pobieranie: instrukcja pomiar gwintow za pomoca mikroskopu
Pobierz dokument pdfPrzeglądaj wersję html pliku:
1
POMIAR GWINTÓW NA MIKROSKOPIE WARSZTATOWYM 1. Budowa uniwersalnego mikroskopu warsztatowego. Uniwersalny mikroskop warsztatowy jest maszyną mierniczą służącą do optycznych i optyczno dotykowych pomiarów długości i kąta. Zasadniczymi układami optycznymi mikroskopu składa się z dwóch zespołów soczewek (rys.1). Pierwszych nich – obiektyw – znajduje się bliżej przedmiotu mierzonego AB, drugi – okular znajduje się blisko oka obserwatora. Mierzony przedmiot AB, powiększony przez obiektyw, daje obraz A'B', rzeczywisty odwrócony i powiększony w stosunku do przedmiotu. Ponieważ przedmiot umieszczony jest w pobliżu płaszczyzny ogniskowej obiektywu ( A0 1 ≃ F 1 01≃ F 1 ), przeto powiększenie obiektywu
Rys.1 Zasada działania mikroskopu warsztatowego A' B ' A' 01 a = = AB A0 1 f1 ogniska P2 okularu ( 02 A' ≃02 F 2 = f 2 V1=
(1)
), zostaje przez okular Obraz AB, powstający w pobliżu powiększony, dając obraz A”B” pozorny i odwrócony w stosunku do przedmiotu AB Powiększenie okularu
V2 = A ' ' B' ' A ' ' 02 b ≃ ≃ AB A' 02 f2
(2) (3)
Całkowite powiększenie mikroskopu jet równe
V= A' ' B ' ' a⋅b ≃ =V 1 V 2 AB f 1⋅ f 2
W mikroskopach warsztatowych stosuje się zazwyczaj okulary o powiększeniu V1=10 oraz obiektywy o powiększeniach V2=1; 1,5; 3 lub 5, co daje całkowite powiększenia równe odpowiednio 10, 15, 30 lub 50x. Pełny układ optyczny mikroskopu warsztatowego jest bardziej złożony. Przedstawia go rys.2. Promienie świetlne wychodzące ze źródła światła1 przechodzą przez zielony filtr 2, regulowaną przesłonę 3, pryzmat – zmieniający kierunek promieni z poziomego na pionowy, kondensator 5 – skupiający promienie świetlne w wiązkę równoległą, szkło przedmiotowe 6 umieszczone na stole mierniczym, obiektyw 7, umieszczoną w ognisku stałą przesłonę 8, następnie przez układ pryzmatów 9 mający na celu odwrócenie obrazu tak, aby widoczny był obraz prosty (nie odwrócony) w stosunku do przedmiotu. W rys.2 Schemat układu optycznego mikroskopu końcu, promienie po przejściu przez szklane płytki ochronne 10 wpadają do okularu 11. Istnieje kilka typów okularów stosowanych w warsztatowego mikroskopach warsztatowych, przy czym najczęściej używany jest tzw. Okular goniometryczny. Obok układu soczewek powiększających 11a (rys.2 ) w skład jego wchodzi płytka obrotowa 11b, noniusz podziałki kątowej 11c oraz lupa odczytowa 11d. Na płytce obrotowej nacięta jest tzw. Siatka pajęcza oraz podziałka o działce elementarnej 1° (rys.3). Siatkę pajęczą tworzą dwie kreski przecinające się pod kątem prostym w osi obrotu płytki, dwie kreski pod kątem 30° względem kreski środkowej, oraz cztery kreski równoległe do kreski środkowej. rys.3 Płytka obrotowa okularu Te ostatnie nacięte są tak, aby ich odległości od kreski środkowej
goniometrycznego
2
odpowiadały odległości rysek od krawędzi mierniczych nożyków, które wynoszą 0,3 lub 0,9 mm. Stosując 3-krotne powiększenie obiektywu, gdy obraz krawędzi mierniczej nożyka pokrywa się z kreską środkową, ryska nożyka pokrywa się z odpowiednią kreską boczną. Odczyty na podziałce kątowej dokonywane są przez lupę 11d (rys.2), przy czym w polu widzenia (rys.4)widoczny jest noniusz, który umożliwia odczytanie kątowego położenia płytki obrotowej z dokładnością do 1'. Prócz okularu goniometrycznego stosowane są na mikroskopach warsztatowych okulary rewolwerowe z naciętymi na płytce obrotowej zarysami normalnych gwintów metrycznych i calowych. Pole widzenia takiego okularu pokazano na rys.5. Przy użyciu tych okularów można w rys.4 Ple widzenia lupy odczytowej kątowej okularu sposób szybki ocenić jakość wykonania zarysu gwintu. goniometrycznego Widok uniwersalnego mikroskopu warsztatowego przedstawiony jet na rys.6. W korpusie 1 umieszczony jest stół przedmiotowy 2, który może być przesuwany w kierunku X na długości 200 mm. Po zwolnieniu zacisku 3 możliwy jest przesuw zgrubny, po zamocowaniu zacisku – możliwy jest precyzyjny przesuw stołu śrubą 4. mikroskop odczytowy Abbego 5 umożliwia określenie położenia stołu w kierunku X z dokładnością 0,001 mm. Na saniach poprzecznych 6 umieszczony jest cały układ optyczny mikroskopu, przy czym elementy od oświetlacza do pryzmatu znajdują się w dolnej części sań (niewidoczne na rysunku), obiektyw i okular obudowane tubusem 7, który może być przesuwany wzdłuż kolumny 8. Kolumna 8 może być pochylana w prawo i lewo o kąt do 12°, przy pomocy pokręteł 9. Sanie poprzeczne rys.5 Pole widzenia okularu mogą przesuwać się w kierunku Y na drodze 100 mm. Zacisk 10 i śruba rewolwerowego do gwintu 11 spełniają tę samą rolę jak elementy 3 i 4 w przypadku sań podłużnych. Odczyty położenia sań poprzecznych dokonuje się mikroskopem Abbego 12. Ustawienia ostrości obrazu dokonuje się przesuwając zgrubnie ramę tubusu pokrętłem 13, a następnie przesuwając tubus precyzyjnie pokrętłem 14. jasność obrazu reguluje się nastawną przesłoną za pośrednictwem pierścienia 15. Kółko radełkowane 16 służy do obrotu płytki okularu goniometrycznego.
