ГОСТ ISO 230-1-2018. Межгосударственный стандарт. Нормы и правила испытаний станков. Часть 1. Геометрическая точность станков, работающих на холостом ходу или в квазистатических условиях
12.2 Плоскостность столов станков
12.2.1 Измерение погрешности плоскостности столов при помощи поверочной плиты
Поверхность поверочной плиты, используемой для оценки плоскостности столов, покрывают крокусом (порошком окиси железа) или оксидом хрома, разведенными в легком масле. Поверочную плиту с таким покрытием укладывают на поверхность, подлежащую проверке. Производят незначительное перемещение плиты вперед и назад. Плиту удаляют, регистрируют распределение точек соприкосновения. Это распределение должно быть равномерным по всей измеряемой поверхности и соответствовать заданным значениям. Этот метод применим только для маломерных, относительно тонко обработанных (пришабренных или шлифованных) поверхностей.
12.2.2 Измерение погрешности плоскостности столов посредством поверочной плиты и датчика линейных перемещений
Измерительное оборудование состоит из метрологической плиты и датчика линейных перемещений, установленного на суппорте, основание которого перемещается по этой плите.
Существуют два способа измерения:
a) подлежащий измерению компонент размещают на поверочной плите (размеры этой плиты и форма суппорта датчика линейных перемещений должны быть достаточными для охвата всей измеряемой поверхности) (см. рисунок 104);
b) метрологическую плиту размещают лицом к лицу с измеряемой поверхностью. Для такого метода измерения размеры обеих поверхностей должны быть сопоставимыми (см. рисунок 105).
1 - поверочная плита (эталон измерения); 2 - поверхность,
подлежащая измерению
Рисунок 104 - Измерение погрешности плоскостности
компонента, размещенного на метрологической плите
1 - поверочная плита (эталон измерения); 2 - поверхность,
подлежащая измерению
Рисунок 105 - Измерение погрешности плоскостности
компонента с использованием внешней поверочной плиты
Для определения местоположения точек измерения принимают форму квадрата. Ошибку в показаниях из-за дефектов поверхности можно минимизировать за счет:
использования датчика линейных перемещений с не подверженным ржавлению наконечником большого радиуса;
размещения между измеряемой поверхностью и наконечником датчика линейных перемещений небольшого шлифованного блока с параллельными опорными плоскостями для амортизации дефектов поверхности (шлифованной, строганой и т.д.).
В первом устройстве (см. рисунок 104) положение датчика линейных перемещений зависит от изменения угла наклона поверхности поверочной плиты к поверхности датчика. Этот метод следует резервировать для поверочных плит высокой точности. Его невозможно использовать для расчета дефектов самой поверочной плиты. Его следует приберегать для мелких деталей.
Во втором устройстве (см. рисунок 105), в котором измерения проводят с использованием держателя датчика линейных перемещений, устанавливаемого перпендикулярно поверочной плите, можно учитывать дефекты поверочной плиты в процессе получения результатов.
12.2.3 Измерение при помощи поверочной(ых) линейки(ек)
12.2.3.1 Измерение перемещением поверочной линейки с использованием совокупности прямых линий
В первую очередь определяют теоретическую плоскость, на которой будут расположены точки опоры. С этой целью на испытуемой поверхности в качестве точек отсчета выбирают три точки - a, b, c (см. рисунок 106). Затем в этих точках три плитки Иогансона одинаковой толщины размещают таким образом, чтобы верхние поверхности плиток определяли базовую плоскость, с которой сравнивают измеряемую поверхность.
Рисунок 106 - Измерение погрешности плоскостности
при помощи семейства прямых линий
Далее четвертую точку d, расположенную на поверочной плите, выбирают следующим образом: поверочную линейку размещают на точках a и c, а используемый измерительный блок, отрегулированный по высоте, - в точке d и приводят его в контакт с нижней поверхностью поверочной линейки. Таким образом, верхние поверхности компонентов измерительного блока в точках a, b, c и e оказываются в одной плоскости.
Затем находят отклонение точки d, размещая поверочную линейку на точках b и e; регулируемый блок размещают в точке d, а его верхнюю поверхность переводят в плоскость, определяемую верхними поверхностями плиток в ранее проверенной позиции.
Размещая поверочную линейку на точках a и d, а затем на точках b и c, можно определять отклонения всех промежуточных точек на поверхности, расположенной между a и d и между b и c. Тем же самым путем можно определять отклонения точек между a и b, c и d. При этом должны быть соблюдены все необходимые допуски на стрелу прогиба поверочной линейки.
