Измерения плоскостности и прямолинейности | Технологии Обработки Металлов
Для проверки плоскостности и прямолинейности применяются плиты и линейки. Поверочные плиты служат для поверки плоскостности шаброванных поверхностей по методу пятен на краску. Они применяются также в качестве вспомогательных приспособлений при различного рода контрольных работах. Стандартные плиты (ТУ по ОСТ 20149-39) изготовляются размерами от 100X200 до 1000X1500 мм, а по нормали МСС—до 3200X5000 мм. По точности изготовления Поверочные плиты разделяются на три класса: 0-й, 1-й и 2-й (выпускаются также плиты 3-го класса точности — разметочные, используемые только для разметочных работ).
Измерительные поверхности поверочных плит, предназначенных для работы по методу пятен на краску, должны быть отшабрены. Степень плоскостности измерительных поверхностей плит размером до 1000X1500 мм определяется количеством пятен краски на площади квадрата со стороной 25 мм. Для плит 0-го и 1-го классов точности количество пятен должно быть не менее 25, для плит 2-го класса — не менее 20, для плит 3-го класса — не менее 12 (плиты 3-го класса точности могут изготовляться строгаными).
Наряду с количеством пятен стандартом регламентированы следующие допустимые отклонения от плоскостности плит в линейной мере (для контрольных плит строганых, шлифованных, притертых):
Типы и размеры поверочных линеек, а также условия их применения приведены в таблице 7.
Таблица 7. Типы, виды поверочных линеек и преимущественный метод проверки ими изделий (ТУ ОСТ 20126-39)
Допустимые отклонения измерительных поверхностей лекальных линеек от прямолинейности составляют от 0,5 до 7 мк. а допустимые отклонения измерительных поверхностей проверочных линеек с широкой рабочей поверхностью от плоскостности составляют от 7 до 600 мк. в зависимости от класса точности и размера. Для линеек последнего типа с шаброванными поверхностями нормировано количество пятен краски в прямоугольнике, равновеликом квадрату со стороной 25 мм (таблица 8).
Таблица 8. Плоскостность поверочных линеек.
Проверочные линейки применяются для проверки плоских поверхностей изделий по методу линейных отклонений.
Величины отклонений определяются с помощью щупов, плиток и т. п. Угловые линейки, применяемые для одновременной проверки плоскостности и угла между двумя пересекающимися поверхностями, изготовляются только шаброванными. Допустимые погрешности углов для линеек 1-го класса точности ±5′, для линеек 2-го класса точности ±10′.
Плоскостность малых доведенных поверхностей, например рабочих поверхностей плоскопараллельных концевых мер, проверяется техническим интерференционным методом. Если между плоской стеклянной пластиной и доведенной поверхностью другого тела создать тонкий воздушный клин (рисунок 38), то в поле зрения наблюдателя появятся, как следствие интерференции света, чередующиеся светлые и темные полосы, отчетливо видимые невооруженным глазом.
Рисунок 38Ясно выраженные светлые и темные полосы наблюдаются в однородном (монохроматическом) свете; в белом свете наблюдаются цветные полосы. Расстоянию между соседними темными полосами соответствует увеличение высоты клина, равное половине длины световой волны.
Если бы поверхности 1 и 2 (рисунок 38) были идеально плоскими, интерференционные полосы были бы прямолинейны и параллельны ребру клина; при наличии на поверхностях 1 и 2 впадин и выступов интерференционные полосы будут искривлены. Для определения величины погрешности плоскостности измеряют на глаз
величину стрелы прогиба f полосы (рисунок 39), принимая за единицу измерения ширину b полосы, и полученный результат умножают на половину длины световой волны.
Рисунок 39Если интерференционные полосы обращены выпуклостью к ребру клина, — проверяемая поверхность вогнута, если полосы обращены выпуклостью в обратную сторону — поверхность выпукла. Технический интерференционный метод применяют для определения погрешностей плоскостности, не превышающих 2 мк. Предельная погрешность метода обычно не превышает ±0,1 мк.
Прямолинейность поверхностей большой протяженности (например, станин станков) может быть проверена с помощью уровня, устанавливаемого последовательно в различных положениях по длине исследуемой поверхности.
