veličina, ki označuje raztros rezultatov za niz n meritev iste merjene veličine in je podana kot kvadratni koren pričakovane vrednosti osrediščene spremenljivke (glej enačbo: ___ )
Merilni pogrešek je razlika med merilnim rezultatom in pravo vrednostjo merjene veličine.
Odmik je razlika med vrednostjo neke veličine in njeno referenčno vrednostjo
Slika 2. Ilustracija k pojmom raznih vrednosti in pogreškov.
vir [Ačko: Tehnološke meritve slide 26]
Merilna negotovost: negotovost meritve je parameter, ki je povezan z merilnim rezultatom in označuje raztros vrednosti, ki jih je mogoče upravičeno pripisati merjeni veličini.
Kalibracija, sledljivost
Merilni sistem slo, mirs, kalibriranje meril v slo
Tolerance oblike in lege obdelovanca Mehanski sklop bo pravilno in dolgo časa deloval, če so sestavni deli sklopa geometrijsko v pravilnem razmerju. Pravimo, da so so elementi tedaj medsebojno v pravem ujemu. Vzemimo za preprost primer sklop čepa in luknje. Če ţelimo, da se čep v luknji vrti, mora biti premer čepa toliko manjši od luknje, da se bo med površinama vzdrţeval oljni film, pa vendar ne toliko manši, da bi lahko prišlo do toka olja v radialni smeri. V nasprotnem primeru, torej če ţelimo, da je zveza toga, morajo biti geometrijske razmere takšne, da tlačne sile ne dovolijo gibanja med čepom in luknjo, hkrati pa morajo sile ostati znotraj elastičnega področja, zato da se element z luknjo ne deformira ali celo poči. V idealnih okoliščinah bi pravo razmerje med elementi mehanskega sklopa dosegli tako, da bi določili prave mere elementov in jih nato izdelali. Ţal je to nemogoče in sicer prvič zato, ker je le neskončno majhna verjetnost, da bo imel izdelek dimenzije identične predpisanim, in drugič zato ker je nemogoče izdelek izmeriti tako natančno, da bi dokazali da ima mere identične predpisanim. Še celo za merilne normale, kot npr. merilne kladice velja, da moramo njihovo imensko mero razumeti ne kot točno mero, pač pa kot mero znotraj nekega intervala, ki ga določa razred natančnosti, s katero je kladica izdelana. Nenazadnje je potrebno opozoriti, da se z manjšanjem dovoljenih toleranc stroški
izdelave nelinearno naraščajo (Slika 3), kar lahko osvetlimo s primerom. Če
dovoljeno toleranco izdelave zmanjšamo z 0,5 mm na 0,25 mm bo povečanje stroškov zanemarljivo majhno ali pa ga sploh ne bo, kajti v obeh primerih bomo verjetno uporabili enako tehnologijo. Če pa toleranco izdelave zmanjšamo z 0,01 mm na 0,005 mm bo povečanje stroškov znatno, saj bo potrebno uporabiti draţje stroje
ali pa pritati na povečan izmet. S slike (Slika 3) lahko razberemo še to, da bi za
izdelek, ki bi bil izdelan z idealnimi merami stroški izdelave narasli preko vseh meja.
Slika 3. Stroški izdelave se z manjšanjem tolerance izdelave nelinearno povečujejo.
{ime_slike:stroški_toleranc; datoteka_slike: -; vir: Galyer Metrology for Engineers, str. 99} Ker izdelkov ne moremo izdelati točno takšnih, kot je njihova imenska mera, se moramo vprašati, na kakšen način potem mehanski sklopi sploh zadovoljivo delujejo? Na to vprašanje lahko ponudimo tri odgovore, od katerih je vsak primeren za drugačen tip izdelave.
1. Obdelava do ustrezanja Obdelava do ustrezanja je primerna za izdelavo posamičnih izdelkov, ker temelji na poskušanju. En del mehanskega sklopa izdelamo tako natančno glede na imensko mero, kolikor je ekonomsko upravičeno, druge kose pa z majhnimi koraki obdelujemo toliko časa, dokler se ne prilegajo v sklop tako kot je ţeljeno. (za lektorja in razpravo: v ţargonu se reče upasanje)
2. Razvrščanje v skupine dimenzijsko podobnih komponent Izdelujemo tako natančno, kot je ekonomsko še upravičeno, izdelke nato z zahtevano natančnostjo izmerimo, nato jih razvrstimo v skupine, ki imajo
mnogo manjše tolerance. Tipičen primer takšnega načina izdelave je izdelava krogličnih leţajev.
Skupine kroglic z večjim radijem ustrezajo v sklop z manjšim notranjim in večjim zunanjim obročem
srednje velike kroglice sestavijo v leţaje skupaj s srednje velikimi notranjimi in zunanjimi obroči, velikimi zunanjimi in notranjimi obroči in majhnimi zunanjimi in notranjimi obroči
majhne kroglice vstavijo v sklop z velikimi notranjimi in majhnimi zunanjimi obroči. Razvrščanje v skupine in in ustrezno sestavljanje v sklope lahko uporabljamo le tedaj, ko v primerih pri kadar med uporabo zamenjamo cel sklop, ne pa posameznih sestavnih delov
3. Sistem prileganj po standardu ISO V okvirih mnoţinske proizvodnje ţelimo doseči popolno zamenljivost sestavnih delov. Zato mora biti katerikoli element izdelan tako, da je znotraj določenega intervala dimenzij. Širino dovoljenega intervala dimenzij imenujemo toleranca. Da bi tudi po zamenjavi sestavnega dela ohranili funkcionalnost sklopa je potrebno poznati toleranco, poleg tega pa še za kakšen tip prilega se je odločil konstrukter. Poznamo tri osnovne vrste prilega: - ohlaphi prileg - prehodni prileg in - tesni prileg Razmere v vseh treh primerih si zopet oglejmo na zgledu čepa in luknje, ki jih
kaţe Slika 4.
Slika 4. Tri možne vrste prileganj.
datoteka_slike:prileg_vrste.ppt;
vir: Galyer Metrology for Engineers, str. 101
Simboli za označevanje toleranc Med izdelovalnim postopkom pride do različnih odstopkov od idealne oblike izdelka. Na osnovi izkušenj, smo v inţenirski preksi prišli do sistematičnega pregleda odstopkov, ki vplivajo na funkcionalnost izdelkov. Kadar je potrebno upoštevati odstopke z ozirom na lego ali obliko merjenca, uporabljamo na načrtu simbole, ki so
prikazani na Slika 5.
Slika 5. Simboli za označevanje vrste tolerance.
datoteka_slike: simboli_tolerance_oblike.jpg
vir: Murn726; Puhar 105; MH634 Tolerance oblike in lege vpisujemo v okvir z dvema, tremi polji ali več polji, tako kot je
prikazano na Slika 6. Polje s črko se nanaša na določen referenčni element.
Referenčna puščica povezuje tolerančni okvir z oblikovnim elementom za katerega velja toleranca, ki je lahko ploskev ali tvorilka ne pa os. V primeru, da je to potrebno, lahko polje z oznakami referenčnih elementov razširimo na več polj s črkami, lahko pa tudi s črkami z indeksi, ki se nanašajo na sekundarni, terciarni … referenčni element.
Slika 6. Tolerančni okvir za označevanje toleranc oblike in lege.
datoteka_slike: tolerančni_okvir.ppt;
vir: narisal sam, povzeto po Murn, Puhar, MH636
Referenčni sistem in referenčni elementi Tako kot si v matematiki in geometriji izberemo izhodišče v prostoru in nanj pripnemo koordinatni sistem, tako tudi pri izdelavi in dimenzijskih meritvah potrebujemo na konstrukcijski risbi in izdelku enega ali več posebej natančno obdelanih elementov, ki tvorijo referenčni sistem, na katerega se nanašajo absolutne razdalje ( ki služi kot geometrijsko izhodišče tako za izdelavo, kot
tudi za meritve ). Primer triravninskega referenčnega sistema vidimo na Slika 7.
Slika 7. Triravninski referenčni sistem položimo na tri dobro definirane in natančno obdelane
ploskve izdelka.
datoteka_slike: triravninski_referencni_sistem.jpg;
vir: Puhar118, Murn728 Oddaljenost drugih elementov na izdelku se nato podaja in tudi meri z ozirom na te referenčne elemente. Koristno je, da izberemo za referenčni element tisti element, ki ima velik vpliv na funkcionalnost izdelka ali pa sluţi kot naleţna površina za pričvrstev v večji mehanski sklop. . Takoj ko je referenčni sistem sestavljen iz več kot ene referenčne točke, pride pri izdelavi in merjenju do neizogibnih odstopkov, zato je potrebno tudi za referenčne elemente predpisati tolerance. Referenčni element na katerega se nanašajo vrednosti v tolerančnem okviru, se na načrtu označuje z referenčnim trikotnikom, ki je lahko poln ali prazen, tako kot
prikazujeta sliki Slika 8, a in b, izjemoma pa tudi hkrati s tolerančnim okvirom in
referenčno puščico, tako kot kaţeta sliki Slika 8, c in d.
