Индикатор (прибор усиления расстояния)

В различных контекстах науки , техники и производства (таких как механическая обработка , изготовление и аддитивное производство ) индикатором является любой из различных инструментов, используемых для точного измерения небольших расстояний и углов и их усиления , чтобы сделать их более очевидными. Название происходит от концепции указания пользователю того, что не может различить невооруженный глаз; такие как наличие или точное количество некоторого небольшого расстояния (например, небольшая разница высот между двумя плоскими поверхностями, небольшое отсутствие концентричности между двумя цилиндрами или другие небольшие физические отклонения).

Классическая механическая версия, называемая циферблатным индикатором , обеспечивает отображение циферблата, похожее на циферблат со стрелками часов; стрелки указывают на шкалу на круглой шкале на циферблате, обозначающую расстояние кончика щупа от нулевой отметки. Внутренняя работа механического циферблатного индикатора аналогична точному часовому механизму механических наручных часов: для считывания положения датчика используется реечная передача , а не маятниковый спусковой механизм для считывания времени. На боковой стороне стержня индикаторного зонда имеются зубья, обеспечивающие реечную передачу. Когда зонд движется, реечная передача приводит во вращение ведущую шестерню, вращая стрелку индикатора. Пружины предварительно нагружают зубчатый механизм, чтобы минимизировать ошибку люфта при считывании. Точное качество форм зубчатых колес и свобода подшипников определяют повторяемую точность достигнутых измерений. Поскольку механизмы обязательно хрупкие, требуется прочная конструкция каркаса для надежной работы в суровых условиях, таких как металлообрабатывающие операции на станках , аналогичные тому, как делают наручные часы прочными.

Другие типы индикаторов включают механические устройства с консольными указателями и электронные устройства с цифровыми дисплеями. Электронные версии используют оптическую или емкостную решетку для обнаружения микроскопических шагов в положении зонда.

Индикаторы можно использовать для проверки изменения допуска в процессе контроля обрабатываемой детали, измерения отклонения балки или кольца в лабораторных условиях, а также во многих других ситуациях, когда необходимо зарегистрировать или указать небольшое измерение. Циферблатные индикаторы обычно измеряют диапазон от 0,25 до 300 мм (от 0,015 до 12,0 дюйма) с делениями от 0,001 до 0,01 мм ( метрические ) или от 0,00005 0,001 до дюйма ( британские/обычные ).

Для индикаторов разных типов и назначений используются различные названия, в том числе стрелочный индикатор , часы , щуп-индикатор , указатель , тестовый индикатор , циферблатный индикатор проверки , индикатор падения , плунжерный индикатор и другие.

Общая классификация

В циферблатных индикаторах есть несколько переменных:

Аналоговое или цифровое/электронное считывание (большинство из них аналоговые)
Размер циферблата. Обычно это Американская спецификация конструкции манометров (AGD):

Бытовая техника	Диапазон диаметров (дюймы)	Диапазон диаметров (мм)
0	1- 1 + 3 ⁄ 8	25-35
1	1 + 3 ⁄ 8 -2	35-50
2	2- 2 + 3 ⁄ 8	50-60
3	2 + 3 ⁄ 8 -3	60-75
4	3- 3 + 3 ⁄ 4	76-95

Точность
Дальность путешествия
Количество оборотов циферблата
Стиль циферблата: сбалансированный (например, от -15 до 0 до +15) или непрерывный (например, от 0 до 30).
Стиль градуировки: положительные числа (по часовой стрелке) или отрицательные числа (против часовой стрелки).
Счетчики оборотов, показывающие количество оборотов основной иглы.

Принципы

Индикаторы по своей сути обеспечивают только относительную оценку. Но учитывая, что используются подходящие эталоны (например, концевые меры ), они часто позволяют использовать практический эквивалент абсолютной меры с периодической повторной калибровкой по эталонам. Однако пользователь должен знать, как их правильно использовать, и понимать, что в некоторых ситуациях их измерения все равно будут относительными, а не абсолютными из-за таких факторов, как косинусная ошибка (обсуждается позже) .

