Результаты угловых измерений в ГГС должны быть равноточными, ᴛ.ᴇ. на всœех пунктах иметь один и тот же вес, и получены с наивысшей точностью при наименьших затратах труда и времени. Для этого высокоточные измерения каждого направления и угла выполняют по строго одинаковой наиболее совершенной методике в периоды наивыгоднейшего времени наблюдений, когда влияние внешней среды минимально. Необходимо, чтобы каждое направление измерялось на разных диаметрах лимба, равномерно распределœенных по кольцу делœений; в приеме должно быть обеспечено единообразие операций при измерении каждого направления и симметрия во времени относительно среднего для приема времени наблюдений; целœесообразно всœе направления и углы на пункте измерять симметрично относительно момента изотермии воздуха.

Перед выполнением наблюдений на пункте производят осмотр геодезического знака, откапывают центр до марки с меткой, на площадку наблюдателя поднимают теодолит и другое снаряжение, крышу сигнала накрывают брезентом. В результате осмотра наблюдатель должен убедиться в прочности и устойчивости столика сигнала и в том, что внутренняя пирамида не соприкасается с полом площадки для наблюдателя и с лестницей. Обнаруженные недостатки крайне важно устранить.

Перед наблюдением с помощью теодолита согласно схеме геодезической сети отыскивают всœе подлежащие наблюдению пункты и после наведения на них делают с точностью до 1’ отсчеты по горизонтальному и вертикальному кругам. Вместе с тем, при наведении на пункты положение алидады фиксируют на нижней части прибора с помощью штрихов против индекса на алидаде. Теодолит устанавливают на штатив или столик сигнала не менее чем за 40 минут до начала наблюдений. К измерению горизонтальных направлений приступают при хорошей видимости, когда изображения визирных целœей спокойны или слегка колеблются (в пределах 2”).

Измерение отдельного угла. Незакрепленную алидаду отводят влево на 30 – 40 0 и обратным вращением наводят на визирную цель первого направления так, чтобы она оказалась справа от биссектора, алидаду закрепляют. Наводящим винтом алидады, только ввинчиванием, биссектор наводят на визирную цель и берут отсчет по оптическому микрометру (если имеется окулярный микрометр, то трижды наводят его биссектор на визирную цель и берут отсчеты). Открепляют алидаду и наводят на 2-е направление аналогично тому, как и на 1-е. На этом заканчивается полуприем.

Трубу переводят через зенит, по часовой стрелке наводят на 2-е направление, предварительно отведя алидаду на 30 – 40 0 ; наводящим винтом биссектор наводят на визирную цель и берут отсчет по оптическому микрометру. По часовой стрелке алидаду поворачивают на угол, дополняющий измеряемый до 360 0 , наводят на визирную цель 1-го направления, берут отчет. Заканчивается прием.

Способ круговых приемов – способ Струве. Способ был предложен в 1816 ᴦ. В.Я. Струве, получил широкое применение почти во всœех странах. В нашей стране используется в геодезических сетях 2 - 4 классов и сетях более низкой точности.

В этом способе при неподвижном лимбе алидаду вращают по ходу часовой стрелки и биссектор сетки нитей трубы последовательно наводят на первый, второй,…, последний и снова на первый (замыкание горизонта) наблюдаемые пункты, каждый раз отсчитывая по горизонтальному кругу. В этом состоит первый полуприем. Далее трубу переводят через зенит и, вращая алидаду против часовой стрелки, наводят биссектор на те же пункты, но в обратной последовательности: на первый, последний, …, второй, первый; заканчивают второй полуприем и первый прием., состоящий из первого и второго полуприемов.

Между приемами лимб переставляется на угол

где m – число приемов, i – цена делœения лимба.

Наведение биссектора на на визирную цель выполняют только ввинчиванием наводящего винта алидады. Перед каждым полуприемом алидаду вращают по ее движению в данном полуприеме.

В результаты измеренных направлений вводят поправки за рен, наклон вертикальной оси теодолита (при углах наклона визирного луча в 1 0 и более) и поправки за кручение знака – по отсчетам по окулярному микрометру поверительной трубы.

Контроль угловых измерений: по расхождениям значений первого направления в начале и конце полуприема (незамыкание горизонта), по колебанию двойной коллимационной ошибке, определяемой для каждого направления, и по расхождению приведенных к нулю значений одноименных направлений, полученных в разных приемах. В триангуляции 2 – 4 классов незамыкание горизонта и колебание направлений в приемах не должны превышать 5, 6 и 8” для Т05, Т1; ОТ-02 и Т2; колебание 2С – 6,8 и 12” для этих же теодолитов соответственно.

В пунктах 2 класса направления измеряют 12-15 круговыми приемами, на пунктах 3 класса – 9, на пунктах 4 класса – 6, а в сетях полигонометрии 2, 3, 4 классов – 18, 12, 9 приемами.

Уравнивание на станции сводится к вычислению среднего значения по каждому направлению из m приемов. При этом предварительно всœе измеренные направления приводят к начальному, придав ему значение 0 0 00’00,00”. Вес уравненного направления равен p = m – числу приемов измерений. Для оценки точности направления обычно применяют приближенную формулу Петерса

где μ – с.к.о. направления, полученного из одного приема (с.к.о. единицы веса); ∑‌‌[v ] – сумма абсолютных величин уклонений измеренных направлений от их средних значений, вычисленных по всœем направлениям; n, m – число направлений и приемов соответственно. Значения k при m = 6, 9, 12, 15 равны 0,23; 0,15; 0,11; 0,08. С.к.о. уравненного направления (среднего из m приемов) вычисляют по формуле

Достоинства способа круговых приемов: простота программы измерений на станции; значительное ослабление систематических ошибок делœений лимба; высокая эффективность при хорошей видимости по всœем направлениям.

Недостатки: сравнительно большая продолжительность приема, особенно при большом числе направлений; повышенные требования к качеству геодезических сигналов; крайне важно сть примерно одинаковой видимости по всœем направлениям; разбивка направлений на группы при их большом числе на пункте; более высокая точность начального направления.

Способ измерения углов во всœех направлениях – способ Шрейбера. Этот метод предложен Гауссом. Методика разработана Шрейбером, применившим его в 1870-х годах в прусской триангуляции. В России начал применяться с 1910 ᴦ., используется и в настоящее время. Суть способа: на пункте с n направлениями измеряют всœе углы, образующиеся при сочетании из n по 2, ᴛ.ᴇ.

