3.3 Индуктивные пробки

Погрешность измерения отверстий универсальными приборами (нутромерами) даже с цифровым отсчетом составляет не менее 5 мкм. В современном производстве  часто необходимы более точные измерения, в частности при изготовлении колец шарикоподшипников, посадочных соединений деталей автомобиля, топливных насосов, гидроаппаратуры и т.п.  Для этих целей на заводах и особенно в распространенном сейчас безлюдном или малолюдном производстве в большом количестве применяют ручные и автоматические индуктивные  приборы с индуктивными пробками (Рис. 3.3.1).

Ручные  индуктивные  пробки (ИП) выпускают ОАО «НИИизмерения»  (Москва), ОАО «РОБОКОН» (Москва) и итальянская фирма «Marposs» и др.

Основным достоинством пробок является то, что они снабжены направляющим стаканом, диаметр которого близок к диаметру контролируемого отверстия. Диапазон измерения пробок обычно не превышает 70-150 мкм. Это обеспечивает хорошее центрирование пробки и  небольшие погрешности от перекоса и смещения измерительных наконечников с контролируемого диаметра и существенно повышает точность измерения и облегчает процесс контроля.

Рис. 3.3.1  Индуктивная пробка для ручного контроля

 Пример конструкции индуктивной пробки показан на рис. 3.3.2  и 3.3.3.

 Рис. 3.3.2   Конструкция индуктивной пробки

ИП по конструкции чрезвычайно проста, но сложна в изготовлении. ИП имеет два измерительных рычага 14 и 21, установленных на упругом шарнире 10.  Рычаги 14 и 21 и шарниры 10 выполнены заодно целое с основанием  9, образуя так называемые интегральные шарниры.  Основание с рычагами  привернуто к несущей втулке 8. К втулке также привернут   центрирующий стакан 12, закрывающий измерительный механизм.   Наружный диаметр центрирующего стакана 12 выполнен меньше наименьшего измеряемого диаметра отверстия  на 0,01-0,02 мм, что  обеспечивает легкое вхождение пробки в измеряемое отверстие и хорошее центрирование. Стакан выполнен из нержавеющей стали и закален до твердости 60 -64 HRC. Стакан сделан достаточно жестким   с небольшими отклонениями наружного диаметра и формы.  Иногда на конце стакана делают конус для облегчения вхождения пробки в отверстие.

Концы  рычагов 14  и  21 разрезаны вдоль и в них установлены на  резьбе   алмазные или твердосплавные измерительные наконечники 15 и 18.  Благодаря такой конструкции  наконечники не требуют законтривания после регулировки. Наконечники служат для настройки прибора на ноль по аттестованному кольцу и для изменения предела измерения ИП. Радиус измерительных наконечников от 0,5 до 2,5 мм в зависимости от диаметра и шероховатости контролируемой поверхности.

Между  рычагами  установлена пружина сжатия 17, создающая измерительное усилие.

В пробках для контроля  размеров более 30 мм узлы индуктивного  преобразователя установлены не на одиночных рычагах, а на плоскопружинных параллелограммах  (рис. 3.3.3).

  Рис.  3.3.3  Измерительный узел ИП

В ИП применяют  дифференциальные индуктивные преобразователи.  На одном рычаге ИП закреплен ферритовый цилиндрический якорь 19, на другом –  катушки 13 в ферритовом магнитопроводе и защитном корпусе.      Якорь 19 закреплен в резьбовой втулке 20,  позволяющей  регулировать его  положение относительно катушек.       В пробках применяют полумостовые или трансформаторные  дифференциальные   индуктивные преобразователи без собственных направляющих.

Перемещение рычагов и узлов индуктивного преобразователя ограничено винтами 11, что исключает их поломку.

Пробки выпускают для контроля диаметров от 3 до 300 мм.     Каждая пробка предназначена для измерения только  одного   диаметра, который определяется диаметром сменного  центрирующего стакана 2. Однако, предел измерения пробки определяется возможностью регулировки наконечников, т.е. расстоянием между рычагами, в которых установлены наконечники, и сменными стаканами (один стакан на каждый контролируемый диаметр). Выпускают пробки с пределом измерении 3,0- 10; 10-13; 13-26; 26-100: 100-150; и 200-300 мм. ИП позволяют контролировать отверстия глубиной до 500 мм

Но для контроля малых диаметров (менее 10 мм) ИП достаточно сложны в изготовлении. В этих случаях чаще применяют  приборы с пневматическими пробками. Они значительно проще по конструкции и технологичнее.

