Metrologia wielkości geometrycznych

• Druk: Warszawa, 2018
• Autor: Jan Malinowski, Władysław Jakubiec
• Wydawca: Wydawnictwo Naukowe PWN

Publikacja Wydawnictwa WNT, dodruk Wydawnictwo Naukowe PWN

W książce przedstawiono obecny stan wiedzy w dziedzinie przyrządów i technik pomiarowych stosowanych w metrologii długości i kąta. Dużo uwagi poświęcono powszechnie stosowanej współrzędnościowej technice pomiarowej, pomiarom chropowatości i pomiarów gwintów. W zakresie terminologii oraz w tematyce błędów i niepewności pomiaru uwzględniono najnowsze zalecenia zawarte w dokumentach ISO. Omówiono zagadnienia nadzorowania przyrządów pomiarowych.

• Kategorie:
  1. Ebooki i Audiobooki »
  2. Ebooki »
  3. Ebooki popularnonaukowe i specjalistyczne »
  4. Technika
• Język wydania: polski
• ISBN: 978-83-01-19815-2
• ISBN druku: 978-83-01-19815-2
• Liczba stron: 522

Przedmowa 13

1. Wiadomości ogólne 17
1.1. Metrologia i jej podział 17
1.2. Metrologia wielkości geometrycznych, jej przedmiot i zadania 20
1.3. Jednostka miary długości 21
1.4. Jednostka miary kąta płaskiego 27
1.5. Matematyka w metrologii wielkości geometrycznych 28
1.5.1. Elementy rachunku prawdopodobieństwa i statystyki matematycznej 28
1.5.2. Elementy analizy regresji i teorii aproksymacji 41
1.5.3. Elementy geometrii analitycznej 47
1.6. Podstawy cyfrowej techniki pomiarowej 50
Literatura 50

2. Błędy pomiarów 52
2.1. Jakościowa i ilościowa definicja błędu pomiaru 52
2.2. Błędy systematyczne 54
2.2.1. Likwidacja źródła błędu systematycznego 55
2.2.2. Kompensacja błędów systematycznych 66
2.2.3. Korekcja błędu systematycznego polegająca na doświadczalnym wyznaczeniu poprawki przez zmianę przyczyny błędu 66
2.2.4. Korekcja błędu systematycznego polegająca na obliczeniu poprawki na podstawie wartości wielkości wpływających 66
2.2.5. Błędy systematyczne w pomiarach metodą pośrednią 67
2.2.6. Błędy obserwacji 67
2.3. Błędy przypadkowe 72
2.3.1. Błędy przypadkowe w pomiarach pośrednich równej dokładności 73
2.4. Wyznaczanie niepewności pomiaru 74
2.4.1. Wyznaczanie niepewności pomiaru wg zaleceń ISO 78
2.4.2. Złożona niepewność standardowa 81
2.4.3. Niepewność rozszerzona 81
2.5. Błędy nadmierne 93
2.6. Opracowanie wyniku pomiaru 93
Literatura 93

3. Klasyfikacja i właściwości metrologiczne przyrządów pomiarowych i wzorców miar 95
3.1. Klasyfikacja przyrządów pomiarowych i wzorców miar 95
3.2. Najważniejsze właściwości i charakterystyki przyrządów pomiarowych 97
Literatura 101

4. Wzorce długości i kąta 102
4.1. Klasyfikacja wzorców miar długości 102
4.2. Wzorce kreskowe i końcowo-kreskowe 103
4.2.1. Noniusz 103
4.2.2. Mikroskop odczytowy ze spiralą Archimedesa 105
4.2.3. Układ odczytowy z urządzeniem projekcyjnym i czujnikiem fotooptycznym 106
4.2.4. Mikroskop odczytowy pryzmatyczny 107
4.3. Inkrementalne układy pomiarowe długości 108
4.3.1. Układy pomiarowe optoelektroniczne 109
4.3.2. Układy pomiarowe magnetyczne, induktosynowe i pojemnościowe 118
4.3.3. Interpolatory 119
4.4. Układy bezwzględne 122
4.4.1. Kodowe układy pomiarowe 122
4.4.2. Układy bezwzględne z siatkami inkrementalnymi 123
4.4.3. Układy bezwzględne ze ścieżką z siatką inkrementalną i ścieżką z kodem losowym (random code) firmy Heidenhain 124
4.5. Wzorce końcowe 124
4.5.1. Płytki wzorcowe 124
4.5.2. Wałeczki pomiarowe 128
4.5.3. Kulki pomiarowe 129
4.5.4. Szczelinomierze 129
4.5.5. Wzorce nastawcze 130
4.6. Wzorce falowe 130
4.7. Wzorce kreskowe kąta 131
4.8. Inkrementalne układy pomiarowe kąta 132
4.9. Kodowe układy pomiarowe kąta 134
4.10. Wzorce końcowe kąta. 134
4.10.1. Pryzma wielościenna 134
4.10.2. Płytki kątowe 134
4.10.3. Kątowniki 136
Literatura 136

