Měření Abbeho délkoměrem - Základní postup měření délek do 100 mm

Úvod:

Abbeho délkoměr je nejpřesnějším školním měřidlem. Přesnost je nejméně (spíše větší) +/- 2 pro délky do 100 mm. Přesnost lze zvýšit pomocí opravných koeficientů, které jsou přiloženy ke každému délkoměru. V případě našeho školního byly.

Měření se provádí pomocí pevného a pohyblivého doteku. Poloha pohyblivého doteku je odečítána pomocí mikroskopu na skleněné přesně ryté stupnici. Přistroj je vybavem rozmanitým příslušenstvím umožňujícím měření vnitřních a vnějších rozměrů, závitů, měřením rozdílů rozměrů. Přímé měření je možné do 100 mm. Větší rozměry je možné měřit kombinací přímého a nepřímého měření. Podrobný návod na prácí s délkoměrem je uveden v dílenském návodu od firmy Carl Zeiss Jena.

Pohyblivá měřicí pinola je uložena na přesných valivých ložiskách. Stálý měřicí tlak je vyvozován pohyblivým závažím. Měřicí zařízení je uloženo na robusním litinovém loži, dobře tlumícím vibrace. Pro měření rozměrnějších těžších těles je délkoměr vybaven ruční kompenzací hmotnosti. Odéčítání se provádí mikroskopem prostřednictvím tří stupnic: milimetrové, desetinové a speciální odečítací spirály s mikronovým dělením. obr. 2

Pro přesná a spolehlivá měření v submikronové oblasti je nutno přístroj přesně vypolohovat do vodorovné polohy. Umístění měřidla ve třetím patře SPŠ umožňuje se tomuto ideálu pouze vzdáleně příblížet. Stačí pohyb obsluhy přístroje a pružná podlaha laboratoře měření vykoná své. Přesto se budeme snažit o vodorovno.

Dále je potřeba dbát na kompenzaci délkové roztažnosti těles. Například pouhopouhý krátky dotek měrky délky 100 mm holou rukou způsobí prodloužení o 3 až 5 . Proto používání rukavic, dříve se doporučovalye jelenicové nebo asbestové, dnes se spokojíme s tím, co máme, není módní výstřelk ale opatření diktované dvěma důvody: 1. přesnost měření, 2. pot je agresivní a způsobuje korozi a znehodnocování například koncových měrek, což jistě nechceme.

Tipy pro praxi

Korekce teploty je spolehlivější a účinnější, když se provedou následující opatření:

Dovolte pokud možno jen malé změny teploty

Zamezte průvanu

Při rychlých změnách teploty přístroje umístěte do uzavřené skříně

Zdroje tepla udržujte v konstantním provozu

Přístroje nainstalujte minimálně ve vzdálenosti 1 m od stěn

Podlahu tepelně zaizolujte

Zabraňte vnikání přímého slunečního světla

Teplota měřeného objektu by se měla vyrovnat s okolím

Nedotýkejte se dílců rukama popř. používejte rukavice

Zajistěte během jednoho měřícího cyklu konstantní teplotu

Při dlouhých měřících cyklech proveďte kontrolu systematické změny rozměrů v určeném směru
překontrolováním referenční souřadnicové soustavy.

Obr. 1.: Abbeho délkoměr

Základní postup měření délek do 100 mm

Nastavení stupnice na nulu (obr. 2) Vypinačem (7) zapnu osvětlení mikrometrické stupnice. Pohyblivou pinolu (9) vysuneme vpravo do krajní polohy. Pevnou pinolu (17) po uvolnění aretačního šroubu (19) posuneme tak, aby se dotýkala pohyblivé pinoly. Pevnou pinolou můžeme pohybovat po uvolnění objímky (18) ve vodicím pouzdře. K jemnému doladění je připraven šroub (20). Rovnoběžnost rovinných doteků pinoly seřídíme šrouby (16). Otáčíme jimi tak, abychom docílili nejmenší výchylky na měřicí stupnici. (Podobný princip, jako hledání průměru při měření úchylkoměry.). Šroubem (3) nastavíme desetinnou stupnici na nulu (Svislá ryska je uprostřed dvojité spirály na nule desetinné stupnice). Šroubem (4) nastavíme mikronovou spirálu na 0 . Tím je nastavení nulové hodnoty hotové. Ještě zkountrolujem zdali je vše, co má být zajištěno opravdu utaženo. Šrouby (7), (18), (19),

Šroubem (13) zvednu měřicí stůl (11) do pracovní polohy a ustavím jej do vodorovné polohy. Odsunu pohyblivou měřicí pinolu a měřené těleso uložím na měřicí stůl. Pomocí mikrometrického šroubu (10) přesně vypolohuji měřené těleso. Přisunu měřicí pinolu. Zkontroluji oba doteky, pevný a pohyblivý. Mikrometrickým šroubem nastavím dvojitou spirálu do středu svislé rysky. Odečtu naměřené hodnoty viz obr.: 2.

