Контурографы: приборы для измерения параметров контура поверхности

Для достижения высокой точности измерений необходимо как обладать базовыми знаниями области метрологии, геометрии и чтения чертежей, так и владеть специфическими навыками, которые невозможно освоить в рамках краткосрочных курсов. Высокая квалификация и профессионализм в этой области являются одним из ключевых факторов успешной адаптации к быстро меняющимся технологическим тенденциям. В данной статье будет рассмотрена важнейшая часть работы с контурографом – выравнивание детали относительно оси измерения

Введение

Для производства изделий, которые будут отвечать требованиям потребителей, используется множество различных компонентов, каждый из которых должен полностью соответствовать чертежу, ведь ошибки при производстве деталей могут стоить не только денежных средств и материалов, но и человеческих жизней. В современном мире во всех отраслях промышленности ежедневно применяется огромное количество высокотехнологичного оборудования. В наше время контроль качества важен на любом производстве. Ведь чтобы вышедшую из строя деталь можно было заменить без ухудшения работоспособности, производитель должен быть уверен, что все его изделия одинакового качества. Взаимозаменяемость давно является важным свой­ством для любых производств, поэтому часто у деталей контролируются геометрические размеры, точность формы, ориентация, расположение, качество поверхностей и другие параметры.

На современном производстве, помимо универсальных средств измерений, на всех этапах контроля применяются специальные автоматизированные измерительные комплексы. Каждый из них имеет свои преимущества и ограничения, которые могут влиять на конечный результат. Для эффективной работы необходимо использовать преимущества и нивелировать различные ограничения. В данной статье речь пойдет об особенностях работы с одним из таких измерительных комплексов – контурографе, который нашел свое применение во многих отраслях, начиная с медицины и заканчивая аэрокосмической промышленностью.

Контурограф – гарант качества

Приборы для измерения параметров контура поверхности или контурографы – далеко не новинка, сегодня они являются неотъемлемым компонентом современного производства. Во многом именно этот тип оборудования обеспечивает соблюдение строгих стандартов качества, установленных для производительности и безопасности изделий в различных отраслях промышленности. Они обеспечивают обнаружение отклонений от технического задания и стандартов качества, позволяют контролировать и улучшать процесс производства, сократить количество брака и уменьшить потери времени и ресурсов. Для читателя, незнакомого с этим типом оборудования, расскажем о некоторых базовых вещах.

На рисунке 1 представлен внешний вид прибора.

Рис. 1. Внешний вид контурографа- профилометра m.era Platinum D1 PRO

Рис. 2. Виды измерений: а) измерение диаметров, б) измерение внешнего кольца подшипника,
в) измерение внутренних шлицевых поверхностей, г) измерение внутренних диаметров,
д) измерение внешней резьбы, е) измерение произвольного контура

Рис. 3. Принцип работы прибора 1. Деталь закрепляется в оснастке на гранитном столе. 2. Измерительный наконечник подводят к началу измерений. 3. Запускают процесс измерения. 4. Блок привода горизонтальной оси перемещает консоль по оси Х. Так как консоль давит с некоторой силой на деталь, то при перемещении измерительный наконечник повторяет контур поверхности, по которой двигается. 5. Контроллер прибора считывает показания с линеек во время перемещения и передает их в программное обеспечение (ПО). 6. Измерительное ПО воспроизводит электронный контур детали. 7. С полученным контуром оператор проводит оценку контура: геометрические построения, сравнения, оценку линейно- угловых параметров.

Контурографы позволяют с высокой точностью исследовать макрогеометрию поверхности изделий. При этом можно не только анализировать отклонения от эталонной формы профиля, но и измерять линейные размеры кон­тролируемой поверхности. Контурограф представляет собой эффективный инструмент контроля качества на современных производственных предприятиях. Он помогает оптимизировать процесс производства, улучшать качество изделий и в итоге повышать конкурентоспособность предприятия.

Контурографы нашли применение в решении задач оценки параметров резьбы в различных сферах деятельности: в шарикоподшипниковой промышленности – при кон­троле роликов и колец, в авиационной и автомобильной отраслях – для измерения профиля турбинных лопаток, а также в медицине – для оценки параметров контура компонентов имплантатов (рис. 2).

Принцип действия прибора можно определить как точное сканирование. Измерения и информация с щупа поступают в систему управления, где они преобразуются в профили и числовые значения, отображающие параметры шероховатости и гео­метрии. Всё это выводится на монитор в удобном для восприятия виде. Упрощенно это выглядит следующим образом (рис. 3).