rys.6 Widok uniwerslanego mikroskopu warsztatowego
3
2. Ogólne zasady pomiarów gwintów na mikroskopie warsztatowym Zgodnie z normami, zarys gwintu określony jest w przekroju osiowym. Ponieważ jednak gwint ograniczony jest dwiema powierzchniami śrubowymi, zarys gwintu na płaszczyznę równoległą do osi gwintu (równoznaczny jest z obrazem gwintu widzianym w mikroskopie) jest różny od zarysu teoretycznego mierzonego w przekroju osiowym. Obrazuje to rys.7, na którym pokazano przekrój osiowy oraz widok gwintu płaskiego o zarysie prostokątnym. Obok skażenia zarysu, występuje również zjawisko niejednakowej ostrości obu boków zarysu, co spowodowane jest różną odległością od obiektywu tych fragmentów rys.7 Przekrój osiowy i powierzchni śrubowych, które ograniczają obraz zarysu widoczny w widok gwintu płaskiego okularze mikroskopu. Omówione wyżej okoliczności a w szczególności niejednakowa ostrość obrazu, utrudniają dokonywanie pomiarów zarysu obrazu gwintu obserwowanego prostopadle do osi gwintu. Stąd też stosowane są na mikroskopach warsztatowych następujące metody pomiarów gwintów: – metoda przekroju normalnego do zwojów gwintu, zwana również metodą cienia – metoda przekroju osiowego, przy użyciu nożyków mierniczych. Aby mierzyć gwint metodą przekroju normalnego, należy tubus mikroskopu pochylić tak, aby promienie świetlne przebiegały stycznie do zwoju gwintu na walcu podziałowym. Obrazuje to rys.8. Kąt pochylenia tubusa, równy kątowi wzniosu linii śrubowej na walcu podziałowym, określa się ze wzoru:
=arc tg P ⋅d 2
(4)
gdzie: P – skok gwintu, d2 – średnica podziałowa gwintu. Pochylony pod kątem γ tubus mikroskopu pozwala na uzyskanie ostrego obrazu zarysu gwintu tylko z jednej strony śruby. Chcąc uzyskać ostry obraz zarysu po drugiej stronie śruby, należy tubus mikroskopu pochylić pod kątem γ w przeciwną stronę. Należy przy tym dodać, że prawidłowy obraz zarysu po obu stronach gwintu otrzymamy tylko wówczas, gdy oś obrotu kolumny znajduje się na wysokości osi kłów stołu przedmiotowego. Mierząc gwint metodą przekroju normalnego, popełnia się pewien błąd przy określaniu kąta gwintu 2α. Wartość tego błędu jest jednak stosunkowo niewielka i w większości przypadków może być pominięty. W najniekorzystniejszym przypadku gwintów ostrych dla M1 różnica wynosi około 14', przy tolerancji tegoż kąta w sprawdzianie M1 równej 82'. rys.8 Pomiar gwintu Mierzony metodą przekroju normalnego skok gwintu oraz średnica metodą przekroju normalnego podziałowa, nie są obarczone błędami wynikającymi z metody. Pomiary gwintów w przekroju osiowym dokonywane są przy użyciu nożyków mierniczych, z których jeden pokazany jest na rys.9. Wysokość nożyków dobrana jest w ten sposób, by po ustawieniu ich na specjalnych podstawkach na stole przedmiotowym mikroskopu, krawędzie miernicze leżały w płaszczyźnie przechodzącej przez oś kłów i prostopadłej do osi tubusa mikroskopu. Na górnej gładko dotartej powierzchni nożyka, nacięta jest ryska równoległa do krawędzi mierniczej, odległa do niej o 0,3 lub 0,9 mm.
