Построение метрологических моделей контроля радиальных и торцовых биений поверхностей. Исходные положения

Специфика контроля биения заключается в том, что измеряют перемещения точек номинально цилиндрической или плоской (торцовой) поверхности при вращении детали в базирующих приспособлениях причем линия измерения должна быть либо нормальна к базовой оси (контроль радиального биения), либо параллельна ей (контроль торцового биения). Таким образом, измерению фактически подвергают не сами линейные размеры деталей, а сравнительно малые их изменения, в результате чего отдельные составляющие погрешности измерений обычно значительно меньше, чем при измерениях собственно линейных размеров.

Метрологическое моделирование контроля радиальных и торцовых биений предусматривает возможности построения ряда частных моделей, например:

· модели контролируемых объектов (идеальные, реалистические, др.);

· модель измерения (измерительного контроля) радиального и торцового биений;

· модели воздействия влияющих величин («условий измерений»);

· модели действий оператора при выполнении измерений.

Основное назначение всех моделей, которые строят в рамках метрологической экспертизы, – оценка погрешностей измерений. При контроле радиального и торцового биений измерительными головками на стандартных стойках и штативах некоторые из составляющих погрешности измерений можно считать известными. Например, погрешности измерительных головок можно заимствовать из стандартов, справочников, паспортов или из аттестатов (для нестандартизованных средств измерений).

Строить аналитические модели «условий измерения» радиального и торцового биений механическими головками для оценки погрешностей, вызываемых влияющими величинами, нецелесообразно. Условия измерений в таком случае включают только одну влияющую физическую величину – температуру. При малых значениях измеряемых величин небольшие отличия температуры от нормальной не вызовут значимых погрешностей. Аналитическое исследование воздействия переменных тепловых полей с температурными градиентами затруднительно, предпочтительно осуществлять профилактику таких ситуаций. Значит при измерении биений в рамках принятых допущений «погрешности условий» можно считать практически незначимыми.

Модели действий оператора при измерительном контроле биений строят для оценки субъективные погрешностей (субъективных составляющих погрешности), возникающих вследствие манипулирования средствами и объектами измерений и отсчитывания результатов. При измерении приборами с аналоговым представлением информации субъективные погрешности включают погрешности отсчитывания. Эти погрешности составляют не более 0,5 цены деления при округлении результата измерения и не более (0,1…0,2) цены деления при отсчитывании с интерполированием.

Если в приборе для измерения биений не обеспечено фиксированное направление линии измерения, возникают специфические субъективные составляющие погрешности манипулирования средством измерений из-за установки линии измерения «на глаз». В этом случае направление измерения оператор устанавливает самостоятельно с визуальным контролем. Для средств с фиксированным направлением линии измерения погрешности из-за его несоответствия номинальному направлению входят в инструментальные составляющие.

Поскольку измерения биений осуществляются в квазистатическом режиме (при относительно медленном вращении контролируемой детали), динамическими составляющими погрешности прибора можно пренебречь. Аналитическая модель отсчитывания результата с устройства отображения измерительной информации (шкала-указатель) при измерении биения в квазистатическом режиме показывает, что динамическими составляющими погрешности отсчитывания результата также можно пренебречь.

На основании анализа можно убедиться, что из инструментальных составляющих при использовании универсальных средств измерений значимы только погрешности применяемых измерительных головок. Погрешности из-за неточности таких базирующих устройств, как центра, измерительные призмы можно считать пренебрежимо малыми, например, по сравнению с погрешностями из-за установки линии измерения «на глаз». Если же в приборе применяют оригинальные базирующие устройства типа кулачкового или цангового патрона, то их погрешности должны быть определены при метрологической аттестации средства измерений.

Аттестованные методики выполнения измерений для контроля радиального и торцового биений со всеми налагаемыми на них ограничениями и с оценкой погрешностей измерений можно найти в РД 50-98–86 «Методические указания по внедрению ГОСТ 8.051–73 "Погрешности, допускаемые при измерении линейных размеров от 1 до 500 мм"». В этом документе учтены практически все составляющие погрешности измерений, за исключением методических составляющих, обусловленных несовершенством базовых поверхностей контролируемых деталей. Следовательно, приведенные в РД 50-98–86 характеристики погрешностей необходимо дополнить данными, полученными при моделировании измерений неидеальных объектов.

Возможности появления значимых методических составляющих погрешности измерений следует изучать в рамках комплексной модели контроля радиального или торцового биений. В нее нужно включать модели объектов контроля для анализа механизмов влияния несовершенства базовых поверхностей. Поскольку при измерительном контроле биений базовые поверхности не совпадают с контролируемыми, для оценки контролепригодности в первую очередь следует рассмотреть нормы точности базовых поверхностей детали. Слишком грубые нормы точности базовых поверхностей могут вызвать появление значительных методических погрешностей. Приведенные ниже расчеты показывают, что такие методические погрешности могут быть соизмеримы с контролируемыми биениями, а в определенных ситуациях могут их превосходить.

Для проверки контролепригодности экспертируемого параметра (биения поверхностей деталей) можно использовать информацию, представленную в таблицах 4.1…4.4. Приведенные в них рекомендации обеспечивают возможность установления требований к допускам формы и расположения, в условиях согласования всех допусков макрогеометрии, а также допусков макрогеометрии и высотных параметров шероховатости.

Если анализ несовершенства контролируемых и базовых поверхностей подтверждает невозможность получить действительные значения измеряемых величин, объект измерений необходимо корректировать.