Mechatronika, Optika és Gépészeti Informatika Tanszék kiadva: 2012.02.11. Finommechanikai alkatrész minősítése 1. A mérések helyszíne: D. épület 523-as terem. Az aktuális mérési segédletek a MOGI Tanszék honlapján érhetők el a www.mogi.bme.hu oldalon. 1. A mérés célja: Az egyszerű, üzemi hossz- és szögmérő eszközök használatának megismerése egy finommechanikai alkatrész minősítése során. Ezen alapvető mérőeszközök és a mérési eljárások megismerése különösen fontos olyan leendő gépészmérnökök és mechatronikai mérnökök számára, akik általános gimnáziumból jöttek, és/vagy nem volt kapcsolatuk korábban a gépiparral. 2. Elméleti háttér A mérnöki gyakorlatban gyakran előfordul, hogy egy legyártott munkadarabbal kapcsolatban meg kell határozni, hogy az megfelel-e az előírásoknak, megfelel-e az előírt méreteknek. Erre sok esetben igen egyszerű mérőeszközök is megfelelnek, mint például a tolómérő vagy az ipari szögmérő. Más mérési gyakorlatok során ezeknél jobb felbontású műszerekkel is megismerkedünk, mert igényesebb mérési feladatok megoldásához az itt bemutatott, egyszerű, ipari eszközök már nem elegendőek. 2.1. A tolómérő A tolómérő egy olyan hosszmérésre alkalmas eszköz, amely mechanikai elven működik, és a működése az összehasonlító módszeren alapul (a két fogalom együtt képezi a mérési eljárást). Az összehasonlítás esetünkben azt jelenti, hogy a munkadarab mérendő hosszát egy előre ismert etalon mérettel hasonlítjuk össze, ami jelen esetben ez a tolómérőn található skála. Rendkívül praktikus eszköz, nagyon gyorsan és egyszerűen szinte bármiféle hossz mérhető vele (oldalhossz, átmérő, üregmélység stb.), és viszonylag pontosan (szokásos gépműhelyi felbontással), akár 0,05 mm es felbontással. Digitális tolómérők esetén 0,01 mm-is lehet a felbontás. A tolómérőt leginkább gyors ellenőrző mérésekhez használják. 1. Finommechanikai alkatrész minősítése 1.
A tolómérő fő részei: 1-rögzített mérőpofa, 2-sík mérőfelületek, 3-mozgatható mérőpofa, 4-mellékskála (nóniusz), 5-skála, 6-mérőfelületek mélységméréshez, 7-mélységmérő rúd, 8-vezetősín, 9-tolóka, 10-rögzítő csavar, 11-késél alakú mérőfelületek, belső méréshez. A tolómérő lényegében két részből áll: egy fejesvonalzóhoz hasonló, álló részből, és egy ezen az álló részen hosszirányban elcsúsztatható mozgó részből. Az állórész (1) a mérés bázisa, a mérőskála ezzel egybe van építve. Az állórész és a mozgó rész (3) közötti lineáris vezetést csúszóvezeték biztosítja (8). Maga a mozgatható mérőpofa (3) a tolókával van egybeépítve (9) és annak a mozgatásával állítható. A tolókán lévő rögzítő csavarral (10) a két rész közötti összeszorító erőt, azaz a vezetékek közötti, az aktuális pozíció rögzítésére szolgáló súrlódó erőt állíthatjuk be. A csavar túlzott meghúzása a két rész egymásba feszülését okozhatja. A tolóka elcsúsztatásához a csavart fel kell lazítani. Igényes kivitelű tolómérőknél a tolókát laprugó szorítja az álló vezetékhez, csökkentve a kotyogást. Ha nincs laprugó, és a rögzítő csavar nem teljes feloldása mellett többször működtetik az eszközt, akkor a tolóka kotyogni fog a sínen, aminek következtében már nagyon kicsi erőhatásokra is elmozdul, a mérés ugyancsak pontatlan lesz. Az (5) ös jelű főskála ugyancsak az állórészen (vezetéken) található. Ez az etalon hosszúság, amihez a munkadarab méretét viszonyítjuk és ez milliméter osztású. A tolómérő mozgatható részén is található egy osztás, a (4) es számú mellékosztás, más néven a nóniusz, amellyel az 1 mm nél kisebb részméretek mérhetőek. Ez is ugyancsak az etalon része. 1. Finommechanikai alkatrész minősítése 2.