rys.9 Nożyk mierniczy do gwintów
4
Ustawienie nożyków mierniczych do pomiaru gwintu pokazano na rys.10. Przy pomiarach gwintu metodą przekroju normalnego, obraz uzyskany był przy pomocy światła przechodzącego, przez oświetlenie przedmiotu do dołu. Mierząc nożykami mierniczymi, układ pomiarowy oświetlony musi być z góry, wskutek czego widoczny jest obraz w świetle odbitym. Uzyskuje się to przez nałożenia na obiektyw mikroskopu nasadki półprzezroczystej, która odbija część promieni świetlnych idących od oświetlacza i kieruje je na górną powierzchnię nożyków. Promieni odbite od górnej powierzchni nożyków wpadają do tubusa mikroskopu, tworząc w okularze obraz rysek naciętych na rys.10 Ustawienia nożykach. nożyków mierniczych do Optyczno dotykowe pomiary gwintów stosowane są w przypadku pomiaru gwintu bardzo dokładnych gwintów jak sprawdziany i przeciwsprawdziany gwintowe. 3. Pomiar średnicy podziałowej gwintu Średnicą podziałową gwintu jest średnica walca, która dzieli zarys gwintu w ten sposób, że grubość zwoju różna jesr szerokości wrębu między zwojami. Dla gwintów symetrycznych będzie to odległość między dwoma przeciwnymi odcinkami zarysu AB i DE bądź BC i EF, mierzona w kierunku prostopadłym do osi gwintu (rys.11). Miejsce, w którym pomiar ten będzie dokonywany, nie odgrywa tu w zasadzie roli. Części z gwintami mierzonymi, mocowane są na mikrometrach warsztatowych w kłach, bądź w specjalnych uchwytach pryzmatowych. Wskutek nieuniknionych błędów mocowania zdarzać się może, że oś gwintu nie będzie pokrywać się z kierunkiem X wzdłużnego przesuwu stołu mikroskopu, a kierunek Y nie będzie prostopadły do osi gwintu (rys.12). W takich przypadkach pojedynczy wynik pomiaru średnicy podziałowej d2 rys.11 Średnica podziałowa gwintu obarczony będzie pewnym błędem ∆d2. Z rysunku wynika, że symetrycznego mierząc średnicę podziałową d21 na jednym boku zwoju popełniamy błąd ∆d21<0 (zmieniona średnica jest mniejsza od rzeczywistej), mierząc średnicę d22 na drugim boku popełniamy błąd ∆d22 (zmieniona średnica jest większa od rzeczywistej). Z dostateczną do celów praktycznych dokładnością można przyjąć, że ∣ d 21 ∣≃∣ d 22 ∣ (5) stąd też wynik pomiaru średnicy podziałowej może być określony jako
d2= d 21 d 22 2
(6)
Sposób postępowania przy pomiarze średnicy podziałowej jest następujący: 1. w polu widzenia mikroskopu ustawia się obraz zarysu gwintu, tak żeby środek siatki pajęczej okularu goniometrycznego leżał na zarysie obrazu w pobliżu linii podziałowej (punkt 1 na rys.12), oraz by środkowa kreska siatki pokryła się z zarysem; w przypadku pomiarów optyczno dotykowych boczna kreska siatki ma się pokrywać z obrazem ryski nożyka; w tym przypadku blokuje się przesuwy stołu i dokonuje się odczytu „a”rys.12 Schemat pomiaru średnicy podziałowej gwintu na w mikroskopie Abbygo dla przesuwu poprzecznego; mikroskopie warsztatowym 2. nie przesuwając stołu w kierunku wzdłuż, ani nie obracając gwintu wokół jego osi wprowadza się (za pomocą przesuwu poprzecznego) w pole widzenia
5
przeciwległy zarys, ustawiając mikroskop na punkt B; w tym położeniu dokonuje sie odczytu „b”; 3. przesuwając stół wprowadza się w pole widzenia punkt C, po czym blokuje się przesuwy stołu, a następnie dokonuje się odczytu „c”; 4. wprowadza się w pole widzenia punkt D i dokonuje się odczytu „d”. Dla zwiększenia dokładności pomiarów należy dokonać kilku (zwykle trzech) odczytów w każdym z opisanych wyżej położeń. W tym celu po każdym odczycie przesuwa się sanie poprzeczne mikroskopu oraz obraca się płytka okularu goniometrycznego, po czym ponownie ustawia się układ w położeniu pomiarowym i dokonuje następnego odczytu. Z uzyskanych odczytów oblicza się wartość średnią. Do obliczania wartości należy dodać odpowiednią poprawkę uwzględniającą błędy podziałki kreskowej mikroskopu. Wartości mierzone średnic podziałowych określa się ze wzorów (7) (8) Wartości te wstawione do wzoru (6) pozwala określić szukaną wartość średnicy podziałowej gwintu, jako:
d2= a−b d −c 2 d 21 =a−b d 22 =d −c
(9)
