Приложение В (обязательное). Контрольно-измерительные средства, применяемые в качестве меры длины

Приложение В
(обязательное)

Контрольно-измерительные средства, применяемые в качестве меры длины

В.1 Общие положения

Настоящий стандарт допускает применение по экономическим и практическим соображениям при испытаниях КИМ различных типов контрольно-измерительных средств при условии их настройки в соответствии с настоящим приложением для образования той же, что и мера длины, измеряемой величины.

Мера длины, измеряемая в соответствии с процедурами настоящего стандарта, предназначена для выявления трех категорий погрешностей КИМ:

1) геометрические и температурные погрешности КИМ, проявляющиеся между двумя конечными точками меры длины;

2) погрешности, обусловленные погрешностью размера наконечника щупа;

3) погрешности, вызванные проблемами повторяемости при зондировании по одной точке на каждом конце меры длины.

Разделы В.2 и В.3 описывают общеизвестные контрольно-измерительные средства, пригодные для использования в качестве меры длины.

В некоторых случаях эти контрольно-измерительные средства могут быть недоступны или достаточно длинны, особенно при испытаниях очень больших КИМ. В этом случае заинтересованные стороны могут согласиться на использование других способов реализации меры длины. Они могут включать состыкованные (с перекрытием) между собой эталоны длины или основываться на применении лазера, например, посредством мультилатерации. В последнем случае должны приниматься во внимание проблемы, связанные с отсутствием контактного зондирования (см. раздел В.3). Во всех этих случаях выполняемая процедура должна быть документирована, а связанные с применяемыми технологиями неопределенности тщательно обоснованы.

Лазерный интерферометр, использующий уточненный коэффициент преломления воздуха, имеет нулевой КТР. Поэтому при применении для создания меры длины лазерный интерферометр считают средством измерения, изготовленным из материала с низким КТР и являющимся объектом требований пункта 6.3.3.3. Дополнительно, если лазер имеет датчик температуры материала детали, то КТР детали в программном обеспечении лазера должен быть установлен нулевым. Если лазер применяют на КИМ, имеющей систему температурной компенсации, то КТР детали в программном обеспечении КИМ должен быть установлен нулевым.

При применении лазерного интерферометра для генерации меры длины КИМ должна быть установлена в характеризуемую заданными координатами точку без зондирования какой-либо поверхности. Однако некоторые КИМ не могут достигать заданной точки точно. Это не влияет на результирующую погрешность показаний, если такая КИМ индицирует действительное расположение. Следовательно, для каждой проверяемой длины пространственное расстояние между индицируемыми КИМ координатами точек А и В должно быть вычислено и сравниваться с индицируемым лазерным интерферометром расстоянием. Следует убедиться, что используемые для вычисления погрешности координаты КИМ содержат все компенсации, которые должны быть учтены в процессе зондирования.

Некоторые контрольно-измерительные средства, такие как ступенчатые меры, соединяющие несколько шаров стержни, плиты с шарами и лазерные интерферометры могут создавать множество длин относительно "опорного нуля". Например, ступенчатый калибр позволяет измерять длины от "А" до "В", от "А" до "С" и т.д., а интерферометр может измерять перемещение от некоторого начального положения до ряда последовательных положений (каждое различной длины). Для того чтобы обеспечить эквивалентность концевой мере, положение "опорного нуля" должно измеряться всякий раз заново при реализации каждой меры длины. Это означает, что для каждой из длин от "А" до "В" и от "А" до "С" положение "А" должно измеряться заново. Аналогично при интерферометрии начальное положение должно быть повторно измерено для каждого используемого в качестве меры длины перемещения.

В.2 Двусторонние измерения

В.2.1 Общие положения

Мера длины может быть представлена двусторонними измерениями аттестованного размера. Двусторонние измерения предполагают зондирование по одной точке на каждом конце размера при подходе к каждой из этих точек с противоположных направлений (см. рисунок В.1). Различают двусторонние измерения внутренних и наружных размеров. Ниже описаны некоторые методы двусторонних измерений.

