Організація самостійної роботи

 

6.1.1 Завдання для самостійної підготовки до роботи

Ознайомитися з лабораторним завданням і методичними вказівками до його виконання.

Вивчити методи та принцип дії приладів для вимірювання лінійних та кутових величин [11].

Ознайомитися із загальними положеннями ЄСКД щодо правил нанесення граничних відхилень та їх позначення на кресленнях [12].

Ознайомитися з основними положеннями щодо оформлення конструкторської документації [13].

 

6.1.2 Методичні вказівки до самостійної підготовки

На сьогодні типові розміри структур та елементів таких домінуючих у радіоелектроніці компонентів, як інтегральні схеми, складають одиниці та частки мікронів. Допуски на лінійні розміри лежать у межах . Похибка засобів вимірювання лінійних розмірів не має перевищувати .

Плоскопаралельні кінцеві міри довжини (ПКМД), що знаходяться в лабораторії, використовують для передачі точності та градуювання вимірювальних інструментів та приладів, для особливо точних розмічувальних робіт, нала­годження верстатів. ПКМД являють собою бруски з твердого сплаву, які мають форму прямокутних паралелепіпедів. Дві протилежні вимірювальні поверхні ПКМД точно оброблені шліфуванням та доводкою. ПКМД випускають наборами, що дозволяють складати блоки з дискретністю 1 мкм. У залежності від то­чності ПКМД поділяються на 6 класів (з нульового до п’ятого). Класи 4 і 5 установлені для мір, що перебувають в експлуатації. Межа допустимих відхилень довжини для ПКМД нульового класу точності не більша за мкм, де – номінальна довжина міри в метрах, межа допустимих відхилень від плоскопаралельності не більша за мкм. Для підвищення точності вимірювань ПКМД атестують та присвоюють їм розряди з першого по п’ятий.

Кутові міри призначені для зберігання й передачі одиниці плоского кута, повірки та градуювання кутомірних приладів, точного вимірювання кутів. Кутові міри роблять у вигляді призм та комплектують їх у набори, що дозволяють складати кути з градацією до 30º. Класи точності кутових мір: нульовий – з граничною похибкою робочих кутів ; перший – з граничною точністю робочих кутів ; другий – з граничною межею робочих кутів .

У лабораторії студенти ознайомлюються зі штриховими лінійками, штангенінструментом, мікрометрами, кутомірами.

Відмітною властивістю штангенінструментів є наявність, крім основної, додаткової шкали – ноніуса. Ноніус служить для підвищення точності відліку та виготовляється з ціною поділки 0,1; 0,2 або 0,05 мм. В основі відліку за ноніусом лежить здатність ока точніше визначати збіг або незбіг штрихів двох
зімкнутих шкал, ніж оцінювати частку поділки шкали. Для отримання ноніуса з величиною відліку 0,1 мм при ціні поділки основної шкали 1 мм, його шкалу довжиною 9 мм поділяють на 10 рівних частин. Інтервал поділки шкали ноніуса, таким чином, дорівнює 0,9. Для відліку за допомогою ноніуса спочатку визначають за основною шкалою ціле число міліметрів перед нульовою позна­чкою ноніуса. Потім додають до нього кількість часток за ноніусом відповідно до того, який штрих шкали ноніуса ближчий до штриха основної шкали. Наприклад, на рис. 6.1, а вимірюваний розмір дорівнює 8 мм, а на рис. 6.1, б – 8,7 мм.

 

а) б)

Рисунок 6.1 – Принцип побудови ноніуса

 

Основною характеристикою при розрахунку ноніуса є величина відліку або точність ноніуса . Спочатку визначають кількість поділок ноніуса:

 

,

 

де – інтервал поділки основної шкали.

Інтервал поділки шкали ноніуса:

 

,

 

де – модуль, тобто натуральне число 1, 2, 3…, що служить для збільшення інтервалу поділки ноніусної шкали.

Потім визначають довжину шкали ноніуса:

 

.

 

Наприклад, при , та кількість поділок ноніуса , довжина поділки і довжина ноніуса .

Похибка вимірювань штангенінструментом складає (50…20) мкм при розмірах від 1 до 500 мм. Вона залежить від похибки нанесення штрихів; відхилення від перпендикулярності поверхонь вимірювальних губок до базових площин напрямної штанги та рухомої рамки; відхилення від паралельності й площинності вимірювальних губок; проміжку між губками штанги й рамки; відхилення від перпендикулярності вимірювальних поверхонь до бокових сторін губок; відхилення від прямолінійності напрямної штанги.