5. Przyrządy suwmiarkowe, mikrometryczne i czujniki 138
5.1. Przyrządy suwmiarkowe 138
5.2. Przyrządy mikrometryczne 140
5.3. Czujniki 144
5.3.1. Czujniki mechaniczne 145
5.3.2. Czujniki optyczno-mechaniczne 151
5.3.3. Czujniki elektryczne 152
5.3.4. Czujniki pneumatyczne 155
5.3.5. Czujniki inkrementalne 158
5.4. Mechanizacja i automatyzacja pomiarów 159
Literatura 160

6. Maszyny pomiarowe 161
6.1. Wiadomości wstępne 161
6.2. Długościomierze i wysokościomierze 161
6.2.1. Długościomierze pionowe Abbego (Zeiss) 161
6.2.2. Długościomierze poziome uniwersalne 163
6.2.3. Wysokościomierze 164
6.3. Optoelektroniczne przyrządy pomiarowe 167
6.4. Mikroskopy pomiarowe i projektory 171
6.4.1. Mikroskopy warsztatowe małe 175
6.4.2. Mikroskopy warsztatowe duże 176
6.4.3. Mikroskopy uniwersalne 177
6.4.4. Projektory 180
Literatura 182

7. Interferometry 183
7.1. Wiadomości wstępne 183
7.2. Interferometry laserowe 183
7.2.1. Interferometr laserowy HP 5528A (Hewlett-Packard) 186
7.2.2. Modułowy układ pomiarowy HP 5527A (Hewlett-Packard) 190
7.2.3. Interferometr laserowy HP 5529A do kalibracji dynamicznej 191
7.2.4. Interferometr laserowy ZLM 500 (Zeiss) 192
7.2.5. Interferometr laserowy ILM 1131 (Heidenhain) 193
Literatura 194

8. Nadzorowanie przyrządów pomiarowych i obrabiarek 196
8.1. Wiadomości wstępne 196
8.2. Sprawdzanie prostych przyrządów pomiarowych 197
8.2.1. Sprawdzanie przyrządów suwmiarkowych 198
8.2.2. Sprawdzanie przyrządów mikrometrycznych 198
8.2.3. Sprawdzanie czujników 199
8.2.4. Sprawdzanie płytek wzorcowych 200
8.3. Sprawdzanie współrzędnościowych maszyn pomiarowych 201
8.3.1. Sprawdzanie maszyn pomiarowych według EN ISO 10360-2 202
8.3.2. Sprawdzanie maszyn pomiarowych ze stołem obrotowym według PN-EN ISO 10360-3 207
8.3.3. Sprawdzanie maszyn pomiarowych według PN-EN ISO 10360-4 207
8.3.4. Sprawdzanie maszyn pomiarowych według PN-EN ISO 10360-5 209
8.3.5. Sprawdzanie maszyn pomiarowych przy użyciu wzorca płytowego z kulami lub otworami 211
8.4. Sprawdzanie innych przyrządów pomiarowych 212
8.5. Oprogramowanie wspomagające nadzorowanie przyrządów pomiarowych 213
8.6. Nadzorowanie obrabiarek 213
Literatura 214