По показаниям уровня легко построить кривую проверяемой поверхности. Для проверки прямолинейности направляющих больших станков используют также коллимационный метод. Прямолинейность вертикально расположенных поверхностей проверяют с помощью натянутой струны. Расстояние от струны до проверяемой поверхности в различных точках определяют с помощью микроскопа, снабженного окулярным микрометром.
Допуск плоскостности
На плоскостях деталей в ходе обработки образуются поверхности с характерными отклонениями. Чтобы указать допустимые погрешности плоскостности, не снижающие качество последующего использования этой детали, на чертеже наносится знак в виде ромба и цифровое значение.
Допуск плоскостности поверхности 0.1 мм.
Допуск плоскостности поверхности 0.1 мм на площади 100 × 100 мм.
Допуск плоскостности поверхностей относительно общей прилегающей 0.1 мм.
Допуск плоскостности
каждой поверхности 0..
01 мм
Способов контроля величины отклонения плоскостности описываемых в научно-технической литературе существует достаточно много, но направление методов измерения можно разделить на два вида, это оптическое и не оптическое измерение.
Оптические способы измерения основаны на сравнении реального состояния профиля с визирной осью светового луча. Не оптические средства контроля, производят анализ поверхности элементами конструкции измерительного прибора.
Для установления величины плоскостности чаще всего задействуются приборы с механическим оптическим и гидростатическим методом преобразования снимаемых данных.
В механических приборах измерительный механизм построен на кинематическом принципе действия, преобразующем небольшие перемещения измеряемых значений, в увеличенные передвижения которые принимаются регистрирующими устройствами.
Гидростатические приборы используют методы измерения с использованием жидкости. Принцип измерения основан на сравнении плоскости, которая образовывается поверхностью жидкости, всегда располагающейся горизонтально, с проверяемой поверхностью.
Измерительные оптические приборы являются средствами измерения, в которых при выполнении измерений задействован ряд оптических элементов таких как: объективы, зеркала, призмы, окуляры и передвигающие их рычаги, кронштейны, направляющие и т.д.
Анализ поверхности, производимый оптическими средствами измерения, осуществляется за счёт потока лучей, несущих информацию об измеряемой детали, проходящих через ряд элементов оптико-механической или оптико-электронной конструкции.
Измерение отклонений от плоскостности производят с помощью специальных поверочных плит, принцип определения которыми заключается в том, что рабочую поверхность плиты принимают за исходную плоскость, по которой определяют отклонения реальной плоскости изделия.
Процесс измерения плитами в большинстве случаев связано с нанесением специальной краски, по которой выявляют неровности. На плиту наносят тонкий слой краски, после чего кладут на плоскость проверяемой детали. В результате перемещения плиты по поверхности детали определяют количество пятен, оставляемых после выдавливания краски во впадинах неоднородной поверхности.
Поверочные плиты, как правило, изготавливаются из серого чугуна, которые имеют свои достоинства и недостатки.
Помимо чугуна для изготовления поверочных плит используется ряд твердых каменных пород. Основным из преимуществ, каменных поверочных плит является износостойкость, и долгий срок службы по сравнению с чугунными плитами. В каменных плитах отсутствует внутреннее напряжение. Поверочные плиты из гранита меньше подвержены деформации из-за изменения температуры внешней среды, так как коэффициент теплового расширения у них меньше, чем у чугуна. Каменные поверочные плиты менее чувствительны к вибрациям.
Стандартные плиты выпускаются с размерами от 250 × 250 до 4000 × 1600 мм и используются как для измерения плоскости, так и для контрольно измерительных работ.
Практическая GD&T: Измерение плоскостности. Основные понятия
Плоскостность в GD&T является мерой того, насколько данная поверхность близка к идеальной 2D-плоскости.
Эта плоскость может находиться под любым углом в трехмерном пространстве и не обязательно должна быть горизонтальной плоскостью. Плоскостность иногда называют плоскостностью.
Символ GD&T
Контроль плоскостности обозначается кадром управления функцией (FCF) с символом, показанным ниже. Обратите внимание, что плоскостность должна быть указана с допуском, который является числовым значением справа от символа. Контроль плоскостности является автономным. Он не ссылается на какой-либо другой элемент или датум детали. Фрейм управления функциями не включает никаких других ссылок.