Slika 8. Označevanje referenčne točke.
datoteka_slike: tolerančni_okvir.ppt
vir: MH635, Puhar114, Murn727 Širina tolerančne cone velja v smeri puščice referenčne črte, ki tolerančni okvir
povezuje z otolerančenim elementom (Slika 9).
Slika 9. Če je referenčni element oblikovnega elementa os, lahko narišemo referenčni trikotnik
neposredno nanjo (a). Širina tolerančne cone velja v smeri puščice referenčne črte, ki tolerančni
okvir povezuje z otolerančenim elementom (b). Kot je bilo ţe povedano, je v drugem polju toleračnega okvirja podana toleranca. Na
sliki (Slika 10, a) vidimo primer, ko je zahtevana vzporednost sredine obeh lukenj
Slika 10. Širina tolerančne cone za vzporednost v dveh različnih kontekstih. Predpis za
vzporednost (//) in za vzporednost valja (simbol pred toleranco). vir: Murn728; Puhar115.
Slika 11. Podnapis. vir: Machinery's handbook,str.642
Referenčni element, za katerega velja toleranca, predpisana v tolerančnem okviru , je lahko označen tudi z referenčnim trikotnikom Pri postavitvi referenčnega sistema je je potrebno premisliti, kako bodo odstopki od idealne oblike izdelka vplivali na natančnost meritve posamezne mere in posledično
tudi na funkcionalnost izdelka. Na sliki (Slika 12 a) in b)) sta preprosta primera,
razlikujeta se le v tem, da je na sliki a) primarni referenčni element ravnina A, na sliki b) pa je primarni referenčni element ravnina B. Na slikah c) in d) je izdelek predstavljen z močno pretiranimi napakami površine in pravokotnosti. Vidimo, da se napaki meritve mer a in b v nobenem primeru ne moremo izogniti in le od funkcionalnosti je odvisno, za katero od moţnosti se bomo odločili.
Poglejmo si izdelek na sliki Slika 12. Naj bo izdelek del kompleksnejšega
mehanskega sklopa. Denimo, da mora ploskev A nalegati na neko drugo ravnino mehanskega sklopa in je pomembna oddaljenost sredine luknje od ravnine B – torej
mera a. Takšen primer ilustrira Slika 12 c). V tem primeru mora v tolerančnem okviru
biti označeno, da je primarna referenčna ravnina A, kot vidimo na sliki (Slika 12-a). V
drugem zgledu na sliki d) vidimo primer, pri katerem bo izdelek nalegel na mehanski sklop z ravnino B in je funkcionalno pomembna oddaljenost sredine luknje od ravnine A. V tem primeru je pravilno, da je primarna referenčna ravnina B, kot kaţe slika b).
Slika 12. Vpliv primarne oz. sekundarne referenčne ravnine na napako pri mejenju zaporedja.
Zaradi vsestranskih moţnosti, ki jih nudijo moderne izdelovalne tehnologije si oblikovalci radi zamislijo zelo svobodne oblike izdelkov, zato se pogosto zgodi da na izdelku ni nobene ploskve, ki bi zagotavljala stabilno lego med meritvijo. V takšnih primerih pridejo slabosti ţe opisanega referenčnega sistema še posebej do izraza. Tudi nekatere tehnologije, kot npr. ulivanje, generirajo izdelke, pri katerih je teţko ali nemogoče pravilno postaviti referenčni sistem. V takšnih primerih namesto referenčnega sistema določino le referenčna mesta, ki jih na načrt vnesemo tako, kot kaţe slika (Slika 13).
Slika 13. Označevanje referenčnih mest. Vir:MH639, Puhar120; Murn730
Referenčna mesta na načrt vnašamo z dogovorjenimi simboli in sicer velja, da kriţec označuje točko, dva kriţca ločana s črto označujeta referenčno črto, šrafiran krogec ali šrafiran pravokotnik omejen s črtkano-pikčasto črto pa označujeta okroglo oz pravokotno referenčno ploskev.
Na sliki (Slika 14) si oglejmo primer uporabe referenčnih mest na preprostem izdelku.
Natančnost pozicije luknje je tolerirana znotraj 0,1 mm glede na vse tri referenčne ravnine A, B in C, pravokotnost pa glede na ravnino A.
Slika 14. Zgled za uporabo oznak referenčnih mest na načrtu in pozicionirni pripomoček za
merjenec. vir: Murn730, Puhar121.
Tolerančna merila
Kadar izdelujemo izdelke serijsko, teţimo k cenovno, časovno, materialno in okoljsko optimirani izdelavi. Meritve niso pri tem nobena izjema. Tudi meritve je potrebno opraviti čim bolj racionalno in najbolje je, da del naloge opravi kar operater, ki je obdelavo tudi opravil. Takšnim meritvam pravimo tolerančne meritve, merilom pa tolerančna merila ali kalibri. Po definiciji izraz označuje natančno pripravo brez gibljivih delov, s katero se preverja ustreznost mer kakega predmeta [SSKJ]. Na sliki
(Slika 15) vidimo kako izgleda kaliber za preverjanje ustreznosti izvrtin. Kaliber ima
dve strani, leva je nekoliko daljša in je označena z dobro ali gre, desna pa z izmet ali ne-gre.
Slika 15. Primer kalibra za preverjanje dimenzije izvrtin. vir:Andrej_vajeR_str.31
Izhodišče, da je izdelek označen kot “dober”, če so njegove dimenzije znotraj predpisanega tolerančnega polja, je botrovalo povsem novemu načinu preverjanja – tolerančnim meritvam. Načelo tolerančnih meritev je formuliral F.W. Taylor (http://en.wikipedia.org/wiki/Frederick_Winslow_Taylor):
Na strani tolerančnega merila (kalibra), ki je označena z dobro morajo vse predpisane mere ustrezati hkrati, na strani ne-gre pa je treba preverjati vsako mero posamič.
Da bi ilustrirali to Taylorjevo načelo, si oglejmo primer na sliki (Slika 16). Za
preverjanje kvadratne luknje ima kaliber na strani gre enako vlogo, kot jo bo imel v uporabi element, ki bo šel v luknjo, zato z merilom lahko hkrati preverimo obe meri. Na strani ne-gre moramo preveriti vsako mero posebej, saj bi se sicer lahko zgodilo, da bi bila ena od mer prevelika, druga premajhna, pa bi vseeno dobili rezultat ne-gre.
Slika 16. Podnapis. datoteka_slike: taylorjev_princip.ppt; vir:
http://www.eod.gvsu.edu/eod/manufact/manufact-127.html
Ker so kalibri namenjeni uporabi v serijski proizvodnji, je potrebno preverjati njihovo ustreznost v rednih časovnih intervalih, dodatno pa še po potrebi. Pred preverjanjem ustreznosti je potrebno napraviti izračun mejnih vrednosti pri katerih je merilo še
ustrezno. Za ilustracijo si oglejmo primer izračuna dovoljenih dimenzij kalibra za preverjanje notranje izvrtine, kot ga podaja strojniški priročnik [K493] (opomba pod črto: Za natančnejše razumevanje tolerančnega sistema skladnega z ISO svetujemo knjigo Glodež: Tehnično risanje). V strojniškem priročniku najdemo tabelo za vrednosti odstopkov mere luknje oz. tolerance lukenj za imenske mere luknje od 10 do 18 mm in lego tolerančnega polja H7 imenska mera: N0 = 12 mm
največja mera luknje: Nmax = N0 +18 m = 12,018 mm
najmanjša mera luknje: Nmin = N0 - 0 m = 12,000 mm Iz priročnika preberemo vrednosti H, z in y, za konkretno merilo za luknje:
H = 3 m; z = 2,5 m; y = 2 m. Uporabne intervale za merilo izračunamo po enačbah in sicer: za stran DOBRO – GRE dovoljeni interval za novo merilo je:
N = Nmin + z ± H/2 = 12,000 mm + 2,5 m ± 1,5 m N: 12,001 mm 12,004 mm dovoljena minimalna mera izrabljenega merila je:
N = Nmin – y = 12,000 mm - 2 m = 11,998 mm za stran IZMET – NE GRE
dovoljeni interval je: Nmax ± H/2 = 12,000 mm ± 1,5 m
12,0165 mm 12,0195 m Meritev naj bi opravili pri standardni temperaturi za industrijske dolţinske meritve, to je 20oC. Za merjenja pri drugih temperaturah je potrebno upoštevati popravke. Še posebej pozorni moramo biti v primerih, ko sta materiala merjenca in merila različna. Poglejmo si primer: Z jeklenim kalibrom bomo merili aluminijaste izdelke pri
temperaturi 30oC. Aluminij ima linearni koeficient raztezka Al = 24,7×10-6 K-1, ţelezo
pa Fe = 10,8×10-6 K-1. Pri referenčni temperaturi je nominalna dolţina aluminijastega kosa 20,021 mm; zanima nas, kolikšna je dolţina izdelka, ko ga bomo izmerili v delavnici pri 30oC? Zaradi povišane temperature se bosta raztegnila tako merjenec, kot tudi merilo. Zaradi večjega koeficienta temperaturnega raztezka, se bo merjenec raztegnil
nekoliko bolj kot merilo, izmerili pa bomo dimenzijo, ki je za L večja od nominalne:
L = L (TR - T0) - (izdelka - merila)
L = 20,021 mm (30 K - 20 K)(24,7×10-6 K-1 - 10,8×10-6 K-1)
L = 2782,919×10-6 mm 0,003 mm.