Błąd pomiaru określa się przy pomocy wzorów wyznaczonych empirycznie dla różnych typów warsztatowych. Dla uniwersalnego mikroskopu warsztatowego firmy C.Zeiss-Jena, nieprzekraczalny błąd pomiaru średnicy podziałowej gwintu określa się następującymi wzorami: – dla pomiarów optycznych w przekroju normalnym
d 2 =± 3
–
dla pomiarów optycznych dotykowych w przekroju osiowym
=± 1,2
d 2 2 sin 150
μm μm
(10) (11)
gdzie: d2 – wartość średnicy podziałowej w milimetrach. 4. Pomiar kąta gwintu Chcąc stwierdzić czy zarys gwintu wykonany został prawidłowo, nie wystarczy znajomość kąta gwintu 2α. Może się bowiem zdarzyć, że przy utrzymaniu kąta gwintu 2α w granicach tolerancji, zarys będzie niesymetryczny. W takim przypadku
L ≠ P
d 1 2 sin 150
gdzie: αL – lewy kąt boku gwintu (rys.13) αP – prawy kąt boku gwintu Wynika stąd konieczność pomiarów kątów boków gwintu Gdyby zagwarantowane było w czasie pomiaru na mikroskopie takie ustawienie układu pomiarowego, w którym przy środkowym położeniu płytki obrotowej okularu goniometrycznego (odczyt kątowy 0°00') oś gwintu byłaby prostopadła do środkowej kreski siatki pajęczej, wówczas wystarczający byłby pomiar kątów boku z jednej strony śruby. Ponieważ jednak zawsze występują pewne błędy mocowania przedmiotu na mikroskopie oraz pewien błąd ustawienia okularu goniometrycznego, pomiar nie jest wystarczający Na rys.13 pokazano sposób postępowania, który pozwala
rys.13 Schemat pomiaru kąta zarysu gwintu
6
wyeliminować wpływ błędu ustawienia na wyniki pomiaru kąta boku. Dokonuje się pomiarów w czterech miejscach z czego pomiary α1 i α2 dokonane są w bruździe gwintu z jednej strony, pomiary α3 i α4 na zwoju gwintu po stronie przeciwległej. Z tys.13 wynikają zależności
4 L 1 2 P 3 L=
Można wykazać, że
1 4 2 2 3 P= 2
(12) (13)
Wartości kątów α1 , α2 , α3 , α4 , odczytuje się na podziałce kątowej okularu goniometrycznego po uprzednim ustawieniu płytki obrotowej tak, by środkowa kreska siatki pokrywała się z zarysem (przy pomiarze w przekroju normalnym) lub też by jedna z bocznych kresek siatki pokrywała się z obrazem ryski na nożyku mierniczym (przy pomiarach w przekroju osiowym). Ponieważ pomiarów kąta boku dokonuje się w czterech miejscach gwintu, podobnie jak i pomiarów średnicy podziałowej, można pracę uprościć i przy każdym z kolejnych ustawień odczytać równocześnie wskazania okularu goniometrycznego oraz wskazania mikroskopu odczytowego Abbego dla przesuwu poprzecznego. Dla zwiększenia wiarygotności wyników, dokonuje się zwykle kilka odczytów dla każdego położenia, a do obliczeń przyjmuje się ich wartości średnie. Nieprzekraczalne błędy pomiaru kąta boku dokonanego na uniwersalnym mikrometrze warsztatowym oblicza się z następujących wzorów empirycznych: – dla pomiarów optycznych w przekroju normalnym
=± 2,5
–
dla pomiarów optycznych dotykowych w przekroju osiowym
=± 1,5
1,2 ' F 1,5 ' F
(14) (15)
gdzie: F – długość boku zarysu lub długość ostrza nożyka w milimetrach 5. Pomiar skoku gwintu Błędy mocowania omówione w rozdziałach poprzednich, wywierają wpływ również na sposób dokonywania pomiaru skoku gwintu. Nierównoległość osi gwintu względem kierunku wzdłuż przesuwu sań przedmiotowych powoduje, iż odległość dwóch sąsiednich lewych boków zarysów nie jest równa odległości sąsiednich prawych boków zarysu
PL≠ P P
W sytuacji przedstawionej na rys.14
P P P P L
Na wystarczającą dla celów praktycznych dokładnością można przyjąć
P= P P P L 2
rys.14 Schemat pomiaru skoku gwintu
(16)
Stąd prosty wniosek, że aby uniknąć błędów pomiaru spowodowanych nierównoległością osi gwintu do kierunku przesuwu stołu, należy mierzyć odległość zarysów po lewej i prawej stronie zwoju. Pomiaru skoku gwintu można dokonać mierząc bądź odległość dwu sąsiednich boków, bądź odległość boków oddalonych o kilka podziałek gwintu. W takim przypadku
7
PP =
L P p−q = n n L L r− s PL= = n n
(17) (18)
gdzie:
LP, LL – zmierzone odległości boków zarysu po jego prawej i lewej stronie, p, q, r, s, - wartości odczytane w mikroskopie odczytowym Abbego dla przesuwu wzdłużnego stołu, n – liczba zwojów gwintu wzięta do pomiaru.
