eng
Выпуск #1/2021
С. Н. Степанов, А. В. Петров, С. С. Степанов
Разработка компаратора ПКМ 100
Разработка компаратора ПКМ 100
Просмотры: 2554
DOI: 10.22184/2227-572X.2021.11.1.50.53
Описана конструкция и особенности работы компаратора ПКМ 100, предназначенного для измерения срединной длины и определения отклонения от плоскопараллельности концевых эталонных плоскопараллельных мер длины второго, третьего и четвертого разрядов и рабочих классов точности 1–5 длиной от 0,1 до 100 мм. Подробно описана конструкция кассеты для базирования КМД от 0,5 до 100 мм и схема измерения на компараторе ПКМ 100. Разработана специальная кассета на основе плоской стеклянной пластины ПИ 60 для базирования тонких мер номинальной длиной от 0,1 до 0,5 мм, в которой выполнены каналы для подвода вакуума и надежной фиксации концевых мер с размерами поперечного сечения 20 × 9 и 15 × 5 мм. Приведена методика и результаты поверки компаратора, подтверждающие его технические характеристики, которые позволяют использовать компаратор для поверки концевых мер второго разряда.
Описана конструкция и особенности работы компаратора ПКМ 100, предназначенного для измерения срединной длины и определения отклонения от плоскопараллельности концевых эталонных плоскопараллельных мер длины второго, третьего и четвертого разрядов и рабочих классов точности 1–5 длиной от 0,1 до 100 мм. Подробно описана конструкция кассеты для базирования КМД от 0,5 до 100 мм и схема измерения на компараторе ПКМ 100. Разработана специальная кассета на основе плоской стеклянной пластины ПИ 60 для базирования тонких мер номинальной длиной от 0,1 до 0,5 мм, в которой выполнены каналы для подвода вакуума и надежной фиксации концевых мер с размерами поперечного сечения 20 × 9 и 15 × 5 мм. Приведена методика и результаты поверки компаратора, подтверждающие его технические характеристики, которые позволяют использовать компаратор для поверки концевых мер второго разряда.
Теги: cassette comparator end measures of length inductive converters verification индуктивные преобразователи кассета компаратор концевые меры длины поверка
Разработка компаратора ПКМ‑100
С. Н. Степанов, к. т. н.1, 2, А. В. Петров 1, 2, С. С. Степанов 1, 2
Описана конструкция и особенности работы компаратора ПКМ‑100, предназначенного для измерения срединной длины и определения отклонения от плоскопараллельности концевых эталонных плоскопараллельных мер длины второго, третьего и четвертого разрядов и рабочих классов точности 1–5 длиной от 0,1 до 100 мм. Подробно описана конструкция кассеты для базирования КМД от 0,5 до 100 мм и схема измерения на компараторе ПКМ‑100. Разработана специальная кассета на основе плоской стеклянной пластины ПИ‑60 для базирования тонких мер номинальной длиной от 0,1 до 0,5 мм, в которой выполнены каналы для подвода вакуума и надежной фиксации концевых мер с размерами поперечного сечения 20 × 9 и 15 × 5 мм. Приведена методика и результаты поверки компаратора, подтверждающие его технические характеристики, которые позволяют использовать компаратор для поверки концевых мер второго разряда.
Ключевые слова: компаратор, поверка, концевые меры длины, кассета, индуктивные преобразователи
Статья получена 26.01.2021
Принята к публикации 16.02.2021
В соответствии с ГОСТ 9038-90 «Меры длины концевые плоскопараллельные. Технические условия» в нашей стране выпускаются концевые меры с размерами поперечного сечения 35 × 9, 30 × 9, 20 × 9 и 15 × 5 мм, среди которых меры с поперечным сечением 15 × 5 и 20 × 9 мм и номинальной длиной от 0,1 до 0,5 мм в обиходе называют «блошками» из-за своей малости. Такие меры изготавливают и применяют только в нашей стране и государствах постсоветского пространства. Их практически невозможно поверять обычными методами и средствами из-за малой длины и поперечного сечения. Согласно методике поверки МИ2079-90 аттестацию таких мер следует проводить на горизонтальном оптиметре, длинномере или измерительной машине путем ручного покачивания меры между подвижным и неподвижным наконечниками прибора, фиксируя экстремальное показание.
Если срединную длину меры еще можно найти по такой методике, то размеры меры в углах определить невозможно. Из такого положения выходят следующим образом. Меры 2‑го разряда поверяют согласно ГОСТ 8.367-79 абсолютным интерференционным методом на интерферометре Кестерса, это очень трудоемко и малопроизводительно. Меры 3–4 разрядов и 2–5 классов точности оценивают техническим интерференционным методом, который позволяет определять параметры концевых мер длины.