9. Dobór przyrządów pomiarowych i reguły orzekania zgodności i niezgodności z tolerancją (ze specyfikacją) 218
9.1. Postępowanie pomiarowe 218
9.2. Metody pomiarowe. 218
9.3. Zasada pomiaru 220
9.4. Dobór przyrządów pomiarowych 220
9.5. Niepewność pomiaru a tolerancja wymiaru 221
9.5.1. Kontrola wyrobów za pomocą pomiarów 222
Literatura 224

10. Pomiary wałków, otworów, wymiarów mieszanych i pośrednich 226
10.1. Wiadomości wstępne 226
10.2. Modele opisu postaci geometrycznej wyrobu 226
10.3. Układ tolerancji wałków i otworów 227
10.4. Zasady tolerowania 232
10.5. Wymiarowanie i tolerowanie wektorowe 234
10.6. Pomiary przyrządami suwmiarkowymi 235
10.7. Pomiary przyrządami mikrometrycznymi 235
10.8. Pomiary czujnikami 236
10.9. Pomiary długościomierzami uniwersalnymi i pionowymi 240
10.10. Pomiary mikroskopami pomiarowymi 241
10.11. Sprawdziany 245
Literatura 246

11. Pomiary kątów i stożków 248
11.1. Układ tolerancji kątów 248
11.2. Układ tolerancji i pasowań stożków 249
11.2.1. Wymiarowanie i tolerowanie stożków 249
11.2.2. Tolerancje i pasowania stożków 251
11.3. Pomiary kątów 255
11.3.1. Pomiary kątomierzami 255
11.3.2. Głowice i stoły podziałowe 256
11.3.3. Liniały sinusowe 256
11.3.4. Pomiary mikroskopami 258
11.3.5. Luneta autokolimacyjna 259
11.3.6. Goniometr 259
11.3.7. Poziomnice 260
11.4. Pomiary stożków 262
11.4.1. Pomiary stożka zewnętrznego mikroskopem pomiarowym 262
11.4.2. Pomiary stożka zewnętrznego przy użyciu wałeczków pomiarowych 262
11.4.3. Pomiary stożka wewnętrznego przy użyciu kul pomiarowych 264
11.4.4. Przyrządy do pomiaru stożków 267
11.4.5. Sprawdziany do stożków 268
Literatura 269

12. Współrzędnościowe maszyny pomiarowe 270
12.1. Wiadomości wstępne 270
12.2. Współrzędnościowa technika pomiarowa 271
12.2.1. Istota współrzędnościowej techniki pomiarowej 271
12.2.2. Parametryzacja elementów geometrycznych 272
12.2.3. Algorytmy wyznaczania elementów skojarzonych 275
12.2.4. Elementy teoretyczne i relacje między elementami geometrycznymi 278
12.3. Budowa współrzędnościowych maszyn pomiarowych 281
12.3.1. Układy pomiarowe 281
12.3.2. Układy sterowania 281
12.4. Struktura mechaniczna 282
12.4.1. Klasyfikacja 282
12.4.2. Elementy i zespoły 284
12.5. Zespół głowicy pomiarowej 285
12.5.1. Głowice pomiarowe 285
12.5.2. Układy trzpieni pomiarowych 288
12.6. Wyposażenie maszyn pomiarowych 289
12.7. Komputer i oprogramowanie pomiarowe 291
12.7.1. Kwalifikacja układów trzpieni pomiarowych 292
12.7.2. Układ współrzędnych przedmiotu 292
12.7.3. Analiza wyników pomiaru 293
12.7.4. Programowanie przebiegu pomiarowego CNC 293
12.8. Strategia pomiaru 296
12.9. Dokładność maszyn pomiarowych 299
12.9.1. Źródła błędów 299
12.9.2. Model dokładności geometrycznej 301
12.9.3. Wpływ temperatury i gradientów temperatur 301
12.9.4. Matematyczna korekcja dokładności (CAA) — model statyczny 301
12.9.5. Matematyczna korekcja dokładności — model dynamiczny 304
12.9.6. Błędy wynikające z oprogramowania 305
12.9.7. Wyznaczanie niepewności pomiaru — metoda porównawcza 307
12.9.8. Wyznaczanie niepewności pomiaru — model wirtualny 307
12.10. Przykłady maszyn pomiarowych 309
Literatura 316