Мікрометри призначені для вимірювання лінійних розмірів. Основою мікрометра є гвинтова пара, яка перетворює малі повздовжні переміщення гвинта на великі колові переміщення шкали барабана. Лічильний пристрій мікрометра, наведений на рис. 6.2, складається з двох шкал – повздовжньої 1, нанесеної на стебло 3, та круглої 4 на барабані 5. Скошений бік барабана слугує покажчиком повздовжньої шкали, а штрих 2 – покажчиком круглої шкали.

 

 

Рисунок 6.2 – Схема лічильного пристрою мікрометра

 

Шкала на стеблі складається з двох шкал із ціною поділки 1 мм, нанесених по обидві сторони штриха 3 та зміщені відносно одна одної на половину поділки. Обидва ряди штрихів утворюють одну повздовжню шкалу з ціною поділки 0,5 мм, що дорівнює шагу мікрогвинта. Кругла шкала зазвичай має 50 поділок (коли шаг гвинта 0,5 мм). Якщо у торця барабана видно риску нижньої шкали, то результат відліку відповідає цілому числу міліметрів. Якщо ж останньою
видна риска верхньої шкали, то до цілого числа додають 0,5 мм. Оскільки шаг мікрогвинта відповідає 0,5 мм, одному обороту гвинта (і барабана) відповідає лінійне переміщення, що дорівнює 0,5 мм. Оскільки шкала на барабані має 50 поділок, ціна поділки дорівнює .

Наприклад, показання на відліковому пристрої (рис. 6.2) складає 11,87 мм.

Мікрометри випускаються з межами вимірювання 0…25; 25…50 тощо через кожні 25 мм до 275…300 мм, а також 300…400; 500…600 мм. Межова похибка мікрометра залежить від верхніх меж вимірювань і може складати від
мкм (для мікрометрів із межею вимірювання 0…25 мм) до мкм (для мікрометрів із межею вимірювання 400…500 мм). Похибка вимірювань зумовлена такими факторами, як неточність виготовлення шкал, нерівномірність кроку гвинтової пари, зсув нульової поділки через деформацію мікрометра, відхилення від площинності та паралельності вимірювальних поверхонь, вплив температурного коефіцієнта розширення матеріалу, з якого виготовлено мікрометр та ін.

Кутоміри дозволяють вимірювати кути з ціною поділки ноніуса та похибкою, не більшою за . Вони являють собою комбінацію транспортира, рухомої лінійки з прямим кутом та оснащені основною та ноніусною шкалами.

У лабораторній роботі для лінійних вимірювань використовують індикатори часового типу. У них малі переміщення вимірювального стрижня за допомогою зубчатої передачі перетворюються на великі переміщення стрілки. Похибка вимірювань не перевищує мкм. Вона зумовлена неточністю виготовлення зубчатих коліс, похибками кроку та профілю зубців.

В оптико-механічних пристроях, призначених для вимірювання лінійних розмірів, збільшення чутливості та точності досягається за допомогою опти­чного збільшення вимірювальних об’єктів (інструментальні мікроскопи, проектори), оптичного збільшення зображень мікрошкал (довжиноміри) або поєднанням механічних передавальних механізмів з оптичними автоколімаційними пристроями (оптиметри). До оптико-механічних відносяться також такі високоточні прилади, як інтерферометри та растрові вимірювальні системи.

В інструментальному мікроскопі предметний столик може переміщуватися в горизонтальній площині за допомогою мікрометричних пристроїв у поздовжньому та поперечному напрямках або повертатися на заданий кут. Вимірювану деталь установлюють на столик, наводять різкість її зображення, потім, якщо необхідно виміряти відстань між двома точками, почергово візують їх, переміщуючи столик, та здійснюють відлік координат за шкалами мікрометричних пристроїв (в окулярній головці мікроскопа є скляна пластинка зі шкалою або маркою).

Змінні об’єктиви забезпечують збільшення , , , . Ціна поділки мікрометричних відлікових пристроїв складає 5 мкм. Вимірювальні мікроскопи оснащують пристроями для проектування зображення на екран, окулярними кутовими голівками та ін., використовують також проектори – спеціалізовані вимірювальні пристрої, що проектують збільшені контури вимірюваних деталей на великі екрани зі збільшенням до .