Mìøení Abbeho délkomìrem - Základní postup mìøení délek do 100 mm

Úvod:

Abbeho délkomìr je nejpøesnìjším školním mìøidlem. Pøesnost je nejménì (spíše vìtší) +/- 2 pro délky do 100 mm. Pøesnost lze zvýšit pomocí opravných koeficientù, které jsou pøiloženy ke každému délkomìru. V pøípadì našeho školního byly.

Mìøení se provádí pomocí pevného a pohyblivého doteku. Poloha pohyblivého doteku je odeèítána pomocí mikroskopu na sklenìné pøesnì ryté stupnici. Pøistroj je vybavem rozmanitým pøíslušenstvím umožòujícím mìøení vnitøních a vnìjších rozmìrù, závitù, mìøením rozdílù rozmìrù. Pøímé mìøení je možné do 100 mm. Vìtší rozmìry je možné mìøit kombinací pøímého a nepøímého mìøení. Podrobný návod na prácí s délkomìrem je uveden v dílenském návodu od firmy Carl Zeiss Jena.

Pohyblivá mìøicí pinola je uložena na pøesných valivých ložiskách. Stálý mìøicí tlak je vyvozován pohyblivým závažím. Mìøicí zaøízení je uloženo na robusním litinovém loži, dobøe tlumícím vibrace. Pro mìøení rozmìrnìjších tìžších tìles je délkomìr vybaven ruèní kompenzací hmotnosti. Odéèítání se provádí mikroskopem prostøednictvím tøí stupnic: milimetrové, desetinové a speciální odeèítací spirály s mikronovým dìlením. obr. 2

Pro pøesná a spolehlivá mìøení v submikronové oblasti je nutno pøístroj pøesnì vypolohovat do vodorovné polohy. Umístìní mìøidla ve tøetím patøe SPŠ umožòuje se tomuto ideálu pouze vzdálenì pøíblížet. Staèí pohyb obsluhy pøístroje a pružná podlaha laboratoøe mìøení vykoná své. Pøesto se budeme snažit o vodorovno.

Dále je potøeba dbát na kompenzaci délkové roztažnosti tìles. Napøíklad pouhopouhý krátky dotek mìrky délky 100 mm holou rukou zpùsobí prodloužení o 3 až 5 . Proto používání rukavic, døíve se doporuèovalye jelenicové nebo asbestové, dnes se spokojíme s tím, co máme, není módní výstøelk ale opatøení diktované dvìma dùvody: 1. pøesnost mìøení, 2. pot je agresivní a zpùsobuje korozi a znehodnocování napøíklad koncových mìrek, což jistì nechceme.

Tipy pro praxi

Korekce teploty je spolehlivìjší a úèinnìjší, když se provedou následující opatøení:

Dovolte pokud možno jen malé zmìny teploty

Zamezte prùvanu

Pøi rychlých zmìnách teploty pøístroje umístìte do uzavøené skøínì

Zdroje tepla udržujte v konstantním provozu

Pøístroje nainstalujte minimálnì ve vzdálenosti 1 m od stìn

Podlahu tepelnì zaizolujte

Zabraòte vnikání pøímého sluneèního svìtla

Teplota mìøeného objektu by se mìla vyrovnat s okolím

Nedotýkejte se dílcù rukama popø. používejte rukavice

Zajistìte bìhem jednoho mìøícího cyklu konstantní teplotu

Pøi dlouhých mìøících cyklech proveïte kontrolu systematické zmìny rozmìrù v urèeném smìru
pøekontrolováním referenèní souøadnicové soustavy.