Цель работы заключалась в разработке контактного метода и средства для поверки тонких мер, с помощью которого можно получать значения всех основных параметров мер: срединной длины, отклонения от номинального размера, отклонения от плоскопараллельности.
Для достижения поставленной цели необходимо было решить следующие задачи:
Разработка компаратора ПКМ‑100
Компаратор ПКМ‑100 предназначен для поверки концевых мер длины 2–4 разрядов и 1–5 классов точности для мер длиной от 0,1 до 100 мм.
Компаратор ПКМ‑100 – результат глубокой модернизации установки УКМ‑100 для поверки концевых мер длины, которую центр «Микро» выпускает уже 18 лет. Компаратор – единственный в своем роде, поскольку у него нет доведенного (очень точного) измерительного стола для базирования концевых мер. Традиционный стальной стол заменила гранитная плита 1‑го класса точности размером 400 × 400 мм, которая не требует обслуживания при эксплуатации установки. Кроме того, на плите можно разместить два самых больших набора концевых мер длины (эталонный и поверяемый) для выравнивания их температуры.
Программное обеспечение компаратора состоит из двух частей. Первая часть касается поверки КМД, а вторая – поверки самого компаратора.
В компараторе используется дифференциальный метод измерения мер с помощью двух индуктивных преобразователей с измерительным механизмом без пар внешнего трения с вакуумным арретированием измерительных штоков.
Установка для измерения показана на рис. 1. Концевая мера устанавливается в специальную кассету и заводится в зону измерения. По команде оператора оба преобразователя в автоматическом режиме арретируются три раза и после каждого арретирования установка фиксирует показания датчиков.
Отметим ряд преимуществ схемы с использованием кассеты по сравнению с другими компараторами для поверки концевых мер.
Благодаря перемещению меры в кассете, она не трется об опорную поверхность и не изнашивается во время поверки.
Кассета на опорной стороне имеет выборку в виде копира, повторяющего схему измерений КМД, что упрощает и ускоряет процесс поверки.
Благодаря автоматическому арретированию датчиков, их наконечники практически не изнашиваются, так как не контактируют с мерой в момент ее перемещения в зоне измерений.
Но такая схема не годится для поверки тонких мер, так как преобразователи имеют разные измерительные усилия: верхний имеет большее усилие, чем нижний, чтобы обеспечить уверенный прижим меры к кассете. Мера испытывает давление, под действием которого она может прогнуться в кассете и деформироваться.
В центре «Микро» разработали оснастку для поверки на компараторе ПКМ‑100 мер номиналом менее 0,5 мм. При этом было решено несколько задач, например: в конструкции предусмотрена опорная поверхность, которая предохраняет меру от прогиба под действием измерительного усилия; мера надежно закрепляется в оснастке; сама оснастка на погрешность поверки мер оказывает минимальное влияние.
Кассета для базирования КМД
Разработана специальная кассета на основе плоской стеклянной пластины ПИ‑60 со следующими конструктивными особенностями (рис. 2):
В режиме поверки тонких мер участвует только верхний преобразователь, опорной поверхностью выступает верхняя плоскость кассеты, а вакуум обеспечивает плотное прилегание мер к кассете, в остальном процесс поверки такой же, как на мерах номиналом свыше 0,5 мм. Оператор с помощью вакуумного пинцета берет эталонную и поверяемую меры и располагает их на кассете над выходом вакуумного канала. Далее в кассету подается вакуум, и меры плотно прилегают к плоскости кассеты. Далее верхний преобразователь настраивают по эталонной мере и проводят измерения поверяемой меры согласно стандартной методике.
Методика и результаты
поверки компаратора
Определение размаха показаний при арретировании индуктивных преобразователей
Размах показаний определяют в средней (нулевой) и в двух точках (–10,0 ±0,1; 10,0 ±0,1) мкм по концевой мере 10 мм. Результаты измерения размаха приведены в табл. 1.
Определение абсолютной погрешности измерений длины концевых мер с помощью двух пар концевых мер 0,10 и 0,11; 0,11 и 0,12 мм на компараторе ПКМ‑100-02
ПКМ 100-02 позволяет поверять меры номинальной длины от 0,1 до 0,5 мм и от 0,5 до 100 мм, а другие модификации только от 0,5 до 100 мм.
Измерения проводят в разделе программы «Установка» – «Длина» в определенной последовательности, описанной в инструкции. Результаты измерений приведены в табл. 2.
