Штангенциркуль, как один из наиболее часто используемых измерительных инструментов в области механического производства, прост
в эксплуатации и широко применяется для измерения наружного диаметра. Однако он все еще имеет множество присущих ему технических ограничений.
С ростом требований к точности в современном производстве недостатки измерения наружного диаметра штангенциркулем стали все более очевидными, влияя на точность и
надежность результатов измерений. Точность измерения стандартного нониусного штангенциркуля составляет ±0,02
миллиметра, в то время как у цифрового штангенциркуля она может достигать ±0,01миллиметра. Однако в реальных условиях
на него влияют многочисленные факторы, такие как навыки работы, условия окружающей среды и характеристики заготовки,
и фактическая погрешность измерения часто превышает теоретическийдиапазон точности.I. Основная причина ограничения точности измерения
1. Ошибки оператора являются основным недостатком использования штангенциркулей для измерения наружного диаметра.
Контроль
измерительного усилия непосредственно влияет на точность результатов измерения. Стандартное измерительное усилие
должно контролироваться в диапазоне 8-12 Ньютонов, но трудно поддерживать постоянное измерительное усилие
в реальнойэксплуатации. Изменение измерительного усилия на 1 Ньютон может привести
к погрешности измерения 0,005-0,01 миллиметра. Особенно при измерении тонкостенных деталей или мягких
материалов, чрезмерное измерительное усилие может привести к деформации заготовки, серьезно влияя на точность измерения.
2. Ошибки считывания являются неотъемлемыми техническими недостатками нониусного штангенциркуля. Субъективность человеческого глаза при считывании
шкальных линий приводит к несогласованности результатов измерений. Минимальное значение считывания нониусного принципа составляет 0,02
миллиметра, но на фактическое считывание влияют такие факторы, как условия освещения, углы наблюдения и зрение оператора.
Разница в считывании одного и того же размера разными операторами может достигать 0,03 - 0,05 миллиметра.
Этот вид человеческой ошибки считывания неприемлем при точных измерениях.3. Ограничение площади контакта приводит к недостаточной репрезентативности результатов измерений. Площадь контакта
между губками штангенциркуля и заготовкой обычно составляет всего несколько квадратных миллиметров.
Для заготовок с высокой шероховатостью поверхностиили локальными дефектами небольшое изменение положения точек контакта
может привести к различным результатам измерений.Истинная погрешность округлости и погрешность эллиптичности заготовок с круглым
поперечным сечением не могут быть точно отражены одноточечным измерением. Многоточечное
измерение необходимо для получения надежных геометрических параметров.II. Влияние условий окружающей среды на точность измерения
1. Изменение температуры является важным фактором окружающей среды, влияющим на точность измерений штангенциркулем. Коэффициент теплового расширения металлических материалов вызывает изменение размеров
с температурой. Линейный
коэффициентрасширения стали составляет приблизительно 11×10^-6/℃.
Изменение температуры на 10℃ приведет к изменению на 0,011 мм
в размере 100 мм. Колебания температуры в цеху окружающей среды, передача температуры рук оператора,
и остаточноетепло от обработки заготовки - все это может повлиять на точность результатов измерений.2. Влажность и загрязнители оказывают негативное влияние на точность измерения штангенциркулем, особенно в суровыхпроизводственных условиях. Металлорежущие жидкости и охлаждающие жидкости остаются на поверхности заготовки, образуя жидкую пленку, которая изменяет фактическое состояние контакта и эталон измерения.
Толщина поверхностной масляной пленки, в диапазоне от
0,01 до 0,05 миллиметра, непосредственно накладывается на результат измерения.
Для получения точных данных измерения
поверхность заготовки должна быть тщательно очищена.3. Вибрация и удар могут вызывать помехи при точных измерениях. На производственной площадке работа станков
и движение тяжелого оборудования могут создавать вибрации. Как ручной измерительный инструмент, штангенциркулиособенно чувствительны к вибрационным помехам. Когда
амплитуда вибрации превышает 0,02 миллиметра, это значительно
повлияет на стабильность показаний. Во время процесса измерения дрожание руки оператора
также будетпередаваться на результат измерения, влияя на повторяемость и точность измерения.
III. Ограничения характеристик заготовки на результаты измерений1. Значительные различия в качестве поверхности влияют на надежность измерений штангенциркулем. Пики и впадины на
шероховатой поверхности вызывают неопределенность в точках контакта. Когда шероховатость поверхности Ra превышает 1,6 микрометра, случайность микроскопической геометрической формы на поверхности
увеличивает разброс
результатов измерений.Погрешность измерения для шероховатых поверхностей, таких как
поверхности литья, поверхности ковки и поверхности сварки, может достигать
±0,1 миллиметра, что намного превышает номинальную точность штангенциркуля.
2. Сложность геометрической формы заготовки ограничивает область применения штангенциркуля. Нестандартные геометрические формы не могут быть измерены точно. Заготовки с эллиптическими
поперечными сечениями, многоугольными поперечными сечениями,и неправильными поперечными сечениями требуют специализированных методов измерения и оборудования.
Штангенциркуль может измерять только локальные размеры, но не может всесторонне
оценивать геометрическую точность. Для деталей с высокими требованиями к геометрической точности
репрезентативность результатов измерения штангенциркулем недостаточна.3. Твердость и упругие свойства материалов влияют на стабильность результатов измерений. Мягкие материалы
подвергаются упругой или пластической деформации под действием измерительного усилия. Измерение материалов, таких какалюминиевый сплав, пластик и резина, требует особого контроля измерительного усилия.
Для материалов с твердостью ниже
HB100 погрешность измерения может превышать ±0,05 миллиметра.
Характеристики отскока высокоэластичных материалов приводят к изменению
результатов измерения с течением времени, тем самым влияя на повторяемость данных измерения.IV. Ограничения диапазона измерения и гибкости1. Диапазон измерения ограничен конструктивными размерами штангенциркуля и не может измерять
крупногабаритныезаготовки за пределами диапазона. Максимальный диапазон измерения стандартных штангенциркулей обычно составляет 150-300 миллиметров.
Для измерения наружного диаметра крупных заготовок требуются специализированные крупногабаритные
штангенциркули или другие методы измерения.
Размеры специальных положений, таких как внутренние диаметры глубоких отверстий, диаметры дна
глухих отверстий и ширины канавок, не могут быть непосредственно измерены с помощью обычных штангенциркулей.
2. Ограничения по углам и положениям измерения влияют на возможность измерения определенных заготовок. Штангенциркули должны
быть перпендикулярны измеряемой поверхности для получения точных результатов. Для заготовок сложной формы некоторые детали могут быть неточно позиционированы штангенциркулями.
Угол измерения, отклоняющийся на 5 градусов от вертикального
направления, приведет к приблизительно 0,4% косинусной погрешности.
Измерение деталей в условиях сборки часто ограничено пространством
и не может достичь идеальных условий измерения. 3. Недостаточная динамическая измерительная способность ограничивает применение штангенциркулей в автоматизированном
производстве, препятствуя реализации онлайн-измерений и мониторинга в реальном времени. Современное производство требует быстрого обнаружения и обратной связи. Однако штангенциркули имеют низкую скорость измерения и требуют
ручной работы,таким образом, не соответствуя требованиям ритма производства для высокой эффективности.
Автоматизированные производственные линии нуждаются в
интегрированных измерительных системах. Ручной характер штангенциркулей становится узким местом
для эффективности производства.