Приложения

В среде качества для проверки последовательности и точности производственного процесса.
В цехе для первоначальной настройки или калибровки станка перед запуском в производство.
Производителями инструментов (например, производителями пресс-форм ) в процессе изготовления точных инструментов.
В металлообрабатывающих мастерских , где типичным применением является центрирование заготовки токарных станков в четырехкулачковом патроне. Циферблатный индикатор используется для указания биения (несовпадения между осью вращательной симметрии заготовки и осью вращения шпинделя) заготовки с конечной целью уменьшить его до достаточно малого диапазона с помощью небольшого кулачка патрона. корректировки.
В областях, отличных от производства, где необходимо регистрировать точные измерения (например, физика ).
Для проверки бокового биения при установке нового ротора на автомобильный дисковый тормоз . Боковое биение (отсутствие перпендикулярности между поверхностью диска и осью вала, вызванное деформациями или, чаще, недостаточной очисткой посадочной поверхности ступицы. Это биение может вызывать пульсацию педали тормоза, вибрацию автомобиля). при торможении и может вызвать неравномерный износ диска. Боковое биение может быть вызвано неравномерным крутящим моментом, повреждением шпилек или заусенцами или ржавчиной между ступицей и ротором. Это изменение можно проверить с помощью циферблатного индикатора. в большинстве случаев отклонение можно более или менее устранить, переустановив диск в другое положение, так что допуски как ступицы, так и диска имеют тенденцию компенсировать друг друга. Чтобы уменьшить биение, диск устанавливается и затягивается наполовину. заданного крутящего момента (поскольку нет колеса для распределения напряжений), затем циферблатный индикатор прикладывают к тормозной поверхности и поверхность циферблата центрируют, диск медленно вращают вручную и отмечают максимальное отклонение, если максимальный пробег. Если выходное биение находится в пределах максимально допустимого биения, указанного в руководстве, диск можно установить в этом положении, но если техник хочет свести к минимуму общее боковое биение, можно попробовать другие положения круглосуточного действия. Чрезмерное биение может быстро испортить диск, если оно превышает указанный допуск (обычно до 0,004 дюйма (0,10 мм), но у большинства дисков оно может достигать менее 0,002 дюйма (0,05 мм) или меньше, если они установлены в оптимальном положении).

Индикатор зонда

Индикаторы-щупы обычно состоят из градуированного циферблата и стрелки, приводимой в движение часовым механизмом (отсюда и терминология часов ) для регистрации незначительных приращений, а также встроенного циферблата меньшего размера и стрелки для регистрации количества вращений стрелки на главном циферблате. Циферблат имеет тонкую градацию для точного измерения. Подпружиненный зонд (или плунжер) перемещается перпендикулярно проверяемому объекту, втягиваясь или выдвигаясь из корпуса индикатора.

Циферблат можно повернуть в любое положение, это используется для ориентации лица по отношению к пользователю, а также для установки нулевой точки. Также будут предусмотрены некоторые средства включения индикаторов пределов (две металлические вкладки, видимые на правом изображении, на 90 и 10 соответственно), эти ограничительные выступы можно поворачивать вокруг циферблата в любое необходимое положение. Также может быть доступен рычаг, который позволит легко втягивать щуп индикатора.

Монтаж индикатора может осуществляться несколькими способами. Многие индикаторы имеют в составе затыльника монтажную проушину с отверстием для болта. В качестве альтернативы устройство можно удерживать за цилиндрический стержень, который направляет плунжер с помощью цанги или специального зажима, этот метод обычно используется в инструментах, предназначенных для интеграции индикатора в качестве основного компонента, таких как толщиномеры и компараторы. Обычные наружные диаметры штока составляют 3/8 дюйма и 8 мм, хотя существуют и другие диаметры. Еще один вариант, который предлагают некоторые производители, — это крепления типа «ласточкин хвост», совместимые с креплениями на циферблатных индикаторах.

Индикатор проверки циферблата

Индикатор циферблатного индикатора , также известный как индикатор рычажного теста или индикатор пальца , имеет меньший диапазон измерения, чем стандартный циферблатный индикатор. Тестовый индикатор измеряет отклонение рычага, щуп не втягивается, а качается по дуге вокруг своей шарнирной точки. Рычаг можно менять по длине или диаметру шарика, и он позволяет проводить измерения в узких канавках и небольших отверстиях, куда корпус зонда не может попасть. Показанная модель является двунаправленной, некоторые типы, возможно, придется переключать с помощью бокового рычага, чтобы иметь возможность производить измерения в противоположном направлении.

Эти индикаторы фактически измеряют угловое, а не линейное смещение; линейное расстояние коррелирует с угловым смещением на основе коррелирующих переменных. Если причина движения перпендикулярна пальцу, погрешность линейного перемещения приемлемо мала в пределах диапазона отображения циферблата. Однако эта ошибка начинает становиться заметной, когда эта причина отклоняется на целых 10° от идеальных 90°. ^[1] Это называется косинусной ошибкой , поскольку индикатор регистрирует только косинус движения, тогда как пользователя, скорее всего, интересует чистый вектор движения . Косинусная ошибка более подробно обсуждается ниже.