Obr. 1.: Abbeho délkomìr

Základní postup mìøení délek do 100 mm

Nastavení stupnice na nulu (obr. 2) Vypinaèem (7) zapnu osvìtlení mikrometrické stupnice. Pohyblivou pinolu (9) vysuneme vpravo do krajní polohy. Pevnou pinolu (17) po uvolnìní aretaèního šroubu (19) posuneme tak, aby se dotýkala pohyblivé pinoly. Pevnou pinolou mùžeme pohybovat po uvolnìní objímky (18) ve vodicím pouzdøe. K jemnému doladìní je pøipraven šroub (20). Rovnobìžnost rovinných dotekù pinoly seøídíme šrouby (16). Otáèíme jimi tak, abychom docílili nejmenší výchylky na mìøicí stupnici. (Podobný princip, jako hledání prùmìru pøi mìøení úchylkomìry.). Šroubem (3) nastavíme desetinnou stupnici na nulu (Svislá ryska je uprostøed dvojité spirály na nule desetinné stupnice). Šroubem (4) nastavíme mikronovou spirálu na 0 . Tím je nastavení nulové hodnoty hotové. Ještì zkountrolujem zdali je vše, co má být zajištìno opravdu utaženo. Šrouby (7), (18), (19),

Šroubem (13) zvednu mìøicí stùl (11) do pracovní polohy a ustavím jej do vodorovné polohy. Odsunu pohyblivou mìøicí pinolu a mìøené tìleso uložím na mìøicí stùl. Pomocí mikrometrického šroubu (10) pøesnì vypolohuji mìøené tìleso. Pøisunu mìøicí pinolu. Zkontroluji oba doteky, pevný a pohyblivý. Mikrometrickým šroubem nastavím dvojitou spirálu do støedu svislé rysky. Odeètu namìøené hodnoty viz obr.: 2.

Obr. 2: Odeèítací stupnice Abbeho délkomìru

Pøesnost mìøení Abbeho délkomìrem:

Pøi použití oblého dotyku:   [m

Pøi použití pevného dotyku:  [m

Pøi použití pomocných ramen  [m

nebo magického oka

Moderní mìøicí pøístroje napøíklad, VideoCheck HA

V jsou v souèasnosti nejpøesnìjší multisenzorové souøadnicové mìøící s E1 = (0,25 + L/900)μm popø. E1 = (0,5 + L/900)μm (pøi jedno- popø. dvousmìrném snímání) nabízí doposud nedosaženou pøesnost pro použití, jako kalibrace mìøících prostøedkù, mìøení vysoce pøesných výrobních dílù, mikroskopických tvarù a náøadí. Mechanická konstrukce z tvrdého granitu se speciálními vzduchovými ložisky s nízkými vibracemi, maximální rozlišení odmìøovacího systému a konstrukèní opatøení proti hysterezi zaruèují vynikající reprodukovatelnost výsledkù mìøení v rozsahu 0,1 mikrometru a menší. „Kompletní“ korekce geometrických odchylek probíhá na základì maximálnì pøesného etalonu kalibrovaného Spolkovým fyzikálnì technickým ústavem.

Pøístroje jsou koncipovány jako moduly a dají se pøesnì pøizpùsobit požadavkùm uživatelù. Zpracování obrazu, laser a na celém svìtì nejmenší (prùmìr snímací kulièky až 10 μm) a nejpøesnìjší (odchylka pøi snímání 0,1 μm) dotykový senzor „Werth Fasertaster – WFP“ jsou souèástí výbavy senzoru. I pøes konstrukèní opatøení lze extrémní specifikace tìchto pøístrojù zaruèit jen pøi dobrých teplotních podmínkách okolí. Dokonce i minimální lokální nebo èasové kolísání teploty výraznì ovlivní pøesnost výsledkù mìøení. Metrologické zachycení takových výkyvù teploty menších než 0,1 K by nebylo na mnoha místech v souøadnicovém mìøícím stroji a zvláštì na dílci a v nìm realizovatelné. Také jsou vlivy chyb vlastního mìøení teploty, jako rozlišení a nespolehlivost kalibrace, vedení tepla v místì kontaktu a zbytková chyba zpùsobená nezachycenými teplotními gradienty pøíliš velké. Kompenzace teploty má proto u této tøídy pøístrojù malý smysl. Je potøebná temperance dílcù a mìøícího pøístroje v rozsahu 1/10 Kelvina.