1.2 1.3 1.4 … 1.n

Число таких углов

Значение углов можно получить путем непосредственных измерений и путем вычислений. В случае если вес непосредственно измеренного угла равен 2 , то вес этого же угла, полученного из вычислений, будет равен 1. Следовательно. Вес угла, полученного из вычислений, в два раза меньше веса непосредственно измеренного угла.

При уравнивании на станции для каждого угла вычисляют его среднее значение из всœех приемов (при допустимых расхождениях между приемами). Используя эти средние, находят уравненные на станции углы как среднее весовое значение. Учитывая, что сумма весов измеренного и вычисленных значений данного угла , находим

где n – число направлений на пункте. Углы, полученные в результате уравнивания на станции, по направлениям – равноточны.

Применяя формулу веса функции, для угла находим

Так как , то , откуда . При Р = 1 , , ᴛ.ᴇ. веса уравненных углов равны половинœе числа направлений, наблюдаемых с данного пункта. В случае если каждый угол измерен m приемами, то при n направлениях вес каждого угла будет равен mn / 2. Для равенства весов окончательных углов на всœех станциях крайне важно, чтобы произведение mn для всœех пунктов сети являлось постоянным. Так как вес направления в два раза больше веса угла, то mn – вес направления.

Вес углов, измеренных во всœех комбинациях должен быть равен весу углов, измеренных способом круговых приемов, ᴛ.ᴇ. p = m кр = mn / 2 , откуда 2m кр = mn , где m кр – число приемов в методе круговых приемов. К примеру, в случае если углы в триангуляции 2 класса измеряют 15 круговыми приемами (m кр = 15), то mn = 30; при числе направлений n = 5 способом во всœех комбинациях их нужно измерять 6 приемами (m = 30 / 5 = 6).

При измерении углов способом во всœех комбинациях выполняют следующий контроль: 1) расхождение углов из двух полуприемов – 6” для теодолита с окулярным микрометром и 8” – без; 2) расхождение углов из разных приемов 4 и 5” для сетей 1 и 2 классов соответственно; 3) колебание среднего значения угла, полученного по результатам непосредственных измерений и найденного из вычислений, не должно превышать 3 “ при n до 5 и 4” – более 5. В случае если законченные приемы не удовлетворяют этим допускам, то их переделывают на тех же установках круга. В случае если второй контроль не выполняется, то перенаблюдают углы, имеющие максимальное и минимальное значение, при тех же установках круга. Все наблюдения выполняют заново, в случае если число повторных приемов более 30% от числа приемов, предусмотренных программой. Наблюдения повторяют и при несоблюдении третьего контроля.

С.к.о. единицы веса и уравненного угла определяют по формулам

Достоинства способа: уравненные результаты являются рядом равноточных направлений; углы можно измерять в любой последовательности, выбирая наиболее благоприятные условия видимости и обеспечивая в итоге высокую точность; малая продолжительность одного приема (2-4 минуты измерения угла) обеспечивает меньшую зависимость точности результата от кручения сигнала; большое число перестановок горизонтального круга ослабляет влияние ошибок диаметров лимба.

Недостатки: быстрое уменьшение числа m приемов измеренного угла с ростом числа n направлений на пунктах (малое число приемов непосредственного измерения углов снижает точность их средних и уравненных значений); быстрый рост объёма работ при n > 5.

Способ неполных приемов предложен в 1954 ᴦ. Ю.А. Аладжаловым. Все направления разбивают на группы по три направления (без замыкания горизонта) так, чтобы определяемые по ним углы соответствовали бы углам, измеренным во всœех комбинациях, но требовали бы меньшего объёма работ и позволили увеличить число приемов непосредственных измерений каждой группы направлений. Следовательно, в данном способе заложено стремление избавиться от недостатков методов Струве и Шрейбера при наблюдении на пунктах с большим количеством направлений.

Практически не всœегда путем подбора можно разбить направления на группы из трех направлений. В этом случае кроме групп из трех направлений измеряют отдельные углы, дополняющие программу. Программа измерений приведена в Инструкции. Способ неполных приемов применяется в триангуляции 2 класса на пунктах с 7 – 9 направлениями.

Обработка результатов измерений на станции состоит в определœении средних значений направлений из m приемов в каждой группе и средних значений отдельных углов. По этим средним значениям вычисляют всœе углы – по три угла из каждой группы из трех направлений. Окончательно уравненные углы вычисляют по формулам способа Шрейбера. С.к.о. уравненных направлений определяют по формуле

где v – разности между измеренными и уравненными значениями углов; n – число направлений на пункте; r – число отдельно измеренных углов в программе. Вес уравненных направлений

где m – число приемов измерений направлений и отдельных углов; n, k – число направлений на пункте и в группе соответственно (k = 3, для углов k = 2).

Достоинства способа: результаты уравнивания на станции равноточны; объём работы на пункте на 20 – 25% меньше, чем в способе Шрейбера; число приемов непосредственных измерений групп при n = 7 – 9 больше, чем в способе Шрейбера, что позволяет более полно ослаблять ошибки измерений; дает возможность измерять направления, на которые в данный момент имеется хорошая видимость; короткая продолжительность приема (2 – 4 минуты), что позволяет уменьшить зависимость точности измерений от качества сигнала.

Недостатки: отсутствуют правила образования групп из трех направлений; при n = 8 нужно измерять большое число отдельных углов, что приводит к неклторому нарушению равноточности уравненных направлений; программа не предусматривает ослабление односторонне действующих ошибок измерений.

Видоизмененный способ измерения углов в комбинациях предложен А.Ф.Томилиным. Используется в триангуляции 2 класса на пунктах с 6 – 9 направлениями. В этом способе на станции с n направлениями независимо измеряют 2n углов:

1.2 2.3 3.4 … n.1;

1.3 2.4 3.5 … n.2.

Каждый угол измеряют 5 или 6 приемами. В этом способе измеряют не всœе углы, образующие сочетания направлений из n по 2, в связи с этим результат уравнивания на станции не является рядом равноточных направлений, и формулы для вычислений поправок в измеренные углы являются довольно сложными.

Достоинства способа: при n =7 – 9 число приемов непосредственных измерений углов больше и их точность выше, чем в способе Шрейбера; требует меньшего объёма измерений, чем способ во всœех комбинациях.

