eng
Выпуск #7/2017
С.Степанов, С.Тарасов, А.Петров, С.Степанов
Исследование погрешности установки УКМ-1000 для поверки концевых мер длины свыше 100 мм
Исследование погрешности установки УКМ-1000 для поверки концевых мер длины свыше 100 мм
Просмотры: 4062
Проведено исследование точности российской установки УКМ-1000 для поверки концевых мер длины свыше 100 мм на основе международной методики Calibration of gauge block comparators.
УДК 621.923, ВАК 05.11.01, DOI: 10.22184/1993-8578.2017.78.7.66.70
УДК 621.923, ВАК 05.11.01, DOI: 10.22184/1993-8578.2017.78.7.66.70
Концевые меры длины (КМД) предназначены для использования в качестве рабочих мер для регулировки и настройки показывающих измерительных приборов и для непосредственного измерения линейных размеров промышленных изделий, а также эталонных мер для передачи размера единицы длины от первичного эталона концевым мерам меньшей точности и для поверки и градуировки измерительных приборов.
На машиностроительных предприятиях, где обрабатывают крупные детали, используются измерительные приборы с большими диапазонами измерений. Для поверки и настройки этих приборов применяют КМД свыше 100 мм. Стандартные наборы КМД № 8 и № 9 имеют в своем составе меры от 100 до 1 000 мм. Для поверки (калибровки) таких мер необходимы соответствующие эталонные средства измерений.
Специальные приборы для поверки и калибровки концевых мер такого размера в настоящее время не выпускаются, поэтому, как правило, используют универсальные горизонтальные приборы, например, компании Mahr (Германия). Однако, из-за своей универсальности и многофункциональности такие приборы стоят очень дорого. В России на предприятиях и в центрах стандартизации и метрологии (ЦСМ) применяются выпускавшиеся ранее и приспособленные для поверки больших концевых мер оптико-механические машины типа ИЗМ, интерферометры типа ИКПГ и горизонтальные оптиметры типа ИКГ.
Инженерно-метрологический центр "Микро" совместно с Санкт-Петербургским политехническим университетом Петра Великого в рамках программы импортозамещения разработал и изготовил первую в России специализированную установку УКМ-1000 для поверки КМД свыше 100 мм. Установка представляет собой рабочее место поверителя и состоит из лабораторного стола, компаратора, вакуумной станции и компьютера. В настоящее время этот проект находится на стадии доводочных испытаний.
На КМД распространяется Государственная поверочная схема по ГОСТ Р 8.763-2011 (часть 3), в которой для рабочих эталонов установлены разряды с 1-го по 4-й. Точность эталонов по разрядам определяют значения δ-доверительных границ абсолютных погрешностей при доверительной вероятности 0,99 (±3σ). Однако методики поверки КМД и других эталонов не предусматривают расчета σ. Кроме того, точность передачи размера эталона от разряда к разряду задается значением δ-, определение которого в стандарте отсутствует.
В то же время, в западных странах поверочные схемы не применяются и определение возможностей и назначения средств измерений выполняется с помощью калибровки с расчетом значения ее неопределенности. Таким образом, нормирование и оценка точности аналогичных средств измерений в нашей стране и на западе различны.
В связи со сложившимся положением было проведено исследование точности установки УКМ-1000 с использованием международной методики поверки (калибровки) "Calibration of gauge block comparators", применяемой всеми ведущими производителями компараторов для аттестации концевых мер длины до 100 мм. Методика описывает процесс калибровки компаратора при измерении срединной длины и плоскопараллельности аттестуемой меры. Она предназначена для компараторов для калибровки методом сравнения, контактным методом и с применением двух преобразователей, контактирующих с мерой с противоположных сторон. Установка УКМ-1000 соответствует указанным условиям, но поверяемые меры от 100 до 1 000 мм располагаются на столе компаратора горизонтально.
Разработанная методика поверки (калибровки) основана на применении четырех пар эталонных мер 1-го разряда (табл.1).
Перед выполнением калибровки установка прошла полную подготовку в соответствии с ГОСТ 8.336–78.
СРАВНЕНИЕ СРЕДИННЫХ ДЛИН МЕР
Меры 1,0; 1,01 и 1,04 мм укладывались попарно в специальное приспособление, а меры 100,0 и 1 000,0 мм устанавливались на столик компаратора, выравнивались по торцу и закреплялись прижимом. Далее выполнялось по пять сравнительных измерений срединных длин всех четырех пар при настройке на 0 по мере А. Затем серия измерений повторялась, но на 0 настраивались по мере В. Для каждой серии измерений были рассчитаны средние значения и стандартные отклонения.
ИЗМЕРЕНИЕ ПЛОСКОПАРАЛЛЕЛЬНОСТИ
Мера 100,0 мм закреплялась на столике компаратора и проводились серии из четырех измерений от срединной длины меры в углы A, B, D, E по схеме, показанной на рис.2. Измерительные серии были повторены после поворота меры на 180° в вертикальной плоскости. Для каждой из восьми серий были рассчитаны средние значения и стандартные отклонения.
ОЦЕНКА РЕЗУЛЬТАТОВ
Оценка результатов зависит от того, какие концевые меры по точности должны калиброваться с помощью компаратора. В методике рассмотрены критерии приемки из условия, что компаратор применяется для калибровки мер с расширенной неопределенностью измерений U = 0,1 + 1L при k = 2, что 1 = 1 соответствует концевым мерам 3-го разряда. При этих условиях установлены следующие критерии:
повторяемость не должна превышать 0,05 мкм;
стандартные отклонения не должны превышать 0,03 мкм;
отклонения средних величин и наибольшие отклонения плоскопараллельности от значений эталонных мер, указанных в протоколе поверки, не должны превышать 0,05 мкм.