Nieprzekraczalny błąd pomiaru wielkości LP i LL na uniwersalnym mikroskopie warsztatowym określa się ze wzorów empirycznych: – dla pomiarów optycznych:
L=± 1,2
–
dla pomiarów optyczno dotykowych
L=± 1
2 L 10 tg 80 cos 1 L cos 80
μm
(19) (20)
gdzie: γ – oznacza kąt gwintu, określony wzorem (4). Nieprzekraczalny błąd pomiaru skoku gwintu określić można jako
P= ± L n
μm
(21)
Przy pomiarach skoku gwintu obowiązują oczywiści te same zasady techniki pomiarów, które omówione zostały poprzednio, a mianowicie kilkakrotny odczyt oraz uwzględnienie poprawek na błędy wzorca kreskowego.
instrukcja pomiar gwintow za pomoca mikroskopu
1
POMIAR GWINTÓW NA MIKROSKOPIE WARSZTATOWYM 1. Budowa uniwersalnego mikroskopu warsztatowego. Uniwersalny mikroskop warsztatowy jest maszyną mierniczą służącą do optycznych i optyczno dotykowych pomiarów długości i kąta. Zasadniczymi układami optycznymi mikroskopu składa się z dwóch zespołów soczewek (rys.1). Pierwszych nich – obiektyw – znajduje się bliżej przedmiotu mierzonego AB, drugi – okular znajduje się blisko oka obserwatora. Mierzony przedmiot AB, powiększony przez obiektyw, daje obraz A'B', rzeczywisty odwrócony i powiększony w stosunku do przedmiotu. Ponieważ przedmiot umieszczony jest w pobliżu płaszczyzny ogniskowej obiektywu ( A0 1 ≃ F 1 01≃ F 1 ), przeto powiększenie obiektywu
Rys.1 Zasada działania mikroskopu warsztatowego A' B ' A' 01 a = = AB A0 1 f1 ogniska P2 okularu ( 02 A' ≃02 F 2 = f 2 V1=
(1)
), zostaje przez okular Obraz AB, powstający w pobliżu powiększony, dając obraz A”B” pozorny i odwrócony w stosunku do przedmiotu AB Powiększenie okularu
V2 = A ' ' B' ' A ' ' 02 b ≃ ≃ AB A' 02 f2
(2) (3)
Całkowite powiększenie mikroskopu jet równe
V= A' ' B ' ' a⋅b ≃ =V 1 V 2 AB f 1⋅ f 2
W mikroskopach warsztatowych stosuje się zazwyczaj okulary o powiększeniu V1=10 oraz obiektywy o powiększeniach V2=1; 1,5; 3 lub 5, co daje całkowite powiększenia równe odpowiednio 10, 15, 30 lub 50x. Pełny układ optyczny mikroskopu warsztatowego jest bardziej złożony. Przedstawia go rys.2. Promienie świetlne wychodzące ze źródła światła1 przechodzą przez zielony filtr 2, regulowaną przesłonę 3, pryzmat – zmieniający kierunek promieni z poziomego na pionowy, kondensator 5 – skupiający promienie świetlne w wiązkę równoległą, szkło przedmiotowe 6 umieszczone na stole mierniczym, obiektyw 7, umieszczoną w ognisku stałą przesłonę 8, następnie przez układ pryzmatów 9 mający na celu odwrócenie obrazu tak, aby widoczny był obraz prosty (nie odwrócony) w stosunku do przedmiotu. W rys.2 Schemat układu optycznego mikroskopu końcu, promienie po przejściu przez szklane płytki ochronne 10 wpadają do okularu 11. Istnieje kilka typów okularów stosowanych w warsztatowego mikroskopach warsztatowych, przy czym najczęściej używany jest tzw. Okular goniometryczny. Obok układu soczewek powiększających 11a (rys.2 ) w skład jego wchodzi płytka obrotowa 11b, noniusz podziałki kątowej 11c oraz lupa odczytowa 11d. Na płytce obrotowej nacięta jest tzw. Siatka pajęcza oraz podziałka o działce elementarnej 1° (rys.3). Siatkę pajęczą tworzą dwie kreski przecinające się pod kątem prostym w osi obrotu płytki, dwie kreski pod kątem 30° względem kreski środkowej, oraz cztery kreski równoległe do kreski środkowej. rys.3 Płytka obrotowa okularu Te ostatnie nacięte są tak, aby ich odległości od kreski środkowej
goniometrycznego
2
odpowiadały odległości rysek od krawędzi mierniczych nożyków, które wynoszą 0,3 lub 0,9 mm. Stosując 3-krotne powiększenie obiektywu, gdy obraz krawędzi mierniczej nożyka pokrywa się z kreską środkową, ryska nożyka pokrywa się z odpowiednią kreską boczną. Odczyty na podziałce kątowej dokonywane są przez lupę 11d (rys.2), przy czym w polu widzenia (rys.4)widoczny jest noniusz, który umożliwia odczytanie kątowego położenia płytki obrotowej z dokładnością do 1'. Prócz okularu goniometrycznego stosowane są na mikroskopach warsztatowych okulary rewolwerowe z naciętymi na płytce obrotowej zarysami normalnych gwintów metrycznych i calowych. Pole widzenia takiego okularu pokazano na rys.5. Przy użyciu tych okularów można w rys.4 Ple widzenia lupy odczytowej kątowej okularu sposób szybki ocenić jakość wykonania zarysu gwintu. goniometrycznego Widok uniwersalnego mikroskopu warsztatowego przedstawiony jet na rys.6. W korpusie 1 umieszczony jest stół przedmiotowy 2, który może być przesuwany w kierunku X na długości 200 mm. Po zwolnieniu zacisku 3 możliwy jest przesuw zgrubny, po zamocowaniu zacisku – możliwy jest precyzyjny przesuw stołu śrubą 4. mikroskop odczytowy Abbego 5 umożliwia określenie położenia stołu w kierunku X z dokładnością 0,001 mm. Na saniach poprzecznych 6 umieszczony jest cały układ optyczny mikroskopu, przy czym elementy od oświetlacza do pryzmatu znajdują się w dolnej części sań (niewidoczne na rysunku), obiektyw i okular obudowane tubusem 7, który może być przesuwany wzdłuż kolumny 8. Kolumna 8 może być pochylana w prawo i lewo o kąt do 12°, przy pomocy pokręteł 9. Sanie poprzeczne rys.5 Pole widzenia okularu mogą przesuwać się w kierunku Y na drodze 100 mm. Zacisk 10 i śruba rewolwerowego do gwintu 11 spełniają tę samą rolę jak elementy 3 i 4 w przypadku sań podłużnych. Odczyty położenia sań poprzecznych dokonuje się mikroskopem Abbego 12. Ustawienia ostrości obrazu dokonuje się przesuwając zgrubnie ramę tubusu pokrętłem 13, a następnie przesuwając tubus precyzyjnie pokrętłem 14. jasność obrazu reguluje się nastawną przesłoną za pośrednictwem pierścienia 15. Kółko radełkowane 16 służy do obrotu płytki okularu goniometrycznego.