Недостатки: сложные формулы для вычисления поправок в измеренные углы.

Для угловых измерений в машиностроении и приборостроении используют разные методы, реализуемые множеством средств измерений, различающихся по конструкции, точности, пределам измерений, производительности.

Измерения углов можно разделить на прямые (осуществляются средствами измерений, градуированными в угловых единицах) и косвенные, осуществляемые с помощью средств линейных измерений и требующие последующего расчета искомых значений углов с использованием тригонометрических функций. В некоторых литературных источниках прямые измерения углов называют «измерениями гониометрическим методом», а косвенные измерения – «измерениями тригонометрическим методом». Термин «гониометрический» может быть переведен с греческого как «угломерный», соответствующее название имеет один из приборов для измерения углов (гониометр).

К простейшим средствам измерений углов относят угловые концевые меры. Угловые меры («жесткие угловые меры») могут быть однозначными или многозначными. Они включают угольники (номинальный угол 90 о), призматические угловые концевые меры с одним или несколькими (тремя, четырьмя и более) рабочими углами, а также конические калибры. Угловые концевые меры, как и концевые меры длины, используют для измерительного контроля, а также для настройки приборов при измерении методом сравнения с мерой.

Многозначные штриховые угловые меры (транспортиры) имеют шкалу и все принадлежащие ей метрологические характеристики (цена деления, верхний и нижний пределы шкалы, диапазон шкалы).

Вторая группа средств измерения углов – гониометрические приборы, с помощью которых измеряемый угол сравнивается с соответствующими значениями встроенной в прибор угломерной круговой или секторной шкалы. К таким приборам можно отнести транспортирные угломеры с нониусом, оптические угломеры, делительные головки, гониометры. Делительные головки (оптические и механические) применяют для угловых измерений и для делительных работ при разметке и обработке деталей.

Кроме того, ряд универсальных средств измерений имеет специальные угломерные устройства, например, измерительные головки ОГУ, которыми комплектуют измерительные микроскопы, угломерные поворотные столы на больших измерительных микроскопах и больших проекторах и т.д.

Для измерений отклонения углов от горизонтали и/или вертикали применяют различные уровни (брусковые, рамные, с «цилиндрическими» и сферическими ампулами), оптические квадранты и другие приборы.

При измерении угломером плоские или «ножевые» грани линеек угломера накладывают «без просвета» на стороны измеряемого угла детали. Одна из линеек связана с круговой или секторной угломерной шкалой другая (поворотная) – с указателем или нониусом. При измерениях с помощью делительной головки, гониометра или измерительного микроскопа грани угла фиксируют с помощью вспомогательных оптических или иных устройств.

Суть косвенных («тригонометрических») измерений углов заключается в том, что угол получают путем измерения линейных размеров контролируемой детали, рассчитывая его значение через тригонометрические функции. При этом для линейных измерений могут применяться любые универсальные средства, а также вспомогательные средства, разработанные специально для обеспечения измерений углов конусов и призматических деталей.

Косвенные измерения углов чаще всего основаны на использовании синусных или тангенсных схем, а объектом измерения является угол специально выстроенного прямоугольного треугольника. Две стороны этого треугольника воспроизводятся и/или измеряются средствами линейных измерений. Например, можно измерить два катета на микроскопе или проекторе.

Из средств, предназначенных для реализации «тригонометрических измерений», наиболее распространенными являются «синусные линейки» различных типов. Измеряемый объект помещают на «синусную линейку» с известным значением гипотенузы (базовое расстояние линейки) и измеряют катет искомого угла (рис.3.97).

Рис.3.97. Схема измерительного контроля угла конуса

Встречаются и более сложные реализации синусных и тангенсных схем измерений (конусомеры, устройства для измерений внутренних конусов с помощью шаров и др.).

При изготовлении различных деталей машин в качестве средств измерений применяют угловые шаблоны с углом, который должно иметь изделие, причем изделие подгоняют по шаблону без просвета. Касание измерительных поверхностей с изделием должно быть линейным, поэтому для контроля углов изделий образованных плоскими гранями, шаблоны изготовляют с лекальной (закругленной малым радиусом) поверхностью одной или обеих сторон рабочего угла.

Рабочие углы предельных шаблонов отличаются один от другого на значение всего поля допуска угла изделия.

Металлические угольники с рабочим углом 90 о служат для проверки взаимной перпендикулярности плоскостей (кромок) изделий, а также для проверки перпендикулярности относительных перемещений деталей машин. Кроме того, угольники применяют при монтажных работах. Формы, размеры и технические условия на угольники стандартизованы (ГОСТ 3749 – 77).

При измерении угла изделия методом сравнения с углом угольника оценивают просвет между ними. Отклонение угла изделия от угла угольника определяется отношением ширины просвета к длине стороны угольника. Поскольку длина угольника неизменна, просвет может служить мерой отклонений угла. Просвет можно наблюдать как у конца стороны угольника (угол изделия меньше угла угольника), так и у вершины угла (угол изделия больше угла угольника). При контроле на просвет необходимо установить отсутствие просвета между измерительными поверхностями или его значение. При обычной освещенности порядка (100...150) лк невооруженный глаз обнаруживает просвет между плоской поверхностью и кромкой лекальной линейки примерно от (1,5...2) мкм. Погрешность оценки просвета тем больше, чем короче протяженность контактной линии изделия и угольника.

Важную роль играет и ширина поверхностей в направлении перпендикулярном направлению образующей угла. При ширине контактирующих поверхностей (3...5) мм невидимые просветы могут достигать 4 мкм. Если же при этом контактирующие поверхности не доведенные, а шлифованные, невидимый просвет может доходить до 6 мкм.

Для более точной оценки просветов, применяют так называемый образец просвета.

Просвет, ширину которого предстоит оценить, сравнивают на глаз с набором аттестованных просветов и по идентичности наблюдаемых щелей определяют его размер. При достаточном навыке и наличии лекальной поверхности у линейки такую оценку можно выполнить с погрешностью порядка (1...1,5) мкм при просветах до 5 мкм, а при больших просветах (до 10 мкм) – порядка (2...3) мкм. Для просвета свыше 10 мкм этот метод неприменим. При просветах от 20 мкм и более можно пользоваться щупами.

Для контроля размеров наружных и внутренних конусов применяют конические калибры. Контроль изделий калибрами обычно является комплексным, поскольку проверяется не только угол конуса, но также и его диаметр в расчетном сечении по положению калибра относительно изделия вдоль оси. Для этой цели на поверхности калибра-пробки имеются либо две ограничительные линии, либо срез уступом (срез уступом применяют и на калибре-втулке).

Угол конуса детали проверяют по прилеганию поверхности калибра к поверхности проверяемой детали. Для этого калибр тщательно очищают от пыли, масла и наносят на его коническую поверхность слой краски (берлинской лазури), равномерно распределяя ее по всей поверхности. Затем калибр-пробку осторожно вставляют или калибр-втулку надевают на проверяемую деталь (также заранее тщательно протертую) и поворачивают его на 2/3 оборота вправо и влево.

Если конусность калибра и проверяемой детали совпадает, краска будет равномерно стираться по всей образующей калибра. По доле стертой и оставшейся краски судят о годности детали по конусности. Погрешности этого метода измерения составляют примерно 20". Необходимо, чтобы на рабочих поверхностях и поверхностях контролируемых деталей отсутствовали забоины, царапины и другие подобные дефекты.

Для измерения внутренних конусов и клиновидных пазов применяют аттестованные шарики или ролики. Применяют синусные и тангенсные схемы, основанные на измерении или воспроизведении противолежащего измеряемому углу катета (в обеих схемах), гипотенузы (при синусной схеме) или прилежащего катета (при тангенсной схеме). Для небольших углов (примерно до 15 o) обе схемы по точности практически равноценны, но для больших углов погрешность измерения может быть значительной и здесь предпочтительна тангенсная схема.

И КОНУСОВ

Понятия о нормальных углах и конусностях

и допусках на угловые размеры

Единицы измерения угла . Распространенной единицей измерения угла является градус , который равен одной трехсотшестидесятой части (1/360 ) окружности. Градус обозначается знаком ° и делится на 60 минут , а минута – на 60 секунд . Минута и секунда обозначаются соответственно " и " (например, 60" обозначает 60 секунд ). Эталонами при угловых измерениях служат многогранные призмы, по которым проверяют образцовые меры в виде разных многогранников (с 6, 8 и 12 гранями), углы которых выполнены с высокой точностью.

Международной системой единиц (СИ) в качестве дополнительной единицы измерения углов предусмотрен радиан. Под радианом понимается угол между двумя радиусами круга, длина дуги между которыми равна радиусу. Один градус равен , а один радиан равен 57°17"44,8".

Нормальные углы (СТ СЭВ 513-76). Угловые размеры, выраженные в градусах, минутах и секундах, имеют большое распространение в чертежах деталей. В целях уменьшения количества разных номинальных значений углов на деталях в стандарте предусмотрены для применения три ряда номинальных значений углов , названных «нормальными углами». В первый ряд входят углы: 0°; 5°; 15°; 30°; 45°; 60°; 90°; 120°. Значение этих углов рекомендуется брать в первую очередь.

Второй ряд углов, который предпочтителен в сравнении с 3-м рядом, содержит все углы 1-го ряда и дополнительно следующие: 30"; 1°; 2°; 3°; 4°; 6°; 7°; 8°; 10°; 20°; 40° и 75°.

В третий ряд входят углы первого и второго ряда и дополнительно следующие: ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; и .

Нормальные конусности (ГОСТ 8593-81) 2 ряда : 1 ряд – 1:50; 1:20; 1:10; 1:5; 1:3; ; ; ; ; ; 2 ряд – 1:30; 1:15; 1:12; 1:8; 1:7; .

Допуски на угловые размеры. В СТ СЭВ 178 – 75 допуски углов предусмотрены в угловых и линейных величинах в 17 степенях точности , обозначаемых АТ1, АТ2, АТ3 и т.д. до АТ17 в порядке уменьшения точности. Степени точности с АТ1 по АТ5 предназначены для углов калибров, измерительных средств и особо точных изделий, а степени с АТ6 по АТ12 – для сопрягаемых углов. Величины допусков, обозначаемые АТ, установлены как в градусной мере АТ (секунды, минуты, градусы), так и в микрорадианах АТ (мкрад).

Для углов призматических элементов деталей допуски назначаются в зависимости от номинальной длины меньшей стороны угла , а для углов конусов – в зависимости от номинальной длины конуса. В пределах одной степени точности угловые допуски уменьшаются с увеличением длины. Это объясняется тем, что чем больше длина базовой поверхности, тем точнее установка детали на станке, а следовательно, и меньше будет погрешность обработки. На углы призматических деталей допуск угла АТ, может быть назначен со знаком плюс (+АТ) или минус (-АТ) , или симметрично ( АТ) .

Существует несколько способов измерения горизонтальных углов: способ приемов, способ круговых приемов, способ повторений, способ всех комбинаций. Наиболее простым и распространенным является способ приемов. Способ круговых приемов используется тогда, когда на одной точке требуется измерить несколько углов. Способ повторений рекомендуется использовать, если точность теодолита недостаточна и требуется измерить угол с более высокой точностью. Измерение горизонтального угла способом повторений может быть выполнено только повторительным теодолитом. Способ комбинаций характеризуется трудоемкостью и применяется только при высокоточных измерениях нескольких углов в одной точке, когда ошибки измерения углов должны находиться в пределах 1".

Измерение угла способом приемов состоит в его измерении двумя полуприемами. Каждый полуприем заключается в выполнении следующих действий:

• 1) наведение вертикальной нити сетки нитей на правую визирную цель;
• 2) взятие отсчета я, по горизонтальному кругу;
• 3) запись в журнал отсчета я,;
• 4) наведение вертикальной нити сетки нитей на левую визирную цель;
• 5) взятие отсчета Ь ] по горизонтальному кругу;
• 6) запись в журнал отсчета Ь{,
• 7) вычисление значения горизонтального угла = а { - Ь { .

Визирные цели представляют собой

Вид сверху

Рис. 5.11. Визирный цилиндр

предмет или устройство, на которое наводят зрительную трубу. При наблюдении на пункты триангуляции визирной целью обычно является малофазный визирный цилиндр (рис. 5.11) геодезического знака. На данном рисунке представлено изображение, видимое в поле зрения трубы теодолита с прямым изображением. Вертикальную нить сетки нитей при этом наводят на воображаемую ось симметрии визирного цилиндра. При наблюдении на точки теодолитного хода в качестве визирных целей используют вертикально устанавливаемые на этих точках вехи или шпильки из комплекта мерного прибора для измерения расстояний.

После измерения угла первым полуприемом изменяют положение лимба. Изменить положение лимба горизонтального угломерного круга можно двумя способами:

• 1) сделать 2-3 оборота наводящим винтом лимба, положение лимба при этом может измениться на 2-3°;
• 2) при закрепленном закрепительном винте алидады открепить закрепительный винт лимба, повернуть лимб на произвольный угол (рекомендуется примерно на 90°), закрепить закрепительный винт лимба.

После выполнения описанных действий трубу переводят через зенит и выполняют измерение угла вторым полуприемом (при другом положении вертикального круга). Вычисление значения горизонтального угла из второго полуприема осуществляется аналогичным образом:

Р2 = я2 - Ь2.

Таким образом, угол будет измерен дважды. Результаты измерения угла двумя полуприемами соответственно равны р| и р 2 . Р ас_

хождение значений угла из двух полуприемов не должно превышать удвоенной погрешности измерения угла данным теодолитом, т.е. должно выполняться условие

где t - среднеквадратическая погрешность измерения угла одним приемом. Для теодолита 2Т30 данный допуск составляет Г.

Измерение углов двумя полуприемами осуществляется в целях:

• 1) контроля измерений ;
• 2) повышения точности измерений: ошибка среднего значения из нескольких измерений всегда меньше ошибки отдельного измерения.

Результаты измерения горизонтальных углов фиксируются в соответствующем журнале (табл. 5.1).

Таблица 5.1

Журнал измерения горизонтальных углов

		по горизонтальному		Значение в полуприеме		значение

При измерении горизонтальных углов важно понимать различие между наводящими винтами лимба и алидады. При вращении любого из этих винтов зрительная труба поворачивается в горизонтальной плоскости, или, как говорят, «по горизонту». Хотя со стороны действия наблюдателя при этом кажутся совершенно одинаковыми, различие между ними принципиальное. Если лимб закреплен и наведение зрительной трубы на различные точки осуществляется только с помощью винтов алидады, то отсчеты будут различаться, так как лимб при этом остается неподвижным. Если действовать противоположным образом, т.е. закрепить алидаду, и при наведении трубы на различные точки использовать только винты лимба, отсчет на любые точки будет один и тот же, так как лимб и находящаяся на нем алидада со зрительной трубой будут поворачиваться вместе с лимбом как единое целое. Отсюда следует, что если при измерении горизонтального угла трубу навели на правую точку и взяли отсчет, а при наведении на левую точку случайным образом повернули наводящий или закрепительный винт лимба, то дальнейшие действия выполнять не имеет смысла, так как нулевой диаметр горизонтального круга изменит свое положение. И в таком случае необходимо начинать выполнение полуприема заново. Путаница между винтами лимба и винтами алидады является наиболее распространенной ошибкой начинающих изучение теодолита.

Если точность измерения углов одним приемом с помощью имеющегося теодолита несколько ниже требуемой, то возможны два варианта действий:

• воспользоваться теодолитом более высокой точности;
• измерять угол не одним приемом, а п приемами. Тогда в качестве окончательного значения угла берется среднее из п приемов, среднеквадратическая погрешность М измерения угла при этом будет равна

где т - среднеквадратическая погрешность измерения угла одним приемом.

Следует обратить внимание, что погрешность многократного измерения угла убывает пропорционально квадратному корню из числа измерений. Например, чтобы уменьшить ошибку измерения угла в 3 раза, необходимо измерить угол девятью приемами. Поэтому многократное измерение угла в целях повышения точности измерений оправдано только тогда, когда требуемая точность незначительно отличается от точности используемого прибора.

Угловые меры (концевые, листовые, призматические, угольники, шаблоны, калибры);

Угломерные приборы (штангенугломеры, оптические угломеры, угломерные головки, уровни, гониометры, теодолиты, делительные головки и столы, автоколлиматоры);

Приспособления для косвенных измерений – тригонометрические устройства (синусные линейки, конусомеры);

Контрольно-измерительные приспособления

Это специальные производственные средства для контроля объектов, представляющие собой конструктивное сочетание базирующих, зажимных и контрольно-измерительных устройств (элементов).

Основные требования к ним: необходимая точность и производительность. Кроме того, они должны быть удобными в эксплуатации, технологичными в изготовлении, износостойкими и экономичными.

Контрольно-измерительные приспособления подразделяют по следующим признакам:

По принципу работы и характеру используемых контрольно-измерительных устройств (с отсчетным устройством – шкальные с индикаторами часового типа, пневматическими измерителями и т.п.), с помощью которых определяют числовые значения контролируемых величин; бесшкальные (предельные) с использованием калибров, щупов и т.д., которые служат для разделения деталей на годные и брак (брак – «плюс», «брак – «минус»); комбинированные (электроконтактные датчики с отсчетной шкалой и т.п.), которые дают возможность не только разделять детали на годные и брак, но и оценивать числовые значения контролируемых параметров;

По габаритам и массе (стационарные и переносные);

По количеству контролируемых параметров (одно - и многомерные);

По этапу технологического процесса (операционные, приемочные);

По встроенности в технологическое оборудование (встроенные и невстроенные);

По непосредственности участия в техпроцессе (для контроля непосредственно в процессе изготовления изделия – активный и управляющий контроль; вне процесса изготовления);

По стадии техпроцесса (для контроля правильности наладки, контроля правильности хода техпроцесса, для статистического контроля).

Суммарная погрешность таких приспособлений не должна превышать 8 – 30% от допуска контролируемого параметра: для ответственных изделий, например, авиационной техники – 8%, для менее ответственных – 12,5…20%, для остальных – 25…30%.

ОСОБЕННОСТИ ОСНОВНЫХ РАБОЧИХ

СРЕДСТВ ИЗМЕРЕНИЙ

Меры длины и углов

Рабочие меры подразделяют по конструктивным признакам на штриховые и концевые .