Kromì jiných vlivù, jako napø. tepelnì podmínìné deformace mìøícího stroje, zmìny délek senzorù apod., je tepelnì podmínìná lineární odchylka pøi mìøení zpùsobená teplotou dílce a odmìøovacího systému ze zkušeností nejdùležitìjším zdrojem chyb. Proto je nezbytné pøi umístìní mìøících strojù do výroby použít odpovídající korekèní opatøení.

Obr. 3: Délkomìr VideoCheck HA

Tepelnì podmínìná odchylka mìøení

Teploty lišící se od 20 C vedou k tomu, že se odmìøovací systém souøadnicového mìøícího stroje a mìøený dílec z dùvodu rùzných materiálù rozdílnì protahují. K tomu pøistupuje ještì vliv rùzných teplot. Protože ve stroji na mìøení délky jsou tato protažení v jednom smìru, pùsobí pouze rozdíl protažení odmìøovacího systému a dílce. Vliv tepelné roztažnosti je témìø lineární. Tak se dá bez velkých nákladù realizovat jednoduchá lineární korekce v pøíslušných osách mìøení a u menších mìøených délek je dostaèující.

Teplotnì podmínìná zmìna délky se v principu vypoèítá následovnì:

ΔL = α . L . Δt

ΔL = teplotnì podmínìná zmìna délky

α = koeficient roztažnosti

L = referenèní délka, prakticky i namìøená délka

Δt = teplotní odchylka Δt=t-20 C

Protažení odmìøovacího systému:

ΔLM M . L . ΔtM

Protažení dílce:

ΔLW W . L . ΔtW

Teplotnì podmínìná délková odchylka mìøení (obr. 1) je rozdíl ΔLM a ΔLW

ΔL =L W . _tW M . ΔtM

Jak je z výše uvedené rovnice patrné, jsou pøi stejné teplotní odchylce Δt na dílci a odmìøování, z èehož mùžeme ve zjednodušeném pøípadì vycházet, rozhodující pro délkovou odchylku mìøení ΔL již jen rozdíly koeficientù roztažnosti. V tabulce 1 jsou uvedeny možné chyby mìøení, v závislosti na tepelnì podmínìné délkové odchylce mìøení ΔL u dílcù z rùzných materiálù pro teploty prostøedí 20 C, 25 C, 30 C a 35 C. Hodnoty platí pro mìøenou délku 100 mm a pro mìrku z oceli. Dále se pøedpokládá, že dílec a mìrka dosáhly stejnou teplotu. Tabulka ukazuje, že v letní den pøi 35 C ve výrobní hale se musí pøi mìøení dílce z PVDC o délce 100 mm bez korekce poèítat navíc s chybou mìøení 208 μm. V praxi se musí poèítat s ponìkud jinými odchylkami, protože vìtšinou jsou teploty odmìøovacího systému a dílce rozdílné. To ale nemìní nic na tom, že jsou odchylky nepøijatelnì velké. Délkové protažení odmìøovacího systému a dílce se mohou kompenzovat, když je odmìøování a dílec ze stejného materiálu, jako napø. u páru ocel – ocel.

Tento pøístroj je zhruba 10 x pøesnìjší než školní Abbeho délkomìr.

Úkol:

Pomocí kontrolních mìrek zkontrolujte pøesnos Abbeho délkomìru.

Pomùcky:

Abbeho délkomìr, koncové mìrky, ocelový váleèek, prizma, rukavice, pøesný rtuový teplomìr.

Postup:

Mìøení se bude provádìt do 100 mm délky. Pomocí koncových mìrek odmìøíme délky po 5 mm. Každé mìøení opakujte tøikrát následujícím zpùsobem. Pohyblivou pinolu odsuòte od kontrolní mìrky a opìt ji pøisuòte. Takto se ovìøí opakovatelnost mìøení. Mìrku podložete pøesným broušeným váleèkem uloženým v prizmatu. (Mìrka nesmí být mezi mìøicími doteky šikmo, mìøení by nebylo pøesné.). Nmìøené hodnoty zapište do tabulky a spoèítejte prùmìr a nejistotu mìøení.