Меню

Точность приборов для измерения углов



Метрология

Методы и средства контроля и измерения углов

Углы и измерение углов

Угловые размеры определяют положение плоскостей, осей, линий, центров отверстий и т. д. Угловые размеры бывают зависимые и назависимые.
Независимые углы не связаны с другими параметрами изделия; зависимые углы определяются основными параметрами изделий, к которым они относятся.

В качестве единицы измерения плоских углов Международной системой единиц (СИ) принят радиан — угол между двумя радиусами круга, вырезающими на его окружности дугу, длина которой равна радиусу данного круга.
Измерение углов в радианах на практике связано с значительными трудностями, так как ни один из современных угломерных приборов не имеет градуировки в радианах.
По этой причине в машиностроении для угловых измерений в основном применяются внесистемные единицы: градус, минута и секунда. Эти единицы связаны между собой следующими соотношениями:

  • 1 рад = 57°17׳45״ = 206 265″
  • 1° = π/180 рад = 1,745329 × 10 -2 рад;
  • 1‘ = π /10800 рад = 2,908882 × 10 -1 рад;
  • 1” = π/648000 рад = 4,848137 × 10 -6 рад.

Значение угла при измерении определяют сравнением его с известным углом. Известный угол может быть задан так называемыми жесткими (с постоянным значением угла) мерами — аналогами формы элементов детали: угловыми мерами, угольниками, угловыми шаблонами, коническими калибрами, многогранными призмами.
Измеряемый угол можно сравнивать также с многозначными угломерными штриховыми мерами и различными видами круговых и секторных шкал. Еще одним методом получения известного угла является его расчет по значениям линейных размеров на основании тригонометрических зависимостей.

В соответствии с этим классификацию методов измерений углов производят в первую очередь по виду создания известного угла: сравнением с жесткой мерой, сравнением с штриховой мерой (гониометрические методы) и тригонометрическими методами (по значениям линейных размеров).

При сравнении углов с жесткой мерой отклонение измеряемого угла от угла меры определяют по просвету между соответствующими сторонами углов детали и меры, по отклонению показаний прибора линейных размеров, измеряющих несовпадение этих сторон или при контроле «по краске», т.е. по характеру тонкого, слоя краски, перенесенного с одной поверхности на другую.

В приборах для гониометрических измерений имеются штриховая угломерная шкала, указатель и устройство для определения положения сторон угла. Это устройство связано с указателем или шкалой, а измеряемая деталь — соответственно со шкалой или указателем. Определение положения сторон угла можно производить как контактным, так и бесконтактным (оптическим) способом. При соответствующих измеряемому углу положениях узлов прибора определяют угол относительного поворота шкалы и указателя.

При косвенных тригонометрических методах определяют линейные размеры сторон прямоугольного треугольника, соответствующего измеряемому углу, и по ним находят синус или тангенс этого угла (координатные измерения). В других случаях (измерение с помощью синусных или тангенсных линеек) воспроизводят прямоугольный треугольник с углом, номинально равным измеряемому, и устанавливая его как накрест лежащий с измеряемым углом, определяют линейные отклонения от параллельности стороны измеряемого угла основанию прямоугольного треугольника.

При всех методах измерений углов должно быть обеспечено измерение угла в плоскости, перпендикулярной к ребру двугранного угла. Перекосы приводят к погрешности измерения.

При наличии наклона плоскости измерения в двух направлениях погрешность измерения угла может быть и положительной и отрицательной. При измерениях малых углов эта погрешность не превысит 1% значения угла при углах наклона плоскости измерения до . Такая же зависимость погрешности измерения угла от углов перекоса получается и в случаях неточного базирования деталей на синусной линейке, несовпадения направления ребра измеряемого угла или оси призмы с осью поворота на гониометрических приборах (при фиксации положения граней по автоколлиматору), при измерениях с помощью уровней и т.п.

Угол наклона плоскостей обычно определяется уклоном, численно равным тангенсу угла наклона.
Малые значения уклонов часто указывают в микрометрах на 100 мм длины, в промилле или миллиметрах на метр длины (мм/м).
Например, в мм/м указывается цена деления уровней. Пересчет уклонов в угол обычно производится по приближенной зависимости: уклон 0,01 мм/м (или 1 мкм/100 мм) соответствует углу наклона в 2″ (погрешность подсчета угла по этой зависимости составляет — 3%).