Стоит отметить, что для корректного использования контурографа требуются определенные навыки и знания. Неверное использование может привести к неточностям в измерениях и даже повреждению самого оборудования.

Погрешность измерений

Один из базовых принципов анализа измерительных систем (MSA) гласит: измеряет измерительная система, а не прибор. Измерительная система состоит из:

•измеряемой детали;
• измерительного прибора;
• сотрудника (оператора прибора);
• стандарта/эталона (то, с чем сравниваются показания прибора);
• условий окружающей среды, в которых функционирует прибор (влажность, давление, температура);
• процедуры измерения.

Любой из компонентов измерительной системы может вносить вклад в конечный результат измерения. В данной статье рассматривается один из факторов, относящихся к процедуре измерения, который может оказывать существенное влияние на результат, – это положение измеряемой детали относительно оси измерения.

Выравнивание измеряемой детали для точных измерений

При измерении важно знать не только как устроен прибор, но и как им правильно пользоваться, поскольку правильная установка и выравнивание деталей в рабочей зоне прибора – основа достоверных измерений.

Часто именно выравнивание занимает большую часть времени при измерении. Для наиболее точных измерений необходимо выровнять деталь относительно оси измерения, для этого необходимо провести следующие операции:

1. Вращение оси измеряемой детали.
2. Смещение оси измеряемой детали.
3. Нивелирование оси измеряемой детали.

Разберем каждый из пунктов.

Важно! Следует отметить, что рассматривать мы будем наиболее частую измерительную задачу, где деталь представляет собой тело вращения, а измерение выполняется вдоль оси исследуемой поверхности. Необходимость проведения вышеуказанных операций остается и при измерении корпусных деталей и деталей сложной конфигурации, однако подходы могут отличаться, поэтому их следует рассматривать отдельно.

1. Вращение оси измеряемой детали

Конечная цель данного этапа – выставить ось измеряемой поверхности параллельно оси измерения. Для этого с помощью оснастки деталь вращают в горизонтальной плоскости. От итога выполнения этой операции будет зависеть конечный результат измерения, особенно это касается оценки шага и хода многозаходной резьбы.

Для иллюстрации проведем измерение образующей цилиндрической поверхности вала (рис. 4). В данном случае мы ожидаем увидеть в результате прямую линию. Однако из-за недостаточного выравнивания детали мы видим искаженный результат (рис. 5).

Рис. 4. Траектория измерения по оси измеряемой поверхности

Рис. 5. Траектория измерения при недостаточном выравнивании

Рис. 6. Метод прямоугольного треугольника

На практике этот фактор является одной из наиболее частых причин ошибок первого рода, когда годную деталь бракуют, и это приводит к экономическим потерям.

Для решения данной задачи необходимо повернуть деталь на некоторый угол. Однако как выяснить значение этого угла? Существует несколько методов достижения этой задачи: метод прямо­угольного треугольника, метод призмы, метод нахождения коэффициента смещения и другие. В рамках данной статьи рассмотрим подробнее метод прямоугольного треугольника.

Метод прямоугольного треугольника

В представленном методе применяются оси Z1, X и Y.

Первоначально устанавливаем наконечник в положении 1 в левой части детали и определяем ее центр в данном сечении доступным методом. Позицию этого центра обозначим как точку А с координатами А: Х1 и Y1. В данной точке оси детали и прибора совпадают (рис. 6).

Затем перемещаем наконечник на расстояние N в сторону правого торца детали (положение 2), определяем центр детали в данном сечении и фиксируем точку C с координатами X2 = X1 + N и Y2. Теперь находим идеальное положение оси детали, на которое будем поворачивать нашу деталь. Это будет точка В, координаты которой равны Х2 и Y1.

В результате получаем прямоугольный треугольник АВС, где АB=X2-X1, BC=Y2-Y1. Для определения угла α (на который необходимо повернуть деталь), воспользуемся свой­ством прямоугольного треугольника:

Из-за погрешности определения центра детали, расчета, механизма поворота оснастки процедуру, возможно, потребуется выполнить несколько раз.

Для примера рассмотрим выравнивание детали. Находим ось детали в первом сечении и фиксируем точку по оси Х прибора, равную 10, и значение положения микрометрического винта оснастки, равное 5 (Х1=10; Y1=5).

В следующем шаге перемещаем наконечник прибора к правому торцу детали, на расстояние N и смотрим значение по оси Х, равное 100. Далее находим ось детали во втором сечении с помощью положения наконечника Z1 и фиксируем значение микрометрического винта оснастки, равное 15 (Х2=100; Y2=15).

