7/24/2019 control dimensional si metrologie
1/129
1
FACULTATEA DE INGINERIE MECANIC
I MECATRONIC
CONTROL DIMENSIONAL I METROLOGIE
CURS
ANUL III INGINERIE MECANIC
ANUL II MECATRONIC
ANUL II OPTOMETRIE
ANUL II INGINERIE ECONOMICANUL II DESIGN INDUSTRIAL
TITULAR CURS:
CONF.DR.ING.EC. DESPINA DUMINIC
BUCURETI
2014
7/24/2019 control dimensional si metrologie
2/129
2
CUPRINS
Bibliografie ................................................................................................................ 4
1. Consideraii generale ............................................................................................ 5
2. Precizia dimensiunilor ........................................................................................... 7
2.1 Noiuni generale ............................................................................................... 7
2.2 Ajustaje ............................................................................................................ 9
2.3 Poziia intervalului de toleran ...................................................................... 10
2.4 Mrimea intervalului de toleran ................................................................... 12
2.5 Calculul ajustajelor ......................................................................................... 15
2.6 Sisteme de ajustaje ....................................................................................... 25
3. Calitatea i precizia formei geometrice ................................................................ 29
3.1 Definiii ........................................................................................................... 29
3.2 Metrologia cilindrului ...................................................................................... 31
3.3 Abaterile de la forma geometric ale pieselor cilindrice netede ..................... 33
3.4 Abaterile de la forma geometric ale pieselor delimitate de suprafee plane . 39
4. Precizia poziiei reciproce a axelor i suprafeelor............................................... 41
4.1 Definiii ........................................................................................................... 41
4.2 Abaterile de la poziia reciproc a axelor i suprafeelor ................................ 42
4.3 nscrierea pe desen a toleranelor de form i poziie ................................... 56
5. Starea suprafeelor .............................................................................................. 60
5.1 Generaliti .................................................................................................... 60
5.2 Sisteme de evaluare a rugozitii ................................................................... 61
7/24/2019 control dimensional si metrologie
3/129
3
5.3 Notarea pe desen a valorilor admisibile ale rugozitii ................................... 66
5.4 Metode de control al strii suprafeelor .......................................................... 67
5.5 Elemente asupra crora influeneaz rugozitatea suprafeelor ...................... 71
6. Noiuni introductive de metrologie ....................................................................... 75
6.1 Generaliti .................................................................................................... 75
6.2 Exactitatea msurrilor i incertitudinea de msurare ................................... 79
6.3 Trasabilitatea msurrii ................................................................................. 83
7. Mijloace de msurare a dimensiunilor i unghiurilor ............................................ 85
7.1 Generaliti .................................................................................................... 85
7.2 Msuri ............................................................................................................ 86
7.3 Instrumente de msurare mecanice care msoar prin metoda direct ........ 89
7.4 Instrumente de msurare care msoar prin metoda comparaiei ................. 96
7.5 Echipamente de msurare complexe .......................................................... 112
7.6 Mijloace de msurare a unghiurilor .............................................................. 117
8. Lanuri de dimensiuni ........................................................................................ 120
8.1 Generaliti .................................................................................................. 120
8.2 Rezolvarea problemei directe a lanului de dimensiuni n cadrul
interschimbabilitii totale ............................................................................................. 121
8.3 Rezolvarea problemei directe a lanului de dimensiuni n cadrul
interschimbabilitii pariale .......................................................................................... 124
8.4 Metode de rezolvare aproximativ a problemei inverse a lanului de
dimensiuni .................................................................................................................... 127
7/24/2019 control dimensional si metrologie
4/129
4
BIBLIOGRAFIE
1. Pau, V.; Bagiu, L.; David, I., Tolerane, Bucureti, Editura Printech, 1999
2. Pau, V.; Bagiu, L.; David, I., Msurri tehnice, Bucureti, Editura Printech, 19993. Pau, V., Duminic, D. : Controlul calitii asistat de calculator. Partea I: Metode i
instrumente de control, Bucureti, Editura Printech, 2005
4. Pau, V., Duminic, D., Gheorghe, Gh.I., Duminic, F., Tolerane, controlul calitii,
control dimensional, ndrumar de laborator, Bucureti, Editura Printech, 2003
5. Bagiu, L., Tolerane i ajustaje, Timioara, Editura Helicon, 1997
6. Dragu, D. .a., Tolerane i msurtori tehnice, Bucureti, Editura Didactic i
Pedagogic, 1982
7. G.M.S. de Silva, Basic metrology for ISO 9000 certification, Butterworth-Heinemann,
Oxford, 2002
8. Dodoc, P., Metrologie general, Editura Didactic i Pedagogic, Bucureti, 1979
9. Micu, C., Dodoc, P., Diaconescu, Gh., Manolescu, A.,Aparate i sisteme de msurare
n construcia de maini, Editura Tehnic, Bucureti, 1980
10.*** Metrology in short, 2nd edition, EUROMET, Project 673, December, 2003.
11.SR EN ISO 286-1:2010 Sistem ISO de tolerane i ajustaje. Partea 1: Baze de
tolerane, abateri i ajustaje
12.SR EN ISO 286-2:2010 Sistem de tolerane i ajustaje. Partea 2: Tabele ale treptelor
de tolerane i abateri limit pentru alezaje i arbori
13.ISO 2768-1 Toleran medie pentru lungimi i unghiuri
7/24/2019 control dimensional si metrologie
5/129
5
1. CONSIDERAII GENERALE
Calitatea unui produs reprezint ansamblul nsuirilor acestuia care i confer
valoare de ntrebuinare. Aceast noiune reflect gradul n care produsul satisface nevoia
social, n funcie de parametrii tehnico-economici, estetici, gradul de utilitate i eficiena
economic n exploatare, respectiv consum.
n conformitate cu sistemul de norme ISO 9000, calitatea se definete ca fiind
ansamblul proprietilor i caracteristicilor unui produs sau serviciu care i confer acestuia
aptitudinea de a satisface cerinele exprimate sau implicite ale consumatorului.
Calitatea unui produs industrial finit depinde de calitile integrate ale elementelor
constitutive. n construcia de maini, certificatul de calitate al produsului finit este dat de
ansamblul valorilor unei serii de parametri mecanici, fizici, geometrici, etc., ansamblu
determinat prin msurare.
Domeniul tiinei care se ocup de msurare poart numele de metrologie.
Msurarea reprezint ansamblul operaiilor metrologice prin care se determin
valoarea unei mrimi.
Pentru aceasta, mrimea de msurat M(numit i msurand), al crei purttor este
obiectul de msurat, se compar cu unitatea de msur ncorporat ntr-un mijloc de
msurare, n scopul stabilirii raportului numeric dintre Mi unitatea de msur Uadmis.
Aceast definiie poart denumirea de ecuaie fundamental a msurrii:
UM
m= (1.1)
Valoarea astfel obinut nu constituie rezultatul final al informaiei. Este obligatoriuca datele astfel obinute s fie prelucrate, n vederea nlturrii, pe ct posibil, a erorilor de
msurare sau a diminurii efectelor acestora. Acest lucru se realizeaz prin aplicarea unor
corecii.
Rezultatul final astfel obinut poart numele de rezultat corectat.
Din definiia anterioar, se constat c msurarea reprezint un proces
experimental prin intermediul cruia se realizeaz o analiz cantitativ.
Verificarea reprezint un proces de analiz calitativ, n urma cruia se stabiletedac mrimea analizat corespunde sau nu recomandrilor din etapa de proiectare. n
7/24/2019 control dimensional si metrologie
6/129
6
concluzie, verificarea este un proces experimental, realizat n scopul cunoaterii calitative
a mrimii, n limitele unui domeniu de dispersie admisibil.
Controlul calitii ntr-un proces de producie reprezint totalitatea tehnicilor i
operaiilor care permit ca, la un moment de timp dat, s se elimine toate rezultatele
neconforme cerinelor impuse sau ateptrilor. Aciunea de control presupune msurareai verificarea tuturor factorilor care se constituie drept obiecte ale msurrii i care dau
referiri asupra calitii produsului n general. Aceti factori se refer la calitatea tehnologic
a piesei, la proprietile fizico-chimice i tehnologice ale materialului piesei, la proprietile
funcionale i chiar de estetic ale produsului.
O pies sau un organ de main trebuie s ndeplineasc un anumit rol funcional
n ansamblul pe care l formeaz cu o pies pereche, cu care vine n contact imediat, i cu
piesele sau cu perechile de piese cu care intr n contact mijlocit. n acest scop, ntr-oprim faz, piesele sunt considerate corpuri geometrice cu anumite caracteristici ideale ale
dimensiunilor, formei i poziiei reciproce a suprafeelor.
n urma procesului de montaj, este necesar ca piesele s poat funciona mpreun,
ntr-un ansamblu fix sau mobil. Pentru aceasta, pe lng forma conjugat pe care trebuie
s o aib fiecare n parte, ntre ele trebuie s existe un anumit raport al dimensiunilor de
contact. n procesul de prelucrare, datorit influenei unui numr foarte mare de factori
obiectivi i subiectivi, nu este posibil realizarea riguroas a dimensiunilor proiectate. De
asemenea, forma geometric rezultat nu este cea ideal. Experiena a demonstrat ns
c un organ de main poate funciona n condiiile preconizate i n cazul n care, n urma
prelucrrii, dimensiunile sale au rezultat cu anumite abateri efective.
innd seama de aceste considerente, proiectantul trebuie s stabileasc pentru
parametrii care caracterizeaz piesa anumite abateri admisibile.
n situaia n care se admite ca piesa s aib anumite abateri de la dimensiunile i
formele teoretice, apare noiunea deprecizie de prelucrare, prin care se nelege gradul de
apropiere i de asemnare dintre parametrii obinui de piesa materializat i cei prescrii
prin proiectare.
Termenul de precizie de prelucrare se refer la:
Precizia dimensiunilor;
Precizia formei geometrice;
Precizia poziiei reciproce a axelor i a suprafeelor pieselor;
Precizia netezimii suprafeelor.
Valorile abaterilor menionate trebuie stabilite astfel nct s corespund costurilor
minime cu care se poate obine nivelul de calitate impus.
7/24/2019 control dimensional si metrologie
7/129
7
2. PRECIZIA DIMENSIUNILOR
2.1 NOIUNI GENERALE
Prin dimensiune se nelege valoarea numeric exprimat n uniti de msur a
unei lungimi. Valoarea dimensiunilor este determinat de o serie de factori dependeni de
condiii funcionale, de rezisten a materialului folosit, constructive, de gabarit i de
estetic.
Pe desenul de execuie al unei piese, dimensiunile se nscriu ca atare sau sub
form de lanuri de dimensiuni i se trec sub form de cote.
Principalele mrimi care determin precizia prescris a unei dimensiuni sunt definii
n SR SR EN ISO 286-1:2010 Sistem ISO de tolerane i ajustaje. Partea 1: Baze de
tolerane, abateri i ajustaje.
Valoarea considerat ca referin pentru o cot a piesei poart numele de
dimensiune nominal. Convenional, dimensiunea nominal se noteaz cu Ni reprezint
mrimea fa de care se definesc abaterile limit.
n urma procesului de prelucrare, dimensiunea rezult la o valoare real
(adevrat) X N. Se definete eroarea de prelucrarepca fiind diferena dintre valoarea
real (rezultat prin prelucrare) a dimensiunii piesei i dimensiunea nominal:
p = X N (2.1)
Determinarea dimensiunii realeXse realizeaz cu ajutorul unui mijloc de msurare.
Indicaiile acestuia vor fi afectate de erori de metod, erori specifice aparatului i erori
datorate operatorului uman. Valoarea indicat de mijlocul de msurare poart numele de
dimensiune efectiv i se noteaz cu E. Diferena ntre dimensiunea efectiv i valoarea
real reprezint eroarea de msurare m:
m = E X (2.2)
Valoarea real X nu poate fi niciodat cunoscut, deci nu pot fi cunoscute nici
valorile individuale ale celor dou erori p i m.n consecin, n practic se lucreaz cu
o valoare global numit eroare tehnic total t:
7/24/2019 control dimensional si metrologie
8/129
8
t = p + m = E N (2.3)
Se constat c dimensiunea efectiv Eeste dimensiunea obinut prin prelucrare i
cunoscut prin msurare. Altfel spus, ea reprezint dimensiunea real obinut cu unanumit grad de aproximaie de ctre mijloacele de msurare. n consecin se accept
caracterizarea conformitii unei piese din punctul de vedere al dimensiunii analizate prin
ncadrarea acesteia ntr-un interval cuprins ntre dou dimensiuni limit admisibile, definite
astfel:
a) dimensiune maxim admisibil: valoarea maxim a dimensiunii efective a unei
piese pentru care piesa este considerat conform din punctul de vedere al acelei
dimensiuni;b) dimensiune minim admisibil: valoarea minim a dimensiunii efective a unei
piese pentru care piesa este considerat conform din punctul de vedere al acelei
dimensiuni.
Rezult astfel o serie de abateri, definite dup cum urmeaz:
a) abatere de prelucrare: diferena algebric ntre valoarea real i dimensiunea
nominal corespunztoare;
b) abatere efectiv: diferena algebric ntre dimensiunea efectiv i dimensiunea
nominal corespunztoare;
c) abatere limit superioar: diferena algebric ntre dimensiunea limit superioar
i dimensiunea nominal corespunztoare;
d) abatere limit inferioar: diferena algebric ntre dimensiunea limit inferioar i
dimensiunea nominal corespunztoare.
Diferena ntre valoarea dimensiunii maxime admisibile i cea a dimensiunii minime
admisibile poart numele de interval de toleransau, pe scurt, toleran.
Intervalul de toleran este ntotdeauna pozitiv. Se introduc urmtoarele noiuni:
nceputul intervalului de toleran: reprezint locul n care scula ptrunde n
intervalul de toleran;
sfritul intervalului de toleran: reprezint locul n care scula prsete
intervalul de toleran.
O pies este considerat conform din punct de vedere al preciziei unei anumite
dimensiuni dac dimensiunea ei efectiv este cuprins ntre limitele admisibile ale
dimensiunilor i este considerat rebutdac dimensiunea ei efectiv se situeaz n afara
acestor limite.
7/24/2019 control dimensional si metrologie
9/129
9
Rebutul este recuperabil n cazul n care scula nu a atins nceputul intervalului de
toleran (nu a ndeprtat suficient de mult material).
Rebutul este nerecuperabil n cazul n care scula a depit sfritul intervalului de
toleran (a ndeprtat mai mult material dect ar fi fost necesar).
2.2 AJUSTAJE
n tehnic, piesele perechi se clasific n dou mari categorii:
piese cuprinse, denumite generic arbori;
piese cuprinztoare, denumite generic alezaje.
Ansamblul format dintr-un arbore i un alezaj poart numele de ajustaj.
Un ajustaj este caracterizat prin faptul c arborele i alezajul corespunztor auacelai diametru nominal, notat cuN.
Prin convenie, toate notaiile referitoare la arbori se scriu cu litere mici, iar notaiile
referitoare la alezaje se scriu cu majuscule. n consecin, diametrul unui arbore se va
nota cu d, iar diametrul unui alezaj se va nota cu D.
Se fac urmtoarele notaii:
dmax: dimensiunea maxim admisibil a diametrului unui arbore;
dmin: dimensiunea minim admisibil a diametrului unui arbore; Dmax: dimensiunea maxim admisibil a diametrului unui alezaj;
Dmin: dimensiunea minim admisibil a diametrului unui alezaj.
n sistemul internaional de norme ISO, abaterile se noteaz cu E (pentru alezaj)
saue (pentru arbore) (cart - fr.), iar intervalul de toleran se noteaz cu IT (International
Tolerance). ntruct acesta este sistemul de norme care se aplic n Romnia n momentul
de fa, n cele ce urmeaz se vor folosi aceste notaii. Astfel, se vor nota:
es: abaterea superioar admisibil a diametrului unui arbore, dat de relaia:
Ndes = max (2.4)
ei: abaterea inferioar admisibil a diametrului unui arbore, dat de relaia:
Ndei =min
(2.5)
ES: abaterea superioar admisibil a diametrului unui alezaj, dat de relaia:
7/24/2019 control dimensional si metrologie
10/129
10
NDES = max (2.6)
EI: abaterea inferioar admisibil a diametrului unui alezaj, dat de relaia:
NDEI = min (2.7)
Rezult astfel expresiile intervalelor de toleran:
pentru arbori:
( ) ( ) eieseiNesNddITd =++== minmax (2.8)
pentru alezaje:
( ) ( ) EIESEINESNDDITD =++== minmax (2.9)
Pe desenele de execuie, dimensiunile nominale i abaterile se inscripioneaz sub
forma general: eseiN , respectivESEIN . Valorile abaterilor se scriu n milimetri (nu n
micrometri !!!).
Exemplu: 005,0 003,050 .
Dac una dintre abateri este nul, aceasta nu se mai inscripioneaz pe desen.
Exemplu: 005,050 .
Dac abaterea superioar este egal ca valoare cu abaterea inferioar, se va
inscripiona pe desen modulul abaterii, precedat de semnul .Exemplu: 005,050 .
Respectarea inscripionrii pe desen a abaterilor este obligatorie, ntruct valoarea
acestora condiioneaz explicit precizia dimensional a piesei executate.
2.3 POZIIA INTERVALULUI DE TOLERAN
n funcie de semnul abaterilor, intervalul de toleran poate fi amplasat n cinci
poziii:
7/24/2019 control dimensional si metrologie
11/129
11
a) ambele abateri pozitive (+ES; +EI); (+es; +ei);
b) abaterea superioar pozitiv i abaterea inferioar egal cu zero (+ES; EI
=0); (+es;ei=0);
c) abaterea superioar pozitiv i abaterea inferioar negativ (+ES; -EI); (+es;
-ei);d) abaterea superioar egal cu zero i abaterea inferioar negativ (ES=0; -
EI); (es=0; -ei);
e) ambele abateri negative (-ES; -EI); (-es; -ei).
Baza de referin se consider a fi ntotdeauna dimensiunea nominal.
Reprezentarea grafic simplificat a poziiilor cmpurilor de toleran pentru alezaje
i arbori este redat n figurile 2.1, respectiv 2.2.
Fig. 2.1. Reprezentarea grafic simplificat a poziiilor cmpurilor de toleran n cazul alezajelor.
Fig. 2.2. Reprezentarea grafic simplificat a poziiilor cmpurilor de toleran n cazul arborilor.
7/24/2019 control dimensional si metrologie
12/129
12
ntruct att arborele, ct i alezajul au propriile lor intervale de toleran,
intereseaz modul n care aceste valori influeneaz comportamentul ajustajului. Din acest
punct de vedere, ajustajele se clasific n trei categorii:
a) ajustaje cu joc, la care maxmin dD > (n orice situaie, diametrul alezajului va fi
mai mare dect diametrul arborelui);b) ajustaje cu strngere, la care minmax dD < (n orice situaie, diametrul arborelui
va fi mai mare dect diametrul alezajului);
c) ajustaje intermediare, la care:
>
0,10,5
0,06...0,02
>0,02...1
0,08 / 0,4
0,25 / 1,25
>0,5...10
>10...50
>0,1...2
>2...10
0,8 / 4
2,5 / 12,5
>10...80 >10...80 8 / 40
7/24/2019 control dimensional si metrologie
65/129
65
5.2.2 Sistemul E
Sistemul E (sistemul liniei nfurtoare) presupune c un cerc de raz ralunec
peste profilul de msurat (fig. 5.8). Linia descris de ctre centrul acestui cerc, cobort
perpendicular pn la vrful asperitilor, se numete linie nfurtoare (profil de
referin).
Fig.5.8 Elementele liniei nfurtoare n sistemul E
Dac suprafaa cuprins ntre profilul real i linia nfurtoare se divide la lungimea
de baz l, se obine adncimea medie a rugozitii Rp:
=B
Ap ydxl
R1
(5.6)
Pentru evaluarea rugozitii n acest sistem, este necesar ca profilul real s fie
parcurs de un alt palpator cu raza foarte mic la vrf r, pentru a se nscrie ntre
microneregularitile suprafeei de controlat. Valoarea rugozitii stabilite prin aceastmetod depinde de raza patinei r, n consecin raza patinei trebuie standardizat.
n practic sunt recomandate dou valori:
a) r = 250 mm, atunci cnd se urmrete eliminarea din rezultat a abaterilor de
form geometric;
b) r = 25 mm, cnd se dorete eliminarea din rezultat a abaterilor de form
geometric i a ondulaiilor (situaia uzual n practic).
Razara celuilalt palpator este cuprins n intervalul 2-20 m.
7/24/2019 control dimensional si metrologie
66/129
66
Dac linia nfurtoare este translatat n direcia axei Oy pn n punctul
corespunztor celei mai adnci asperiti, se determin adncimea maxim a rugozitii
Rt.
5.3 NOTAREA PE DESEN A VALORILOR ADMISIBILE ALERUGOZITII
Pe desenul produsului finit se nscrie n primul rnd semnul pentru notarea
rugozitii (fig. 5.9a). n cazul n care rugozitatea este exprimat n valori Ra, se va trece
numai valoarea abaterii maxime admisibile, n m, fr simbolul Ra(fig. 5.9b).
n cazul n care valoarea rugozitii se exprim n uniti Rz, cifra reprezentnd
abaterea maxim admisibil va fi precedat de simbolul Rz (fig. 5.9c) - indicaia estevalabil pentru toi parametrii, n afar de Ra. Situaiile care reclam i indicarea valorii
minime a abaterii admisibile vor fi indicate ca n fig. 5.9d. O alt lungime de referin dect
cea standardizat se indic printr-o cifr (n mm) sub o liniu orizontal care prelungete
simbolul de notare al rugozitii (fig. 5.9e1). Dac se indic i orientarea urmelor de
achiere sub cifra care indic lungimea de referin se trece i simbolul orientrii urmelor
(fig. 5.9e2). Dac se indic un anumit tratament sau o anumit prelucrare a suprafeelor,
aceasta se nscrie deasupra liniuei care prelungete semnul rugozitii (fig. 5.9f). Cnd seindic ndeprtarea obligatorie a unui strat de material de pe suprafaa indicat prin
simbol, se noteaz ca n fig. 5.9g. Dac este interzis nlturarea unui strat de pe
suprafaa indicat prin simbol, se procedeaz ca n fig. 5.9h.
Fig.5.9 Notarea pe desen a valorilor admisibile ale rugozitii
7/24/2019 control dimensional si metrologie
67/129
67
5.4 METODE DE CONTROL AL STRII SUPRAFEELOR
Pentru controlul strii suprafeelor se utilizeaz trei categorii de metode:
metoda comparativ
metoda palprii
msurarea fr contact.
Determinarea comparativ a rugozitiise realizeaz folosind mostre de rugozitate.
Acestea sunt plcue dreptunghiulare avnd suprafaa plan (fig.5.10a), cilindric concav
(fig.5.10b) sau cilindric convex (fig.5.10c). Grosimea mostrelor se stabilete n funcie
de procedeul de prelucrare i trebuie s asigure acestora o valoare suficient de mare a
rigiditii.
Fig.5.10 Mostre de rugozitate
Suprafaa de msurare a unei mostre este caracterizat de rugozitatea sa i de
orientarea neregularitilor. Pentru fiecare mostr se cunoate abaterea medie aritmetic a
rugozitii Ra, care este o valoare reprezentativ pentru unul sau mai multe procedee
tehnologice diferite. Neregularitile suprafeei de msurat trebuie s fie orientate n sensul
dimensiunii mai mici a mostrei de rugozitate. Suprafaa de msurat trebuie s aib un
aspect uniform, de aceeai culoare i luciu, fr fisuri, poroziti, urme de coroziune etc.
Mostrele de rugozitate sunt executate din diferite materiale (oel, font etc.) i se
livreaz n seturi, pe serii de rugoziti, pentru diferite procedee i forme ale suprafeelor a
cror rugozitate se determin.
Mostrele de rugozitate se monteaz n supori speciali, fiind grupate n funcie de
procedeul tehnologic i de materialul utilizat.
Compararea rugozitii suprafeelor prelucrate cu rugozitatea mostrelor se poate
face cu ochiul liber pentru suprafee cu mRa 2,3> sau cu lupa pentru suprafee
caracterizate de mRa 6,1> .
Principiul metodei palpriieste prezentat n figura 5.11. Acesta const n asigurarea
contactului ntre suprafaa de msurare i un ac palpator cu vrf de diamant. Acul e solidar
cu un miez de fier care se deplaseaz n interiorul unei bobine de inducie, rezultnd o
7/24/2019 control dimensional si metrologie
68/129
68
variaie a fluxului magnetic care o strbate. Ca urmare, ia natere o tensiune
electromotoare direct proporional cu viteza de variaie a fluxului, deci cu viteza de
deplasare a acului palpator pe suprafa. Prin nregistrarea micrii perpendiculare pe
suprafaa de msurare se determin profilul efectiv, pe baza cruia se calculeaz
parametrii de rugozitate.
Fig.5.11 Principiul metodei palprii
Acul palpator (fig. 5.12) este realizat din diamant sau din safir i prezint un unghi la
vrf cuprins ntre 60 i 90, la care raza de rotunjire are valori cuprinse ntre 1 i 10 m.
Acul se deplaseaz de-a lungul direciei de msurare cu o vitez ce variaz ntre 5m/s i1mm/s.
Fora de msurare nu trebuie s depeasc 1cN, pentru a se evita zgrierea
suprafeelor de ctre acul palpator.
Printre avantajele metodei palprii se numr universalitatea, dimensiunile reduse,
portabilitatea i posibilitatea palprii unor lungimi semnificative, precum i posibilitatea
stocrii i prelucrrii electronice de mare finee a semnalului obinut, inclusiv analiza n
frecven a acestuia, iar ca dezavantaje se menioneaz preul relative ridicat i pericolulzgrierii suprafeei.
7/24/2019 control dimensional si metrologie
69/129
69
Figura 5.13 prezint soluii de rugozimetre ce implementeaz principiul palprii.
Fig.5.12 Ac palpator
a) Surtronic Duo (Taylor Hobson)
b) Mitutoyo Surftest SJ-210 c) Kosaka Laboratory Surfcorder SE-40G
Fig.5.13.Soluii de rugozimetre ce implementeaz principiul palprii.
7/24/2019 control dimensional si metrologie
70/129
70
n figura 5.14 sunt prezentate cu titlu de exemplificare principalele funcii i
elemente componente ale rugozimetrului SJ-201P (Mitutoyo) aflat n dotarea laboratorului.
Acesta permite msurarea, analiza i interpretarea diferiilor parametri ce
caracterizeaz rugozitatea suprafeelor. Palparea suprafeelor se realizeaz cu ajutorul
unui detector (ac) cu vrf de diamant, ataat de unitatea central, iar rezultatele obinutesunt afiate pe ecranul aparatului. Opional, ele pot fi listate separat prin intermediul unei
mini-imprimante sau al unui calculator personal.
Pentru msurarea fr contact se utilizeaz metode interferometrice. Acestea se
bazeaz pe faptul c undele difractate de fiecare punct al suprafeei de msurare
iluminat cu lumin coerent formeaz un tablou de franje de interferen dependent de
caracteristicile suprafeei. Semnalul este sesizat de o matrice de fotodetectori.
Fig.5.14 Principalele funcii i elemente componente ale rugozimetrului SJ-201P (Mitutoyo)
Software-ul care nsoete echipamentele destinate controlului strii suprafeelor
trebuie s asigure o serie de funcii, printre care se menioneaz:
funcii mecanice: asigurarea poziionrii i a vitezei necesare pe toate
axele sistemului de msurare;
7/24/2019 control dimensional si metrologie
71/129
71
funcii de analiz: filtrare, aplicare automat a coreciilor, calculul
parametrilor de rugozitate;
funcii de afiare: grafic, interfee utilizator configurabile, opiuni de
imprimare;
funcii de export al datelor ctre alte programe de calcul: Microsoft Excel,SPC;
funcii diverse: preferine utilizator, stocare i comparare date;
funcii de lucru n reele multiinstrumente.
5.5 ELEMENTE ASUPRA CRORA INFLUENEAZ RUGOZITATEA
SUPRAFEELOR
Indiferent de grupa din care face parte un ajustaj, din cauza faptului c piesele
perechi interacioneaz pe suprafeele conjugate, rugozitatea suprafeelor are o influen
hotrtoare asupra comportrii acestuia la montaj sau n exploatare.
n cazul suprafeelor libere, rugozitatea nu are nicio influen, cu toate c, ntruct
nu este necesar ca dimensiunile libere s fie executate foarte precis, se pot obine caliti
ridicate ale suprafeei fr dificultate.
La piesele perechi, rugozitatea suprafeelor are o importan hotrtoare asupraunei serii de factori:
a) meninerea raportului dimensiunilor de contact n limitele admisibile ale
caracteristicilor de asamblare;
b) rezistena la uzur a suprafeelor de contact;
c) rezistena la oboseal;
d) rezistena la coroziune.
a) Meninerea raportului dimensiunilor de contact ale ajustajelor in limitele
admisibile ale caracteristicilor de asamblare
n situaia ajustajelor cu joc, raportul dimensiunilor n contact D/d >1trebuie riguros
respectat n limitele toleranei ajustajului. Se cunoate c tolerana ajustajului cu joc (Tj)
are valoarea: Tj= Jmax Jmin, cu Jmax= Dmax dmin; Jmin= Dmin dmax.
Pentru aceasta, n procesul de asamblare vor fi selectate piesele ale cror
dimensiuni efective (De, de), ndeplinesc condiia:
Dmax>De>Dmini dmax>de>dmin.
7/24/2019 control dimensional si metrologie
72/129
72
n aceast etap, dimensiunile efective Dei desunt determinate prin msurare, iar
palpatorul aparatului de msurare percepe valoarea limit dimensional pe crestele
rugozitilor.
Dup montare i n timpul funcionrii, rugozitile se vor uza de la baza lor,
rezultnd noi valori ale dimensiunilor de contact, respectiv dimensiunile funcionale (Dfidf). Acestea satisfac urmtoarele relaii: Df>De; df
7/24/2019 control dimensional si metrologie
73/129
73
mai mic i se realizeaz numai pe anumite zone determinate de vrfurile asperitilor.
Suprafaa care realizeaz n mod efectiv contactul stabilete un anumit coeficient de
portan K. Acesta este cu att mai mic cu ct rugozitile sunt mai grosolane. Coeficientul
K crete odat cu creterea netezimii suprafeelor. La prelucrri obinuite (strunjire,
gurire, frezare, alezare), valoarea coeficientului K este cuprins ntre 0,15 i 0,25. ncazul suprafeelor rectificate, K= 0,50 i numai prin metode de superfinisare, coeficientul
de portan Kajunge la valori cuprinse ntre 0,90 i 0,97. Cu ct coeficientul Keste mai
mic, cu att presiunile vor fi mai mari, valori care sunt nsoite de o serie de consecine:
apariia deformaiilor plastice, creterea i depirea tensiunilor admisibile, distrugerea
prin rupere (retezare) a asperitilor, ce are drept urmare eliberarea unor particule de
metal ce vor constitui apoi elemente abrazive. Toate acestea vor avea drept efect
micorarea rezistenei la uzur a pieselor.n reprezentarea grafic a uzurii n funcie de timp se disting trei zone: I) zona uzurii
primare; II) zona uzurii normale; III) zona uzurii catastrofale (fig.5.16).
Fig. 5.16 Evoluia uzurii n timp
Din diagram se observ c uzura cea mai accentuat este n zona primar. Aici,
coeficientul de portan este minim, asperitile sunt ascuite i deci suprafeele de contact
sunt minime, ceea ce determin apariia unor presiuni de contact foarte mari. Drept
urmare, n aceast zon uzura este foarte accentuat, fenomen la care concureaz
suplimentar i mprtierea n masa lubrifiantului a particulelor metalice ecruisate, puternic
abrazive, ca efect al uzurii. Zona uzurii primare este caracterizat prin timpul 1, relativ
7/24/2019 control dimensional si metrologie
74/129
74
redus. n zona uzurii normale, fenomenul este atenuat de creterea suprafeei de contact
i, ca urmare, de scderea presiunii. n aceast zon, uzura progreseaz lent n timp,
caracteristic este o perioad de funcionare 2 >> 1. Zona a treia este zona uzurii
catastrofale, cnd uzura progreseaz rapid n timp, i ea se este influenat de ali factori
dect rugozitatea.
c) Rezistena la oboseal
Profilul dantelat al rugozitilor reprezint o cauz a apariiei concentratorilor de
tensiune. Unghiurile ascuite creeaz amorse de rupere prin apariia microfisurilor n
material. Apariia acestora este favorizat atunci cnd raza la baza asperitilor este
minim. Apariia microfisurilor este intensificat de neomogenitatea inerent a
microstructurii aliajului piesei, existena limitelor de separare intercristalin i de existenadefectelor interne (incluziuni nemetalice).
d) Rezistena la coroziune a materialului pieselor
n mediul n care funcioneaz piesa, datorit diferenelor de potenial
microelectrochimic, determinate de neomogenitile aliajului, unele poriuni din suprafaa
aliajului se comport ca elemente anodice, iar altele ca elemente catodice. Apare astfel o
disociere anodic. Aceasta este cu att mai accentuat cu ct rugozitile sunt mai mari i
mai ascuite, ntruct acestea favorizeaz electroliza prin creterea curenilor care se
scurg preferenial prin vrfuri.
7/24/2019 control dimensional si metrologie
75/129
75
6. NOIUNI INTRODUCTIVE DE METROLOGIE
6.1 GENERALITI
Metrologiareprezint domeniul tiinei care se ocup de msurare.
Metrologia ndeplinete trei funciuni principale:
1. Definirea unitilor de msur acceptate pe plan internaional (ex. metrul);
2. Realizarea fizic a unitilor de msur prin metode tiinifice (ex. realizarea
fizic a metrului cu ajutorul radiaiilor laser);3. Stabilirea lanurilor de trasabilitate pentru fundamentarea exactitii de msurare
(ex. stabilirea relaiei ntre urubul micrometric dintr-un atelier de mecanic fin
i un laborator primar dedicat metrologiei optice a lungimilor).
La mijlocul secolului al XIX-lea, a devenit foarte evident necesitatea unui sistem
metric zecimal universal, mai ales n timpul primei expoziii universale. n 1875, la Paris a
avut loc o conferin diplomatic asupra metrului. 17 guverne au semnat un tratat numitConvenia Metrului. Semnatarii au decis s creeze i s finaneze un institut tiinific
permanent: Bureau International des Poids et Mesures BIPM (Biroul Internaional pentru
Msuri i Greuti).
Confrence Gnrale des Poids et Mesures CGPM (Conferina General pentru
Msuri i Greuti) discut i examineaz activitatea desfurat de Institutele Naionale
de Metrologie, iar BIPM elaboreaz recomandri asupra noilor hotrri metrologice
fundamentale i asupra tuturor preocuprilor majore ale BIPM.
n prezent (2009), 51 de state sunt membre ale Conveniei Metrului.
Organizarea Conveniei Metrului este prezentat n figura 6.1.
Ideea care a stat la baza sistemului metric - un sistem de uniti bazat pe metru i
pe kilogram - a aprut n timpul Revoluiei Franceze. Atunci, dou etaloane de referin din
platin, pentru metru i pentru kilogram, au fost construite i depozitate la Arhivele
Naionale Franceze din Paris n 1799. De aceea, etaloanele au primit ulterior numele de
"metrul de la Arhive", respectiv "kilogramul de la Arhive". Academia de tiine Francez a
fost desemnat de ctre Adunarea Naional s proiecteze un nou sistem de uniti de
msur, pentru a fi utilizat n ntreaga lume. Ca urmare, n 1946 rile membre al
7/24/2019 control dimensional si metrologie
76/129
76
Conveniei Metrului au acceptat sistemul MKSA (metru, kilogram, secund, amper). n
1954, MKSA a fost extins pentru a include kelvinul i candela. Atunci, sistemul a primit
numele de Sistem Internaional de Uniti, SI.
Fig. 6.1 Organizarea Conveniei Metrului
Sistemul SI a fost stabilit n 1960, la a 11-a Conferin General pentru Msuri i
Greuti (CGPM):
"Sistemul Internaional de Uniti, SI, este sistemul coerent de uniti adoptat i
recomandat de ctre CGPM".
SI cuprinde apte uniti de baz care, mpreun cu unitile derivate, formeaz un
sistem coerent de uniti. Suplimentar, sunt acceptate i alte uniti din afara sistemului SI
pentru a fi folosite mpreun cu unitile SI.
7/24/2019 control dimensional si metrologie
77/129
77
O unitate de baz reprezint o unitate de msur a unei cantiti de baz dintr-un
sistem de cantiti dat. Definirea i realizarea fiecrei uniti de baz SI se modific pe
msur ce cercetarea metrologic descoper posibiliti mai precise de definire i
realizare a unitii respective.
Exemplu: definiia din 1889 a metrului se baza pe prototipul internaional din platin-iridiu, amplasat la Paris.
n 1960, metrul a fost redefinit ca fiind 1 650 763,73 lungimi de und ale unei
anumite linii spectrale a izotopului de kripton-86.
n 1983, definiia a devenit inadecvat i s-a luat hotrrea de a se redefini metrul
ca fiind lungimea drumului parcurs de lumin n vid pe o durat de timp egal cu 1/299
792 458 dintr-o secund i avnd drept reprezentare lungimea de und a radiaiei
provenite de la un laser He-Ne stabilizat cu iod.Aceste redefiniri au redus incertitudinea relativ de la 10-7la 10-11m.
n prezent,metrulse definete ca fiind lungimea drumului parcurs de lumin n vid
ntr-un interval de timp egal cu 1/299 792 458 dintr-o secund.
Romnia a fost a 16-a ar din lume care a adoptat Sistemul Metric de Uniti,
utilizarea sa devenind obligatorie de la 1 ianuarie 1866. n 1884, Romnia a aderat la
Convenia Metrului, devenind al 19-lea stat membru al acestui tratat internaional. n anul
1951 a fost nfiinat Institutul de Metrologie, devenit n 1974 Institutul Naional de
Metrologie INM. Acest institut deine etaloanele naionale ale Romniei. n anul 1992 s-a
nfiinat Biroul Romn de Metrologie Legal (BRML) ca organ de specialitate al
administraiei publice centrale.
n prezent, n Uniunea European metrologia se clasific n trei categorii:
1. Metrologia tiinific, domeniu care se ocup de organizarea i dezvoltarea
etaloanelor de msurare, precum i de ntreinerea acestora (cel mai nalt nivel).
2. Metrologia industrial, care trebuie s asigure funcionarea adecvat a
instrumentelor de msurare utilizate n industrie, precum i n procesele de
producie i testare.
3. Metrologia legal, care studiaz exactitatea i uniformitatea msurtorilor, atunci
cnd acestea influeneaz transparena tranzaciilor economice, sntatea i
sigurana public.
Metrologia fundamental nu are o definiie internaional, dar reprezint cel mai
nalt nivel al exactitii dintr-un anumit domeniu. Metrologia fundamental poate fi descris
7/24/2019 control dimensional si metrologie
78/129
78
ca fiind metrologie tiinific, suplimentat cu aspectele metrologiei industriale i legale
care necesit competen tiinific.
Metrologia fundamental se clasific n concordan cu 11 domenii: mas,
electricitate, lungime, timp-frecven, termometrie, radiaie ionizant i radioactivitate,
fotometrie i radiometrie, debit, acustic, cantitate de substan i metrologieinterdisciplinar.
n domeniul lungimii, subdomeniile i etaloanele de msurare de nivel nalt sunt
prezentate n tabelul 6.1.
Tab. 6.1 Domenii, subdomenii i diferite etaloane de msurare de nivel nalt n domeniul lungimii
LUNGIME
Lungimi de und
i interferometrie
Lasere stabilizate, interferometre, sisteme de
msurare prin interferometrie laser,
comparatoare interferometrice
Metrologie
dimensional
Blocuri de cale plan-paralele, rigle, calibre n
trepte, calibre inel, calibre tampon, etaloane,
comparatoare, microscoape de msurare,
etaloane optice de rectilinitate, maini de msurat
n coordonate, micrometre cu scanare laser,
micrometre de adncime
Msurri
unghiulare
Autocolimatoare, mese rotative, calibre
unghiulare, cale unghiulare, poligoane, nivele,
divizoare optice
Form
Etaloane de rectilinitate, planeitate, paralelism,
circularitate, form ptrat, etaloane referitoare la
forma cilindric
Calitatea
suprafeei
Etaloane referitoare la calitatea suprafeei, la
rugozitate, echipamente de msurare a rugozitii
Metrologia fundamentalopereaz cu trei concepte eseniale pentru caracterizarea
msurrilor:
incertitudinea de msurare, care constituie o indicaie cantitativ asupra
exactitii rezultatului unei msurri;
exactitatea metodelor de msurare i a rezultatelor msurrii, caracterizat
prin justeea i fidelitatea msurrilor;
7/24/2019 control dimensional si metrologie
79/129
79
trasabilitatea, ce caracterizeaz capacitatea unui rezultat al msurrii sau a
valorii unui etalon de a se raporta la referine stabilite (etaloane naionale sau
internaionale).
6.2 EXACTITATEA MSURRILOR I INCERTITUDINEA DEMSURARE
Aa cum s-a artat la nceputul cursului,msurareareprezint ansamblul operaiilor
metrologice prin care se cantitatea de msurat M, numit msurand, se compar cu
unitatea de msur ncorporat ntr-un mijloc de msurare, n scopul stabilirii raportului
numeric dintre Mi unitatea de msur Uadmis. Obinerea rezultatului final al msurrii
presupune parcurgerea completa unei metode specifice de msurare i trebuie nsoit
de precizarea valorilor numerice ale parametrilor care ar fi putut afecta acest rezultat i
care poart numele de mrimi de influen. Printre cele mai frecvente mrimi de influen
se numr temperatura, presiunea, umiditatea etc.
Valoarea adevrat a unui msurand reprezint valoarea numeric ce ar fi fost
obinut n urma procesului de msurare dac acesta nu ar fi fost afectat de nicio eroare
(situaie imposibil n practic).
Valoarea numeric obinut experimental prin compararea msurandului cu etalonulde msurare de nivel superior (spre exemplu, cu mijlocul de msurare n cazul msurrii
dimensiunii unei piese sau cu etalonul n cazul verificrii unui mijloc de msurare) poart
numele de valoare convenional adevrat.
Eroarea de msurare (eroarea absolut de msurare) reprezint diferena dintre
rezultatul msurrii i valoarea adevrat. ntruct valoarea adevrat nu poate fi
cunoscut, pentru determinarea erorii de msurare se folosete n practic valoarea
convenional adevrat.Eroarea de msurare poate fi pozitiv sau negativ, de aceea, pentru descrierea
cantitativ a acesteia, se utilizeaz modulul acesteia, denumit valoarea erorii de msurare.
Eroarea de msurarerelativ reprezint raportul stabilit ntre eroarea de msurare
absolut i valoarea medie a mrimii msurate.
Exactitatea unei msurri (eng. accuracy) reprezint gradul de concordan ntre
rezultatul unei ncercri i valoarea convenional adevrat a msurandului (mrimii de
msurat).Exactitatea unui proces sau instrument de msurare include dou componente
distincte, complementare: justeea i fidelitatea.
7/24/2019 control dimensional si metrologie
80/129
80
Justeea (eng. trueness) reprezint gradul de concordan ntre valoarea medie
obinut ntr-un ir mare de rezultate ale msurrii i valoarea convenional adevrat. n
sens larg, justeea poate fi interpretat ca apropiere de adevr.
Fidelitatea (eng. precision) reprezint gradul de concordan ntre rezultatele
independente ale unei msurri obinute n condiii prevzute.Fidelitatea depinde numai de distribuia erorilor i nu are nicio legtur cu valoarea
adevrat.
n funcie de condiiile n care se stabilete, fidelitatea poate mbrca forma
repetabilitii sau reproductibilitii.
Repetabilitateareprezint fidelitatea determinat n condiii de repetabilitate.
Condiiile de repetabilitate presupun c rezultatele independente se obin prin
aceeai metod, pe entiti de msurat identice, n acelai laborator, de ctre acelaioperator, utiliznd acelai echipament de msurare i ntr-un interval scurt de timp.
Reproductibilitateareprezint fidelitatea determinat n condiii de reproductibilitate.
Condiiile de reproductibilitate presupun c rezultatele independente se obin prin
aceeai metod, pe entiti de msurat identice, n laboratoare diferite, de ctre operatori
diferii, utiliznd echipamente de msurare diferite.
Figura 6.2 prezint distribuia de frecven a rezultatelor unui proces de msurare i
ilustreaz relaiile stabilite ntre valoarea adevrat, justee i fidelitate. Pe axa orizontal
au fost reprezentate rezultatele individuale xiale msurrilor, iar pe axa vertical frecvena
fia acestora.
Fig. 6.2 Reprezentarea grafic a distribuiei rezultatelor unui proces de msurare. S-au notat: -
justeea; valoarea medie a rezultatelor; fidelitatea; T valoarea adevrat; S valoareaconvenional adevrat.
7/24/2019 control dimensional si metrologie
81/129
81
Exactitatea msurrii se exprim prin intermediul erorii de msurare, definit ca
diferen ntre rezultatul individual al msurrii (valoarea msurat) i valoarea
convenional adevrat. Eroarea de msurare are o singur valoare numeric.
Erorile de msurare pot fi: sistematice, ntmpltoare i grosolane (fig. 6.3).
Fig. 6.3 Clasificarea erorilor de msurare
Eroarea sistematicreprezint diferena ntre media obinut ntr-un numr infinit de
msurri ale aceluiai msurand, realizate n condiii de repetabilitate, i valoarea
adevrat a msurandului.
Eroarea ntmpltoare reprezint diferena ntre rezultatul unei msurri i mediaobinut ntr-un numr infinit de msurri ale aceluiai msurand, realizate n condiii de
repetabilitate. Se constat c eroarea ntmpltoare este egal cu diferena ntre eroare i
eroarea sistematic.
Eroarea ntmpltoare este provocat de variaiile neprevzute ale uneia sau mai
multor mrimi de influen.
Eroarea grosolan (eroarea grosier) este acea eroare cu caracter singular,
accidental, ce nu poate fi justificat pe baza condiiilor obiective normale ale procesului demsurare (altfel spus, constituie o greeal n procesul de msurare). Rezultatul unei
7/24/2019 control dimensional si metrologie
82/129
82
msurri afectate de o eroare grosolan poart numele de valoare aberant i trebuie
identificat i exclus din irul de rezultate obinute.
Apariia erorilor de msurare este inevitabil, pe de o parte din cauza imperfeciunii
metodelor i mijloacelor de msurare, a variaiei condiiilor de mediu, a perturbaiilor
exterioare, a subiectivitii operatorului uman, i pe de alt parte pentru c nsi valoareaadevrat nu poate fi determinat riguros, fiind nlocuit cu valoarea convenional
adevrat. n consecin, rezultatul numeric al msurrii trebuie nsoit de indicarea
incertitudinii de msurare, obiectiv estimate.
Incertitudinea de msurarereprezint intervalul n care se estimeaz, cu o anumit
probabilitate, c se afl valoarea adevrat a msurandului.
Evaluarea incertitudinii de msurare presupune identificarea naturii i surselor de
provenien a erorilor, precum i estimarea incertitudinilor pariale asociate acestor erori.Exprimarea incertitudinii de msurare presupune caracterizarea efectului global al
incertitudinilor pariale i se bazeaz pe procedee ce deriv din teoria probabilitilor.
Principalele surse ale erorilor de msurare sunt urmtoarele:
obiectul supus msurrii (erori de model, consecin a idealizrii sau
simplificrii acestuia);
mijlocul de msurare (erori instrumentale);
interaciunea obiect-aparat (erori de interaciune);
influene exterioare (erori de influen).
Se constat c, n cazul instrumentelor de msurare, termenii de exactitate i
eroare de msurare sunt destul de similari. Pentru descrierea performanelor
instrumentelor, productorii prefer s utilizeze noiunea de exactitate (sau, n unele
cazuri, se limiteaz s indice fidelitatea). Pe lng exactitate, caracterizarea calitii unui
instrument de msurare mai poate fi fcut prin intermediul a trei parametri:
rezoluia: diferena ntre dou indicaii succesive ale instrumentului de
msurare (poziia ultimei zecimale n cazul aparatelor cu afiaj digital,
respectiv valoarea celei mai mici diviziuni a unui mijloc de msurare cu cadran
sau cu scar gradat);
discriminarea: cea mai mare modificare a mrimii de intrare care nu produce
schimbri detectabile ale indicaiei aparatului;
sensibilitatea: raportul ntre variaia indicaiei aparatului i variaia mrimii
care o produce (mrimea de intrare). Altfel spus, sensibilitatea descrie ct de
mult se modific indicaia aparatului la modificarea cu o unitate a mrimii de
intrare.
7/24/2019 control dimensional si metrologie
83/129
7/24/2019 control dimensional si metrologie
84/129
84
etichet. Pe baza acestei informaii, un utilizator poate decide dac instrumentul de
msurare este potrivit pentru aplicaia respectiv.
Exist trei motive principale pentru care instrumentele trebuie calibrate:
1. Asigurarea compatibilitii indicaiilor instrumentului cu alte msuri;
2. Determinarea exactitii cu care se realizeaz citirea;3. Stabilirea gradului de ncredere cu care se realizeaz citirea la instrumentul
respectiv.
Un etalon reprezint o msur material, un instrument de msurare, un material
de referin sau un sistem de msurare destinat s defineasc, s realizeze, s pstreze
sau s reproduc o unitate sau una sau mai multe valori ale unei cantiti, pentru a servi
drept referin.
Exemplu: Metrul se definete drept lungimea drumului parcurs de lumin n vid ntr-un interval de timp de 1/299.792.458 s. La nivel primar, metrul este realizat pe baza
lungimii de und a unui laser He-Ne stabilizat cu iod.
La celelalte nivele, se utilizeaz blocuri de cale plan-paralele, iar trasabilitatea este
asigurat prin utilizarea interferometriei optice, n vederea determinrii lungimii blocului de
cale n referin cu lungimea de und a laserului anterior menionat.
n prezent se consider c, dac a trecut un interval de timp prea mare de la ultima
comparare cu etalonul de nivel superior, este posibil ca lanul de trasabilitate s se rup.
De aceea este necesar ca mijloacele de msurare s fie verificate periodic.
7/24/2019 control dimensional si metrologie
85/129
85
7. MIJLOACE DE MSURARE A DIMENSIUNILOR I
UNGHIURILOR
7.1 GENERALITI
Unitatea de msur folosit n sistemul internaional SI pentru msurarea lungimilor
este metrul, care se definete ca fiind lungimea drumului parcurs de lumin n vid ntr-un
interval de timp egal cu 1/299 792 458 dintr-o secund. Pentru exprimarea facil a valorilornumerice rezultate se folosesc o serie de multipli i submultipli ai metrului. n tehnic, cei
mai rspndii sunt urmtorii:
milimetrul: 1mm = 10-3m;
micrometrul: 1m = 10-6m;
nanometrul: 1nm = 10-9m.
n activitatea zilnic se folosesc uzual kilometrul: 1km = 103m, dar i decimetrul:
1dm = 10-1m i centimetrul:1cm = 10-2m. n tehnic, utilizarea acestor uniti de msur nu
este ns recomandat.
Sunt frecvent ntlnite i o serie de uniti care nu aparin sistemului internaional SI:
inch (ol): 1in = 25,4mm;
foot (picior): 1ft = 0,3048m;
yard: 1yd = 0,9144m;
mil: 1 mile = 1609,344m.
Unitatea de msur folosit n sistemul internaional SI pentru msurarea
unghiurilor plane este radianul. Acesta reprezint unghiul plan cu varful n centrul unui
cerc care delimiteaz pe circumferinta cercului un arc a crui lungime este egal cu raza
cercului.
Uzual, pentru caracterizarea unghiurilor se folosesc ns gradul sexagesimal i
submultiplii si:
grad : 1rad = 180;
minut: 1 = 60;
secund: 1 = 60.
7/24/2019 control dimensional si metrologie
86/129
86
Pentru msurarea unghiurilor solide se folosete steradianul. Acesta reprezint
unghiul solid cu varful n centrul unei sfere care delimiteaz pe circumferina sferei o arie
egal cu aria unui ptrat cu a crui latur este egal cu cu raza sferei.
n consecin, unghiul subntins de ntreaga suprafa a unei sfere este egal cu 4
steradiani.Determinarea valorii numerice a unui msurand presupune compararea acestuia cu
unitatea de msur. Sistemele tehnice care permit determinarea valorilor de msurat
poart numele generic de mijloace de msurare. Acestea se clasific n:
msuri, n situaia cnd materializeaz unitatea de msur a unei mrimi;
msurile pot avea valoare unic sau valori multiple;
instrumente de msurare, care conin cel puin o msur aezat pe fluxul
semnalului (micrometre, comparatoare etc.); instalaii de msurare, cnd mijlocul de msurare este format din mai multe
msuri i aparate de msurare situate pe fluxul semnalului.
7.2 MSURI
Msurile au rolul de a materializa o unitate de msur sau anumii multipli sau
submultipli ai acesteia.Cele mai rspndite msuri sunt lerele de grosime, sferele, calele plan-paralele i
calibrele.
Lerele de grosime(fig. 7.1) reprezint msuri terminale cu valoare unic, n form
de lamel metalic flexibil de diferite grosimi. Lerele se utilizeaz la verificarea
interstiiului dintre dou suprafee prelucrate, la reglarea i verificarea reglajului
mecanismelor, la determinarea jocurilor provocate de uzur.
Sferelesunt bile calibrate de diferite diametre utilizate pentru controlul conicitilor
interioare. n laboratoarele metrologice se gsesc sub form de seturi pstrate n truse.
Calele plan-paralelesunt msuri terminale cu rolul de a transmite dimensiunea de
la etalonul de lungime la piesa controlat. Dimensiunea pentru care servesc drept etalon
este determinat de distana dintre dou suprafee plan-paralele, numite suprafee de
msurare.
Calele au o form paralelipipedic sau cilindric i sunt executate din oel aliat, cu o
duritate minim a suprafeelor de msurare de 62 HRC i o rugozitate Ra=0,012m.