Для того чтобы таким же образом снимать показания внутри прямоугольника или квадрата, необходимо помещать его, например, на точках f и g, отклонения в которых необходимо узнать; измерительный блок следует регулировать на соответствующую высоту. На тех же точках следует располагать поверочную линейку и с помощью измерительного блока получать необходимые показания.
Для измерения погрешности плоскостности можно также использовать инструмент для измерения прямолинейности, как показано на рисунке 107.
1 - датчик линейных перемещений; 2 - суппорт;
3 - направляющая поверочная линейка; 4 - контролируемая
поверхность; 5 - набор плиток Иогансона; 6 - поверочная
линейка; 7 - точка контакта (одна из трех) с измерительным
наконечником датчика линейных перемещений
Рисунок 107 - Использование для измерения погрешности
плоскостности инструментов для измерения прямолинейности
12.2.3.2 Измерение при помощи поверочных линеек, прецизионного уровня и датчика линейных перемещений
В этом методе эталон измерения обеспечен двумя поверочными линейками, которые расположены параллельно с помощью прецизионного уровня (см. рисунок 108 и ISO/TR 230-11).
a, b, c, d - точки опоры; L - прецизионный уровень;
G - датчик линейных перемещений; R, R1, R2 - поверочные
линейки
Рисунок 108 - Измерение погрешности плоскостности
с использованием трех поверочных линеек
и прецизионного уровня
Две поверочные линейки R1 и R2 устанавливают на опорах a, b, c и d, три из которых имеют одну и ту же высоту, а у четвертой высота регулируется. Используя прецизионный уровень, линейки устанавливают таким образом, чтобы их прямолинейные поверхности были параллельными друг другу. Таким образом, линейки R1 и R2 копланарные, т.е. лежат в одной плоскости.
Эталон прямолинейности R, расположенный на линейках R1 и R2 над произвольной линией fg квадратного шаблона, позволяет снять показания отклонения посредством считывающего инструмента G или с помощью плиток Иогансона.
Жесткость поверочных линеек R1 и R2 должна быть достаточной для того, чтобы минимизировать погрешность за счет их деформации под действием веса эталона R.
Устанавливают базу отсчета проводимого измерения, а все отклонения от этой базы измеряют и наносят точками на диаграмму. Это нанесение может быть выполнено в различных точках, равномерно расположенных по квадрату (см. рисунок 109) и покрывающих всю контролируемую поверхность. Выбор размещения точек в пространстве не зависит от используемых измерительных инструментов.
1 - эталон плоскостности; 2 - база отсчета измерений
Рисунок 109 - Диаграмма отклонений от плоскостности
12.2.4 Измерение погрешности плоскостности посредством прецизионного уровня
12.2.4.1 Общие положения
В настоящее время это единственный известный метод, который позволяет поддерживать постоянно горизонтальное направление измерительного эталона, в то время как измерительный инструмент перемещается с одной позиции на другую.
Основой этого метода измерения является использование метода угловых отклонений (см. 12.1.3).
Для большей практичности рекомендуется определять разность показаний при неподвижном и при перемещающемся уровне.
12.2.4.2 Измерение прямоугольной поверхности
Координатная плоскость определена двумя прямыми линиями, OmX и OO'Y, где O, m, O' - точки на поверхности, подлежащей проверке (см. рисунок 110).
Рисунок 110 - Измерение погрешности плоскостности
при помощи прецизионного уровня
Линии OX и O'Y выбирают под прямым углом друг к другу и параллельно сторонам, очерчивающим контролируемую поверхность. Измерения начинают в одном из углов, O, измеряемой поверхности в направлении OX. Методом, описанным в 12.1.3.1, определен шаг измерения по линиям OA и OC, а также по последующим параллельным линиям, O'A', O"A" и CB, таким образом, чтобы охватить полностью всю контролируемую поверхность.
Для подтверждения предыдущих измерений можно производить дополнительные измерения по линиям mM, m'M' и т.д.
Если между шириной и длиной контролируемой поверхности отсутствует диспропорция, предпочтительно в порядке перекрестной проверки производить измерения вдоль диагоналей (см. ISO/ТР 5460:1985, 8.3, метод 8.3.1).
12.2.4.2.1 Пояснения к результатам измерения
По результатам измерения линий Omm'A и OO'O"C с использованием процедуры, представленной на рисунке 87, вычерчивают топографическую схему. Для нанесения линий O'A', O"A" и CB исходными точками должны быть O', O" и C. В случае, отображенном на рисунке 111, все эти точки должны находиться максимально близко к эталону измерения, который можно считать координатной плоскостью. В случае, отображенном на рисунке 112, стандартные прямые линии Omm'A и OO'O"C направлены по OX' и OY', т.е. образуют плоскость OABC.