В.2.2 Концевые меры длины

Мера длины может быть реализована посредством аттестованной плоскопараллельной концевой меры длины, измеряемой двухточечным методом [см. рисунок В.1 а)]. При этом желательно, чтобы расположение точек зондирования совпадало с точками аттестации меры. Процедуры выравнивания описаны в приложении С.

PD - направление зондирования; 1 - первое положение; 2 - второе положение

Рисунок В.1 - Примеры двусторонних измерений

В.2.3 Ступенчатые меры, измеряемые двусторонним способом

Мера длины может быть реализована посредством аттестованной ступенчатой меры, измеряемой двухточечным методом двусторонним способом [см. рисунок В.1 b)]. Процедуры выравнивания описаны в приложении С.

В.2.4 Стержень или плита с шарами

Мера длины может быть реализована посредством стержня с шарами [см. рисунок В.1 с)] или плиты с шарами. При этом длина меры равна сумме аттестованного расстояния между центрами сфер и половин аттестованных значений диаметра каждой сферы. Измерение выполняют двухточечным методом двусторонним способом (аналогично измерению концевой меры). Процедуры выравнивания описаны в приложении С.

В.2.5 Лазерная интерферометрия с контактным зондированием двусторонним способом

Мера длины может быть реализована посредством лазерного интерферометра и концевой меры. При этом реализуемая длина равна сумме аттестованной длины концевой меры и зарегистрированного интерферометром перемещения. Концевую меру измеряют в одной точке в исходном положении. Затем противоположный торец концевой меры измеряют в одной точке во втором положении [см. рисунок В.1 d)].

В.3 Односторонние измерения

В.3.1 Общие положения

В настоящем стандарте принято, что односторонними измерениями считаются любые измерения, не являющиеся двусторонними. К таким измерениям относят измерение ступенчатых мер односторонним способом, измерение межцентровых расстояний плиты или стержней с шарами и некоторые методы лазерной интерферометрии (см. рисунок В.2).

PD - направление зондирования; RMD - направление перемещения пиноли; 1 - первое положение; 2 - второе положение

Рисунок В.2 - Примеры односторонних измерений

Для реализации мер длины при проведении испытаний в соответствии с настоящим стандартом односторонние измерения должны комбинироваться с двусторонними.

Мера длины может быть реализована с использованием арифметического суммирования аттестованной односторонней длины и аттестованной двусторонней длины (по умолчанию - короткая концевая мера) с двусторонней длиной, измеренной по двум точкам.

В.3.2 Мера длины, реализуемая посредством одностороннего измерения и измерения короткой концевой меры

Для каждой линии измерения при испытаниях (имеется семь линий для определения E₀ и не более двух из возможных четырех линий для определения Е₁₅₀) измеряют короткую (по умолчанию длиной 25 мм) аттестованную концевую меру двусторонним способом так, как это описано в пункте В.2.2.

Концевая мера должна быть ориентирована параллельно линии измерения, т.е. ось меры должна быть расположена приблизительно в том же направлении, что и требуемое при проведении испытаний направление линии измерения. Расположение оси концевой меры должно быть насколько это возможно близко к линии измерения, однако с целью упрощения крепления мера может располагаться вблизи поверхности стола КИМ.

Например, если при проведении испытаний линия измерения представляет собой главную диагональ, то концевая мера должна быть ориентирована параллельно направлению главной диагонали, но может располагаться ниже этой диагонали и закрепляться у поверхности стола.

Концевая мера должна быть измерена три раза и соответствующие погрешности показаний записаны в хронологическом порядке. Если в особом случае при определении E₁₅₀ измерения вдоль одной и той же линии измерения выполняют посредством двух противоположно ориентированных щупов, то концевая мера должна быть поочередно измерена трижды при каждой ориентации щупа.

Для каждой из пяти длин (для каждой линии измерения) аттестованную однонаправленную длину измеряют три раза и записывают соответствующие погрешности показаний в хронологическом порядке. Детали, касающиеся специфических типов односторонних длин, описаны в пункте В.3.3.