13. Pomiary odchyłek geometrycznych 321
13.1. Tolerancje geometryczne 321
13.1.1. Klasyfikacja i pojęcia podstawowe 321
13.1.2. Tolerancje kształtu 324
13.1.3. Bazy 326
13.1.4. Tolerancje kierunku 326
13.1.5. Tolerancje położenia 328
13.1.6. Tolerancje bicia 331
13.1.7. Tolerancje zależne. Zasada maksimum materiału 333
13.1.8. Tolerancje geometryczne ogólne 333
13.2. Ogólne zasady pomiarów odchyłek geometrycznych 335
13.3. Pomiary odchyłki prostoliniowości 338
13.3.1. Wzorce prostoliniowości 338
13.3.2. Klasyfikacja sposobów pomiarów odchyłki prostoliniowości 339
13.3.3. Pomiary odchyłki prostoliniowości w płaszczyźnie z wykorzystaniem wzorca w postaci wiązki światła 339
13.3.4. Wyznaczanie odchyłki prostoliniowości na podstawie wyników pomiarów nachylenia zarysu 340
13.3.5. Pomiary odchyłki prostoliniowości osi w przestrzeni 340
13.3.6. Pomiary odchyłki prostoliniowości oraz odchyłek kształtu wyznaczonego zarysu i kształtu wyznaczonej powierzchni 341
13.4. Pomiary odchyłki płaskości. 341
13.5. Pomiary odchyłki kształtu kuli 343
13.6. Pomiary odchyłki okrągłości 344
13.6.1. Metody bezodniesieniowe 345
13.6.2. Metody odniesieniowe 348
13.7. Pomiary odchyłki walcowości 351
13.8. Pomiary odchyłek geometrycznych współrzędnościowymi maszynami pomiarowymi 352
13.9. Sprawdziany kierunku, położenia i prostoliniowości osi 356
Literatura 357

14. Pomiary chropowatości i falistości powierzchni 360
14.1. Wiadomości wstępne 360
14.2. Pojęcia podstawowe 361
14.3. Parametry profilu, chropowatości i falistości powierzchni 362
14.3.1. Parametry pionowe 363
14.3.2. Parametry poziome 365
14.3.3. Parametry mieszane .365
14.3.4. Charakterystyczne krzywe i związane z nimi parametry 365
14.3.5. Znormalizowane warunki pomiarów profilu 366
14.3.6. Parametry metody motywów 367
14.3.7. Parametry powierzchni o warstwowych właściwościach funkcjonalnych 370
14.3.8. Parametry nie zdefiniowane w normach PN, EN i ISO 373
14.4. Oznaczanie chropowatości i falistości powierzchni na rysunkach .374
14.5. Klasyfikacja pomiarów chropowatości i falistości powierzchni 376
14.6. Pomiary stykowe przy użyciu profilometrów 377
14.6.1. Zasada pomiaru .377
14.6.2. Głowice pomiarowe .379
14.6.3. Filtry i zespoły opracowujące informację pomiarową 383
14.6.4. Rejestratory 384
14.6.5. Klasyfikacja profilometrów 384
14.6.6. Przegląd profilometrów 385
14.6.7. Źródła błędów w pomiarach stykowych 385
14.6.8. Wzorcowanie profilometrów 387
14.6.9. Zasady oceny chropowatości powierzchni mierzonej metodą stykową 390
14.6.10. Pomiary profilometryczne wiązką zogniskowaną 392
14.7. Pomiary profilometryczne wiązką zogniskowaną 393
14.8. Pomiary optyczne metodą przekroju świetlnego 395
14.9. Pomiary interferencyjne 396
14.10. Pomiary przez porównanie z wzorcami chropowatości powierzchni obrabianych 397
14.11. Inne metody pomiaru chropowatości powierzchni 398
Literatura 399

