Выбор средств измерений по точности

Для достижения нужного качества продукции, прежде всего, ее взаимозаменяемости, обязательным условием является соблюдение единства измерений, что зависит, в первую очередь, от выбора средств измерений по точности.

Применяют несколько принципов выбора средств измерений (СИ) по точности. Для измерений линейных размеров стандартными рабочими универсальными средствами измерений при техническом измерительном приемочном контроле изделий Госстандартом РФ рекомендуется директивный принцип выбора СИ по точности (по принципу относительной безошибочности контроля).

Из курса нормирования точности (основы взаимозаменяемости) известно, что действительный размер (А_д) – размер полученный и измерянный с допускаемой погрешностью измерения размера. Это означает, что погрешность измерения размера не должна выходить за границы допускаемой погрешности измерения размера с заданной вероятностью (т.к. допускаемая погрешность измерения задается с определенной вероятностью), т.е.

А_д = А _и = А _ист + [ ∆ _и ] _А , где

А_и – результат измерения (искомая величина, размер),

А_ист – истинный размер,

[ ∆ _и ] _А - допускаемая погрешность измерения размера А.

Правильное понятие о действительном размере является исключительно важным, т.к. в нем заложена идея обеспечения единства измерений и связь между нормированием точности размера (параметра) и метрологией.

Допускаемая погрешность измерения размера (норма точности измерения размера) – это наибольшая погрешность, при которой размер или его отклонение могут быть признаны действительными (вне зависимости от годности размера). Допускаемые погрешности измерений размеров (параметров) с учетом определенных вероятностей устанавливаются, как правило, стандартными или другими нормативно-техническими документами. В случаях, когда допускаемые погрешности не установлены стандартами или другими документами, их устанавливает конструктор, технолог, метролог, исследователь с учетом принципа разумной достаточности при осознанном риске (т.е. с определенной доверительной вероятностью).

Стандартные допустимые погрешности измерений линейных размеров до 500 мм с указанными допусками стандартными СИ при техническом измерительном приемочном контроле установлены ГОСТ 8.051-81, с неуказанными допусками – ГОСТ 8.549-86, размеров свыше 500 до 10000 мм с указанными допусками – ГОСТ 8.546-86.

Стандартные значения допускаемых погрешностей измерений и приемочные границы заданы с доверительной вероятностью 0,95. Они учитывают зависимость погрешности измерения линейного размера от самого размера, возможные основные составляющие погрешности СИ и составляющие от других источников погрешностей, оказывающие влияние на погрешность измерения (погрешности установочных мер, базирования и др.). Они нормируются независимо от метода и способа измерения, учитывают случайные и неучтенные систематические составляющие погрешности измерения. При этом, суммирующая случайная составляющая не должна превышать 0,6 от допускаемой погрешности измерения, т.е.

∆_{и. сл} ≤ 0,6 [ ∆ _и ] _A = ∆ _и.сл lim = 2 σ_и

при доверительной вероятности ≈ 0,95, т.е. при некотором риске выхода размера за пределы допуска. Суммарную случайную составляющую практически можно выявить при всех видах измерений. Значения допускаемых погрешностей измерений линейных размеров установлены в зависимости от интервалов номинальных размеров и допусков размеров (квалитетов, классов точности размеров) и составляют 20 – 50 % от допуска (с округлениями).

Например, для размеров до 500 мм с указанными допусками (предельными отклонениями) они составляют:

- для 2 - 5 квалитетов – 35% от допуска;

- для 6 - 7 квалитетов – 30% от допуска;

- для 8 - 9 квалитетов – 25% от допуска;

- для 10 - 17 квалитетов – 20% от допуска;

для размеров св. 500 мм с указанными допусками:

- для 4 - 7 квалитетов – 40% от допуска;

для размеров до 500 мм с неуказанными допусками:

- для 12 квалитета и точного класса – до 50% от допуска.

Таким образом, чем меньше допуск, тем большая его часть идет на компенсацию погрешностей измерений. Это сделано потому, что при большом допуске достаточно небольшой его части для компенсации погрешности измерения. При измерениях специальными и автоматическими СИ, начиная с 6-го квалитета, с повышением точности размера, допускаемые погрешности измерений рекомендуется уменьшить в 1,5 – 2 раза по сравнению с допускаемыми погрешностями размеров при измерениях универсальными СИ. При разделении деталей на группы сортировки (при селективной сборке) допускаемую погрешность измерения размера следует брать как часть от допуска группы, а не допуска размера.

На основе экспериментальных исследований были определены предельные (наибольшие возможные) погрешности измерений, которые могут дать стандартные рабочие универсальные годные СИ, выпускаемые серийно специализированными заводами страны, при измерениях в определенных условиях (условия указываются), с соблюдением всех норм и правил измерений. Они были определены в сравнении с рабочими эталонами соответствующих разрядов без учета методических погрешностей. Для линейных размеров до 500 мм предельные погрешности измерений СИ содержатся в РД 50-98-86. Они даны абсолютной величиной, т.е. без знаков (плюс - минус). Они приводятся в зависимости от интервалов номинальных размеров, метрологических характеристик СИ и условий измерений.