Pri 30oC bomo dolţino merjenca izmerili torej kot L+L= 20,024 mm. Za preverjanje ustreznosti čepov uporabljamo objemna merila. Tako kot v primeru meril za notranje mere, poznamo tudi v tem primeru nanastavljiva in nastavljiva
merila, katerih primera vidimo na sliki (Slika 17).
Slika 17. Nastavljivo in nenastavljivo tolerančno merilo za premer čepa.
[vir levo : http://en.wikipedia.org/wiki/Go/no_go_gauge]
[vir desno: Andrej_vajeR_str.31]
Izhodišča zasnove merilnih naprav V prejšnjem poglavju smo spoznali osnovne principe preverjanja ustreznosti izdelkov s kalibri. Pogosto pa samo preverjanje ne zadostuje in potrebujemo številsko vrednost za določeno mero izdelka. Kot smo videli ţe v uvodnih odstavkih gre pri merjenju za to, da številčno izrazimo razmerje med merjeno mero in osnovno fizikalno količino, v proizvodni metrologiji je to največkrat meter oz. tisočkrat manjši milimeter. V proizvodnji so meritve ponavdi osnova za določe odločitve. Bodisi o ustreznosti izdelka ali pa kot osnova za korekcijo procesnih parametrov. Ker se pogreškom nikakor ne moremo izogniti, je potrebno vedno navesti poleg rezultata še natančnost, s katero je bila meritev narejena. Poglejmo primer: pri preverjanju merilne kladice z nominalno mero 20 mm smo izmerili, da od nominalne mere odstopa za -0,0002 mm. Meritve je bila opravljena z natančnostjo ± 0,0004 mm. Uporabnik lahko sedaj izkoristi podatek in se odloči, da je merilna kladica dovolj dobra, da z njo preverja kljunasta merila, ki imajo natačnost razbiranja 0,05 mm ali celo 0,02 mm, saj sta tudi v slednjem primeru odstopek in natančnostjo skupaj, zanemarljiva napram natančnosti razbiranja merila, ki ga preverjamo. V primeru, da umerjamo komparator, ki meri na 0,001 mm natančno, pa postane odstopek mere kladice ţe znaten in moramo upoštevati tudi natančnost meritve kladice. Pri merjenjih pride vedno do določenih motenj, ki vplivajo na rezultat meritve in povzročijo tzv. merilne pogreške, ki jih lahko razdelimo glede na njihove statistične značilnosti na: sistematične in naključne pogreške, glede na izvor pa na: pogreške merilnega sredstva, vplive okolice in subljektivne vplive. Še eno praktično delitev lahko vpeljemo in sicer na: pogreške ki se jim lahko izognemo in pogreške ki se jim ne moremo izogniti.[G2]. Prvim se lahko s skrbnim in natančnim delom in v glavnem izognemo, medtem ko so slednje lastne določenemu merilnemu postopku.
Pogreški ki se jim lahko izognemo Če pri delu nismo dovolj natančni, lahko pride do pogreška, ki bi se mu lahko izognili. Da gre za napako izvemo ponavadi prepozno. Delimo jih takole: [vir: G;str.2] 1. nesrečni oz. katastrofični pogreški so povsem neznačilni po svoji velikosti, saj gre
lahko npr. za o napačno razbiranje merilnega inštrumenta. Z skale mikrometra preberemo
npr. 6,28 mm ali 5,78 mm namesto pravilne vrednosti 5,28 mm. o računske napake. Zgodi se, da napačno seštejemo delne meritve.
Pogosto katastrofični pogreški tako značilno odstopajo od standardnih izmerkov, da jih pogosto hitro zasledimo in odpravimo, če pa temu ni tako, bo takšno napako zelo teţko izslediti.
pogreški zaradi slabe poravnave merilnega instrumenta napram merjencu. Na sliki (Slika 18)
vidimo, da zaradi slabo poravnane merilne urice, ki je za kot zasukana, namesto dolžine
izmerimo dolžino M namesto dolžine D. Ker je prava dolžina D enaka M cos , pravimo taj
napaki trigonometrična oz. kosinusna napaka. Če izrazimo razliko (M – D) s kotom in
izmerjeno vrednostjo M vidimo, da je (M – D) ½ M 2/2 in je torej napaka drugega reda.
V isto kategorijo spada tudi napaka, do katere pride pri odčitavanju zaradi napačnega zornega
kota opazovalca ali senzorja. Takšni napaki pravimo napaka paralakse in je shematično
prikazana na sliki
Slika 18. Pogrešek meritve zaradi slabe poravnave merilnega instrumenta [G2].
Slika 19. Zaradi napačnega kota odčitavanja skale, pride do napake paralakse.
[vir: http://cnx.org/content/m20483/latest/].
2. pogreški zaradi vplivov okolice; Razen v primerih, ko merjenec postavimo v zelo skrbno nadzorovano okolje, kot npr. v klimomehansko komoro, na izid meritve vedno vplivajo parametri okolja. V proizvodnji metrologiji ima ponavadi temperatura okolice največji vpliv. Dogovorjeno je, da je standardna temperatura, pri kateri naj bi se opravljale meritve 20 oC. Poleg natančno regulirane temperature okolice, je zelo pomembno, da izdelek oz. merilo kar se le da malo prijemljemo oz. da pustimo dovolj časa, da se temperaturi merjenca oz. merila izenačita z okolico. Kadar opravljamo meritve z veliko natančnostjo, je priporočljivo da pustimo merjencu dovolj časa da se njegova temperatura izenači s temperaturo v prostoru. Pri tem je koristno, da leţi na toplotno dobro prevodni podlagi, da se temperature čimprej izenačijo. Pri vrednotenju vpliva temperature na meritev določene mere izdelka, moramo razlikovati dve značilni okoliščini:
o Neposredna meritev: vzemimo merjenec s koeficientom temperaturnega
raztezka , na katerem merimo določeno izbrano mero z brezdotičnim merilnikom, npr. laserskim merilnikom ali interferometrom. Če temperatura merjenca, T odstopa od standardne temperature Ts, bo prišlo do dejanske spremembe mere l, ki bo sorazmerna tej spremembi:
= l ( T - Ts ). o Primerjalna meritev: če primerjamo npr. dve merilni kladici, ki imata pri
standardni temperaturi Ts enako dolţino, vendar sta izdelani iz materialov
z različnima koeficientoma temperaturnega raztezka oz. , bomo pri določeni nestandardni temperaturi T izmerili razliko dolţin, ki bo
sorazmerna spremembi temperature: = l ( 1 - 2 ) ( T - Ts ). Koeficienti temperaturnega raztezka so za običajna gradiva v strojništvu zelo majhni,
zato je pogrešek tudi zelo majhen. Vidimo, da ni tako zelo pomembno pri kateri temperaturi opravljamo primerjalne meritve, če imata le oba merjenca enako temperaturo.
Na izid meritev, predvsem optičnih, vplivajo tudi drugi parametri okolice, kot so relativna vlaţnost, zračni tlak in deleţ CO2. V takšnih primerih je potrebno upoštevati ustrezne popravke.
3. pogreški zaradi elastične deformacije; Vsako elastično telo, ki ga obremenimo se elastično deformira. Velikost deformacije je odvisna od velikosti pritisne sile, kontaktne površine in mehanskih lastnosti materialov, ki so v kontaktu. Pri meritvah moramo pritisniti tipala ob merjenec z neko najmanjšo silo, ki bo ob uporabljeni konfiguraciji tipal in merjenca še zagotavljala dober kontakt, kar pomeni, da bomo odrinili vmesno
plast zraka, olja in prahu. Značilne oblike tipal vidimo na sliki (Slika 20).
Slika 20. Velikost deformacije je močno odvisna od kontaktne površine, zato je potrebno izbrati
ustrezno obliko tipala: a - ravna ploskev, b - valj z večjim radijem, c - prizma v obliki noža, d -
krogla, e - stožčasta konica. [vir M715]
Za take razmeroma preproste primere lahko izračunamo globino vtisa a.