Ha a tolómérő mérőpofáinak sík mérőfelületei egymáshoz vannak tolva, akkor a két skála 0 pontja egybeesik, az összes többi osztásvonal azonban eltér. Az eltérés az első vonal esetén a legkisebb, majd egyre nagyobb. Ha a nóniusz utolsó osztásvonala az álló skála 39 mm-es vonalával esik egybe, azaz a két skála eltérése 1 mm. Így a nóniusz minden osztásvonala (20 db) 1/20=0,05 mm-rel kisebb 1 mm-nél. Ez a típus 0,05 mm-es felbontású mérőeszköz. Van olyan tolómérő is, amelyen a nóniusz skála utolsó osztása a főskála 19 mmes osztásával esik egybe, ha a mérőpofák zártak. Az előzőhöz hasonló elven ennek felbontása 1/10=0,1 mm, mert a tolókán 10 osztás van. Egyszerű hosszmérés során a munkadarabot mindig két mérőfelület közé kell befogni és rögzíteni. Ez a tolóka segítségével történik, azaz rátoljuk a mérőpofák mérőfelületét a munkadarabra. Fontos, hogy a mérőfelületeket ne nyomjuk túlságosan össze, mert ilyenkor az erőhatás miatt billen a tolóka, és elsőrendű, azaz szöghiba keletkezik. A szöghiba okozója az Abbe-elv be nem tartása. Nézzen utána az előadási anyagban, mi az Abbe-elv, és ki volt Abbe? Lehetőleg, a mérőpofák elvékonyított részeivel fogjuk közre a munkadarabot. A mérőpofák szélesebb felülete nagyobb területen integrálja a munkadarab felületi hibáit. A tolómérővel nem csak külső méreteket, - mint pl. hengerátmérő lehet mérni, hanem üreges belső testek méreteit, furat átmérőt, vagy lyukak mélységét. Külső méreteket a nóniuszt is hordozó, nagyobb mérőpofákkal, belső méreteket a felső, kisebb mérőcsőrökkel, belső mélyedéseket pedig a mélységmérő rúddal lehet mérni. A lenti képek egy-egy ilyen mérést illusztrálnak. Különböző mérési módok a tolómérővel. A tolómérő leolvasása: Amikor a tolómérő által mért értéket akarjuk leolvasni, az eredményt a két skála segítségével határozzuk meg. Először nézzük meg, hogy a mellékskála (nóniusz) 0 vonala a főskála melyik két osztásvonala közé esik? A kisebb értéket képviselő osztásvonal lesz a méret egész mm értéke (legyen A). Ezután nézzük meg, hogy melyik az a nóniusz osztásvonal, amelyik a leginkább egybeesik egy főosztásbeli vonallal (legyen B). A mért hosszúság L = A 1 [mm] + B 0,05 [mm] 1. Finommechanikai alkatrész minősítése 3.
A könnyebb leolvasás érdekében a nóniuszon lévő 10 egész osztás 1...10-ig van számozva, és közöttük jól láthatóak a 0,05 mm-t megtestesítő nóniusz osztások. Így tehát első ránézésre is leolvasható, hogy a nóniusz 0 osztása az egész millimétereket, a nóniusz és a főskála egybeeső vonalai pedig a tized és az öt-század millimétereket jelöli. A tolómérő skáláinak leolvasása Példaként nézzük a fenti képet. A nóniusz 0 vonala a főskála 24 mm hez tartozó vonalát felülről közelíti ( A=24 ), ezen kívül a nóniusz 1 vonala az, amelyik leginkább egy főosztásbeli vonalra illeszkedik ( B=0 ). Így tehát a leolvasott méret L = 24 [mm] + 2 0,05 [mm] = 24,1 mm 1. Finommechanikai alkatrész minősítése 4.