Читайте также:  Этапы учетного процесса наблюдение измерение группировка обобщение

Как было показано выше в машиностроении в зависимости от используемых средств и методов различают три основных способа измерения углов :

Сравнительный метод измерения углов с помощью жестких угловых мер. При этом измерении определяется отклонение измеряемого угла от угла меры.

Абсолютный гониометрический метод измерения углов, при котором измеряемый угол определяется непосредственно по угломерной шкале прибора.

Косвенный тригонометрический метод: угол определяется расчетным путем по результатам измерения линейных размеров (катетов, гипотенузы), связанных с измеряемым углом тригонометрической функцией (синусом или тангенсом).

Сравнительный метод измерения углов обычно сочетается с косвенным тригонометрическим методом, последним определяется разница сравниваемых углов в линейных величинах на определенной длине стороны угла.

Угловые призматические меры и угольники

Угловые призматические меры служат для хранения и передачи единицы плоского угла. Их применяют для проверки шаблонов и угловых размеров различных изделий; для градиуровки угломерных приборов, а также для непосредственных измерений.
Угловые меры, предназначенные для проверки угломерных приборов и рабочих мер, называют образцовыми.

По точности аттестации образцовые угловые меры делят на четыре разряда (1,2,3 и 4). Предельные погрешности аттестации рабочих углов не должны превышать для угловых мер 1-го разряда — ±0,5”; 2-го разряда — ±1”; 3-го — ±3”; 4-го — ±6”.
Угловые меры собирают в блоки с помощью специальных державок.

Контроль углов угольниками осуществляют, оценивая просвет между угольником и контролируемой деталью на глаз, или сравнивают с образцовой щелью, созданной с помощью концевых мер длины и лекальной линейки.
При использовании крупных угольников просвет оценивают с помощью щупов.
Погрешность проверки углов угольником зависит от погрешности самого угольника, длины сторон угла, по которой производится проверка, и других факторов.

Угломеры с нониусами

Угломеры с нониусами применяют для измерения профиля угла на деталях контактным методом с отсчетом по угловому нониусу с точностью 2‘ и 5‘. Состоит угломер из круглого угломерного диска, скрепленного с корпусом зажимной гайкой. На основании смонтированы установочная планка и нониус с нанесенными 30 делениями с двух сторон от нулевого штриха; каждое деление соответствует 2 мин.
Линейка с лицевой стороны имеет продольный ласточкообразный паз, по которому перемешается (в процессе установки линейки на угол) хвостовик прижима.

При измерении угломер накладывают на проверяемую плоскость детали так, чтобы линейка и рабочая плоскость корпуса были совмещены со сторонами измеряемого угла. Целое число градусов отсчитывают по шкале диска до нулевого деления (штриха) нониуса. Затем определяют деление нониуса, совпадающего с делениями основной шкалы (диска).
После этого определяют по нониусу сколько минут и градусов совпадают с делениями нониуса.

Оптический угломер

В корпусе оптического угломера закреплен стеклянный диск со шкалой, имеющей деления в градусах и минутах. Цена малых делений 10 ‘. С корпусом жестко скреплена основная (неподвижная) линейка. На диске смонтированы лупа, рычаг и укреплена подвижная линейка.
Под лупой параллельно стеклянному диску расположена небольшая стеклянная пластинка, на которой нанесен указатель, ясно видимый через окуляр. Линейку можно перемещать в продольном направлении и с помощью рычага закреплять в нужном положении.

Во время поворота линейки в ту или другую сторону будет вращаться в том же направлении диск и лупа. Таким образом, определенному положению линейки будет соответствовать вполне определенное положение диска и лупы. После закрепления линеек зажимным кольцом через лупу отсчитывают показания угломера.
Оптическим угломером можно измерять углы от до 180°. Допускаемые погрешности показания оптического угломера ±5‘.

Индикаторный угломер

В индикаторном угломере обычная шкала и нониус заменены индикаторным циферблатом. Отсчет угловых размеров производится по показаниям стрелки на большой шкале через 10°. Цена деления 5‘, предел измерения угломера 0…360°.

Портативный оптический угломер-шаблон

Портативный оптический угломер-шаблон предназначен для проверки профиля резцов. Он состоит из стандартной восьмикратной лупы, неподвижно закрепленной на прозрачном диске из органического стекла. Вокруг оси, запрессованной в этот диск, свободно поворачивается стальной диск, по периметру которого с высокой точностью выполнены шаблоны наиболее часто встречающихся в практике углов, радиусов и кривых. Нужный профиль шаблона накладывают на затачиваемый резец и под лупой проверяют точность доводки.
Прибор отличается точностью и удобством, так как им можно пользоваться непосредственно на рабочем месте.