Абсолютную погрешность измерений длины концевых мер D определяют по формуле:
D=Δlи – Δlд,
где Δlи – разность измеренных значений срединных длин концевых мер, мкм;
Δlд – разность действительных значений срединных длин концевых мер, мкм.
Абсолютная погрешность измерений длины концевых мер компаратора модификации ПКМ‑100-02 не должна превышать ±0,05 мкм.
Выводы
В результате проведенной работы удалось не только реализовать аттестацию концевых мер длины номиналом от 0,1 до 0,5 мм на 3–4‑й разряды, а также 1–5 классы точности, но и выполнить это без существенной переналадки компаратора ПКМ‑100 и по единой методике поверки. Результаты поверки тонких мер показывают стабильность измерений.
Компаратор ПКМ‑100 прошел государственные испытания с целью утверждения типа. ▪
С. Н. Степанов, к. т. н.1, 2, А. В. Петров 1, 2, С. С. Степанов 1, 2
Описана конструкция и особенности работы компаратора ПКМ‑100, предназначенного для измерения срединной длины и определения отклонения от плоскопараллельности концевых эталонных плоскопараллельных мер длины второго, третьего и четвертого разрядов и рабочих классов точности 1–5 длиной от 0,1 до 100 мм. Подробно описана конструкция кассеты для базирования КМД от 0,5 до 100 мм и схема измерения на компараторе ПКМ‑100. Разработана специальная кассета на основе плоской стеклянной пластины ПИ‑60 для базирования тонких мер номинальной длиной от 0,1 до 0,5 мм, в которой выполнены каналы для подвода вакуума и надежной фиксации концевых мер с размерами поперечного сечения 20 × 9 и 15 × 5 мм. Приведена методика и результаты поверки компаратора, подтверждающие его технические характеристики, которые позволяют использовать компаратор для поверки концевых мер второго разряда.
Ключевые слова: компаратор, поверка, концевые меры длины, кассета, индуктивные преобразователи
Статья получена 26.01.2021
Принята к публикации 16.02.2021
В соответствии с ГОСТ 9038-90 «Меры длины концевые плоскопараллельные. Технические условия» в нашей стране выпускаются концевые меры с размерами поперечного сечения 35 × 9, 30 × 9, 20 × 9 и 15 × 5 мм, среди которых меры с поперечным сечением 15 × 5 и 20 × 9 мм и номинальной длиной от 0,1 до 0,5 мм в обиходе называют «блошками» из-за своей малости. Такие меры изготавливают и применяют только в нашей стране и государствах постсоветского пространства. Их практически невозможно поверять обычными методами и средствами из-за малой длины и поперечного сечения. Согласно методике поверки МИ2079-90 аттестацию таких мер следует проводить на горизонтальном оптиметре, длинномере или измерительной машине путем ручного покачивания меры между подвижным и неподвижным наконечниками прибора, фиксируя экстремальное показание.
Если срединную длину меры еще можно найти по такой методике, то размеры меры в углах определить невозможно. Из такого положения выходят следующим образом. Меры 2‑го разряда поверяют согласно ГОСТ 8.367-79 абсолютным интерференционным методом на интерферометре Кестерса, это очень трудоемко и малопроизводительно. Меры 3–4 разрядов и 2–5 классов точности оценивают техническим интерференционным методом, который позволяет определять параметры концевых мер длины.
Цель работы заключалась в разработке контактного метода и средства для поверки тонких мер, с помощью которого можно получать значения всех основных параметров мер: срединной длины, отклонения от номинального размера, отклонения от плоскопараллельности.
Для достижения поставленной цели необходимо было решить следующие задачи:
- разработать новый компаратор на базе установки УКМ‑100;
- сконструировать специальную кассету для базирования КМД (концевые меры длины) номиналом от 0,1 до 0,5 мм;
- разработать методику поверки компаратора.
Разработка компаратора ПКМ‑100
Компаратор ПКМ‑100 предназначен для поверки концевых мер длины 2–4 разрядов и 1–5 классов точности для мер длиной от 0,1 до 100 мм.
Компаратор ПКМ‑100 – результат глубокой модернизации установки УКМ‑100 для поверки концевых мер длины, которую центр «Микро» выпускает уже 18 лет. Компаратор – единственный в своем роде, поскольку у него нет доведенного (очень точного) измерительного стола для базирования концевых мер. Традиционный стальной стол заменила гранитная плита 1‑го класса точности размером 400 × 400 мм, которая не требует обслуживания при эксплуатации установки. Кроме того, на плите можно разместить два самых больших набора концевых мер длины (эталонный и поверяемый) для выравнивания их температуры.