2.2. A szögmérő Ipari szögmérő. A szögmérő hegyes, illetve tompaszögek, áttételesen homorú szögek mérésére alkalmas eszköz. Mechanikai elven működik, összehasonlító módszerrel mérhetünk vele. Két mérőszárral rendelkezik, melyek közül az egyik a szögmérő házához rögzített. A másik mérőszár a műszer körgyűrű alakú főskáláját tartalmazó, körlap tárcsához van rögzítve. Ennek a mérőtárcsának a forgássszimmetria tengelye megegyezik az ugyancsak körlap alkú ház forgásszimmetria tengelyével, amely körül a tárcsa képes a hozzá rögzített mérőszárral együtt elfordulni. Ipari szögmérő részei: 1-forgó mérőszár, 2-rögzített mérőszár, 3-ház, 4-forgó tárcsa, 5-főosztás, 6-lupe, 7-mellékosztás,referencia, 8-állító csavarok 1. Finommechanikai alkatrész minősítése 5.
Ebből a körszimmetriából kifolyólag a referencia skála, tehát a házhoz tartozó, rögzített skála is körgyűrű alakú, és a nulla ponthoz tartozó osztásvonal az álló mérőszárra merőleges. A skálák egymással koncentrikus köröket alkotnak. A szögmérővel való mérés során a két mérőszárat a mérendő szöget alkotó idomra kell megfelelően ráfektetni. A mérőszáraknak a felületre való ráforgatásával a mozgó szárhoz rögzített tárcsa a szárral együtt elfordul, és a főskálát a két szár közötti szögnek megfelelő pozícióba forgatja be. A mért szög így a két mérőszár által bezárt szög. Mérés a szögmérővel. A mérés kiértékelése a fő és mellékskála együttes leolvasásával történik. A szögmérőre a referenecia pont fölött egy lupe van felszerelve (egyszerű nagyító). A nagyító a leolvasási pont körüli területet felnagyítja, így az eredmény sokkal pontosabban olvasható le, és már kis szögelfordulást is le tudunk mérni. Főskála, mellékskála és a lupe. Alapállapotban a két szögszár egy egyenesbe esik, a mozgótárcsa nulla és az álló referencia, azaz nullaponthoz tartozó skálavonal egybeesik. A főskála egész fok osztású, a mellékskála (nóniusz) pedig 5 (fokperc) osztású. Emlékeztetőül egy fok egyenlő 60 (fokperccel). A főskála négy, kilencven fokos részre van osztva. Az első rész végén a 90 a második rész kezdete, tehát a skála értékei nullától kilencven fokig növekednek, majd kilencventől nulláig csökkennek a második negyedben. Ismert, hogy egy hegyes/tompaszög kiegészítő szöge 180 -ra egészíti ki a másik szöget. Ezért a második negyedben lényegében a kiegészítő szög értékét lehet leolvasni. Ha a mérés során a leolvasási tartományban a főskála 1. Finommechanikai alkatrész minősítése 6.