Для вычисления погрешностей показаний при измерении меры длины каждую из трех полученных при одностороннем измерении погрешностей показаний суммируют (обычно по абсолютной величине) с хронологически ей соответствующей погрешностью показаний, полученной при двустороннем измерении. Повторение процедуры для всех пяти длин приводит к 15 однонаправленным и трем двунаправленным измерениям короткой концевой меры для каждой линии измерения.

Примечание - Результаты испытаний зависят от расположения короткой концевой меры, например расположение концевой меры вблизи стола КИМ может изменить проверяемую характеристику вследствие особенностей поведения КИМ при полностью выдвинутой пиноли. При оценке характеристик КИМ предпочтительным является расположения короткой концевой меры в середине линии измерения. Однако это может являться причиной проблем с закреплением меры. Это вынуждает испытателя выбирать лучшее компромиссное решение.

Альтернативой короткой концевой мере является измерение двусторонним способом небольшой сферы с аттестованным диаметром (по умолчанию - 25 мм) следующим образом.

Две измеряемые точки должны быть расположены на противоположных концах диаметра сферы, ориентированного параллельно требуемой линии измерения. Две другие измеряемые точки сферы должны отстоять друг от друга на 90° и располагаться в плоскости, проходящей через центр сферы и перпендикулярной линии измерения. Измеренный этим способом диаметр сферы является эквивалентом длины концевой меры при ее двустороннем измерении.

Описанный метод может быть применен только при наличии согласия между пользователем и производителем, в противном случае требуется применение короткой концевой меры.

В.3.3 Контрольно-измерительные средства для односторонних измерений

В.3.3.1 Ступенчатая мера, измеряемая односторонним способом

Однонаправленное измерение ступенчатой меры должно содержать трехкратное (с одной и той же целевой контактной точкой) измерение каждой поверхности меры с усреднением полученных координат.

Длину определяют по усредненным координатам. Измерение выполняют односторонним способом [см. рисунок В.2 а)]. Процедуры выравнивания описаны в приложении С.

Усреднение по трем точкам на каждой поверхности меры при одностороннем измерении необходимо для того, чтобы при комбинировании с погрешностями короткой концевой меры результаты испытаний были эквивалентны результатам, полученным в случае двустороннего измерения от "точки к точке".

В.3.3.2 Плита или стержень с шарами, измеряемые односторонним способом

Одностороннее измерение любого контрольно-измерительного средства с калиброванными сферическими поверхностями, такого как плоскость или стержень с шарами, содержит измерение каждой сферы по пяти зондируемым точкам и определения (методом наименьших квадратов) межцентрового расстояния.

Стратегия взятия точек показана на рисунке В.2.

В.3.3.3 Лазерная интерферометрия с контактным зондированием односторонним способом

Одностороннее измерение может быть выполнено с применением аттестованного лазерного интерферометра и плоской или сферической поверхности меры.

Измерение содержит интерферометрическое измерение перемещения зондируемой (контактно) КИМ поверхности. Меру обычно перемещают посредством каретки с прикрепленным к ней лазерным ретроотражателем.

В случае сферической поверхности меры положение центра сферы должно быть измерено по пяти точкам так, как это описано в пункте В.3.3.2. В случае плоской поверхности ее зондируют в трех точках в каждом положении и усредняют результаты так, как это описано в пункте В.3.3.1, при этом ориентация щупа в начальном и конечном положении должна быть одной и той же [см. рисунок В.2 d)].

В.3.3.4 Лазерная интерферометрия с бесконтактным зондированием односторонним способом

В некоторых случаях (особенно для больших КИМ) могут быть удобны замена зондирующей системы ретроотражателем и измерение перемещений КИМ посредством лазерной интерферометрии.

Каждое выполненное таким способом измерение считают односторонним [см. рисунок В.2 е)].

Для некоторых КИМ испытания с применением лазерной интерферометрии при отсутствии контактного зондирования могут быть несовместимы с компенсацией КИМ геометрических погрешностей. Следовательно, это будет порождать погрешность показаний, намного превышающую погрешность при контактном зондировании. В таких случаях проблему может смягчить применение вызывающей контактное зондирование меры длины и какого-либо внешнего пускового устройства, активирующего компенсацию погрешности.