Обратите внимание, что плоскостность также может применяться в качестве элемента управления «на единицу», и в этом случае справа появится дополнительный номер. Думайте об этом как о меньшей подвижной области допуска, которая должна удовлетворяться в любом месте на поверхности локально. Обычно это более жесткий допуск, чем общая плоскостность поверхности.
Обозначение на чертеже
Типичное обозначение плоскостности на распечатке чертежа (2D-виды) показано ниже:
Имейте в виду, что измерение плоскостности почти всегда является криволинейный путь сканирования 1D, хотя это дает ограниченный охват).
Как и на 2D-печати, вы также можете столкнуться с выносками плоскостности непосредственно в 3D-модели CAD.
Обозначение плоскостности без какой-либо другой информации следует интерпретировать как означающее, что управление плоскостностью применяется ко всей поверхности. Плоскостность может быть выражена как локальная скорость на большей площади (например, зональная плоскостность «x» микрон на миллиметр).
Зона допуска плоскостности визуализируется в виде двух параллельных плоскостей, отстоящих друг от друга на число, указанное в контроле плоскостности. Если все измеренных точек на поверхности лежат в пределах полосы допуска (т. е. между этими двумя параллельными плоскостями), деталь считается «проходной».
Обратите внимание, что только потому, что поверхность может иметь номинальный угол в вашей САПР или чертежах, две плоскости должны быть ориентированы под этим точным углом, если они параллельны друг другу. Ниже показано трехмерное изображение поверхности, которая не может быть заключена между двумя плоскостями допусков; это ошибка .
Где можно применять плоскостность?
Плоскостность может применяться к любой поверхности (или любому участку поверхности), которая номинально является плоской, независимо от ориентации этой плоскости. Требование плоскостности может применяться ко всей поверхности или только к небольшому участку грани (последний случай может создать некоторые проблемы при измерении с помощью некоторых традиционных инструментов измерения плоскостности). Он также может применяться к нескольким прерывистым граням, рассматривая их как единую непрерывную плоскость (допуск «общая зона»). На изображениях ниже показаны примеры поверхностей, к которым может применяться контроль плоскостности.
Плоскостность также может быть применена к определенным конкретным «виртуальным» функциям. Например, если две плоские поверхности параллельны, но смещены, полученную срединную плоскость между двумя гранями можно контролировать с помощью условного обозначения плоскостности.
На изображениях ниже это показано с двумя светло-синими плоскостями (фактические поверхности детали), образующими производную срединную плоскость («виртуальная» плоскость, показанная более темно-синим цветом):
Какие стандарты применяются к плоскостности GD&T?
Более подробную информацию см. в ISO 12781 и ASME 14.5-2018, раздел 8. Помните также о классах допусков для прямолинейности и плоскостности, указанных в ISO 2768.
Плоскостность и прямолинейность
Плоскостность часто называют «двумерной версией прямолинейности». Требование прямолинейности применяется к трассе или оси одномерной (линейной) поверхности в трехмерном пространстве, тогда как требование плоскостности применяется к двухмерной (плоской) поверхности в трехмерном пространстве. Измерение плоскостности может быть аппроксимировано серией измерений прямолинейности, но обратите внимание, что эти два измерения не будут одинаковыми. Каждое сканирование прямолинейности будет оцениваться независимо, и полученные линии не обязательно должны быть копланарны друг другу.
Вверху: каждое из этих линейных сканирований может сообщать об отдельном «пройдено» для прямолинейности, но контроль плоскостности с теми же данными вместе может сообщать о «неудовлетворительном результате».
Плоскостность в зависимости от профиля поверхности
Другой альтернативой управлению плоскостностью является использование общего профиля зависимости поверхности. Применительно к плоской поверхности это позволит реализовать многие ограничения на форму поверхности, которые может выполнить выноска плоскостности. Однако он менее доступен и понятен при просмотре инженерной печати, поэтому более конкретный контроль плоскостности является лучшим выбором там, где он применим.