rys.6 Widok uniwerslanego mikroskopu warsztatowego
3
2. Ogólne zasady pomiarów gwintów na mikroskopie warsztatowym Zgodnie z normami, zarys gwintu określony jest w przekroju osiowym. Ponieważ jednak gwint ograniczony jest dwiema powierzchniami śrubowymi, zarys gwintu na płaszczyznę równoległą do osi gwintu (równoznaczny jest z obrazem gwintu widzianym w mikroskopie) jest różny od zarysu teoretycznego mierzonego w przekroju osiowym. Obrazuje to rys.7, na którym pokazano przekrój osiowy oraz widok gwintu płaskiego o zarysie prostokątnym. Obok skażenia zarysu, występuje również zjawisko niejednakowej ostrości obu boków zarysu, co spowodowane jest różną odległością od obiektywu tych fragmentów rys.7 Przekrój osiowy i powierzchni śrubowych, które ograniczają obraz zarysu widoczny w widok gwintu płaskiego okularze mikroskopu. Omówione wyżej okoliczności a w szczególności niejednakowa ostrość obrazu, utrudniają dokonywanie pomiarów zarysu obrazu gwintu obserwowanego prostopadle do osi gwintu. Stąd też stosowane są na mikroskopach warsztatowych następujące metody pomiarów gwintów: – metoda przekroju normalnego do zwojów gwintu, zwana również metodą cienia – metoda przekroju osiowego, przy użyciu nożyków mierniczych. Aby mierzyć gwint metodą przekroju normalnego, należy tubus mikroskopu pochylić tak, aby promienie świetlne przebiegały stycznie do zwoju gwintu na walcu podziałowym. Obrazuje to rys.8. Kąt pochylenia tubusa, równy kątowi wzniosu linii śrubowej na walcu podziałowym, określa się ze wzoru:
=arc tg P ⋅d 2
(4)
gdzie: P – skok gwintu, d2 – średnica podziałowa gwintu. Pochylony pod kątem γ tubus mikroskopu pozwala na uzyskanie ostrego obrazu zarysu gwintu tylko z jednej strony śruby. Chcąc uzyskać ostry obraz zarysu po drugiej stronie śruby, należy tubus mikroskopu pochylić pod kątem γ w przeciwną stronę. Należy przy tym dodać, że prawidłowy obraz zarysu po obu stronach gwintu otrzymamy tylko wówczas, gdy oś obrotu kolumny znajduje się na wysokości osi kłów stołu przedmiotowego. Mierząc gwint metodą przekroju normalnego, popełnia się pewien błąd przy określaniu kąta gwintu 2α. Wartość tego błędu jest jednak stosunkowo niewielka i w większości przypadków może być pominięty. W najniekorzystniejszym przypadku gwintów ostrych dla M1 różnica wynosi około 14', przy tolerancji tegoż kąta w sprawdzianie M1 równej 82'. rys.8 Pomiar gwintu Mierzony metodą przekroju normalnego skok gwintu oraz średnica metodą przekroju normalnego podziałowa, nie są obarczone błędami wynikającymi z metody. Pomiary gwintów w przekroju osiowym dokonywane są przy użyciu nożyków mierniczych, z których jeden pokazany jest na rys.9. Wysokość nożyków dobrana jest w ten sposób, by po ustawieniu ich na specjalnych podstawkach na stole przedmiotowym mikroskopu, krawędzie miernicze leżały w płaszczyźnie przechodzącej przez oś kłów i prostopadłej do osi tubusa mikroskopu. Na górnej gładko dotartej powierzchni nożyka, nacięta jest ryska równoległa do krawędzi mierniczej, odległa do niej o 0,3 lub 0,9 mm.