Obr. 2: Odečítací stupnice Abbeho délkoměru

Přesnost měření Abbeho délkoměrem:

Při použití oblého dotyku:   [m

Při použití pevného dotyku:  [m

Při použití pomocných ramen  [m

nebo magického oka

Moderní měřicí přístroje například, VideoCheck HA

V jsou v současnosti nejpřesnější multisenzorové souřadnicové měřící s E1 = (0,25 + L/900)μm popř. E1 = (0,5 + L/900)μm (při jedno- popř. dvousměrném snímání) nabízí doposud nedosaženou přesnost pro použití, jako kalibrace měřících prostředků, měření vysoce přesných výrobních dílů, mikroskopických tvarů a nářadí. Mechanická konstrukce z tvrdého granitu se speciálními vzduchovými ložisky s nízkými vibracemi, maximální rozlišení odměřovacího systému a konstrukční opatření proti hysterezi zaručují vynikající reprodukovatelnost výsledků měření v rozsahu 0,1 mikrometru a menší. „Kompletní“ korekce geometrických odchylek probíhá na základě maximálně přesného etalonu kalibrovaného Spolkovým fyzikálně technickým ústavem.

Přístroje jsou koncipovány jako moduly a dají se přesně přizpůsobit požadavkům uživatelů. Zpracování obrazu, laser a na celém světě nejmenší (průměr snímací kuličky až 10 μm) a nejpřesnější (odchylka při snímání 0,1 μm) dotykový senzor „Werth Fasertaster – WFP“ jsou součástí výbavy senzoru. I přes konstrukční opatření lze extrémní specifikace těchto přístrojů zaručit jen při dobrých teplotních podmínkách okolí. Dokonce i minimální lokální nebo časové kolísání teploty výrazně ovlivní přesnost výsledků měření. Metrologické zachycení takových výkyvů teploty menších než 0,1 K by nebylo na mnoha místech v souřadnicovém měřícím stroji a zvláště na dílci a v něm realizovatelné. Také jsou vlivy chyb vlastního měření teploty, jako rozlišení a nespolehlivost kalibrace, vedení tepla v místě kontaktu a zbytková chyba způsobená nezachycenými teplotními gradienty příliš velké. Kompenzace teploty má proto u této třídy přístrojů malý smysl. Je potřebná temperance dílců a měřícího přístroje v rozsahu 1/10 Kelvina.

Kromě jiných vlivů, jako např. tepelně podmíněné deformace měřícího stroje, změny délek senzorů apod., je tepelně podmíněná lineární odchylka při měření způsobená teplotou dílce a odměřovacího systému ze zkušeností nejdůležitějším zdrojem chyb. Proto je nezbytné při umístění měřících strojů do výroby použít odpovídající korekční opatření.

Obr. 3: Délkoměr VideoCheck HA

Tepelně podmíněná odchylka měření

Teploty lišící se od 20 C vedou k tomu, že se odměřovací systém souřadnicového měřícího stroje a měřený dílec z důvodu různých materiálů rozdílně protahují. K tomu přistupuje ještě vliv různých teplot. Protože ve stroji na měření délky jsou tato protažení v jednom směru, působí pouze rozdíl protažení odměřovacího systému a dílce. Vliv tepelné roztažnosti je téměř lineární. Tak se dá bez velkých nákladů realizovat jednoduchá lineární korekce v příslušných osách měření a u menších měřených délek je dostačující.

Teplotně podmíněná změna délky se v principu vypočítá následovně:

ΔL = α . L . Δt

ΔL = teplotně podmíněná změna délky

α = koeficient roztažnosti

L = referenční délka, prakticky i naměřená délka

Δt = teplotní odchylka Δt=t-20 C

Protažení odměřovacího systému:

ΔLM M . L . ΔtM

Protažení dílce:

ΔLW W . L . ΔtW

Teplotně podmíněná délková odchylka měření (obr. 1) je rozdíl ΔLM a ΔLW

ΔL =L W . _tW M . ΔtM

Jak je z výše uvedené rovnice patrné, jsou při stejné teplotní odchylce Δt na dílci a odměřování, z čehož můžeme ve zjednodušeném případě vycházet, rozhodující pro délkovou odchylku měření ΔL již jen rozdíly koeficientů roztažnosti. V tabulce 1 jsou uvedeny možné chyby měření, v závislosti na tepelně podmíněné délkové odchylce měření ΔL u dílců z různých materiálů pro teploty prostředí 20 C, 25 C, 30 C a 35 C. Hodnoty platí pro měřenou délku 100 mm a pro měrku z oceli. Dále se předpokládá, že dílec a měrka dosáhly stejnou teplotu. Tabulka ukazuje, že v letní den při 35 C ve výrobní hale se musí při měření dílce z PVDC o délce 100 mm bez korekce počítat navíc s chybou měření 208 μm. V praxi se musí počítat s poněkud jinými odchylkami, protože většinou jsou teploty odměřovacího systému a dílce rozdílné. To ale nemění nic na tom, že jsou odchylky nepřijatelně velké. Délkové protažení odměřovacího systému a dílce se mohou kompenzovat, když je odměřování a dílec ze stejného materiálu, jako např. u páru ocel – ocel.

Tento přístroj je zhruba 10 x přesnější než školní Abbeho délkoměr.

Úkol:

Pomocí kontrolních měrek zkontrolujte přesnos Abbeho délkoměru.

Pomůcky:

Abbeho délkoměr, koncové měrky, ocelový váleček, prizma, rukavice, přesný rtuťový teploměr.

Postup:

Měření se bude provádět do 100 mm délky. Pomocí koncových měrek odměříme délky po 5 mm. Každé měření opakujte třikrát následujícím způsobem. Pohyblivou pinolu odsuňte od kontrolní měrky a opět ji přisuňte. Takto se ověří opakovatelnost měření. Měrku podložete přesným broušeným válečkem uloženým v prizmatu. (Měrka nesmí být mezi měřicími doteky šikmo, měření by nebylo přesné.). Nměřené hodnoty zapište do tabulky a spočítejte průměr a nejistotu měření.