Заинтересованы в быстром и точном измерении прецизионных компонентов с помощью оптической КИМ? Попробуйте линейку координатно-измерительных машин OmniLux.
Обзор GD&T
Обзор GD&T, включая другие символы, см. в нашем практическом руководстве.
Особый случай: Сферичность
Простое руководство для профессионалов
- 1 Что такое плоскостность?
- 2 Как измерить плоскостность
- 3 Какие существуют методы проверки плоскостности?
- 4 Почему плоскостность так важна?
- 5 Когда следует измерять плоскостность?
Плоскостность — это мера формы поверхности, показывающая, лежат ли все точки на этой поверхности в одной плоскости.
Плоскостность, обозначенная в геометрических размерах и допусках (GD&T) параллелограммом, особенно полезна, когда две поверхности должны быть собраны вместе для образования герметичного уплотнения.
Допуск на плоскостность определяется таким образом, чтобы данная поверхность находилась в пределах двух воображаемых, идеальных и параллельных плоскостей. Другими словами, зона допуска находится между самой высокой и самой низкой допустимыми точками на плоскости измеряемой поверхности.
Как измерить плоскостность Измерение плоскостности заключается в анализе поверхности, чтобы выяснить, почему она не является идеально плоской. Для этого первым шагом будет получение точек на поверхности, что позволит вам найти огибающую двух параллельных плоскостей, включающую все эти точки. Следующий шаг — найти наименьший возможный сэндвич из самолетов, независимо от ориентации (поскольку эти самолеты могут свободно перемещаться в пространстве). Расстояние между двумя самыми дальними точками соответствует плоскостности.
Следовательно, чем уже пространство между этими двумя плоскостями, тем более плоской является плоскость.
Щуп и высотомер — это два традиционных измерительных инструмента; они, безусловно, имеют преимущество в стоимости и более просты в использовании, но точность их измерений сильно зависит от манипуляций пользователя, настроек и среды, в которой проводятся измерения.
Первый метод проверки плоскостности детали заключается в укладке детали на мраморную плиту КИМ с заданной плоскостностью. Затем с помощью щупа, который изготавливается из полос с уже охарактеризованной толщиной, пробуем подложить под деталь полоски разной толщины. Поскольку мы знаем, что поверхность, когда-то помещенная на мрамор, будет изостатически опираться на свои три самые высокие точки, у нас есть возможность найти ее плоскостность.
Такой же метод измерения возможен с помощью штангенрейсмаса с держателем циферблатного индикатора.
После того, как деталь уложена на мрамор, можно определить ее плоскостность, перемещая рубин по поверхности, определяя максимальную и минимальную точки. Как объяснялось ранее, эта оболочка соответствует плоскостности поверхности.
Преимущество этих двух инструментов в том, что они почти ничего не стоят, кроме цены самого традиционного инструмента, который, как правило, очень доступен. Однако недостатком этого подхода является то, что максимальное и минимальное найденные значения зависят от того, куда пользователь переместил датчик на поверхности; если калибр не прошел через точки, соответствующие фактическим самой высокой и самой низкой точкам детали, найденная плоскостность будет ошибочной. Кроме того, эти два метода могут измерять плоскостность только в доступных областях. Например, измерение плоскости размером 4 фута x 8 футов на мраморе КИМ с использованием калибра-наполнителя будет возможно только по контуру плоскости, а не в центре, потому что нет калибра-наполнителя достаточной длины, чтобы достичь середины такой большой поверхности.
Среди других инструментов для измерения плоскостности есть традиционные КИМ, портативные КИМ и лазерные 3D-сканеры, но с контактными датчиками возникают те же проблемы, что и с традиционными инструментами. Действительно, если максимальное и минимальное значения определены неправильно, анализ будет искажен. Лазерный 3D-сканер, однако, сканирует всю поверхность и, таким образом, получает гораздо более высокую плотность точек, что приводит к бесконечно большей вероятности измерения самой высокой и самой низкой возможных точек.
Установленный на роботе MetraSCAN-R измеряет плоский металлический лист
Почему плоскостность так важна? Когда у нас есть номинальная модель (CAD) и множество точек, полученных в результате 3D-сканирования, возникает вопрос их сопоставления путем регистрации данных сканирования с моделью CAD. Для этого мы можем использовать датумы, которые являются ссылочными объектами. В метрологии плоскость — это объект, широко используемый для регистрации точек измерения в САПР.