Для линейных размеров св. 500 до 10000 мм предельные погрешности измерений даны в ГОСТ 8.546-86.

Для соблюдения единства измерений при выборе СИ по точности, следует соблюдать правило: предельная погрешность измерения СИ данного типоразмера не должна превышать допускаемой погрешности измерения проверяемого размера, т.е. ∆_{и limСИ} ≤ [ ∆_и ] _A

При несоблюдении этого правила результаты измерений будут недостоверными и могут привести к скрытому браку продукции или к забракованию годной продукции.

Если выбранное СИ будет иметь предельную погрешность измерения значительно меньше допускаемой погрешности измерения размера, т.е. будет существенно точнее, чем требуется, то применение его будет недостаточно экономичным. Однако, если другого подходящего по точности СИ нет, то его нужно применять, хотя оно и будет дороже.

Наиболее точные измерения выполняют с учетом действительных погрешностей поверенных (калиброванных) СИ, которые приводятся в справке к свидетельству о поверке (калибровке) или с учетом погрешности аттестованного участка шкалы, указанной в паспорте СИ.

В любом случае, следует выбирать такое СИ, которое обязательно удовлетворяет по точности, проще в обращении, к которому предъявляется менее жесткие требования, которое дешевле и есть в наличии или может быть приобретено (или изготовлено своими силами).

В спорных случаях, возникающих при приемочном контроле, обращаются к арбитражной перепроверке результатов измерений. Арбитражную перепроверку доверяют более квалифицированным, с метрологической точки зрения, лицам. При арбитражной перепроверке допускаемая погрешность измерения размера должна составлять не более 30% от допускаемой погрешности измерения размера при приемочном контроле.

Пример выбора средств измерений по точности

 

Допустим, что нужно измерить вал с исполнительным (нормированным) размером Ø16h5(_-0,008). По ГОСТ 8.051-81 или по справочнику определяем, что при номинальном размере 16 мм (интервал св.10 до 18 мм) пятого квалитета установлена допускаемая погрешность измерения этого размера [ ∆ _и ] _A = 0,0028 мм. По РД 50-98-86 определяем, что такой вал можно измерить микрометром рычажным с ценой деления 0,002 мм при настройке его на нуль по концевым мерам длины 2-го класса точности и использовании отсчета в пределах ± 10 делений шкалы, если микрометр при работе находится в стойке или оператор выполняет работу в теплоизолирующих перчатках при соблюдении температурного режима 5⁰С линейчатом или плоскостном контакте СИ с объектом. Тогда, по РД 50-98-86 предельная погрешность измерения размера данным средством и в данных условиях ∆_{и limСИ′} = 0,002 мм, что удовлетворяет правило выбора СИ по точности, т.к.

∆_и.limСИ <[ ∆ _и ] _A, т.е. 0,002 мм < 0.0028 мм.

Некоторые замечания к выбору СИ по точности:

- если допускаемую погрешность измерения невозможно определить, то необходимо указывать с какой действительной погрешностью и с какой вероятностью получен результат (для этого погрешность измерения может быть определена по годному стандартному СИ, для которой известна предельная погрешность измерения; при этом нужно ссылаться на класс точности, разряд и предельную погрешность измерения стандартного СИ);

- нельзя ориентироваться на основную погрешность СИ, которая указывается в его паспорте, т.к. она составляет лишь часть предельной погрешности измерения СИ данного типоразмера;

- нельзя ориентироваться на цену деления СИ, т.к. предельная погрешность измерения годных СИ данного типоразмера при соблюдении условий и правил измерений, может превышать значение цены деления наиболее точной шкалы СИ до 20 и более раз (например, у штангенциркуля с ценой деления шкалы нониуса 0,05 мм при измерении круглого отверстия с размерами до 500 мм предельная погрешность измерения может доходить до 0,25 мм, т.е. в 5 раз более цены деления шкалы нониуса;

- СИ для внутренних измерений, особенно круглых поверхностей, дают значительно большие погрешности, чем для наружных;

- СИ одного вида можно выполнять измерения с разной погрешностью в зависимости от метода, способа и условий выполнения измерений (например, точность измерения универсальным СИ можно повысить используя концевые меры соответствующего класса точности);

- нельзя отсчитывать доли деления шкалы на глаз, а нужно пользоваться округлением отсчета (если указатель показывает менее 0,5 деления, то отсчет следует округлять в сторону уменьшения размера, если показывает 0,5 и более деления, то округлять в сторону увеличения размера);

- при расчетах количество цифр после запятой справа следует округлять только в окончательных результатах (в противном случае накапливаются ошибки округления);

- в результате измерения, после целой части числа (после запятой справа) не должно быть большее количество цифр, чем в погрешности измерения;

- не имеет смысла измерение с микронной точностью, если, например, поверхность изделия имеет отклонения формы расположения в сотых долях миллиметра или параметр Rz = 20 – 40 мкм;

- если кромка детали не должна быть острой, то измерения выполняются не ближе 0,5 – 0,7 мм от кромки;

- нужно помнить, что точность СИ далеко не единственное условие обеспечения необходимой точности измерения, т.е. необходимо тщательно выполнять все требования и условия измерений.