rys.9 Nożyk mierniczy do gwintów
4
Ustawienie nożyków mierniczych do pomiaru gwintu pokazano na rys.10. Przy pomiarach gwintu metodą przekroju normalnego, obraz uzyskany był przy pomocy światła przechodzącego, przez oświetlenie przedmiotu do dołu. Mierząc nożykami mierniczymi, układ pomiarowy oświetlony musi być z góry, wskutek czego widoczny jest obraz w świetle odbitym. Uzyskuje się to przez nałożenia na obiektyw mikroskopu nasadki półprzezroczystej, która odbija część promieni świetlnych idących od oświetlacza i kieruje je na górną powierzchnię nożyków. Promieni odbite od górnej powierzchni nożyków wpadają do tubusa mikroskopu, tworząc w okularze obraz rysek naciętych na rys.10 Ustawienia nożykach. nożyków mierniczych do Optyczno dotykowe pomiary gwintów stosowane są w przypadku pomiaru gwintu bardzo dokładnych gwintów jak sprawdziany i przeciwsprawdziany gwintowe. 3. Pomiar średnicy podziałowej gwintu Średnicą podziałową gwintu jest średnica walca, która dzieli zarys gwintu w ten sposób, że grubość zwoju różna jesr szerokości wrębu między zwojami. Dla gwintów symetrycznych będzie to odległość między dwoma przeciwnymi odcinkami zarysu AB i DE bądź BC i EF, mierzona w kierunku prostopadłym do osi gwintu (rys.11). Miejsce, w którym pomiar ten będzie dokonywany, nie odgrywa tu w zasadzie roli. Części z gwintami mierzonymi, mocowane są na mikrometrach warsztatowych w kłach, bądź w specjalnych uchwytach pryzmatowych. Wskutek nieuniknionych błędów mocowania zdarzać się może, że oś gwintu nie będzie pokrywać się z kierunkiem X wzdłużnego przesuwu stołu mikroskopu, a kierunek Y nie będzie prostopadły do osi gwintu (rys.12). W takich przypadkach pojedynczy wynik pomiaru średnicy podziałowej d2 rys.11 Średnica podziałowa gwintu obarczony będzie pewnym błędem ∆d2. Z rysunku wynika, że symetrycznego mierząc średnicę podziałową d21 na jednym boku zwoju popełniamy błąd ∆d21<0 (zmieniona średnica jest mniejsza od rzeczywistej), mierząc średnicę d22 na drugim boku popełniamy błąd ∆d22 (zmieniona średnica jest większa od rzeczywistej). Z dostateczną do celów praktycznych dokładnością można przyjąć, że ∣ d 21 ∣≃∣ d 22 ∣ (5) stąd też wynik pomiaru średnicy podziałowej może być określony jako
d2= d 21 d 22 2
(6)
Sposób postępowania przy pomiarze średnicy podziałowej jest następujący: 1. w polu widzenia mikroskopu ustawia się obraz zarysu gwintu, tak żeby środek siatki pajęczej okularu goniometrycznego leżał na zarysie obrazu w pobliżu linii podziałowej (punkt 1 na rys.12), oraz by środkowa kreska siatki pokryła się z zarysem; w przypadku pomiarów optyczno dotykowych boczna kreska siatki ma się pokrywać z obrazem ryski nożyka; w tym przypadku blokuje się przesuwy stołu i dokonuje się odczytu „a”rys.12 Schemat pomiaru średnicy podziałowej gwintu na w mikroskopie Abbygo dla przesuwu poprzecznego; mikroskopie warsztatowym 2. nie przesuwając stołu w kierunku wzdłuż, ani nie obracając gwintu wokół jego osi wprowadza się (za pomocą przesuwu poprzecznego) w pole widzenia
5
przeciwległy zarys, ustawiając mikroskop na punkt B; w tym położeniu dokonuje sie odczytu „b”; 3. przesuwając stół wprowadza się w pole widzenia punkt C, po czym blokuje się przesuwy stołu, a następnie dokonuje się odczytu „c”; 4. wprowadza się w pole widzenia punkt D i dokonuje się odczytu „d”. Dla zwiększenia dokładności pomiarów należy dokonać kilku (zwykle trzech) odczytów w każdym z opisanych wyżej położeń. W tym celu po każdym odczycie przesuwa się sanie poprzeczne mikroskopu oraz obraca się płytka okularu goniometrycznego, po czym ponownie ustawia się układ w położeniu pomiarowym i dokonuje następnego odczytu. Z uzyskanych odczytów oblicza się wartość średnią. Do obliczania wartości należy dodać odpowiednią poprawkę uwzględniającą błędy podziałki kreskowej mikroskopu. Wartości mierzone średnic podziałowych określa się ze wzorów (7) (8) Wartości te wstawione do wzoru (6) pozwala określić szukaną wartość średnicy podziałowej gwintu, jako:
d2= a−b d −c 2 d 21 =a−b d 22 =d −c
(9)
Błąd pomiaru określa się przy pomocy wzorów wyznaczonych empirycznie dla różnych typów warsztatowych. Dla uniwersalnego mikroskopu warsztatowego firmy C.Zeiss-Jena, nieprzekraczalny błąd pomiaru średnicy podziałowej gwintu określa się następującymi wzorami: – dla pomiarów optycznych w przekroju normalnym
d 2 =± 3
–