Действительно, когда деталь необходимо проанализировать, чтобы понять, что не так по сравнению с CAD, в метрологии чаще всего используется выравнивание по трем плоскостям.
Таким образом, как только выравнивание плоскость-плоскость получено, можно выполнить цветовую карту, чтобы определить, находятся ли объекты в правильных местах и правильна ли геометрия. В противном случае необходимо скорректировать программу обработки.
Однако, если регистрация данных в модели САПР основана на поверхностях, которые должны быть плоскими, но не являются таковыми, мы окажемся в ситуации, когда объекты хорошо обработаны, за исключением опорных поверхностей. В этом случае сообщение об ошибке будет указывать на то, что все аспекты детали неверны, поскольку ошибки, вызванные опорными поверхностями, будут проецироваться на всю деталь. Это может привести к мысли, что деталь плохо изготовлена и должна быть забракована, когда плохо обработаны только элементы базы и выравнивания. В этом случае доработка одной или двух поверхностей может помочь спасти деталь от брака, что может привести к огромной экономии денег.
Поэтому при выборе плоскостей в качестве баз всегда лучше сначала проверить их плоскостность, так как это избавит от основных проблем. Это справедливо как для первичных, так и для вторичных и третичных баз данных, которые должны иметь хорошую плоскостность и перпендикулярность. Это также гарантирует, что если в детали будут обнаружены ошибки, они будут ошибками обработки, а не ошибками, проецируемыми на объекты выравнивания.
Короче говоря, хотя плоскости, вероятно, являются наиболее популярными геометрическими объектами во всех метрологических выравниваниях, если они неправильно обработаны и имеют плохую плоскостность, то все остальные геометрические объекты также будут расположены неправильно.
Когда следует измерять плоскостность? Измерение плоскостности может выполняться при контроле качества для проверки определенных геометрических объектов или прототипов, чтобы понять, что не так с деталью. Однако не исключено, что на первых этапах прототипирования возникнут проблемы посерьезнее, чем плоскостность.
Лучшей поверхности для управления формой и первой карты цветов для выявления основных проблем может быть достаточно для управления прототипом. Ведь на этом раннем этапе разработки мы в основном смотрим на общую форму детали и следим за тем, чтобы все было в целом правильно.
Только после того, как эти ранние этапы прототипирования будут завершены, мы сможем определить, какие опорные поверхности станут исходными. За этим последует выравнивание и вторая карта цветов для проверки позиционирования поверхностей относительно друг друга. Данные, собранные и проанализированные во время второй карты цветов, также будут важны при контроле качества, поскольку они предоставят инженерам интересную информацию о том, правильно ли собрана деталь с другими частями.
Когда две детали собираются вместе, важно выбрать правильные базовые поверхности. Как правило, мы выбираем поверхности, которые будут находиться в физическом контакте через опорные точки. В конкретном случае опорных плоскостей становится крайне важным контролировать их плоскостность, поскольку повторяемость производственного процесса будет зависеть от плоскостности этих опорных плоскостей.
Таким образом, неравномерность, появляющаяся на цветовой карте, является красным флажком, говорящим о необходимости исправления реальных ошибок, а не спроецированных ошибок, как подробно описано выше. Тогда будет необходимо и оправдано изменение инструмента и переделка программы обработки.
Худшее, что может случиться, — это изменение части инструмента, когда выявленная проблема была всего лишь ошибкой выравнивания неплоского объекта; в данном конкретном случае мы сожалеем, что не измерили плоскостность. Поэтому важно правильно измерять плоскостность, потому что решения, принятые по объектам выравнивания, могут иметь дорогостоящие последствия.
Следовательно, измерение плоскостности важно для опорных поверхностей, которые играют важную роль в конструкции детали. Однако, если поверхность носит только эстетический характер и впоследствии будет скрыта куском пластика, расчет плоскостности в этом контексте менее актуален. Важность зависит от применения, функционального характера каждой из поверхностей и роли, которую деталь будет играть в окончательной сборке.