Протокол измерений в соответствии с описанной процедурой калибровки установки приведен в табл.2 и 3.
ВЫВОДЫ
Проведенные исследования показали, что установка УКМ-1000 по своим точностным характеристикам на основании калибровки соответствует компараторам для поверки концевых мер длины 3-го разряда.
Методика "Calibration of gauge block comparators", применяемая всеми ведущими производителями компараторов для аттестации концевых мер длины, является более информативной, чем применявшиеся ранее методики. ■
На машиностроительных предприятиях, где обрабатывают крупные детали, используются измерительные приборы с большими диапазонами измерений. Для поверки и настройки этих приборов применяют КМД свыше 100 мм. Стандартные наборы КМД № 8 и № 9 имеют в своем составе меры от 100 до 1 000 мм. Для поверки (калибровки) таких мер необходимы соответствующие эталонные средства измерений.
Специальные приборы для поверки и калибровки концевых мер такого размера в настоящее время не выпускаются, поэтому, как правило, используют универсальные горизонтальные приборы, например, компании Mahr (Германия). Однако, из-за своей универсальности и многофункциональности такие приборы стоят очень дорого. В России на предприятиях и в центрах стандартизации и метрологии (ЦСМ) применяются выпускавшиеся ранее и приспособленные для поверки больших концевых мер оптико-механические машины типа ИЗМ, интерферометры типа ИКПГ и горизонтальные оптиметры типа ИКГ.
Инженерно-метрологический центр "Микро" совместно с Санкт-Петербургским политехническим университетом Петра Великого в рамках программы импортозамещения разработал и изготовил первую в России специализированную установку УКМ-1000 для поверки КМД свыше 100 мм. Установка представляет собой рабочее место поверителя и состоит из лабораторного стола, компаратора, вакуумной станции и компьютера. В настоящее время этот проект находится на стадии доводочных испытаний.
На КМД распространяется Государственная поверочная схема по ГОСТ Р 8.763-2011 (часть 3), в которой для рабочих эталонов установлены разряды с 1-го по 4-й. Точность эталонов по разрядам определяют значения δ-доверительных границ абсолютных погрешностей при доверительной вероятности 0,99 (±3σ). Однако методики поверки КМД и других эталонов не предусматривают расчета σ. Кроме того, точность передачи размера эталона от разряда к разряду задается значением δ-, определение которого в стандарте отсутствует.
В то же время, в западных странах поверочные схемы не применяются и определение возможностей и назначения средств измерений выполняется с помощью калибровки с расчетом значения ее неопределенности. Таким образом, нормирование и оценка точности аналогичных средств измерений в нашей стране и на западе различны.
В связи со сложившимся положением было проведено исследование точности установки УКМ-1000 с использованием международной методики поверки (калибровки) "Calibration of gauge block comparators", применяемой всеми ведущими производителями компараторов для аттестации концевых мер длины до 100 мм. Методика описывает процесс калибровки компаратора при измерении срединной длины и плоскопараллельности аттестуемой меры. Она предназначена для компараторов для калибровки методом сравнения, контактным методом и с применением двух преобразователей, контактирующих с мерой с противоположных сторон. Установка УКМ-1000 соответствует указанным условиям, но поверяемые меры от 100 до 1 000 мм располагаются на столе компаратора горизонтально.
Разработанная методика поверки (калибровки) основана на применении четырех пар эталонных мер 1-го разряда (табл.1).
Перед выполнением калибровки установка прошла полную подготовку в соответствии с ГОСТ 8.336–78.
СРАВНЕНИЕ СРЕДИННЫХ ДЛИН МЕР
Меры 1,0; 1,01 и 1,04 мм укладывались попарно в специальное приспособление, а меры 100,0 и 1 000,0 мм устанавливались на столик компаратора, выравнивались по торцу и закреплялись прижимом. Далее выполнялось по пять сравнительных измерений срединных длин всех четырех пар при настройке на 0 по мере А. Затем серия измерений повторялась, но на 0 настраивались по мере В. Для каждой серии измерений были рассчитаны средние значения и стандартные отклонения.
ИЗМЕРЕНИЕ ПЛОСКОПАРАЛЛЕЛЬНОСТИ
Мера 100,0 мм закреплялась на столике компаратора и проводились серии из четырех измерений от срединной длины меры в углы A, B, D, E по схеме, показанной на рис.2. Измерительные серии были повторены после поворота меры на 180° в вертикальной плоскости. Для каждой из восьми серий были рассчитаны средние значения и стандартные отклонения.
ОЦЕНКА РЕЗУЛЬТАТОВ
Оценка результатов зависит от того, какие концевые меры по точности должны калиброваться с помощью компаратора. В методике рассмотрены критерии приемки из условия, что компаратор применяется для калибровки мер с расширенной неопределенностью измерений U = 0,1 + 1L при k = 2, что 1 = 1 соответствует концевым мерам 3-го разряда. При этих условиях установлены следующие критерии:
повторяемость не должна превышать 0,05 мкм;
стандартные отклонения не должны превышать 0,03 мкм;
отклонения средних величин и наибольшие отклонения плоскопараллельности от значений эталонных мер, указанных в протоколе поверки, не должны превышать 0,05 мкм.
Протокол измерений в соответствии с описанной процедурой калибровки установки приведен в табл.2 и 3.
ВЫВОДЫ
Проведенные исследования показали, что установка УКМ-1000 по своим точностным характеристикам на основании калибровки соответствует компараторам для поверки концевых мер длины 3-го разряда.
Методика "Calibration of gauge block comparators", применяемая всеми ведущими производителями компараторов для аттестации концевых мер длины, является более информативной, чем применявшиеся ранее методики. ■
Отзывы читателей