15. Pomiary gwintów 403
15.1. Układ tolerancji i pasowań gwintów metrycznych walcowych 403
15.1.1. Wiadomości wstępne 403
15.1.2. Opis i parametry postaci geometrycznej gwintu metrycznego walcowego 403
15.1.3. Układ tolerancji i pasowań gwintów metrycznych walcowych ogólnego przeznaczenia z pasowaniem luźnym 405
15.2. Pomiary gwintów walcowych zewnętrznych o zarysie symetrycznym 406
15.2.1. Pomiar średnicy zewnętrznej 406
15.2.2. Pomiar średnicy wewnętrznej 406
15.2.3. Pomiar podziałki 407
15.2.4. Pomiary kąta gwintu i kątów boków 409
15.2.5. Pomiar średnicy podziałowej za pomocą mikroskopu pomiarowego 412
15.2.6. Pomiar średnicy podziałowej sposobem trójwałeczkowym 415
15.3. Pomiary gwintów walcowych wewnętrznych 422
15.3.1. Pomiar średnicy podziałowej gwintu wewnętrznego za pomocą wkładek z rowkami pryzmatycznymi i długościomierza uniwersalnego firmy Zeiss 422
15.3.2. Pomiar średnicy podziałowej przy użyciu sztywnego trzpienia z końcówkami pomiarowymi firmy Mahr lub Zeiss 427
15.4. Pomiary gwintów walcowych symetrycznych ogólnego przeznaczenia 429
15.4.1. Pomiary gwintów zewnętrznych i wewnętrznych 429
15.4.2. Interpretacja tolerancji średnicy podziałowej gwintów ogólnego przeznaczenia 429
15.5. Pomiary gwintów stożkowych o zarysie symetrycznym względem prostopadłej do osi gwintu 430
15.5.1. Konstrukcja zarysu ostrego gwintu stożkowego o dwusiecznych kątów gwintu prostopadłych do osi gwintu 430
15.5.2. Średnica podziałowa 431
15.5.3. Pomiar kąta gwintu 432
15.5.4. Pomiar podziałki 432
15.5.5. Pomiar średnicy podziałowej mikroskopem pomiarowym 433
15.5.6. Pomiar kąta stożka 434
15.6. Pomiary gwintów stożkowych o zarysie symetrycznym względem prostopadłej do tworzącej stożka 434
15.6.1. Konstrukcja zarysu ostrego gwintu stożkowego o dwusiecznych kątów gwintu prostopadłych do tworzących stożka 434
15.6.2. Średnica podziałowa 435
15.6.3. Pomiar kąta gwintu 435
15.6.4. Pomiar podziałki 435
15.6.5. Pomiar średnicy podziałowej sposobem trójwałeczkowym 436
15.7. Pomiary gwintów współrzędnościowymi maszynami pomiarowymi 437
15.7.1. Pomiary metodą stykową 437
15.7.2. Pomiary metodą optyczną 440
Literatura 442

16. Pomiary kół zębatych 445
6.1. Parametry opisujące postać konstrukcyjną koła zębatego 445
16.2. Definicje i pomiary wybranych odchyłek kół zębatych 447
16.2.1. Odchyłki kinematyczne 447
16.2.2. Pomiary odchyłek podziałki 449
16.2.3. Odchyłka bicia promieniowego uzębienia 451
16.2.4. Pomiar odchyłek promieniowych złoŜonych 453
16.2.5. Odchyłka podziałki przyporu .454
16.2.6. Odchyłki zarysu 455
16.2.7. Odchyłki linii zęba 457
16.2.8. Pomiar grubości zęba — pomiar po łuku 458
16.2.9. Pomiar grubości zęba — pomiar cięciwy 458
16.2.10. Pomiar grubości zęba — pomiar długości pomiarowej 458
16.2.11. Pomiar grubości zęba — pomiar przez wałeczki lub kulki 459
16.3. Układ tolerancji przekładni i kół zębatych 460
Literatura 462

17. Metody statystyczne w zapewnieniu jakości 465
17.1. Wiadomości wstępne 465
17.2. Karty kontrolne 468
17.3. Karty kontrolne Shewarta 473
17.3.1. Karty kontrolne przy liczbowej ocenie właściwości 474
17.3.2. Karty wartości średniej X i rozstępu-R lub odchylenia standardowego 475
17.3.3. Karty kontrolne pojedynczych obserwacji 475
17.3.4. Karty kontrolne mediany Me 476
17.4. Zmienność własna i całkowita procesu 476
17.5. Środki techniczne statystycznego sterowania procesem 477
Literatura 478

Skorowidz 481

Dodatek. Kolorowe ilustracje przyrządów pomiarowych 489