Najpogostejši je primer, ki ga vidimo na sliki (Slika 20, d). Za ta primer velja enačba:
3
2
22125,2
rE
Fa
,
kjer je a globina vtisa v m, F je merilna sila v N, je striţno število, E je elastični modul v N/mm2, r je redij kroglice v mm. Elastična deformacija izhaja tudi iz same konstrukcije merilne naprave, kot kaţe slika
(Slika 21). Na sliki (Slika 21, a) vidimo, kako se poves merilnega lineala spreminja
glede na mesto podpore; na sliki b) na deformacijo odličilno vpliva prečni presek merilnega lineala in c) sta optimalni podpori za U, H in X presek – z razdelbo na sredini (a-gor) oz. kvadratni presek z razdelbo na vrhnji ploskvi (b-dol).
a)
b)
c)
Slika 21. Poves merilnega sredstva glede na mesto podpore a); prečni preseki merilnega lineala
(kvadratni, U,H in X) in optimalno mesto podpore (Besslova točka) glede na obliko prečnega
preseka. [vir:L78]
Optimalno mesto podpore je mogoče določiti, tako kot kaţe slika (Slika 21, c) z
ozirom na prečni presek lineala (Besslova točka) ali glede na ţeljeni poves na sredini
oz. na koncih, kot kaţe slika (Slika 22) (Airyjevi točki).
Slika 22. Poves merilnega sredstva. V primeru a) je na koncih poves enak nič, v primeru b) je
poves na sredini enak kot na koncih. [vir G5]
4. pogreški zaradi pomanjklivosti merilne naprave:
Pri zasnovi vsakega izdelka je potrebno narediti kompromis med ceno in funkcionalnostjo izdelka. Značilen primer na katerem lahko pokaţemo pomanjklivosti zasnove je kljunasto merilo oz. longitudinalni komparator pri katerem sta merjenec in merilo vzporedna. Oglejmo si najprej kako na natančnost meritve vpiva deformacija lineala z merilno skalo. Shematično je nastanek
napake prikazan na sliki (Slika 23).
Slika 23. Shematičen prikaz kako se kljunasto merilo deformira pri aplikaciji prevelike merilne
sile. Prikaz je močno pretiran. [vir:G41] Poskušajmo izračunati pogrešek, ki nastane zaradi ukrivljenega lineala. Na sliki
(Slika 24) vidimo geometrijske razmere.
Slika 24. K vrednotenju pogreška zaradi ukrivljenosti lineala. [vir:G42]
Naj bo majhna deviacija lineala, ki privede lineal s skalo iz točke C v točko D . Če
nato opravimo meritev v oddaljenosti h nad linealom, bomo dolţino 11BA na
merjencu izmerili kot dolţino 11BA na linealu in pri tem napravili pogrešek meritve x .
Če je majhna deviacija in krivulja ADB kroţni lok, potem je v BCE : DECD
in je torej dolţina CE enaka dvakratni velikosti deformacije lineala . Ker je
deformacija zelo majhna, je kot tako majhen, da lahko upoštevamo:
aBC
CE
aBC
CE
4
2
2tan
v trikotnikih 1AGA in 1BFB je
a
hx
ahh
x
84
2 , (*)
Poglejmo si na zgledu kako pravkar izračunana napaka lahko prispeva k pogrešku
meritve. Naj ima lineal pogrešek ravnosti mm005,0 na merilni dolţini
mm1000a . Tipalo naj prijemlje na višini mm500h nad linealom. Po enačbi
(en.*) dobimo za vrednost pogreška mm002,0x .
Tudi zračnost v vodilih privede do napake, kot je razvidno s slike (Slika 25). Prav ta
primer je najpogosteje naveden, kot primer merila, pri katerem pride do pogreškov prvega reda. Da je pogrešek prvega reda, pomeni, da je pogrešek sorazmeren prvi
potenci motnje, v primeru kljunastega merila je pogrešek L enak L .
Pokazali bomo, kako pridemo do tega rezultata.
Slika 25. Zaradi ohlapnosti pomičnega kljuna, pride do zamika za kot . [vir: L81, M716, Š6]
Zaradi prevelikega pritiska na spodnji del pomičnega kljuna in ohlapnosti v vodilih sila
F , ki deluje na ročici a , povzroči navor, ki zamakne kljun za majhen kot . V
trikotniku ABC , na sliki (Slika 25), je pogrešek tgaLAC . Če kotno
funkcijo tangens razvijemo v vrsto, dobimo 315
17
15
2
3tg
753 . Za
majhne vrednosti kota lahko vse člene razen prvega zanemarimo, tako da je
pogrešek sorazmeren kotu zamika v prvi potenci - . Za takšno merilo pravimo, da
ne izpolnjuje načela dobre konstrukcije, ţelimo si namreč takšno merilo, ki bi ob majhni motnji povzročilo manjšo napako meritve. Principu dobre konstrukcije pravimo tudi Abbejevo načelo, ki pravi:
Merilna dolžina na merjencu mora ležati v isti osi kot merilo s katerim jo merimo. “Der Apparat ist stets so anzuordnen, daß die zu messende Strecke die geradlinige Fortsetzung der als Maßstab dienenden Teilung bildet.”
Na sliki (Slika 26) vidimo Abbejev merilnik debeline, pri katerem je upoštevano gornje
načelo dobre konstrukcije. Pokazali bomo, da je pogrešek pri takem merilniku drugega reda, kar je pri majhnih motnjah mnogo natančnejše.
Slika 26. Abbejev merilnik debeline, zasnovan na principu dobre konstrukcije merilnih sredstev.
Poskusimo pogrešek izpeljati, tako kot smo to naredili za primer kljunastega merila.
Na sliki (Slika 27) vidimo shematično prikazan merjenec, zaporedno postavljen lineal
z merilno skalo in mikroskopa za razbiranje.
Slika 27. Shematično prikazano bistvena značilnost Abbejevega merilnika.
1-držalo mikroskopa; 2-mikroskop za razbiranje; 3-merjenec; 4-lineal z merilno skalo. [vir: L42]
Če pride do zvrnitve vodila za majhen kot bomo namesto dolţine L izmerili
LL . Trikotnik na spodnjem delu slike (Slika 27) nazorno prikazuje kje nastane
pogrešek. Za trikotnik lahko zapišemo relacijo:
cos dd
d ,
)cos1(cos dd .
Tako kot smo v prejšnjem primeru razvili v vrsto kotno funkcijo tangens, sedaj storimo s kosinusom:
720242
1cos642
,
in vemo, da za majhne odmike lahko upoštevamo le prva dva člena:
211
21
22 dd ,
22
22 ddd .
Drugi člen na levi strani je produkt dveh zelo majhnih količin, zato ga lahko zanemarimo, tako da ostane le:
2
2dd .
Ker se motnja , t.j. kot zvrnitve pojavi v drugi potenci pravimo temu meritveni
pogrešek drugega reda.
Kot primer merilnih naprav, ki izpolnjujejo Abbejevo načelo, vidimo na sliki (Slika 28,
a) prerez starejšega merilnika (Carl Zeiss, Jena) in zunanjo podobo sodobne
izvedenke (Slika 28, b).
a)
b)
Slika 28. Primer zgradbe stroja z optičnim razbiranjem in izgleda modernega stroja za absolutne
dolžinske meritve.
Pogreški ki se jim ne moremo izogniti Če se še tako trudimo, je natančna vrednost meritve opazovalcu skrita. To temeljno spoznanje temelji na dejstvu, da razdelki na merilni skali niso neskončno majhni, sredstvo, s katerim razbiramo to skalo pa tudi ne more biti idealno. Izmerjena vrednost je torej ocena, katere zanesljivost je odvisna od natančnosti razdelbe lineala, sposobnosti merilca in tudi njegovega razpoloţenja. 1. Napake razdelbe skale lineala. Merilni lineal z merilno skalo je kot vsak izdelek
podvrţen pogreškom izdelave in kot takšen izvor merilnih pogreškov. Pogrešek zaradi nenatančno izdelane merilne skale zmanjšamo s kalibracijo merilne naprave z merilno kladico z znano in natančno izmerjeno velikostjo. Razliko med izmerjeno in imensko mero kladice potem uporabimo kot popravek, ki ga upoštevamo pri meritvah. Proizvajalci merilnih naprav opravijo kalibracijo po celotni merilni dolţini in izdelajo tabelo popravkov, ki jo nato uporabljamo pri meritvah. Pri primerjalnih meritvah lahko učinek napake zmanjšamo tako, da umerimo merilnik z merilno kladico, ki je po velikosti čim bliţje merjencu.
2. Napake razbiranja je odvisna od debeline 3. measuring errors
Pogreški zaradi raznih vzrokov, ki smo jih obravnavali doslej in tisti, ki jih sploh ne bomo omenjali se kopičijo, včasih pa je potrebno prišteti k napaki še vplive zaradi neizkušenosti in nerazpoloţenosti merilca, ki jih je seveda nemogoče vrednostiti. Prav slednjim se uspešno izognemo z uporabo metod primerjalnih meritev – komparatorjev. Poglejmo sedaj na primeru
Vprašanja in naloge
Kakšen je vpliv spremembe temperature okolice na natančnost meritve?