Контактные элементы тестовых индикаторов чаще всего имеют стандартный сферический наконечник диаметром 1, 2 или 3 мм. Многие из них изготовлены из стали (легированной инструментальной стали или HSS ); модели более высокого класса изготовлены из карбидов (например, карбида вольфрама ) для большей износостойкости. В зависимости от применения для точек контакта доступны другие материалы, например рубин (высокая износостойкость), тефлон или ПВХ (чтобы не поцарапать заготовку). Они более дорогие и не всегда доступны в качестве OEM-опций, но они чрезвычайно полезны в приложениях, где они требуются.

Современные циферблатные индикаторы обычно крепятся либо с помощью встроенного стержня (справа на изображении), либо с помощью специального зажима, который захватывает «ласточкин хвост» на корпусе индикатора. Для некоторых инструментов могут использоваться специальные держатели.

Тестовый индикатор

До появления современных циферблатных механизмов тестовые индикаторы с использованием одного рычага или систем рычагов были обычным явлением. Диапазон и точность этих устройств в целом уступали современным устройствам циферблатного типа: типичный диапазон от 10/1000 до 30/1000 дюймов и точность 1/1000 дюйма. Одним из распространенных однорычажных индикаторов для испытаний был Starrett (№ 64), а индикаторы, использующие системы рычагов для усиления, были произведены такими компаниями, как Starrett (№ 564). ^[2] и Луфкин (№ 199А), ^[3] а также более мелкие компании, такие как Ideal Tool Co. Устройства, которые можно было использовать либо в качестве рычажного испытательного индикатора, либо в качестве плунжерного типа, также производились компанией Koch. ^[4]

Цифровой индикатор

С появлением электроники циферблат (циферблат) в некоторых индикаторах был заменен цифровыми дисплеями (обычно ЖК-дисплеями ), а часовой механизм заменен линейными энкодерами . Цифровые индикаторы имеют некоторые преимущества перед своими аналоговыми предшественниками. Многие модели цифровых индикаторов могут записывать и передавать данные в электронном виде на компьютер через такой интерфейс, как RS-232 или USB . Это облегчает статистическое управление процессом (SPC), поскольку компьютер может записывать результаты измерений в табличный набор данных (например, таблицу базы данных или электронную таблицу ) и интерпретировать их (путем проведения статистического анализа). Это исключает ручную запись длинных столбцов чисел, что не только снижает риск ошибок оператора (например, перестановки цифр ), но и значительно повышает производительность процесса, освобождая человека от трудоемких задач по записи и копированию данных. Еще одним преимуществом является то, что их можно переключать между метрическими и дюймовыми единицами измерения одним нажатием кнопки. устраняя отдельный этап преобразования единиц измерения , заключающийся в вводе в калькулятор или веб-браузере и последующей записи результатов.

Типы контактных точек (наконечников)

Наконечники плунжерного (капельного) индикатора

В индикаторах падения наконечник зонда обычно можно менять на разные формы и размеры в зависимости от применения. Насадки обычно крепятся с помощью резьбы № 4–48 или M2,5. Сферические наконечники часто используются для точечного контакта. При необходимости также используются цилиндрические и плоские наконечники. Игольчатые наконечники позволяют наконечнику входить в небольшое отверстие или прорезь. Наборы дополнительных насадок продаются отдельно и недорого, так что даже индикаторы, у которых нет набора насадок, можно дополнить новым набором.

Советы по индикатору проверки циферблата

Индикаторы циферблатного типа, кончики которых качаются по дуге, а не погружаются линейно, обычно имеют сферические наконечники. Такая форма обеспечивает точечный контакт, позволяя проводить последовательные измерения при движении наконечника по дуге (за счет постоянного смещения расстояния от поверхности шара до центральной точки, независимо от угла контакта шарика с измеряемой поверхностью). В продаже предлагается несколько сферических диаметров; Стандартные размеры — 1 мм, 2 мм и 3 мм.