К штриховым рабочим мерам длины относятся измерительные линейки, которые представляют собой, как правило, металлические полосы, на плоскостях которых нанесены шкалы. Выпускают линейки для измерения длин от 150 до 1000 мм. Линейки изготовляют с одной или двумя шкалами (по обеим продольным кромкам). Погрешность измерения линейкой суммируется из погрешности нанесения шкалы, погрешности параллакса, погрешности совмещения нулевой отметки шкалы с кромкой измеряемой детали и погрешности отсчета.

Погрешность измерения, в зависимости от длины, находится в пределах 0,2 - 0,5 мм при условии наличия острой кромки детали и тщательном измерении. Чаще погрешность измерений доходит до 1 мм.

Рабочие концевые меры применяют для непосредственных измерений точных изделий, для установки других рабочих средств измерений на нуль или на размер при относительных измерениях, для проверки точности и градуирования других средств измерения, для особо точных разметочных работ, наладки станков и т.д. К концевым мерам относят концевые плоскопараллельные меры длины и угловые меры.

Концевые плоскопараллельные меры длины (рис. 4) изготовляют в виде плиток, брусков и цилиндров (с торцевыми измерительными плоскостями). Их изготавливают из стали и из твердого сплава, которые имеют в 10 – 40 раз большую износостойкость, чем стальные. На мере маркируют ее номинальный размер. У плиточных мер более 5,5 мм номинальный размер без указания единиц измерения, маркируют на нерабочей боковой поверхности, а у мер 5,5 мм и менее маркируют на одной из рабочих (измерительных) плоскостей.

Рис.4 Концевые плоскопараллельные меры длины

За размер меры принимается ее срединная длина, которая определяется длиной перпендикуляра, опущенного из середины одной из рабочих плоскостей на противоположную. Длина в данной точке определяется длиной перпендикуляра, опущенного из этой точки одной рабочей плоскости на противоположную. Наибольшая разность между срединной длиной и длиной меры в любой другой точке принимается за отклонение от плоскопараллельности меры. Причем зона на рабочих плоскостях шириной 0,5 мм от кромок во внимание не принимается.

Концевые меры комплектуются в наборы, обеспечивающие возможность получения блоков (соединений) разных размеров. Разные наборы состоят из разного количества мер. Например, изготавливают наборы из 42, 87, 112 мер и др. в одной коробке. В основных наборах одна мера имеет номинальный размер 1,005 мм, часть мер имеют номинальные размеры через 0,01мм, часть через 0,1 мм, одна мера 0,5 мм, часть мер через 0,5 мм и часть через 10 мм. В так называемый микронный набор, состоящий из 9 мер, входят меры с номинальными размерами 1,001; 1,002; и т.д до 1,009 мм или с размерами 0,991; 0,992 и т. д. до 0,999 мм. При помощи основного и микронного наборов можно собрать большое количество блоков разных размеров с интервалом в 0,001 мм.

Большой набор позволяет получать размеры с меньшим количеством мер в блоке, чем малый, что обеспечивает большую точность блока (чем меньше количество мер в блоке, тем меньше накопленная погрешность от количества мер). В каждый набор дополнительно входят две пары защитных мер. Защитные меры, в отличие от основных, имеют срезанный угол. Защитные меры служат для установки по концам блока с целью предохранения основных мер от интенсивного износа и повреждений.

Точность каждой меры определяется точностью ее изготовления и точностью поверки (калибровки). Рабочие концевые меры подразделяются на классы точности и являются наиболее точными рабочими СИ.

При сборке мер в блок используют эффект их притираемости рабочими плоскостями. Притираемость заключается в том, что при прикладывании и надвигании одной меры на другую с небольшим усилием, они сцепляются между собой. Сила сцепления новых мер столь велика, что для того, чтобы их разделить в направлении, перпендикулярном притертым плоскостям, требуется достаточно большое усилие (до 300 – 800 Н). Явление притираемости до конца еще не изучено. Одни считают, что оно объясняется действием сил межмолекулярного сцепления, другие – за счет микровакуумирования. Скорее всего, имеет место то и другое. Рабочие плоскости мер изготовляют с очень малыми отклонениями формы и очень малой шероховатостью, а поэтому молекулы одной меры оказываются на столь близком расстоянии от молекул другой меры, что проявляется действие сил межмолекулярного сцепления. Сцепление значительно усиливается в присутствии тончайшей пленки жировой смазки (0,1 – 0,02 мкм), которая остается на поверхностях меры после ее удаления сухой тканью и даже после обычной промывки в бензине. Усилие межмолекулярного сцепления в присутствии смазочной пленки объясняется двояко. Во-первых, тем, что впадины неровностей шероховатости заполняются смазкой и молекулы смазки сцепляются с молекулами мер, увеличивая общее количество взаимодействующих молекул. Полное удаление смазки ведет к значительному уменьшению силы сцепления мер. Второе объяснение притираемости мер заключается в том, что при прижатии рабочими плоскостями одной меры к другой, за счет выдавливания смазки из пор, трещин, впадин, неровностей шероховатости с плоскостей к кромкам мер, происходит микровакуумирование впадин внутри пространства между мерами, с одновременным заполнением жидкой смазкой периметра кромок, что изолирует пространство между мерами от окружающей среды, усиливая вакуумирование. Доказывается это тем, что твердосплавные меры сцепляются сильнее, т.к. твердый сплав более порист, чем сталь.

При подборе концевых мер в блок, нужно стремиться к тому, чтобы блок состоял из возможно меньшего количества мер, которые есть в данном наборе (при этом будет меньше накопленная погрешность от количества мер в блоке и меньшее количество мер будет изнашиваться).

Порядок подбора мер заключается в последовательном выборе дробной части требуемого размера, начиная с последней цифры. Подобрав первую меру, ее размер вычитают из заданного и следуя тому же правилу, определяют размер следующей меры. Например, нужно подобрать блок с номинальным размером 45,425 мм при наборе мер из 87 штук:

1-я мера 1,005 мм

2-я мера 1,42 мм

3-я мера 3 мм

4-я мера 40 мм

Сумма: 45,425 мм.

Допуски на изготовление мер группируются по классам точности: 00, 0, 1, 2, 3 – для эталонных мер, 4, 5 – для рабочих мер. Меры до 4 класса точности подразделяют по разрядам в зависимости от точности поверки. Эталонные меры, поверенные по высоким разрядам, как правило, не рекомендуется собирать в блоки, т.к. на каждом промежуточном слое между мерами добавляется 0,05 – 0,10 мкм, что может превысить саму погрешность поверки. Для того, чтобы исключить погрешности поверки каждой меры, необходимо выполнять поверку уже собранного блока.