Odg: Zaradi spremembe temperature se različni materiali različno krčijo ali
raztezajo. V merilni napravi sprememba temperature zato povzroči napetosti, ki
lahko privedejo do merilnega pogreška.
Merilni instrumenti Z napredkom na področju izdelovalnih tehnologij, se je znatno povečala natančnost izdelave. Dosegljive tolerance so vedno oţje, kar uporabniki občutijo kot povečano kakovost izdelkov, proizvajalci pa kot nočno moro, saj je vedno teţje ugoditi konstrukcijskim zahtevam. Splošno poznanim preprostim ročnim merilnikom, se je pridruţila kopica zahtevnejših – elektronskih in optičnih merilnikov, ki doseţejo večje natančnosti, merijo hitreje, prinašajo pa nekatere nove probleme. Pa pojdimo po vrsti in si najprej oglejmo ročna merilna sredstva.
Ročna merilna sredstva za merjenje dolžin Med ročnimi merilnimi sredstvi ima posebno mesto kljunasto merilo. Navkljub mnoţici novejših merilnih sredstev je kljunasto merilo še vedno najpogosteje uporabljano merilno sredstvo, ker je preprosto za rokovanje, hkrati pa izjemno vsestransko, kot
kaţejo slike (Slika 29, a-d).
Slika 29. Kljunasto merilo lahko uporabljamo za a) merjenje zunanjih mer; b) merjenje
notranjih mer; c) merjenje stopnice; d) merjenje globine. [vir: Mitutoyo Quadri Feature]
Natančnost kljunastega merila je odvisna od nonija in natančnosti izdelave merila. Najpogosteje uporabljana so merila, pri katerih je natančnost razbiranja 1/20 mm, natančnost takšnega merila je ±0,03 mm. Kako s pomičnega merila preberemo
meritev vidimo na naslednji sliki (Slika 30), postopek pa še opišimo. Ko smo
merjenec pravilno postavili med tipali merila, s merilne skale na nepremičnem delu merila preberemo število centimetrov in milimetrov, ki so na levi strani od ničle na pomičnem delu merilnika. Nato z očmi sledimo skali na noniju in poiščemo tisto oznako, ki se prva povsem ujame z oznako na nepremični skali. (morda bi bilo bolje pisati glavni skali).
Slika 30. K meritvi s kljunastim merilom. V primeru a) se ničla na noniju ujame z oznako pri petih milimetrih in to preberemo kot nič desetink milimetra. V primeru b) se ujame prva črtica nonija s črtico na skali, zato zapišemo 5,1 mm in v primeru c) se od vseh črtic na noniju najbolje ujame z oznakami na glavni skali peta črtica, zato k vrednosti milimetrov pripišemo še 0,5 mm.[vir: en.wikipedia.org/wiki/Vernier_scale]
Klasična kljunasta merila vse bolj izpodrivajo elektronska merila, z digitalnim prikazom. Natančnost takšnih meril je ±0,02 mm. Elektronska pomična merila
delujejo na principu kapacitivnega senzorja pomikov, kot prikazuje slika (Slika 31).
Na jekleni nepremični del merila je pričvrščena periodična struktura elektrod, na pomični del merila pa sta pričvrščeni fazno zamaknjeni periodični strukturi elektrod. Na pomičnem delu merila sta tudi odjemni elektrodi, na katerih se zaradi kapacitivne sklopitve nabira naboj, proporcionalen premiku elektrod.
Slika 31. Shematično prikazana struktura kapacitivnega senzorja pomikov.
[vir:Larry K. Baxter, Capacitive Sensors: Design and Applications] V primeru, da potrebujemo natančnejše meritve, bomo uporabili merilnik, pri katerem lahko natančneje določimo poloţaj premičnega tipala, hkrati pa kontroliramo tudi pritisno silo. Takšen merilnik je vijačno merilo, ki ga običajno imenujemo kar mikrometer3 (Slika 32). Vijačno merilo izpolnjuje pogoje dobre konstrukcije merilnika, ker merjenec med meritvijo leţi na premici, ki jo določa os vretena.
3 mikrométer -tra m ( ) teh. priprava za merjenje zelo majhnih razdalj do 0,01 mm natančno: meriti
debelino, dolţino česa z mikrometrom; mikrometer za merjenje lukenj, SSKJ
Slika 32. Z vijačnim merilom merimo, kadar je zahtevana natančnost ±2 m = ±2*10-3mm [vir: Ačko, Tehnološke meritve slide 297, majhna slika: Mitutoyo]
Merjenje dolžin s primerjanjem
Pri neposrednem merjenju, ki smo doslej opisovali vedno primerjamo merjenec z
vnaprej označenim merilom. Pri tem si želimo tako natančnega razbiranja majhnih
razlik med merjenci, kot tudi merjenja čimvečjih merjencev hkrati. Količino, ki
opisuje razmerje med najmanjšo spremembo količine, ki jo razbiramo in velikostjo
merjenca imenujemo dinamično razmerje merilnega sredstva. Poglejmo si dimanično
razmerje vijačnega merila. Na celotni dolžini merilnega območja lahko merimo na
1/100 mm natančno. Denimo, da je maksimalna dolžina merjenja 100 mm, tedaj je
dinamično razmerje ločljivost merilnika, deljena z merilnim odsegom, torej 1:10 000
(=10-4
). Če je dolžina merilnega območja vijačnega merila le 50 mm, tedaj je
dinamično razmerje pol manjše 1:5000.
Pri primerjalnih (relativnih) dolžinskih meritvah uporabljamo pripomoček za
odbiranje, ki je pritrjen na stojalo ali stojalo z merilno mizico, kot vidimo na sliki
(Slika 33). Ker pri tej metodi nimamo merilnega lineala, nismo omejeni z dolžino
lineala, seveda pa potrebujemo natančno izmerjen etalon, s katerim primerjamo
merjenec. Dinamično razmerje meritve je torej določeno z razmerjem med ločljivostjo
pripomočka za odbiranje in velikostjo razpoložljivega etalona. Vzemimo, da
uporabljamo kot istrument za odbiranje merilno urico z ločljivostjo 1 m in merimo
merjenec z dolžino 100 mm, torej je razmerje med ločljivostjo in velikostjo merjenca
10-5
, t.j. deset krat boljše kot pri vijačnem merilu.
Slika 33. Stojalo z merilno mizico za meritve z merilno urico.
Kot pripomoček za odbiranje izberemo občutljiv in natančen merilnik razdalje4. Glede
na merilno območje merilnika ločimo med merilnimi uricami in komparatorji.
Komparatorji imajo zelo omejeno merilno območje, kajti kazalec se lahko le odklanja
od ničelne do skrajne lege (Slika 35) lege, pri merilnih uricah pa se kazalec lahko
zavrti večkrat, zato imajo poleg glavnega kazalca še manjši kazalec, ki meri polne
obrate glavnega kazalca, ponavadi so to milimetri.
4 takšnim merilnikom posplošeno rečemo komparatorji, ki jih naro naprej delimo na merilne urice in
komparatorje v ožjem smislu.
Slika 34. Elementi merilne urice, izgled in njena notranjost.
Slika 35. Komparator, notranjost in shematično predstavljena zgradba.
Glede na princip delovanja ločimo mehanske, pnevmatske, električne in kombinirane
komparatorje.
Mehanski komparatorji, kot tudi urice pretvorijo pomik tipala v krožno gibanje
kazalca. Kot pri vseh senzorjih je tudi tu pomembno, da tipalo komparatorja deluje s
čim manjšo silo na merjenec. V ta namen so razvili kar nekaj mehanizmov, tako na
sliki (Slika 36) vidimo Johanssonovo izvedbo komparatorja. Ključni element
Johanssonovega mehanizma je poznan že dolgo in je bil uporabljen v mnogih
natančnih merilnih napravah. Tri variantne uporabe pretvorbe translatornega gibanja v
rotacijsko vidimo na sliki (Slika 37).
Slika 36. Posebna izvedba komparatorja - Johanssonov mikrokator. [vir:Collet str 107]
Merilni trn je vpet v vzmetni trak, ki se na gornji strani končuje z kolenom vzmeti, na
katero je pričvrščen večkrat zasukan kovinski trak. Vertikalno gibanje tipala se preko
merilnega trna prenese na koleno vzmeti in se tako pretvori v rotacijsko gibanje
pritrdišča večkrat zasukanega vzmetnega traku, ki se zaradi rotacije kolena deloma
razvije in pri tem zasuka kazalec pritrjen na vzmetni trak. Tak mehanizem povzroči
velik zasuk kazalca pri razmeroma majhnem pomiku tipala. Pravšnjo napetost traku
dosežemo z nastavljanjem kalibracijskih vijakov, razmerje med pomikom tipala in
rotacijo kazalca pa nastavljamo z dolžino vzmeti na levi strani. Tipična velikost
razdelka se giblje od 0,1 m do 5 m, ustrezno merilno območje pa od ±3 m do
±200 m.