Рисунок 111 - Данные отклонений от плоскостности,
обозначающие координатную плоскость, близкую
к эталону измерения
Рисунок 112 - Данные отклонений от плоскостности,
обозначающие координатную плоскость,
отличную от эталона измерения
12.2.4.3 Измерение плоских поверхностей с круглым контуром
Большие плоские поверхности, имеющие круглый контур, не укладываются в ортогональную прямоугольную диаграмму: обычно остаются не поддающиеся контролю части. Следовательно, предпочтительным является выполнение проверок с использованием круглых опорных поверхностей и их диаметров (см. рисунок 113):
a) круговая верификация: прецизионный уровень размещается на изостатической опоре A и перемещается с постоянными интервалами вокруг этой опорной плиты;
b) диаметральная верификация выполняется с использованием любого метода измерения прямолинейности функциональных поверхностей станка (см. рисунок 113).
A - изостатическая опора; B - диаметральная
прямолинейная направляющая; d - расстояние
между точками измерения на опоре
Рисунок 113 - Измерение погрешности плоскостности
вдоль внешнего круглого контура
Для маленьких поверхностей измерение погрешности плоскостности выполняют упрощенным путем посредством измерения прямолинейности:
- двух взаимно перпендикулярных диаметров;
- сторон квадрата, соединяющих экстремальные точки (см. рисунок 114).
Рисунок 114 - Измерение погрешности плоскостности
для поверхностей с круглым контуром
12.2.5 Измерение плоскостности оптическими методами
12.2.5.1 Измерение автоколлиматором
Прямые линии OX и OY, устанавливающие координатную плоскость измерения, определены оптической осью автоколлиматора в двух позициях под углом 90° друг к другу. Затем применяют метод, приведенный в 12.1.3.3.
Для измерения OA', OA" и CB оптические оси автоколлиматора должны быть параллельными OX (см. рисунок 110 и ISO/TR 5460:1985, 8.4.1).
12.2.5.2 Измерение поворотным зеркальным эккером
Альтернативным методом является измерение с использованием поворотного зеркального эккера (или пятигранной призмы). Координатная плоскость устанавливается центрами трех заданных координат (A, B, C), размещенных по краям контролируемой поверхности (см. рисунок 115).
1 - заданная цель измерения (мишень); 2 - поворотный
зеркальный эккер (пятигранная призма); A, B, C - заданные
координаты
Рисунок 115 - Измерение погрешности плоскостности
с использованием поворотного зеркального эккера
Эккер настраивают таким образом, чтобы телескопическая оптическая ось была перпендикулярной координатной плоскости, а четвертая заданная координата использовалась для измерения положения любой точки на контролируемой поверхности (см. ISO/TR 230-11).
12.2.5.3 Измерение поворотным регулируемым лазером
В этом методе для определения плоскости координат с помощью различных копланарных прямых линий использован вращающийся узел в комплекте с регулируемым лазером (см. рисунок 116 и ISO/TR 230-11).
1 - регулируемая лазерная головка; 2 - поворотный узел;
3 - вращающийся луч лазера; 4 - светочувствительная мишень
в позиции "n"; 5 - мишень в различных позициях
над испытуемой поверхностью
Рисунок 116 - Измерение погрешности плоскостности
с использованием поворотного регулируемого лазера
12.2.5.4 Измерение лазерной интерферометрической системой
Геометрическую форму обрабатываемой поверхности воспроизводят на основе обследования прямолинейности различных линий путем измерения угловых отклонений (см. ISO/TR 230-1).
Типовая последовательность измерения представлена на рисунке 117, где на диаграмме представлены подлежащие проверке линии 1 - 8.
1 - 8 - линии измерения; 9 - ретрорефлектор; 10 - второе
вращающееся зеркало; 11 - интерферометр; 12 - опора
ретрорефлектора; 13 - головка лазера; 14 - первое
вращающееся зеркало; 15 - направляющая линейка
Рисунок 117 - Измерение погрешности плоскостности
с использованием лазерного интерферометра
Анализ полученных в результате такой проверки данных в сравнении с рабочим заданием дает изометрическую топограмму плоскостности контролируемой плиты (см. рисунок 118).
1 - 8 - линии измерения
Рисунок 118 - Типовая диаграмма данных
по отклонению от плоскостности
Луч лазера настраивают по горизонтали в нужном направлении путем регулировки вращающегося зеркала, что не исключает возможность воздействия и на вертикальное направление лазерного луча.