Для повышения возможностей использования концевых мер выпускают специальные наборы принадлежностей (приспособлений) к ним (рис.5).

В коробке набора могут быть державки (струбцины) или стяжки (для мер более 100 мм, имеющих два отверстия), основание, разного назначения боковички и др. принадлежности.

По аналогии с концевыми плоскопараллельными мерами длины применяют угловые призматические меры, которые так же комплектуются в наборы и могут использоваться с принадлежностями (рис. 6, 7). Их выпускают пяти типов:

С одним рабочим углом со срезанной вершиной (рис. 6а);

С одним рабочим углом, остроугольные треугольные (рис. 6б);

С четырьмя рабочими углами (рис. 6в);

Шестигранные с неравномерным угловым шагом (рис. 6г);

Многогранные с равномерным угловым шагом (8 и 12 граней) (рис. 6д и 6е).

Проверку углов с помощью угловых мер обычно производят на просвет. Погрешность измерения углов зависит от протяженности и прямолинейности сторон проверяемого угла, освещенности рабочего пространства, класса точности мер и квалификации работника. При наиболее благоприятных условиях измерения погрешность измерения, без учета погрешности самой меры, не превышает 15 угловых секунд.

а. Струбцина

Рис. 5 Концевые меры длины и различные держатели к ним (струбцины – а.)

Рис. 6а Рис. 6б

Рис. 6в Рис. 6г

Рис. 6д Рис. 6е

Рис. 6 Призматические меры для контроля углов

Штангенприборы

Штангенприборы (штангенинструменты) являются наиболее распространенными средствами измерения. Их неоспоримые преимущества: доступность, простота в применении и достаточно высокая точность. Они представляют большую группу СИ, используемых для измерений линейных размеров и разметки. Отличительной особенностью их является наличие штанги, на которой нанесена основная шкала с отметками, через 1 мм, и нониуса с дополнительной шкалой для отсчета долей деления основной шкалы. Основными приборами являются: штангенциркули, штангенглубиномеры, штангенрейсмасы, штангензубомеры. Штангенциркули выпускают трех типов: ШЦ-1 с двусторонним расположение губок для наружных и внутренних измерений с глубиномерной линейкой; ЩЦ-2 двусторонним расположение губок для наружных и внутренних измерений и для разметки (без глубиномера), ЩЦ-3 с двусторонним расположение губок для наружных и внутренних измерений (без глубиномера и губок для разметки). Наибольшее применение находят штангенциркули типов ШЦ – 1, ШЦ – 2 (рис. 7, 8). Самый малый штангенциркуль предназначен для измерения размеров 0 – 125 мм, самый большой 0 – 2000 мм (Раньше их производили для размеров 0 – 4000 мм). Штангенциркули имеют цену деления шкалы нониуса 0,1 и 0,05 мм.

Рис. 7 Штангенциркуль типа ШЦ – 1

Современные электронные штангенциркули всех типов позволяют выполнять измерения размеров деталей в метрической или дюймовой системе измерений. Показания штангенциркуля могут настраиваться на «Ноль» в любой точке шкалы, что позволяет контролировать отклонения размеров от заданного значения. Чаще всего такие штангенциркули снабжены разъемом для вывода данных на персональный компьютер, принтер или другое устройство. Также они могут снабжаться приводным колесиком, облегчающим работу одной рукой.

Рис. 8 Штангенциркуль типа ШЦ – 12

1 – штанга, 2 – рамка, 3 – зажимающий элемент, 4 - нониус, 5 – рабочая поверхность штанги, 6 – шкала штанги, 7 - губки с плоскими измерительными поверхностями для измерения наружных размеров, 8 - губки с кромочными измерительными поверхностями для измерения внутренних размеров.

Рис. 8а Основные приемы работ со штангенциркулями

а, б – измерение наружных размеров, в – измерение внутренних размеров

Перед началом работы со штангенциркулем рекомендуется проверить установку нуля, совместив измерительные губки. Проверку нуля (начальной настройки) штангенциркулей и выполнение измерений необходимо проводить с одним и тем же усилием. Рекомендуется располагать измеряемую деталь как можно ближе к штанге для уменьшения погрешности измерения (рис. 8а). Поверка штангенциркулей производится по ГОСТ 8.113-85 «ГСИ. Штангенциркули. Методика поверки».

Штангенглубиномер служит для измерений глубин отверстий, канавок, пазов, высот уступов, расстояний между параллельными поверхностями, которые штангенциркулем без глубиномера измерить невозможно (рис. 9а). Штангенглубиномеры выпускают для измерений размеров до 400 мм (ранее выпускались для размеров до 500 мм). Цена деления шкалы нониуса 0,1 – 0,05 мм.

Штангенрейсмас служит для измерений высот и для разметки (рис.9б). Штангенрейсмасы выпускают для измерения размеров до 2500 мм с ценой деления шкалы нониуса 0,1 и 0,05 мм.

Штангензубомер служит для измерения толщины зубьев зубчатых колес по постоянной хорде (рис.10). Штангензубомеры выпускают двух типоразмеров: для измерения зубчатых колес с модулем зубьев 1 – 18 мм и 5 – 36 мм с ценой деления нониуса 0,02 мм.

Рис. 9а Глубиномер Рис. 9б Штангенрейсмас (разметка)

1 – рамка

2 – шкала

3 – рамка

4 – шкала нониуса

Рис. 10 Штангензубомер

Микрометрические приборы

Микрометры являются одними из самых массовых видов измерительных инструментов и используются для точных измерений размеров изделий. Основными микрометрическими приборами являются микрометры разных типов (обычные гладкие, листовые, трубные, зубомерные, резьбовые, настольные) микрометрические нутромеры, микрометрические глубиномеры.

Эти приборы основаны на применении винтовой пары, преобразующей вращательное движение микрометрического винта

(выполненного с микрометрической точностью) в поступательное движение одного из измерительных стержней. Все микрометрические приборы имеют цену деления шкалы нониуса 0,01 мм.