Таким образом получаем треугольник с катетами 90 и 10. По свой­ству треугольника рассчитываем значение угла α:
.
Таким образом, получается, что деталь необходимо повернуть на угол α = 2:39:23, используя доступные возможности оснастки для поворота.

2. Смещение оси измеряемой детали

После того как ось измеряемой поверхности детали выставлена параллельно оси измерения, необходимо произвести смещение детали таким образом, чтобы центр измеряемой поверхности оказался в плоскости измерения. Если пренебречь этим шагом, то конечный результат может быть в значительной степени искажен. Наглядно это влияние можно пронаблюдать при измерении сферы (рис. 7).

Рис. 7. Траектория измерения через центр контролируемой детали

Если перед пользователем стоит задача в некотором приближении оценить диаметр сферы, то плоскость измерения должна проходить через точку экстремума этой сферы. Но если плоскость измерения будет смещена, то результат измерения будет искажен (рис. 8).

Рис. 8. Траектория измерения при смещении центра детали

Для процедуры выравнивания центра измеряемой поверхности и плоскости измерения используется шкала положения наконечника по оси Z1 и шкала положения оснастки на рабочем столе (ось Y). Требуется установить измерительный наконечник в произвольном сечении на измеряемой поверхности и определить центр детали методом нахождения наивысшей точки или другим способом. Используя ось Y, совместить центр с плоскостью измерения прибора.

3. Нивелирование оси измеряемой детали

Под нивелированием в данном случае понимается выравнивание детали относительно оси измерения Х таким образом, чтобы измеряемая поверхность детали была параллельна оси Х прибора. Это может быть достигнуто с помощью либо поворота блока привода горизонтальной оси, либо поворота детали в плоскости XZ. Допуск на отклонение от параллельности после выполнения нивелирования выбирается в зависимости от измерительной задачи. Зачастую достаточно единожды провести нивелирование оснастки, на которую устанавливается деталь. Есть несколько причин проводить данную процедуру. Это и конфигурация детали, и ограничение диапазона перемещения консоли, и погрешности при математической компенсации радиуса наконечника.

Например, острый наконечник со скосом с одной стороны под углом 12° (как показано на рис. 9), может очерчивать поверхность с максимальным наклоном в 77° при движении вверх и с максимальным наклоном в 87° вниз.

Рис. 9. Ограничение углового положения измеряемой поверхности
при измерении наконечником со скосом с одной стороны под углом 12°

При таких экстремальных углах измеряемой поверхности важно контролировать положение детали, а для этого необходимо выполнить нивелирование.

Для процедуры выравнивания детали относительно оси измерения Х используются значение положения оси Z1 и подъемный винт на оснастке. Первоначально устанавливаем наконечник в положении 1 в левой части детали и фиксируем значение по оси Z1. Далее перемещаем наконечник к правой части детали и снова фиксируем значение по оси Z1.

Для нивелирования необходимо проворачивать винт наклона оснастки до тех пор, пока значения Z1 в обоих положениях не будут совпадать с необходимой степенью точности.

Заключение

С каждым годом прогресс технологий неуклонно продвигается вперед, и это влечет за собой необходимость разработки более совершенных видов оборудования и методов контроля изделий. Разумеется, такой прогресс невозможно было бы достичь без высококвалифицированных специалистов, владеющих не только базовыми знаниями, но и специфическими навыками.

Когда речь заходит о работе с приборами для измерения параметров контура поверхности, требуется особое внимание к деталям. Важно не только уметь осуществлять измерения, но и обеспечивать требуемую точность результатов. Поэтому данная статья направлена на то, чтобы ознакомить читателя с некоторыми особенностями работы с контурографами, а также представить несколько подходов, которые помогут достичь высокой точности измерений.

Одним из первостепенных моментов является обладание базовыми знаниями в области метрологии, геометрии и чтения чертежей, однако только этого недостаточно для становления профессионала высокого класса. Мало пройти недельный курс, чтобы освоить все тонкости работы со сложными измерительными приборами. Требуется уверенное владение сложными навыками, поэтому для достижения высокого уровня компетентности в данной области необходимо затратить не менее года на учение и практику.

В данной статье были описаны способы и особенности применения контурографа. В частности, был рассмотрен вопрос выравнивания детали для точных измерений на оснастке. Был описан метод выравнивания угла вращения детали с помощью прямоугольного треугольника, метод смещения центра детали к плоскости измерения, а также нивелирование детали относительно оси Х.

01.03.2024

---

448

Поделиться: