6.12 Погрешности измерения.

Основные причины, вызывающие ошибки при измерениях, сле­дующие: погрешности, допускаемые самими средствами измерений, зависящие от их конструкции и степени точности изготовления, температурные ошибки, неправильный выбор измерительных средств, некачественное состояние измерительных поверхностей инструмента, несоблюдение правил его хранения и пользования им, неправильные приемы измерения — силовые ошибки и шероховатость поверхности проверяемой детали, неправильно выбранная последовательность измерения. Допускаемые погрешности измерительного инструмента обычно указываются в прилагаемом к инструменту паспорте.

Измерительные приборы и инструменты должны эксплуатироваться при температуре +20°С, называемой нормальной температурой для измерений, при которой погрешности не должны превышать допускаемых отклонений. Изменение размера, измеренного одним и тем же инструментом при различных температурах, зависит от физических свойств материала, которые определяются коэффициентом линейного расширения, и может быть выражено формулой

∆l =l∆tα ,

где ∆l - величина изменения размера; l - первоначальный размер; ∆t - число градусов, на которое изменилась температура по срав­нению с нормальной, α - коэффициент линейного расширения.

Например, коэффициент линейного расширения для стали α=11,5•10^-6, следовательно, деталь длиной l=1мм при нагреве на ∆t =1º удлинится на ∆l =11,5 мкм. Если деталь измеряют при температуре, не соответствующей нормальной, и разных коэффициентах линейного расширения материала измеряемой детали и измерительного инструмента, например измерительный инструмент изготов­лен из стали, а измеряемая деталь из алюминия, то поправку опре­деляют по формулам:

∆l=l(α₁∆t₁−α₂∆t₂);

∆t₁=20º−tº₁; ∆t₂=20º−tº₂,

где l -измеряемая длина детали, мм; α₁ и α₂—коэффициент расшире­нии измеряемой детали и измерительного инструмента; t₁ и t₂ — тем­пература измеряемой детали и измерительного инструмента.

Погрешность измерения может оказаться больше допуска на из­меряемый размер, если неправильно выбран измерительный инст­румент. Например, диаметр отверстия иногда измеряют полным ци­линдрическим калибром, который может не обнаружить овальность. Поэтому измерения необходимо выполнять тем инструментом, который указан в карте технологического процесса на изготовление дета­ли или в технологии контроля.

Погрешности в измерении возникают, если измерительная поверх­ность инструмента имеет забоины, царапины или следы износа.

Измерительная поверхность калибров и измерительных приборов не должна иметь видимых пороков и должна быть чистой. Для этого перед измерением необходимо их обязательно осматривать и очищать от грязи и пыли.

Вызывает погрешности приложение слишком больших усилий при измерении. Например, иногда при измерении микрометром не поль­зуются трещоткой, а с большим усилием нажимают на микровинт; при проверке цилиндрическими калибрами проходной калибр с боль­шим усилием вставляют в проверяемое отверстие, а при измерении на­ружного диаметра вала проходную скобу с силой насаживают на вал, хотя известно, что проходные калибры для отверстий и валов должны проходить под действием собственной массы. Приложение больших усилий при измерениях деформирует измерительный инструмент, вы­зывает смятие поверхности измеряемой детали. Ниже приводится при­мер влияния величины измерительного усилия Р на величину ошибки измерения в микронах:

P=100гс P=1000гс

Для точеного образца………………….0,16 1,2

Для шлифованного образца……..…...0,07 0,56

Приведенные величины ошибок показывают, что чем больше из­мерительное усилие и шероховатость измеряемой поверхности, тем больше ошибка измерения. Перед началом измерения необходимо убедиться в правильности показания инструмента. Так, у микрометра следует проверить сов­падение нулевых показаний.

Измерительный инструмент должен иметь паспорт, подтверждаю­щий его точность. В паспорте должны стоять даты предыдущей и на­мечаемой проверки, по которым можно судить о своевременности контроля измерительных инструментов.

Точность детали характеризуется величинами погрешностей фор­мы, погрешностями линейных и угловых размеров и шероховатостью обработанной поверхности; эти виды погрешности оказывают взаимное влияние друг на друга. Поэтому совершенно не безразлично, в какой последовательности следует выполнять контроль детали, проверять ли сначала линейные размеры, а затем расположение и шероховатость поверхностей или наоборот.

Следовательно, измерять параметры, характеризующие точность обработанной детали, можно только в такой последовательности:

1. измерение шероховатости поверхности отверстий;

2. измерение точности формы отверстий – овальности, конусности и т.п.;

3. измерение точности размеров диаметров отверстий;

4. измерение перпендикулярности осей отверстий к плоскости;

5. измерение точности расстояний между осями обработанных отверстий.

По закономерности появления погрешности делятся на систематические, случайные и грубые.

К систематическим относятся погрешности, которые при обработке партии деталей повторяются на каждой детали, причем причины их возникновения можно установить и устранить. К ним относятся погрешности обработки детали, связанные с точностью станка, на котором обрабатывается деталь (непараллельность и непрямолинейность направляющих, неперпендикулярность перемещения суппорта относительно оси детали, несоосность центров передней и задней бабок, биения шпинделя и т.д.).

К случайным относятся погрешности, возникающие в результате упругих деформаций заготовки, станка, приспособления и режущего инструмента, а также вследствие неоднородности обрабатываемого материала. Эти погрешности возникают случайно, и при­чина их часто неизвестна.

Систематические погрешности по величине больше случайных. Влияние случайных погрешностей может быть учтено по теории ве­роятности.

Грубыми (промахами) называются погрешности случайные, приводящие к явным искажениям результатов измерений, например неправильный отсчет по шкале прибора, неправильный подбор комплекта концевых мер и т. п.

В зависимости от причин элементарные ошибки, образующие по­грешность измерения, делятся на следующие группы:

инструментальные ошибки (погрешность собствен­но измерительного прибора), причиной которых являются погрешности изготовления и юстировки прибора, а также несовершенство его принципиальной схемы;

ошибки схемы измерения являются результатом не­правильно выбранной для измерения схемы базирования и условии проведения измерений (например, при измерении диаметра цилинд­рической детали по двум взаимно перпендикулярным направлениям вместо непрерывного измерения при повороте детали на 180° ошибка может достигать половины овальности детали);

внешние ошибки возникают от влияния внешних условий (например, от температуры, при которой выполняют изме­рения, действия вибраций и т. д.);

ошибки объекта определяются технической характерис­тикой объекта измерения — отклонениями формы, шероховатостью поверхности, жесткостью, изменением размеров в результате старения материала и т. п.;

личные (субъективные) ошибки вызываются ог­раниченными возможностями зрения контролера при отсчете по шка­лам с оценкой долей деления;

суммарная погрешность измерения в основном образуется из погрешностей показаний прибора, погрешностей концевых мер или установочных образцов, погрешностей, вызываемых отклонением температуры изделия и измерительного средства от нормальной температуры, погрешностей, вызываемых измеритель­ным усилением прибора.