értékei az óramutató járásával megegyező irányban csökkennek, a kiegészítő szöget olvassuk le. Mérés során a főskálának az állórész referenciájához képesti egész része adja az egész fokokat, a mellékskála pedig a szögperceket. A nóniusznak azon skálavonalához tartozó értékét kell venni, amelyik leginkább egybeesik egy főosztásbeli vonallal. Hegyesszög esetén a nóniusz jobboldali, kiegészítő szög esetén a baloldali részét kell nézni. A szögmérő leolvasása: Érték leolvasása. A fenti képen az alábbi szög olvasható le a lupén keresztül: A főskála 45 -hoz tartozó osztásvonala adja a referencia nullához képesti egész értéket. Mivel a képen a kiegészítő szöget mérjük (főskála értékei óramutató járásával csökkennek), ezért a nóniusz baloldali részét kell leolvasni. A baloldali nóniuszskála 20 hez tartozó osztása esik egybe leginkább egy főosztásbeli vonallal, így a mért kiegészítő szög: α = 45 + 20 = 45 20 (45,33 ) kiegészítő szög β = 180 - α = 134 40 (134,67 ) A képen látható vonalzó oldalai által bezárt szög a mért kiegészítő szögnek felel meg (45,33 ). Tanulságos lehet a kerekítés szempontjából, hogy a felbontás 5, azaz 5/60=1/12. Ez jobb, mint a 0,1, ezért célszerűen 2 tizedesre kell megadni a szögértéket. 1. Finommechanikai alkatrész minősítése 7.
2.3. Kengyeles mikrométer A mikrométer precíziós hosszmérő műszer, mely mechanikai elven működik és összehasonlító módszeren alapszik. Leolvasási pontossága nagyobb, mint a tolómérőé, általában 0.01 mm, azonban bizonyos mikrométerek esetén ez 0,001 mm is lehet. Tudnunk kell, hogy az 1 μm-es felbontás mechanikai és elektromechanikai mérőeszközöknél a mai műszaki fejlettség esetén az elérhető legjobb érték. Mikrométer alatt már csak a fény hullámhosszának segítségével lehet megbízható méréseket végezni. Mikrométerrel való mérés esetén a mérendő munkadarabot két, egymással párhuzamos, síkra munkált mérőfelület közé kell befogni és rögzíteni. Kengyeles mikrométer állvánnyal. Magából a mérési elvből következik, hogy a mikrométer pontosságát nagymértékben befolyásolja a mérőfelületek síkpárhuzamossága és a munkadarab felületi érdessége. A működési mód érintéses, ezért a nem megfelelően megválasztott mérőerő is további hibát vihet a mérésbe. Ennek csökkentésére jobb kengyeles mikromérők orsója erőt határoló engedő megakasztással van ellátva ( racsni ). A mérőeszköz rugalmas mechanikai deformációja miatt, a mikromérővel akár 30 μm-es eltéréseket is létre lehet hozni! A mikrométert gyakran állványban szokták rögzíteni. Ennek oka, hogy ez által a mérés sokkal egyszerűbb, kényelmesebb lesz, a mérési bizonytalanságok is csökkenek a jobb pozicionálás miatt. 1. Finommechanikai alkatrész minősítése 8.
Balra: mikrométer állványa, jobra: kengyeles mikrométer A mikrométer lényegében egy precíziósan megmunkált csavarból (skálahüvely) és anyából (skáladob) áll, melyeknek a menetemelkedése általában 0,5 mm. A csavarszár milliméteres beosztású skáláján leolvashatók az egész és fél milliméterek. A skáladob kerülete 50 részre van osztva, ezen a milliméter tört részeit lehet leolvasni, egy osztás 0,01 mm-nek felel meg. Egyes mikrométerek skálahüvelyére nóniusz skála is van festve, így a leolvasás pontossága metrikus mikrométer esetén 0,001 mm. A digitális kijelzésű mikrométerek nagymértékben könnyítik a munkát, és elhetővé teszik az elektronikus adatgyűjtést. A kengyeles mikrométer részei: 1-mérőülék, 2-mérőfelületek (keményfém), 3-mérőorsó, 4-skálahüvely, 5-skáladob, 6-racsni, 7-referencia vonal, 8-orsórögzítő, 9-kengyel, 10-szigetelés. 1. Finommechanikai alkatrész minősítése 9.