Slika 37. Trije primeri uporabe pretvorbe translatornega gibanja v rotacijo. A: princip
spreminjanja pomika v zasuk (Ayrton-Perry, izboljšal Abramson 1933)
B: zasukan vzmetni trak, kot ga je uporabil Wyckoff v Gulfovem gravimetru (1941)
C: majhen pomik traku E zaradi delovanja sile F povzroči velik zasuk traku S
[vir: Jones, R.V., Some uses of elasticity in instrument design, J.Sci.Inst., 1962, Vol.39, p.p. 192-
203]
.
Elektronski komparatorji, pretvorijo translatorni pomik tipala v električni signal na
enega od principov: kontaktno, induktivno, kapacitivno, piezoelektrično ali
elektrooptično.
Kontaktni elektronski komparatorji so izvedeni kot mehanski komparatorji, ki so jim
dodani električni kontakti. Največkrat ima takšen komparator mehanizem in prikaz
kot običajni mehanski komparatorji, ki sta mu dodana dva nastavljiva električna
kontakta, ki vklopita opozorilni signal (npr. diode R, Z, B) na spodni in zgornji meji
tolerančnega območja (Slika 38).
Slika 38. Shematični prikaz elektronskega kontaktnega komparatorja.
Od vseh uporabljenih električnih principov je za izvedbo komparatorjev
najpomembnejši induktivni princip. Oscilator v senzorju
Najpreprostejši merilniki pozicije na induktivni princip so stikala, ki zaznajo tarčo na
željeni razdalji. Oscilator v induktivnem senzorju ustvarja spreminjajoče se magnetno
polje, ki sega tudi v prostor izven senzorja. Ko se približamo tarči, se spremeni
induktivnost tuljave v senzorju, kar povzroči spremembo napetosti na tuljavi. Izkaže
se, da se s približevanjem tarče induktivnost monotono povečuje, torej pojav lahko
izkoristimo za merjenje razdalje (Slika 39). Najpreprostejši induktivni senzorji so
namenjeni za končna stikala ali kot senzorska stikala (Slika 39).
Slika 39. Senzor bližine oz. dotika. Merilna dušilka na levi sliki.
[levo vir: http://leoss.feri.uni-mb.si/Predavanja/Senzorji/FizOsnove_senzorji.pd]
[desno vir: wikipedia]
V natančnejših merilnikih pomikov so induktivni senzorji pravzaprav diferencialni
transformatorji. Na valjasti cevki so navite tri tuljave: ena primarna in dve sekundarni,
v cevki pa se prosto giblje železno jedro. Sekundarni tuljavi in upora Rs tvorijo
mostično vezje (Slika 40). Ker sta sekundarni tuljavi naviti v nasprotnih smereh, zato
obstaja takšna lega premičnega jedra, v kateri je vsota napetosti iz obeh tuljav enaka
nič. Ugodno je, da lahko s skrbno izdelavo transformatorja dosežemo, da je izhodna
napetost linearno odvisna od lege jedra v razmeroma velikem območju.
Slika 40. Shematični prikaz vezja diferencialnega transformatorja, ki je uporavljen v merilniku
pomikov. [vir: Likar, Osnove fizikalnih merjenj in merilnih sistemov.]
Naklon premice izraža občutljivost merilnika, ki jo izražamo v enotah (mmV
mV
). V
števcu je izhodna napetost pretvornika, v imenovalcu pa sta napajalna napetost in
odmik transformatorskega jedra. Z LVDT merilniki je moč izmeriti premike
velikostnega razeda 1nm, tipične vrednosti komercialnih merilnikov pa so med 0,1
m in 1 m.
Slika 41. Izvedba LVDT senzorja.
Slika 42. Merilna glava električnega komparatorja z diferencialnim transformatorjem.
Lega magnetnega jedra določa vzajemno induktivnost med primarno in prvo
sekundarno tuljavo – označeno z M1 in drugo sekundarno tuljavo označeno z M2.
Merjenje kotov Osnovna geometrijska forma v proizvodnji metrologiji je ravna ploskev. Po izdelavi tvorijo ploskve na izdelku ali sklopu mehanskih sestavnih delov določen kot, ki je lahko pomemben za funkcionalnost izdelka. V takšnem primeru je primerno, da konstrukter predpiše dovoljene odstopke kota, ki jih izmerimo z opremo in na način, kot bomo bomo opisali v tem poglavju. Merjenje kotov lahko razdelimo v dve pomembni skupini. Prva skupina se nanaša na merjenje kotov med robovi oz. ploskvami izdelka, druga skupina pa na preverjanje
natančnosti kroţne delitve. Na sliki (Slika 43 b) vidimo zgled za kotiranje in
toleriranje za prvo skupino in na sliki (Slika 3 a) primer kroţne delitve {OBRNI SLIKO
IN ZAMENJAJ a&b}.
Slika 43. Primer toleriranja pri splošnem kotiranju kota a) in primer kotiranja in toleriranja
krožne delitve b).
Tolerance kotov srečamo na konstrukcijskih risbah manj pogosto, kot tolerance dimenzije in pozicije. Za tolerance kotov tudi ne veljajo označbe po sistemu ISO. Poleg mere kota moramo navesti še mejna odstopka oz. mejni meri, tako kot kaţejo
slike (Slika 44 a - d ).
Slika 44. Toleriranje kotov z navedbo mejnih odstopkov: a) v kotnih stopinjah, b) v kotnih
stopinjah, minutah in sekundah in toleriranje kotov z navedbo mejnih mer c) v kotnih stopinjah
oz. d) kotnih stopinjah minutaj in sekundah. [vir: Glodež, str70, sl. 6.14]
Merjenje kotov je precej široko področje, zato pri pregledovanju pojdimo kar lepo povrsti od najpreprostejših meritev k teţjim. Najpogosteje preverjamo pravokotnost dveh ploskev. V ta namen uporabljamo različne kotnike in opazujemo, kako se njegova robova prilegata merjencu. Da bi
dosegli večjo natančnost, uporabljamo kotnike z noţasto prirezanim robom (Slika 45
c) in opazujemo odstopanje kota proti svetlobi, kot vidimo na sliki (Slika 45 e).
Čeprav je postopek zelo preprost, lahko z natančnimi kotniki opazimo špranjo velikostnega razreda mikrometer.
Slika 45. Kotniki: a) navaden kotnik, b) kotnik s prislonom, c) kotnik z nožasto prirezanim
robom, d) kotnik s kotom 120o, e) odstopanje opazujemo proti svetlobi. Nenastavljivi kotniki za
preverjanje pravokotnosti
Za preverjanje kotov uporabljamo tudi kotne merilne kladice, uporabi ustreznega kakovostnega razreda. S kladicami lahko sestavimo skoraj vsak kot, ki ga nato
primerjamo z merjencem (Slika 46).
Slika 46. Kotne kladice za preverjanje ustreznosti kotov.
Od nenastavljivih meril omenimo še puše in trne, ki jih uporabljamo za preverjanje
stoţcev. Zunanje stoţce preverjamo s pušami, notranje pa s trni (Slika 47).
Preverjanje poteka tako, da merjenec na tanko premaţemo z barvo, ki se pri mora pri preverjanju enakomerno zbrisati.
Slika 47. Merilna etalona za preverjanje stožcev; a) puša, b) trn.
Če potrebam zadostuje natančnost merjenja kotov okrog ±5', merimo kote z
nastavljivimi merili, kakršnega vidimo na sliki (Slika 48).
Slika 48. Univerzalna kotomera v analogni in digitalni izvedbi. Ponovljivost meritve z
digitalnim kotomerom je celo eno kotno minuto (1’).
Slika 49. Skala kotomera z nonijem. Meritev razberemo podobno kot pri meritvah s pomičnim
merilom. V primeru na sliki preberemo rezultat 5020.
Pogreški, ki nastanejo pri merjenju kotov so posledica bodisi napačnega prekrivanja
temen ali napačnega prekrivanja krakov.
Meritev kotnih značilnosti Za meritev kotov oz. konusov lahko uporabimo katero od ţe omenjenih merilnih metod za merjenje dolţine ali premera. Primer uporabe merilne urice v ta namen
shematično prikazuje slika (Slika 50).
Slika 50. Na sliki je shematično prikazana uporaba dveh merilnih uric za preverjanje
kota. [vir: Collet, Engineering Masurements, Fig 4.47]
Takšen sistem je zelo primeren za industrijsko avtomatizacijo, v tem primeru merilne urice nadomestimo npr. z induktivnimi senzorji pomika. Opisana meritev je po svoji naravi primerjalna meritev dolţine in zahteva natančno izdelan, še posebej pa zelo natančno izmerjen etalonski kos, s katerim po potrebi ponovno umerimo merilni sistem. Metode za posredno merjenje kotov temeljijo na načelu, da z natančnim merjenjem stranic trikotnika vedno lahko določimo njegove kote. Značilni predstavniki tovrstnih merilnih sredstev sta sinusna palica in sinusni merilnik. Sinusna palica je v bistvu kaljeni jekleni nosilec, poloţen na dva natančno izdelana kaljena cilindra, kot kaţejo
slike (Slika 51, a-d).