Читайте также:  Как измерить свой оптимальный вес

Источник

Угломер. Виды и типы. Устройство и работа. Применение и как выбрать

Угломер – это точный прибор, предназначенный для измерения углов между двумя поверхностями или их наклона относительно горизонта. Получаемые результаты выражаются в градусах. Угломеры имеют схожую конструкцию со строительным или столярным уголком, но они могут показывать не только угол в 90 градусов, но и регулироваться.

Простейшая конструкция угломера

Конструкция угломера в самом простом виде состоит из двух пластин (линеек). Они закрепляются вместе с одной стороны, фиксируясь с помощью оси, позволяющей менять угол между ними. На поверхности инструмента имеется шкала, выраженная в градусах. Она может быть линейчатой или скругленной. Существуют как полностью подвижные угломеры, так и с фиксированными измерениями. Последние используются в тех случаях, когда требуется только измерение самых важных углов – 90, 45 и 30 градусов. Такой инструмент больше относится к категории шаблонов.

В каких отраслях используется угломер

Этот прибор широко используется в строительстве. Его применяют столяры, плотники и монтажники. С его помощью можно выставить плоскости идеально ровно перед их закреплением. Подавляющее большинство предметов, которые используются в быту, и на промышленных объектах, имеют углы по 90 градусов. Это установленный международный стандарт, который обеспечивает максимальное удобство. Кроме этого, несоблюдение угла 90 градусов в строительстве вертикальных элементов увеличивает нагрузку на конструкцию.

Например: Благодаря тому, что углы зданий вымеряются точно, то при установке угловой ванны, под стеной не образуется зазор и при развешивании шкафчиков и полок все выглядит ровно. Существует еще тысячи примеров, которые позволяют визуализировать пользу точного соблюдения углов. Применение угломеров позволяет обеспечить точную передачу параметров отображенных на чертеже на реальный объект.

Также угломеры используется при построении маршрутов, в военном деле, геометрии и астрономии. В связи с востребованностью этого инструмента, его конструкция была адаптирована под различные цели измерения.

Угломеры можно разделить на виды:

  • Строительный.
  • Слесарный.
  • Плотницкий.
  • Горный.
  • Астрономический.
  • Мореходный.
  • Артиллерийский.

Строительный угломер является самым распространенным. Он применяется для контроля уровня стен, фундамента и других конструкций. Такие устройства являются довольно габаритными. Длина каждой измерительной части обычно составляет не менее 50 см.

Слесарные имеют высокую точность. Они довольно компактные, при этом имеют довольно чувствительную регулировку, позволяющую проводить измерения с отображением долей градуса. Это необходимо, поскольку малейшие отклонения от нормы недопустимы. С такими угломерами можно спокойно вымерять параметры деталей, которые будут использоваться во вращательных механизмах.

Плотницкий угломер (малка) отличаются низкой точностью измерения. Они используются в деревообработке, когда точное соблюдение углов и долей градусов не имеет никакого значения. Такой инструмент относится к низкой ценовой категории. Зачастую механизмы регулировки имеют люфт, что также приводит к погрешности. Несмотря на это, подобная разновидность угломеров вполне приемлема для выполнения тех целей, для которых она предназначена.

Горные в отличие от предыдущих разновидностей данных инструментов не используется для непосредственного контакта с измеряемыми поверхностями. Данный инструмент позволяет визуально определить вертикальные и горизонтальные углы в пространствах шахт и горных выработок. Данное оборудование относится к неточному классу. Сейчас оно практически не используется в связи с появлением более высокоточного электронного оборудования, такого как тахеометры и пр.

Астрономические являются самыми точными. Они применяются для измерения угла между поверхностью земли и точками на небосводе. С их помощью высчитывается траектория движения небесных тел, определяется скорость их перемещения, а также оценивается величина объекта. Такие устройства зачастую интегрированы в телескопы, что расширяет диапазон их измерений, поскольку объектом исследования могут стать не только видимые на небосводе объекты, но и отдаленные звезды и планеты.

Мореходные также называют навигационными. С их помощью осуществляется определение географической широты с использованием специальной таблицы. Данные устройства работают по принципу, что небесное светило (солнце, луна или звезды) в определенный день и время находится над горизонтом под особенным углом, относительно географической широты. Таким образом, используя данный прибор и таблицу, наблюдатель может определить широту, на которой он находится в данный момент.