A mikrométereket a tolómércékhez hasonlóan rögzítő szerkezettel is ellátják (orsórögzítő), hogy a beállított méret a leolvasásig ne változhasson. A mérések során ezért a skáladob ill. mérőorsó pozicionálása a racsnis vég tekerésével történjen, de előtte a rögzítést oldja fel! A mikrométereket a kengyel részüknél kell rögzíteni az állványba. A kengyelen általában kemény polimer réteg van, amelyet az állvány befogó pofái két oldalról beszorítanak. Amint az alsó képen is látható, a befogó alul be van hasítva, tehát szorításnál befeszül a választott szöghelyzetben a talp megfelelően kialakított, és a félkört képező vezetékbe. Az egyik befogó pofa egy menetes orsó egyik végén van, amely orsó az állványnak a másik, rögzített befogó pofájára merőleges menetes furatban halad végig. Tehát az állványban való rögzítéshez szükséges összeszorító erőt az orsó és a furat közti csavarkötés hozza létre. Az állvány fő részei: 1-talapzat, a befogó forgatásához kiképzett vezetékkel 2-forgatógomb, 3-menetes orsó, 4-befogó pofák A mikrométer leolvasása: A mért érték leolvasása a mikrométerről a következő módon történik. A skálahüvely milliméteres osztású, innen lehet az egész részt leolvasni. Általában a referencia vonal alatt található egy másik milliméter osztású skála, amely a felsőhöz képest fél milliméterrel el van tolva. Erre azért van szükség, hogy el lehessen dönteni, hogy a [0 ; 0,5] mm vagy az [0,5 ; 1] mm es résztartományon belül van a méret, mert a skálahüvely csak ötven osztású, és fél milliméter tartományban mér. Ezután a skálahüvelyen levő osztásvonalak közül a referencia vonallal egybeesőhöz tartozó értéket az egész, vagy egész és 5/10 mm értékhez hozzá kell 1. Finommechanikai alkatrész minősítése 10.
adni. Nóniusz skála esetén a végértékhez az ahhoz a skálához tartozó mikronos értéket is hozzá kell adni. Mikrométer leolasása. Példaként nézzük a fenti képet. Az egész résznél a skálahüvely vége a referencia vonalat a 15 mm es érték után, de még a 15,5 mm es értékhez tartozó +0.5 mm -es alsó osztásvonal előtt metszi. A skálahüvelyen a 30 as értékhez tartozó osztásvonal esik egybe a referencia vonallal, így a mért érték: L = 15 mm + 0 mm + 0,30 mm = 15,30 mm Ha a skálahüvely széle a 15 mm hez tartozó [0,5 ; 1] mm es résztartományban állna, akkor a leolvasott értékhez +0,5 mm t hozzá kellene adni. ( L2 = 15 mm + 0,5 mm + 0,30 mm = 15,80 mm) 1. Finommechanikai alkatrész minősítése 11.
2.4. Mérőóra csúcsbakkal Csúcsbakos mérőórával és állvánnyal általában forgásszimmetrikus testek vizsgálhatók. A vízszintes szánon rögzített, egymással szembefordított csúcsbakok csúcsai ideális esetben egy vízszintes tengelyt jelölnek ki. A talapzathoz tartozó oszlopon lévő tartószár rögzíti a mérőórát, amit úgy kell bepozícionálni, hogy a mérőóra tapintója függőleges legyen, és képzeletbeli hossztengelye messe a csúcsbakok által kijelölt egyenest. A megfelelő beállítások a rögzítő csavarokkal hozhatók létre. Csúcsbakos eszköz esetén nagyon fontos, hogy az egytengelyűségi hiba minél kisebb legyen. Csúcsbak állvánnyal, mérőórával: 1- csúcsbak, 2- mérőóra rögzítő, 3- mérőóra, 4- menetes oszlop, 5- mérőóra tartószára, 6- szán, 7- állvány Ezzel az eszközzel egy igen gyakori mérés valamilyen forgástest körülfutásának a vizsgálata. A mérendő, forgásszimmetrikus alkatrészt úgy kell a két bak közé befogni, hogy annak forgástengelye egybeessen a kijelölt tengellyel. Nem szabad túlságosan rányomni a bakokat, mert az összeszorító erő járulékos deformációkat, elhajlásokat okozhat. Miután a mérőórát lenulláztuk, a munkadarabot a bakok között körbeforgatva a mérőóra az adott szöghelyzethez tartozó, kezdőponttól való eltérését fogja mutatni. 1. Finommechanikai alkatrész minősítése 12.