Slika 51. Nekaj primerov meritev kotnih značilnosti s sinusno palico.
[vir: Collet, Engineering Masurements, Fig 4.48]
Razdalja med clilindroma L predstavlja hipotenuzo trikotnika, stavek merilnih kladic
pa nasprotileţno kateto H, tako kot kaţe slika (Slika 51, a). Sinusne palice
najpogosteje uporabljamo v konfiguraciji, ki jo kaţeta sliki (Slika 51, b in c). Pri
meritvah kotov večjih od 45° moramo pravzaprav meriti komplementarni kot (kota sta
komplementarna, če je njuna vsota enaka 90°), tako kot kaţe slika (Slika 51, d).
Komplementarni kot merimo zato, ker pride pri velikih kotih do izraza učinek odstopanj izdelave merilnega sredstva, pa še stavek podloţenih kladic je pri zelo velikih kotih velik in pride do izraza odstopek izdelave kladic in napake pri zlaganju stavka kladic. Sinusni merilnik je za uporabnika bolj prijazna naprava, je pa bolj masivna in zato
tudi manj fleksibilna. Shematični prikaz in sinusnega merilnika vidimo na sliki (Slika 52).
Slika 52. Shematični prikaz sinusnega merilnika
Kote merimo tudi neposredno in sicer tako, da primerjamo kot merjenca z etalonom za kote ali kotnikom. Prav slednji so najpogosteje uporabljani in sicer za preverjanje pravokotnosti dveh ploskev (Slika__).
Slika 53. Nenastavljivi kotniki za preverjanje pravokotnosti.
Kotnike uporabljamo tako, da ga prislonimo ob merjenec in opazujemo proti svetlobi, ali se pojavi špranja oz. neujemanje. Merjenje je zelo preprosto, pa vseeno lahko opazimo odstopanja velikostnega razreda tisočinke milimetra. Poleg kotnikov uporabljamo tudi kotne merilne kladice, s katerimi lahko sestavimo mnogo diskretnih kotov, ki jih nato primerjamo z merjencem (Slika__).
Slika 54. Kotne kladice za preverjanje ustreznosti kotov.
Od nenastavljivih meril omenimo še puše in trne, ki jih uporabljamo za preverjanje stoţcev. Zunanje stoţce preverjamo s preverjamo s pušami, notranje pa s trni (Slika__). Preverjanje poteka tako, da merjenec na tanko premaţemo z barvo, ki se pri mora pri preverjanju enakomerno zbrisati.
Slika 55. Merilna etalona za preverjanje stožcev; a) puša, b) trn.
Če potrebam zadostuje natančnost merjenja kotov okrog ±5', merimo kote z
nastavljivimi merili, kakršnega vidimo na sliki (Slika 48).
Slika 56. Univerzalna kotomera v analogni in digitalni izvedbi. Ponovljivost meritve z
digitalnim kotomerom je celo eno kotno minuto (1’).
Nagibe merimo z libelami, bodisi konvencionalnimi analognimi () ali digitalnimi ().
Induktivni merilnik zasuka
Podobno, kot smo obravnavali v prejšnjem poglavju induktivne senzorje pomikov,
omenimo tukaj še induktivni senzor zasukov5. Po zgradbi je podoben elektromotorju z
rotorskim navitjem. Na statorskem delu so tri tuljavice. Induktivno jih vzbuja tuljavica
na rotorju, ki jo napajamo z izmenično napetostjo (tipične frekvence med 50Hz do
400 Hz). Shematično vidimo delovanje takšnega pretvornika zasuka v električni
signal na sliki (Slika 57).
Slika 57. Shema induktivnega merilnika zasuka. Na rotorju je vzbujevalna tuljava, ki
inducira različne napetosti v treh tuljavah na statorju, proporcionalno položaju rotorja. [vir: http://en.wikipedia.org/wiki/Synchro]
5 induktivni senzor zasukov v angleški literaturi poznamo pod imenom synchro. Natančnejši pa so
RVDT za Rotary Variable Differential Transformer.
Merjenje sovpada osi (smernosti) in ravnosti Odstopek sovpada se pojavi kot zamik oz. ne-paralelnost osi, kot nagnjenost dveh ploskev oz. osi ali kot kombinacija prvih dveh odstopkov. Na sliki {soosnost} vidimo shematično prikazane vse tri naštete odstopke. Definicija mer s katerimi označujemo sovpad osi Odstopek sovpada se pojavi kot zamik oz. ne-paralelnost osi, kot nagnjenost dveh ploskev oz. osi ali kot kombinacija prvih dveh odstopkov. Na sliki {soosnost} vidimo shematično prikazane vse tri naštete odstopke.
Slika 58. Podnapis. datoteka_slike: soosnost_napake1.jpg
vir: http:// www.gearshub.com/gear-couplings.html
Merjenje površin Če v pogovoru govorimo o merjenju izdelkov, imamo ponavadi v mislih ugotavljanje ali so mere izdelka v skladu z merami, kot so širina, dolţina ali premer, to so parametri makrogeometrije predmeta. Seveda je makrogeometrija predmeta predpogoj, da bomo mehanski sklop lahko sestavili in da bo sklop deloval, vendar pa njegovo polno funkcionalnost določa še mikrogeometrija oz. še širše – integriteta površine.
Slika 59. Podnapis. datoteka_slike: hrapo_funkcija.jpg; vir: Andrej_magisterij, povzeto po
Whitehouse: Manufacture for function. Najširši pojem, ki označuje tehnološko površino je integriteta površine, ki označuje površine z različnih zornih kotov in sicer: teksture in hrapavosti površine (surface finish prevajam s tekstura in hrapavost), odsotnosti površinskih napak in razpok, kemijskih sprememb, toplotnih sprememb materiala in zaostalih nateznih napetosti. Med vsemi naštetimi parametri integritete površin je hrapavost najpomembnejša za oceno kakovosti obdelovalnega procesa. Vpleteni v izdelovalni proces se trudijo, da bi bil izdelek čimbolje sluţil svojemu namenu, torej da bi izpolnjeval svojo funkcijo. Namen meritve hrapavosti površin je, da bodisi kot del sprotnega ali naknadnega nadzora izdelovalnega procesa pripomore k doseganju ţeljene funcionalnosti izdelka, tako kot prikazuje. Začetki sistematičnega merjenja površinske hrapavosti segajo v čas začetkov masovne proizvodnje, še posebej avtomobilske in sicer v dvajseta leta dvajsetega stoletja. Tedaj je prevladovalo mišljenje, da čim manjša je hrapavost površine, tem bolj funkcionalen je izdelek. Nekateri6 štejejo za spoznanja da temu ni vedno tako primer iz firme Bentley, oddelka za tekmovalne avtomobile. V letu 1926 se je izkazalo, da se motorji, ki so izvirali iz njihove proizvodnje in so bili zelo natančno izdelani z ozirom na tolerance dimenzij in zahtevano hrapavost obnesli slabše, kot manj natančno izdelani motorji zunanjih proizvajalcev. Sedaj je jasno, da je vzrok takšnemu obnašanju, da so bili valji Bentleyjevih motorjev preveč gladki, da bi se olje zadrţevalo ob površini, takrat pa temu ni bilo tako. Danes je splošno sprejeto, da v študiju površin vidimo dva cilja, tedaj pa so nekateri poudarjali pomen funkcionalnosti površin s stališča trenja in obrabe, medtem ko so drugi predvideli predvsem moţnost nadzora uspešnosti izdelovalnega procesa. Iz te dvojnosti pristopov sledi še danes določena nejasnost, kajti angleški in ameriški znanstveniki so dajali prednost statističnim parametrom hrapavosti (nadzor obdelovalnega procesa), nemski in ruski pa predvsem maksimalnim odstopanjem profila površine (tribologija in obraba). Zaradi zamenljivosti in primerljivosti meritev smo razvojem skupnih standardov
6 vir: Surface Characterization and Roughness Measurement in Engineering, David J. Whitehouse in P.
K. Rastogi (Ed.): Photomechanics, Topics Appl. Phys. 77, 413–461 (2000), Springer-Verlag Berlin Heidelberg 2000
pričeli uporabljati celo vrsto parametrov, kar povzroča nesporazume uporabnikom in stroške proizvajalcem merilnih naprav.