Читайте также:  Измерение безработицы естественный уровень безработицы занятости

Это устройство широко использовалось мореходами в прошлом, но с развитием спутниковых технологий, его применение отошло на второй план. Несмотря на это, подобные угломеры имеются на борту многих судов, поскольку в случае отказа электронного оборудования, использование ручного прибора будет единственной возможностью получить точные координаты судна.

Артиллерийский угломер используется для установки артиллерийского орудия и корректировки залпового огня. Применение такого инструмента позволяет осуществлять точное прицеливание и вносить изменения направления выстрела после предварительного пристреливания

Виды угломеров по принципу измерений

По принципу измерений угломеры разделяют на следующие виды:
  • Механические.
  • Маятниковые.
  • Оптические.
  • Лазерные.
  • Электронные.

Механический относится к контактным устройствам. Чтобы осуществлять измерение необходимо приложить обе поверхности инструмента к тем объектам, угол между которыми нужно измерить. На устройстве имеется специальная шкала, позволяющая определить, какой угол между сторонами инструмента получен. Поскольку стороны плотно прилегают к измеряемым поверхностям, то соответственно их угол будет также равен шкале.

Маятниковый угломер внешне напоминает стрелочные часы. На круглый циферблат инструмента нанесена разметка соответствующая углам. Стрелка такого угломера всегда стоит идеально вертикально вне зависимости от того насколько выгнут непосредственно сам прибор. Внизу корпуса устройства имеется небольшая линейка. Она прикладывается к поверхности, которую необходимо измерить, после чего нужно посмотреть на показатель образованного угла между отметкой «0» на циферблате и стрелкой. С помощью такого прибора можно измерить уровень наклона одной поверхностей.

Оптический угломер имеет непривычную для этого оборудование форму. Узнать оптические угломеры можно по глазку, выполняющему функцию лупы. Оптические инструменты имеют диапазон измерения 360 градусов. Они являются очень точными, поскольку на шкале нанесено множество отметок не только в градусах, но и в их долях. В связи с этим сложно визуально определить, на какой показатель указывает стрелка. У оптических имеется увеличительная лупа. Благодаря ей гораздо легче посчитать отметки, на которые указывает стрелка на шкале.

Лазерный угломер имеет в своей конструкции два лазерных луча, направляющихся на поверхности, между которыми необходимо измерить угол. Угол между точками измеряется визуально либо с помощью вычислительного электронного элемента, который интегрирован в конструкцию устройства. Такое устройство хорошо работает в ночное время, а также в помещениях. На дневном свете лазерный луч практически незаметен.

Электронные или цифровые угломеры по принципу действия похожи на механические. За тем исключением, что у них имеется циферблат в виде ЖК-дисплея, на который выводится показатель в цифрах. Это очень точное оборудование, позволяющее определять десятые части градусов. Для питания подобного устройства используется обычная пальчиковая батарейка. Такие инструменты используют строители и монтажники.

Как работать контактными угломерами

Угломеры контактного типа являются самыми распространенными и недорогими. Их используют повсеместно. Для проведения измерения необходимо приложить инструмент к углу, который необходимо измерять. Одна линейка угломера прижимается к одной поверхности, а вторая к другой. При необходимости устройство необходимо подкорректировать, увеличив или уменьшив угол между его сторон. Результаты измерения отображаться на механической или электронной шкале. Чтобы данные получились максимально точными, необходимо чтобы поверхности в точках контакта были ровными. Если, к примеру, измеряется угол между полом и стеной, необходимо, чтобы на них не было наслоений в виде прилипших комков строительного раствора или клея. Такая крупинка под одной из линеек нарушит получаемые данные на несколько градусов.

Как выбрать угломер

При выборе следует обратить внимание на материал. Если он изготовлен из очень тонкого металла, то брать подобный инструмент не стоит. Со временем он деформируется, поэтому точность измерений будет нарушена. У более дешевого ассортимента зачастую шкала нанесена краской. В результате со временем краска начинает отслаиваться. После этого определить, на сколько градусов показывает инструмент невозможно.

Стоимость угломера зависит не только от его конструкционных особенностей, но и точности. Чем выше точность, тем меньше люфты на оси настройки, что требует более затратного производства. Для столярного дела или малоэтажного строительства вполне можно обходиться инструментами более низкой категории, но для изготовления ответственных деталей, нужно точное оборудование.

Источник