Csúcsbak. Csúcsbak részei: 1- támasztó csúcs, 2- csúcs finomállító, 3- rögzítő csavarok. A csúcsbakot mérőórával ebben a mérésben az excentricitás mérésére használjuk. Mérőóra csúcsbakokkal és állvánnyal. 1. Finommechanikai alkatrész minősítése 13.
3. A mérési feladat 3.1. A mérőeszközökkel való megismerkedés után határozza meg és rögzítse a jegyzőkönyvben azok mérési tartományát és felbontását. A jegyzőkönyvben a mérőeszközöknek beazonosíthatónak kell lenniük, ezért tüntesse fel a gyártót/típust és a mérőeszköz sorszámát is. Ez törvényes előírás, és a mérés ismétlőképességének fontos feltétele. Javasolt, hogy a mérőeszközöket táblázatos formában foglalja össze. Aki kételkedik a mérési munka jogkövetkezményekkel járó voltán, vagy feleslegesnek ítéli a kötelezően előírt adatszolgáltatást, az véleménye kinyilvánítása előtt tekintsen meg egy olyan ISO szabványt, amelyik ipari gyártmányok (berendezések) minőségi tanúsításával kapcsolatos. Például: ISO MSZ EN 4871: 1999. Akusztika. Gépek és berendezések zajkibocsátási értékeinek tanúsítása és igazolása. A tanúsítás és a tanúsítás igazolásához szükséges mintavételeket az ISO 7574-2 és ISO 7574-4 mintavételi előírásai alapján kell elvégezni. 3.2. A munkahelyen található alkatrészt minősítse a mellékelt rajz alapján. A rajzon szereplő összes méretet ellenőrizze. Minden méretet 3-szor kell lemérni, a tűrésmezőnek megfelelő felbontású mérőeszközzel. Az eredményeket rögzítse a Leolvasott érték oszlopban. A Mérési eredmény a 3 mérés átlagértéke legyen. Az átlag kiszámításánál ügyeljen arra, hogy csak olyan pontossággal adja meg az eredményt, amilyennel mérni is tud, mert az ennél pontosabb érték félrevezető lehet! Az átlag a helyes érték legvalószínűbb becslése. Tudatosítsa Magában, hogy 3 mérés valójában nem elegendő a megbízható becsléshez, 5, de inkább 10 mérés lenne szükséges, de a rendelkezésre álló idő ezt nem teszi lehetővé. Amennyiben egy méretet nem tud közvetlenül lemérni, úgy mérje meg közvetve! Ebben az esetben készítsen az alkatrész érintett részletéről mérési vázlatot. Akkor megfelelő a méret (Minősítés oszlop), ha a mérési eredmény a tűrésmezőn belül van. (Van néhány tűrésmezőn kívüli, azaz nem megfelelő méret is.) Az adatokat az alábbi minta szerinti táblázatban rögzítse: Előírt méret (tűréssel) [mm] Mérőeszköz Leolvasott érték [mm] 1.mérés 2.mérés 3.mérés Mérési eredmény [mm] Minősítés megfelel nem felel meg 3.3. Írjon rövid szöveges értékelést, melyben minősíti az alkatrészt, kitér az esetleges mérés során előforduló hibákra, azok forrására, vagy esetleg javaslatot tehet, hogyan küszöbölhetők ki, vagy csökkenthető hatásuk. A jegyzőkönyvet a laborfoglalkozás végén a laborvezetőnek adja át, miután meggyőződött, hogy megfelel a jegyzőkönyvvel szemben támasztott formai és tartalmi követelményeknek. 1. Finommechanikai alkatrész minősítése 14.