Несмотря на только что упомянутое преимущество (относительно несущественности угла контакта) самого шара (сферы) , угол контакта рычага в целом имеет значение. В большинстве DTI он должен быть параллелен (0°, 180°) измеряемой поверхности, чтобы измерение было по-настоящему точным, то есть чтобы величина показания шкалы отражала истинное расстояние перемещения наконечника без косинусной ошибки . Другими словами, траектория движения зонда должна совпадать с измеряемым вектором; только косинус в противном случае измеряется вектора (что приводит к ошибке, называемой косинусной ошибкой). В таких случаях индикатор все еще может быть полезен, но для достижения правильного измерения необходимо применить смещение (множитель или поправочный коэффициент) (когда измерение является абсолютным, а не просто сравнительным). (Этот факт относится к углу между рычагом и деталью, а не к углу между рычагом и корпусом ДТИ, ^[5] который настраивается на большинстве DTI.) Тот же принцип также используется с сенсорными триггерными датчиками КИМ (TTP), где машина (при правильном использовании) регулирует компенсацию смещения шарика, чтобы учесть любую разницу между вектором подвода и вектором поверхности. .

Некоторые DTI (например, линия Interapid и ее конкуренты) изготавливаются со встроенным допуском, таким образом, что угол кончика 12 ° (между рычагом и измеряемой поверхностью) является углом, который соответствует нулевой косинусной ошибке. Это очень удобно для пользователя, так как шарик не касается корпуса индикатора и устройство может проходить над поверхностью.

Смена наконечника DTI не так проста, как замена наконечника каплевидного индикатора, поскольку длина наконечника, являющегося рычагом, точно соответствует длине часового механизма внутри индикатора, так что длина дуги его движение конечности имеет известное соотношение с шестернями, приводящими в движение стрелку циферблата. Таким образом, чтобы добавить более длинный или более короткий наконечник, необходимо умножить поправочный коэффициент на показания шкалы, чтобы получить истинное показание расстояния. Наконечники DTI часто имеют резьбу для замены (например, наконечники индикатора падения) и небольшие лыски для установки гаечного ключа; но намерение относительно замены наконечников, обслуживаемых пользователем, ограничивается только наконечниками, которые изначально поставлялись с индикатором, из-за вышеупомянутой важности длины. Обычно DTI поставляется с несколькими наконечниками, такими как наконечник с маленьким шариком и наконечник с большим шариком.

Ни одно из приведенных выше соображений (косинусная ошибка или ошибка длины рычага) не имеет значения, если показания шкалы используются только сравнительно (а не абсолютно). Но избежание ошибок типа «сравнительный-абсолютный-смешивающий» зависит от знаний и внимания пользователя, а не от самого прибора, и поэтому ремонтники DTI обычно не сертифицируют точность DTI, который не может предложить точное абсолютное измерение, даже если оно идеально подходит только для сравнительного использования. Такой DTI по-прежнему может быть сертифицирован (и маркирован) только для сравнительного использования, но поскольку существует риск ошибки пользователя, правила калибровки датчиков в механических мастерских либо требуют наличия этикетки «только для сравнительного использования» (если можно доверять пользователям, что они поймут и следовать ему) или потребовать вывода индикатора из эксплуатации (в случае его отсутствия).

См. также

Индикаторная диаграмма , диаграмма давление-объем, измеренная на поршневом двигателе.
Метрология - наука об измерениях и ее применение.

Ссылки

^ «Понимание ошибок в ручных измерительных приборах» .
^ Сиссон 1934 г.
^ Ведьмак 1941
^ Кох 1906 г.
^ Печински, Джо (17 января 2018 г.), Косинусная ошибка продемонстрирована и оспорена , заархивировано из оригинала 13 декабря 2021 г. (Обучающее видео для машиниста.) {{citation}}: CS1 maint: постскриптум ( ссылка )

Дальнейшее чтение

Каталог Старретта № 31Б . Атол, Массачусетс: Компания LS Starrett . 2007.
«Советы Mahr Inc. по измерению» . Провиденс, Род-Айленд: Mahr Inc.

Внешние ссылки

Практическая металла и дерева. обработка
Симулятор - стрелочный индикатор в миллиметрах с ценой деления 0,01мм.

[1] «Понимание ошибок в ручных измерительных приборах» .

[Sisson1934-2] Сиссон 1934 г.

[Witchger1941-3] Ведьмак 1941

[Koch1906-4] Кох 1906 г.

[Pieczynski-2018-01-17-5] Печински, Джо (17 января 2018 г.), Косинусная ошибка продемонстрирована и оспорена , заархивировано из оригинала 13 декабря 2021 г. (Обучающее видео для машиниста.) {{citation}}: CS1 maint: постскриптум ( ссылка )

[1]

[2]

[3]

[4]

[5]