Naštejmo, kateri so vplivi hrapavosti in teksture površin na funkcionalnost izdelka, zaradi katerih posvečamo meritvam hrapavosti tolikšno pozornost. Hrapavost in tekstura ključno vplivata na: 1.) delovanje naprave, 2.) kvaliteto izdelka, 3.) prileganje sestavnih delov, 4.) zamenljivost komponent, 5.) mazljivost, 6.) obrabo, 7.) korozijo, 8.) utrujanje, 9.) hrup, 10.) trenje in 11.) videz. Pri merjenju ne smemo vnaprej izhajati iz stališča, da iščemo napake oz. preveliko hrapavost, kajti takšno stališče nas bo drago stalo. Stroški dodatne fine obdelave namreč niso zanemarljivi, včasih pa določeno lastnost
Slika 60. ime_slike: Podnapis. datoteka slike: hrapo_postopki.jpg; vir: MH
Definicija mer s katerimi označujemo hrapavost Ljudje imamo izjemno sposobnost primerjanja dveh površin med seboj. Če s prstom, ali nohtom potegnemo po dveh primerljivo hrapavih površinah, bomo z gotovostjo
1 m pravilno določili katera od obeh površin je bolj hrapava. Pogosto pa to ni dovolj in ţelimo poznati številsko vrednost hrapavosti. V takšnem primeru z enim od merilnih postopkov zajamemo profil hrapavosti. Pradstavljamo si lahko, da je dejanski profil hrapavosti prečni prerez obdelane površine z navidezno ravnino. Ker imajo obdelane površine preteţno usmerjeni vzorec, ki nastane kot posledica
glavnega ali pomoţnih gibanj, je pomembno v kateri smeri presekamo površino z
navidezno ravnino (Slika 61).
Ljudje imamo izjemno sposobnost primerjanja dveh površin med seboj. Če s prstom, ali nohtom potegnemo po dveh primerljivo hrapavih površinah, bomo z nekaj
iskušnjami na 1 m pravilno določili katera od obeh površin je bolj hrapava. Pogosto pa to ni dovolj in ţelimo poznati številsko vrednost hrapavosti. Poglejmo kateri so kvantitativni parametri hrapavosti površine. Zbrali smo jih v tabeli (Error! Reference
source not found.).
Slika 61. Shematično prikazana obdelana površina in dejanski profil hrapavosti, ki nastane kot
pravokotni presek opazovane površine z navidezno ravnino.
Tabela 4. Pomembnejši parametri hrapavosti površine.
parameter opis
Rmax maksimalna globina hrapavost
Rz povprečna globina hrapavosti
Ra aritmetična srednja vrednost hrapavosti
Rq
Rp globina zaglajevanja
Wt globina valov
Pt Globina profila
Poglejmo kateri so kvantitativni parametri hrapavosti površine. Zbrali smo jih v
spodnji tabeli (Tabela 4).
Povprečna globina hrapavosti Rz je definirana kot povprečna vrednost skrajnih odstopanj profila hrapavosti v petih enako velikih segmentih na merilni dolţini, kot
vidimo na sliki (Slika 62). Matematično Rz izrazimo s formulo:
5
1
iZ
5i
ZR .
Z iste slike razberemo tudi največjo globino hrapavosti Rmax, ki je enaka razdalji med vrhom in dolino v tistem od petih segmentov, kjer je ta razlika največja. Na primeru
slike (Slika 62), je to razdaja Z2, za katero velja:
51,max imax iZR .
Slika 62. K definiciji srednje globine hrapavosti Rz in maksimalne globine hrapavosti Rmax.
Predvsem z vidika vrednotenja stanja obdelovalnega procesa cenimo aritmetično srednjo vrednost hrapavosti Ra in kvadratni koren variance hrapavosti Rq.
Slika 63. K definiciji aritmetične srednje vrednosti hrapavosti Ra.
Prva (Ra) je definirana kot aritmetična srednja vrednost absolutnih odstopanj od srednje linije
N
i
l
N
zdzz
lR
1
i
0t
a
t1,
medtem ko je kvadratni koren variance hrapavosti Rq definiran z izrazom
N
i
l
N
zdxz
lR
1
2
i
0
2
t
q1
1 t
.
ločiti bolj hrapavo od manj hrapave površine. ali Kvantitatina meritev
Funkcionalnost površin Na konstrukcijskih načrtih podajamo standardizirane označbe, takot kaţe slika
Slika 64. Simbol, ki na konstrukcijski ali delavniški risbi predpisuje hrapavost in teksturo
površine.
Metode merjenja površin Kvalitativno ocenjevanje stanja površin
Kvantitativno merjenje
Kvalitativno ocenjevanje stanja površin tekst
Funkcionalnost površin Tekst
Merilniki hrapavosti Zaradi pomena, ki jo ima hrapavost površine na funkcionalnost izdelka, je bilo Naloge: 1. Razloţi naslednje pojme, ki se nanašajo na vrednotenje površine:
hrapavost
valovitost
vzorec
dolţina merjenja
cut-off
srednja globina hrapavosti
aritmetična sredna vrednost hrapavosti 2. Pojasni bistvene prednosti in slabosti naslednjih merilnikov , ki jih uporabljamo za
merjenje hrapavosti:
elektronske kontaktne merilnike
optične merilnike
pnevmatske merilnike 3.
MSA (Measurement System Analysis) ISO 16949 Metoda ugotavljanja ali je merilo metrološko ustrezno za ţeljeno aplikacijo.
Preizkušanje obdelovalnih strojev in naprav ter prevzemne meritve
direktne meritve in meritve pri obremenitvi
meritev z laserskim sistemom
krožni test z merilno palico
MechEngHandbook_Kreith
VIRI: Junkar, M., Lebar, A., Kramar, D. Tehnološke meritve in meritve v proizvodnji :
študijsko gradivo. [Ljubljana: Mihael Junkar, 2004]. [COBISS.SI-ID 7925019]
Lebar, A., Junkar, M. Praktikum meritev v proizvodnji : Ljubljana, 5. marec 1999.
Ljubljana: [Fakulteta za strojništvo, LAT], 1999. [COBISS.SI-ID 5046811]
kategorija: SU (S)
[G] Galyer: Metrology for Engineers
[MH] 27th Edition Machinery’s Handbook, by Erik Oberg et al.
[Puhar]
[Murn]
[Š]
[Lehmann]
[K] Kraut: strojniški priročnik [SG] Srečko Glodeţ: Tehnično risanje, TZS, 2005 [Collet] Collet, C. V., Hope, A. D., Engineering Measurements, Longman Scientific & Technical, UK, 1983. [Likar] Likar Andrej, Osnove fizikalnih merjenj in merilnih sistemov, DMFA, 2001.
Primeri vprašanj za delni izpit pri vajah pri predmetu
TEHNOLOGIJA
Geometrijske tolerance
1. S skico prikažite in pojasnite osnovne elemente geometrijskih toleranc.
2. Pojasnite pojem povezane tolerance.
3. S skicami pojasnite in opišite naslednji primer tolerance
4. Opišite in pojasnite naslednji primer geometrijske tolerance
5. Opišite in pojasnite naslednji primer geometrijske tolerance
6. Opišite in pojasnite naslednji primer geometrijske tolerance
7. Opišite in pojasnite naslednji primer geometrijske tolerance
8. Opišite in pojasnite naslednji primer geometrijske tolerance
9. Opišite in pojasnite naslednji primer geometrijske tolerance
10. Opišite in pojasnite naslednji primer geometrijske tolerance
11. Opišite in pojasnite naslednji primer geometrijske tolerance
12. Opišite in pojasnite naslednji primer geometrijske tolerance
13. Opišite in pojasnite naslednji primer geometrijske tolerance
14. Opišite in pojasnite naslednji primer geometrijske tolerance
Uvod - pomen meritev v proizvodnem inženirstvu Veličine, mere in enote
mednarodni sistem enot in utelesitve enot splošni pojmi, izrazoslovje kalibracija, sledljivost merilni sistem SLO, MIRS, kalibriranje meril v SLO
Tolerance oblike in lege obdelovanca
simboli za označevanje referenčni elementi in sistemi tolerančna merila
Izhodišča zasnove merilnih naprav
vzroki za nastanek napak pogreški merilnega sredstva merilna negotovost ukrepi za zmanjšanje napak meritev
Vrednotenje izmerjenih podatkov
statistične značilnice skupine izmerkov časovna odvisnost dimenzije merjenca grupiranje podatkov in neparametrična analiza?
Preprosti merilni instrumenti
ročna merilna sredstva za merjenje dolţin merjenje kotov merjenje navojev merjenje zobnikov
Trikoordinatni merilni stroj
uporaba merilnih strojev izvedbe merilnih strojev potek dela z merilnim strojem
Strojni vid
uporaba strojnega vida nastanek in zajem slike meritve dolţin meritve oblik
Merjenje površin
definicija mer s katerimi označujemo hrapavost funkcionalnost površin merilniki hrapavosti
MSA (Measurement System Analysis) ISO 16949
Metoda ugotavljanja ali je merilo metrološko ustrezno za ţeljeno aplikacijo.
Preizkušanje obdelovalnih strojev in naprav ter prevzemne meritve direktne meritve in meritve pri obremenitvi meritev z laserskim sistemom kroţni test z merilno palico