Программное обеспечение компаратора состоит из двух частей. Первая часть касается поверки КМД, а вторая – поверки самого компаратора.
В компараторе используется дифференциальный метод измерения мер с помощью двух индуктивных преобразователей с измерительным механизмом без пар внешнего трения с вакуумным арретированием измерительных штоков.
Установка для измерения показана на рис. 1. Концевая мера устанавливается в специальную кассету и заводится в зону измерения. По команде оператора оба преобразователя в автоматическом режиме арретируются три раза и после каждого арретирования установка фиксирует показания датчиков.
Отметим ряд преимуществ схемы с использованием кассеты по сравнению с другими компараторами для поверки концевых мер.
Благодаря перемещению меры в кассете, она не трется об опорную поверхность и не изнашивается во время поверки.
Кассета на опорной стороне имеет выборку в виде копира, повторяющего схему измерений КМД, что упрощает и ускоряет процесс поверки.
Благодаря автоматическому арретированию датчиков, их наконечники практически не изнашиваются, так как не контактируют с мерой в момент ее перемещения в зоне измерений.
Но такая схема не годится для поверки тонких мер, так как преобразователи имеют разные измерительные усилия: верхний имеет большее усилие, чем нижний, чтобы обеспечить уверенный прижим меры к кассете. Мера испытывает давление, под действием которого она может прогнуться в кассете и деформироваться.
В центре «Микро» разработали оснастку для поверки на компараторе ПКМ‑100 мер номиналом менее 0,5 мм. При этом было решено несколько задач, например: в конструкции предусмотрена опорная поверхность, которая предохраняет меру от прогиба под действием измерительного усилия; мера надежно закрепляется в оснастке; сама оснастка на погрешность поверки мер оказывает минимальное влияние.
Кассета для базирования КМД
Разработана специальная кассета на основе плоской стеклянной пластины ПИ‑60 со следующими конструктивными особенностями (рис. 2):
- плоскопараллельность верхней (на которую устанавливаются КМД) и нижней (которая перемещается по гранитной поверхности плиты) поверхностей не более 0,05 мкм;
- два канала для подвода вакуума к поверхности, на которую устанавливаются КМД;
- полость на опорной поверхности кассеты для перемещения в зоне измерения без соприкосновения с нижним датчиком, который не участвует в измерении.
В режиме поверки тонких мер участвует только верхний преобразователь, опорной поверхностью выступает верхняя плоскость кассеты, а вакуум обеспечивает плотное прилегание мер к кассете, в остальном процесс поверки такой же, как на мерах номиналом свыше 0,5 мм. Оператор с помощью вакуумного пинцета берет эталонную и поверяемую меры и располагает их на кассете над выходом вакуумного канала. Далее в кассету подается вакуум, и меры плотно прилегают к плоскости кассеты. Далее верхний преобразователь настраивают по эталонной мере и проводят измерения поверяемой меры согласно стандартной методике.
Методика и результаты
поверки компаратора
Определение размаха показаний при арретировании индуктивных преобразователей
Размах показаний определяют в средней (нулевой) и в двух точках (–10,0 ±0,1; 10,0 ±0,1) мкм по концевой мере 10 мм. Результаты измерения размаха приведены в табл. 1.
Определение абсолютной погрешности измерений длины концевых мер с помощью двух пар концевых мер 0,10 и 0,11; 0,11 и 0,12 мм на компараторе ПКМ‑100-02
ПКМ 100-02 позволяет поверять меры номинальной длины от 0,1 до 0,5 мм и от 0,5 до 100 мм, а другие модификации только от 0,5 до 100 мм.
Измерения проводят в разделе программы «Установка» – «Длина» в определенной последовательности, описанной в инструкции. Результаты измерений приведены в табл. 2.
Абсолютную погрешность измерений длины концевых мер D определяют по формуле:
D=Δlи – Δlд,
где Δlи – разность измеренных значений срединных длин концевых мер, мкм;
Δlд – разность действительных значений срединных длин концевых мер, мкм.
Абсолютная погрешность измерений длины концевых мер компаратора модификации ПКМ‑100-02 не должна превышать ±0,05 мкм.
Выводы
В результате проведенной работы удалось не только реализовать аттестацию концевых мер длины номиналом от 0,1 до 0,5 мм на 3–4‑й разряды, а также 1–5 классы точности, но и выполнить это без существенной переналадки компаратора ПКМ‑100 и по единой методике поверки. Результаты поверки тонких мер показывают стабильность измерений.
Компаратор ПКМ‑100 прошел государственные испытания с целью утверждения типа. ▪
Отзывы читателей