ИП могут работать с различными аналоговыми и цифровыми показывающими приборами. В производственных условиях ИП часто  применяют с микропроцессорными блоками (рис. 3.3.4), выполненными в виде вертикальных колонок, которые имеют аналоговую линейную светодиодную  шкалу и цифровой дисплей. Вертикальная аналоговая шкала удобна при контроле партии деталей и при сортировке на группы.

Рис. 3.3.4   Микропроцессорный блок с аналоговой и цифровой шкалой

     Приборы с ИП выпускаются в двух вариантах соединения пробки и блока: с кабельным соединением и  без кабеля с радиочастотным приемо-передающим устройством.

Для настройки и наладки прибор с ИП снабжен аттестованным  установочным  кольцом. Размер  отверстия  кольца равен нижнему значению измеряемого диаметра. На этом диаметре наименьший зазор между стаканом пробки и контролируемым отверстием и наибольшая точность  измерения. Внутренний диаметр кольца аттестован с точностью 0,5 мкм.

Прибор с ИП имеет высокие метрологические характеристики:

–  диапазон измерения в зависимости от величины

контролируемого диаметра, мкм                                       от 70 до 150

–  дискретность отсчета, мкм                                             0,1

– отклонение от линейности, %                                        1,0

– повторяемость показаний,  мкм                                      0,5

– температурное смещение настройки, мкм/0C                0,3

– погрешность от перезазорицы, %                                  1,0

– измерительное усилие, Н                                     от 0,5 до 1,2

Однако при оценке точности  измерения  диаметра  отверстия прибора с двухконтактной ИП следует учесть дополнительные  составляющие погрешности.

Таким образом, следует учитывать следующие составляющие:

– случайная погрешность δ1  настройки прибора по установочному  аттестованному кольцу.  Погрешность настройки  по существу является систематической,  но, так как настройку и проверку настройки прибора делают часто, то проявляется она как  случайная.

–  систематическая погрешность δ2  аттестации  установочного  кольца;

– случайная погрешность δ3 и δ4,  при измерении пробкой в различных положениях. Cлучайная погрешность δот смещения  пробки (рис. 3.3.5, а) с наибольшего диаметра одним наконечником (поворот вокруг  другого  наконечника) определяется выражением

                    δ3= e2/2(R-r),

где е – смещение наконечника от наибольшего диаметра в мм.а)                                              б)   

Рис. 3.3.5  Смещение (а) и перекос (б) контактных сферических наконечников при контроле отверстия

Величина е определяется значением зазора между центрирующим  стаканом пробки и измеряемым отверстием, который составляет от 0,01 до 0,075 мм;  R – радиус измеряемого отверстия который составляет от 2 до 150 мм;  r – радиусе наконечника составляет r = 0,2 мм.

Из  формулы следует, что при небольшом зазоре  между измеряемым отверстием  и центрирующим стаканом пробки погрешность δ3 является величиной второго порядка малостии  и   не превышает  0,1 мкм.

Случайная погрешность δ4 от смещения  пробки с наибольшего диаметра обоими наконечниками определяется по формуле

δ4  = e2 / (R – r) .

Однако, в данном случае при фиксированных зазорах  между  стаканом  и отверстием погрешность  δ3 4  и в суммарной погрешности измерения следует учитывать только одну из них.

При наклоне плоскости наконечников относительно вертикальной плоскости (рис. 3.12б) возникает погрешность

       δ5 = e2 / 2 (D – d).

При длине  центрирующего  стакана пробки примерно 70 мм величина смещения е при зазоре между центрирующим стаканом и измеряемым отверстием 0,07- 0,15 мм погрешность δ5 является величиной 2ого порядка малости.

Практически суммарная погрешность измерения прибором с ИП не превышает 2 мкм.

Автономные индуктивные пробки без кабеля

Кроме прстейшихИП с кабелем выпускаут более сложные, но чрезвычайно удобные в эксплуатацииавтономные ИП. В корпусе этих пробок расположена электроника, питающая индуктивный преобразователь и преобразующая и усиливающая его выходные сигналы, цифровой дисплей и литий-ионный аккумулятор для питания электроники. Кроие того в корпусе установлено приемо-передающее устройство, позволяющее передавать результат измерения на промышленный компьютер или микропроцессорный блок радиочастотным методом. Аккумулятор служит долго и может заряжатся прямо на пробке. Длинный 1,8 дюйма цветной жидкокристалический дисплей обеспечивает удобное считывание результата измерения в любом положении пробки. С помощью кнопки можно передать результат измерения н а промышленный компьютер, снабженный приемо-передающим устройством. Расстояние между пробкой и компьютером до 10 м. Дикретность показаний составляет 0,1 мкм.  Степень защиты IP67.

Автономная пробка также удобна как цифровой штангенциркуль.