Обычные гладкие микрометры служат для наружных измерений (рис.11). Их выпускают с пределами измерений от 0 – 25 мм до 500 – 600 мм. Установку на нуль микрометра для измерения размеров св. 25 мм выполняют с помощью специальной установочной меры. Микрометры имеют устройство для обеспечения постоянного измерительного усилия («трещотку»). Погрешность измерения микрометром возникает из-за погрешностей: изготовления самого микрометра, установочной меры (при измерении размеров более 25 мм), разгиба скобы под действием усилия измерения, отсчета показаний, температурных и контактных деформаций.

Рис. 11 Микрометр

1 – корпус (скоба); 2 – пятка; 3 – микрометрический винт; 4 – стопорный винт;

5 – стебель; 6 – втулка направляющая; 7 – барабан; 8 – регулировочная гайка;

9 – колпачок; 10 – трещотка.

Рис. 11а-в Примеры отсчета показаний по шкале микрометра и глубиномера

Листовые микрометры служат для измерений толщины листового и широкополосного материала (рис.12). Для обеспечения возможности измерений материала подальше от кромок, листовой микрометр имеет вытянутую скобу.

Трубные микрометры служат для измерений толщины стенок труб. Такой микрометр имеет сферическую пятку и срез скобы для обеспечения возможности измерения толщины стенок труб с внутренним диаметром от 12 мм.

Микрометры зубомерные (нормалемеры) служат для измерения длины общей нормали зубьев зубчатых колес (рис. 13). Они имеют измерительные губку и пятку тарельчатой формы. Микрометр с тарельчатыми измерительными поверхностями применяется для измерения мягких материалов, т.к. он оказывает наиболее низкое удельное давление на измеряемые поверхности при одинаковом измерительном усилии. Диаметр измерительных поверхностей 60 мм.

Резьбовые микрометры со вставками применяют для измерений среднего диаметра наружных резьб (рис.14).

Рис.12 Листовой микрометр

Рис 13. Микрометр зубомерный

Рис. 14 Схема измерения зубчатого колеса зубомерным микрометром

Для измерений внутренних размеров от 50 до 6000 мм применяют микрометрические нутромеры с ценой деления шкалы нониуса 0,01 мм (рис.15). Для работы с этими приборами требуется значительный навык. Они неудобны для измерений глубоких отверстий. Выпускаются как индивидуальные нутромеры с диапазоном перемещений микрометрической измерительной головки 25 мм, так и сборные нутромеры с прецизионными удлинителями, увеличивающими диапазон измерений нутромера и не требующими дополнительной настройки после сборки с микрометрической головкой. Нутромеры могут настраиваться на измеряемый размер по установочным скобам, кольцам, микрометрам, блокам концевых мер, длинномерам и др., что позволяет повысить точность измерений. Измерения глубоких отверстий рекомендуется проводить не менее чем в трех сечениях, перпендикулярных к оси отверстия, в двух взаимно перпендикулярных направлениях в каждом из сечений.

Рис. 15 Элементы микрометрического нутромера - микрометрическая головка:

1 – втулка; 2 – измерительный наконечник; 3 – стебель; 4 – стопор; 5 – втулка;

6 – барабан; 7 – регулировочная гайка; 8 - микрометрический винт; 9 – гайка.

Для измерения глубин пазов, глухих отверстий и высот уступов применяю микрометрические глубиномеры (рис.16). Сменные прецизионные стержни 14 имеют плоские или сферические измерительные поверхности, благодаря чему глубиномеры не требуют дополнительной настройки после смены измерительных стержней.

Рис.16 Микрометрический глубиномер

1 – траверса; 2 – стебель; 3 – барабан; 4 – микрометрический винт; 5 – втулка;

6 – регулировочная гайка; 7 – колпачок; 8 – пружина; 9 – зуб трещотки; 10 – трещотка;

11 – винт крепления трещотки; 12 – стопорный винт; 13 – установочная мера (втулка);

14 – измерительные стержни.

Рычажные приборы

Основными рычажными приборами являются рычажный микрометр (рис. 17) и рычажная скоба (рис. 18). У рычажного микрометра в отличие от обычного гладкого микрометра, кроме основной шкалы и шкалы нониуса, есть стрелочное отсчетное устройство с ценой деления 0,001 или 0,002 мм и нет устройства для обеспечения постоянного измерительного усилия (силовое замыкание создается усилием механизма стрелочной отсчетной головки). Пределы измерений по шкале стрелочной отсчетной головки ± 0,02 мм или ±0,03 мм.

У рычажных скоб, в отличие от рычажных микрометров, нет микрометрической головки. Они предназначены только для относительных измерений, т.е. перед измерением скобу устанавливают на размер по блоку концевых мер длины. Цена деления отсчетного стрелочного устройства 0,002 мм, пределы измерений по шкале ± 0,08 или ± 0,14 мм.

Рис.18 Рычажный микрометр

Индикаторные приборы

Многие измерительные приборы оснащаются измерительными устройствами в виде индикаторных головок часового типа (с зубчатой передачей). Слово «индикатор» латинского происхождения. В переводе на русский язык означает указатель, определитель. Индикаторная головка представляет собой стрелочный прибор (рис. 19). Цена деления шкалы 0,01 мм, пределы измерений по шкале 0 – 5 или 0 – 10 мм.

Такими индикаторами оснащают, например, центровые приборы (биениемеры), нутромеры, скобы (рис. 20), различные стойки (рис. 21).

Рис.19 Индикаторная головка

Рис. 20 Индикаторная скоба

Рис. 21 Стойкии

1 - основание, 2 - предметный стол для установки изделия; 3- колонка; 4 - кронштейн;

5 - винт крепления измерительной головки; 6 - маховик перемещения кронштейна (кремальера), 7 - винт зажима кронштейна; 8 - гайка; 9 - стержень; 10 - хомут;

11 - зажимной винт; 12 - державка; 13 - винт крепления державки; 14 - пружинное кольцо; 15 - винт микроподачи для точной установки измерительной головки на размер

Измерительные машины

В измерительных лабораториях для точных измерений больших длин абсолютным или сравнительным методами применяют измерительные машины (рис. 22). Отечественные измерительные машины выпускаю с диапазоном измерений 1, 2 и 4 м (внутренние размеры на 200 мм меньше). Цена деления наиболее точной шкалы оптиметра, установленного на машине, составляет 0,001 мм.

Рис. 22 Контрольно-измерительные машины

1 – основание, 2 – передняя бабка, 3 - стойки, 4 – столик измерительный,