dla pomiarów optycznych dotykowych w przekroju osiowym
=± 1,2
d 2 2 sin 150
μm μm
(10) (11)
gdzie: d2 – wartość średnicy podziałowej w milimetrach. 4. Pomiar kąta gwintu Chcąc stwierdzić czy zarys gwintu wykonany został prawidłowo, nie wystarczy znajomość kąta gwintu 2α. Może się bowiem zdarzyć, że przy utrzymaniu kąta gwintu 2α w granicach tolerancji, zarys będzie niesymetryczny. W takim przypadku
L ≠ P
d 1 2 sin 150
gdzie: αL – lewy kąt boku gwintu (rys.13) αP – prawy kąt boku gwintu Wynika stąd konieczność pomiarów kątów boków gwintu Gdyby zagwarantowane było w czasie pomiaru na mikroskopie takie ustawienie układu pomiarowego, w którym przy środkowym położeniu płytki obrotowej okularu goniometrycznego (odczyt kątowy 0°00') oś gwintu byłaby prostopadła do środkowej kreski siatki pajęczej, wówczas wystarczający byłby pomiar kątów boku z jednej strony śruby. Ponieważ jednak zawsze występują pewne błędy mocowania przedmiotu na mikroskopie oraz pewien błąd ustawienia okularu goniometrycznego, pomiar nie jest wystarczający Na rys.13 pokazano sposób postępowania, który pozwala
rys.13 Schemat pomiaru kąta zarysu gwintu
6
wyeliminować wpływ błędu ustawienia na wyniki pomiaru kąta boku. Dokonuje się pomiarów w czterech miejscach z czego pomiary α1 i α2 dokonane są w bruździe gwintu z jednej strony, pomiary α3 i α4 na zwoju gwintu po stronie przeciwległej. Z tys.13 wynikają zależności
4 L 1 2 P 3 L=
Można wykazać, że
1 4 2 2 3 P= 2
(12) (13)
Wartości kątów α1 , α2 , α3 , α4 , odczytuje się na podziałce kątowej okularu goniometrycznego po uprzednim ustawieniu płytki obrotowej tak, by środkowa kreska siatki pokrywała się z zarysem (przy pomiarze w przekroju normalnym) lub też by jedna z bocznych kresek siatki pokrywała się z obrazem ryski na nożyku mierniczym (przy pomiarach w przekroju osiowym). Ponieważ pomiarów kąta boku dokonuje się w czterech miejscach gwintu, podobnie jak i pomiarów średnicy podziałowej, można pracę uprościć i przy każdym z kolejnych ustawień odczytać równocześnie wskazania okularu goniometrycznego oraz wskazania mikroskopu odczytowego Abbego dla przesuwu poprzecznego. Dla zwiększenia wiarygotności wyników, dokonuje się zwykle kilka odczytów dla każdego położenia, a do obliczeń przyjmuje się ich wartości średnie. Nieprzekraczalne błędy pomiaru kąta boku dokonanego na uniwersalnym mikrometrze warsztatowym oblicza się z następujących wzorów empirycznych: – dla pomiarów optycznych w przekroju normalnym
=± 2,5
–
dla pomiarów optycznych dotykowych w przekroju osiowym
=± 1,5
1,2 ' F 1,5 ' F
(14) (15)
gdzie: F – długość boku zarysu lub długość ostrza nożyka w milimetrach 5. Pomiar skoku gwintu Błędy mocowania omówione w rozdziałach poprzednich, wywierają wpływ również na sposób dokonywania pomiaru skoku gwintu. Nierównoległość osi gwintu względem kierunku wzdłuż przesuwu sań przedmiotowych powoduje, iż odległość dwóch sąsiednich lewych boków zarysów nie jest równa odległości sąsiednich prawych boków zarysu
PL≠ P P
W sytuacji przedstawionej na rys.14
P P P P L
Na wystarczającą dla celów praktycznych dokładnością można przyjąć
P= P P P L 2
rys.14 Schemat pomiaru skoku gwintu
(16)
Stąd prosty wniosek, że aby uniknąć błędów pomiaru spowodowanych nierównoległością osi gwintu do kierunku przesuwu stołu, należy mierzyć odległość zarysów po lewej i prawej stronie zwoju. Pomiaru skoku gwintu można dokonać mierząc bądź odległość dwu sąsiednich boków, bądź odległość boków oddalonych o kilka podziałek gwintu. W takim przypadku
7
PP =
L P p−q = n n L L r− s PL= = n n
(17) (18)
gdzie:
LP, LL – zmierzone odległości boków zarysu po jego prawej i lewej stronie, p, q, r, s, - wartości odczytane w mikroskopie odczytowym Abbego dla przesuwu wzdłużnego stołu, n – liczba zwojów gwintu wzięta do pomiaru.
Nieprzekraczalny błąd pomiaru wielkości LP i LL na uniwersalnym mikroskopie warsztatowym określa się ze wzorów empirycznych: – dla pomiarów optycznych:
L=± 1,2
–
dla pomiarów optyczno dotykowych
L=± 1
2 L 10 tg 80 cos 1 L cos 80
μm
(19) (20)
gdzie: γ – oznacza kąt gwintu, określony wzorem (4). Nieprzekraczalny błąd pomiaru skoku gwintu określić można jako
P= ± L n
μm
(21)
Przy pomiarach skoku gwintu obowiązują oczywiści te same zasady techniki pomiarów, które omówione zostały poprzednio, a mianowicie kilkakrotny odczyt oraz uwzględnienie poprawek na błędy wzorca kreskowego.