Lungimea nominal impus ln se exprim n milimetri i se nscrie pe una dintre
7/24/2019 control dimensional si metrologie
87/129
87
suprafeele de msurare, cnd mmln 5,5 , sau pe una dintre suprafeele laterale, cnd
mmln 5,5> - fig. 7.2.
Fig. 7.1 Lere de grosime
Cel mai frecvent, calele au forma unui paralelipiped dreptunghic. Calele de form
cilindric se construiesc pentru dimensiuni cuprinse ntre 25 i 1000mm, din 25 n 25mm,
i servesc ndeosebi la verificarea i reglarea anumitor aparate de msurat (de exemplu,
micrometre de exterior cu intervalul de msurare mai mare de 25mm). De regul, calele
plan-paralele se livreaz n truse fig. 7.3.
Fig.7.2 Inscripionarea calelor plan-paralele Fig.7.3 Trus de cale plan-paralele (Mitutoyo)
n funcie de valorile abaterilor limit, calele plan-paralele se grupeaz n cinci clase
de precizie, notate cu 00, 0, 1, 2, 3. Cea mai precis dintre ele este clasa 00.
Calele plan-paralele se execut cu lungimi nominale impuse, ce reprezint termeniiunei serii constituite n progresie aritmetic. Suprafeele de lucru ale calelor trebuie
7/24/2019 control dimensional si metrologie
88/129
88
prelucrate astfel nct s aib proprietatea de aderare ntre ele, la suprafee plane din
acelai material sau la lame de cuar sau din sticl special. Aderarea poate avea loc prin
simplu contact (la clasele de precizie 00 i 0) sau prin apsare (la clasele 1,2 i 3).
Proprietatea de aderare a calelor d posibilitatea formrii blocurilor de cale. Un bloc
de cale poate avea practic orice dimensiune. Dimensiunea blocului de cale este egal cusuma dimensiunilor lungimilor componente.
Calibrele sunt dispozitive utilizate la controlul dimensiunilor cu tolerane. Fiecare
calibru este prevzut cu cte dou suprafee cilindrice de control, denumite suprafa trece
(T) i suprafa nu trece(NT).
Verificarea alezajelor se face cu calibre tampon (fig. 7.4), iar pentru verificarea
arborilor se folosesc calibre potcoav i calibre inel (fig. 7.5).
Fig.7.4 Principiul de verificare al alezajelor
cu calibre tampon Fig.7.5 Principiul de verificare al arborilor cu calibre inel
7/24/2019 control dimensional si metrologie
89/129
7/24/2019 control dimensional si metrologie
90/129
90
Fig. 7.6 ubler de exterior. 1 rigl; 2 cioc fix; 3 cioc mobil; 4 cursor; 5 scar gradat; 6
vernier; 7 - urubului de blocare a cursorului; 8 urub de blocare; 9 - sistem de control al
deplasrii fine a cursorului.
Fig. 7.7 Exemple de citire
Exist ublere pentru msurri obinuite (de exterior, de interior, ublere de
adncime fig. 7.8) i ublere pentru msurri speciale (pentru roi dinate, de trasaj,
pentru coniciti etc.).
Valoarea diviziunii instrumentelor de msurare cu vernier poate fi de 0,1mm,
0,05mm, 0,02mm i 0,01mm .
n funcie de tipul dispozitivului indicator, pe lng soluiile clasice cu rigl gradat
i vernier s-au realizat i ublere cu cadran (fig. 7.9) sau cu dispozitiv de afiare digital (fig.
7.10).
012345678910
0 1 2 43
12
3
4 5
6
7 8
9
7/24/2019 control dimensional si metrologie
91/129
91
Fig. 7.8 ubler de adncime. 1 rigl gradat; 2 talp de aezare; 3, 4 cursor; 5- scar
gradat inscripionat pe rigl; 6 vernier; 7 urub de blocare; 8 mecanism de avans fin; 9
urub de blocare a cursorului; 10 suprafa frontal a riglei
12
3
45
6
7
89
000.00
Fig. 7.9 ubler cu cadran gradat Fig. 7.10 ubler cu dispozitiv de afiare digital
n cazul ublerului cu cadran gradat, acul indicator al cadranului amplasat direct
pe cursor este montat rigid pe axul unui pinion care angreneaz cu o cremalier din
componena riglei gradate. Deplasarea riglei fa de cursor, deci deplasarea cremalierei,
conduce la modificarea instantanee a indicaiei acului.
Principiul de funcionare al ublerului cu dispozitiv de afiare digital este constituitde modificarea capacitii unui condensator ncorporat n funcie de variaia dimensiunii de
012345678910
0 1 2 43
1
3
4 5
6
9 7
8
210
7/24/2019 control dimensional si metrologie
92/129
92
msurat. Citirea se face direct pe ecranul dispozitivului de afiare, fr a fi necesare alte
prelucrri ale rezultatului. De regul, rezoluia acestui tip de ublere este de 0,01mm.
nelegerea modului de citire al indicaiei instrumentelor de msurare cu vernier
presupune cunoaterea principiului vernierului. Se consider c pe vernier se traseaz n
diviziuni. Gradarea se face pornind de la principiul c la n diviziuni ale vernieruluicorespund (n-1) diviziuni ale scrii principale. Valoarea poart numele de modulul
vernieruluii se alege, n general, 1 sau 2.
Regula de citire a indicaiilor unui ubler este urmtoarea:
Dacdiviziunea zero de pe vernier se afl ntre diviziunile ,,m i ,,m+1 de pe rigla
gradati a ,,v-a diviziune de pe vernier se afl n prelungirea unei diviziuni oarecare a
riglei, distana dintre suprafeele de msurare ale ublerului, deci rezultatul msurrii, se
obine din relaia:
E = m + vi, (7.1)
unde i reprezintprecizia de citire a ublerului.
n consecin, rezultatul msurrii va conine dou componente: o parte ntreag,
care se citete pe rigl, multiplu de uniti ntregi (milimetri) i o parte fracionar, citit pe
vernier, care reprezint fraciunile de milimetru.Diviziunea zero a vernierului se afl n dreapta diviziunii m a riglei. Aadar se
poate scrie:
E = m + x, x < 1 (7.2)
Dac de la diviziunea m de pe rigl i pn la diviziunea aflat n prelungirea
diviziunii va vernierului sunt kdiviziuni, fraciunea de milimetru xse poate scrie:
x = ka - vav, (7.3)
unde av reprezint intervalul dintre dou diviziuni ale vernierului, iar a intervalul
dintre dou diviziuni ale scrii gradate.
Din modul de inscripionare a vernierului rezult relaia dintre cele dou diviziuni:
( )n
anav
1=
(7.4)
7/24/2019 control dimensional si metrologie
93/129
93
Corespunztor lungimii vavde pe vernier, pe rigl sunt trasate k diviziuni, unde k
este numr ntreg. El poate fi, deci, exprimat:
=
a
avk v +1 (7.5)
unde prin [n]s-a notat partea ntreag a numrului n. Se obine:
( )
=
a
an
nv
k
1
+1 (7.6)
=
nv
vk +1 (7.7)
ntruct v < n, rezultn final:
vk = (7.8)
Din (7.3) rezult:
( )n
anvvax
1=
(7.9)
respectiv:
navx = (7.10)
Relaia (7.2) devine:
na
vmE += (7.11)
Mrimea n
a
i= reprezint valoarea citirii la vernier. Se demonstreaz, deci,corectitudinea rezultatului (7.1).
7/24/2019 control dimensional si metrologie
94/129
94
Micrometrelesunt mijloace de msurat lungimi cu amplificare mecanic a cror
funcionare se bazeaz pe principiul urubului micrometric: micarea de rotaie imprimat
acestuia de ctre operator este transformat ntr-o deplasare liniar a tijei. Dac urubul
este rotit cu unghiul [rad], valoarea deplasrii liniare s[mm] a tijei este dat de relaia:
=2p
s [mm] (7.12)
unde p [mm] reprezintvaloarea pasului urubului. n consecin, la o rotaie completa
urubului, acesta se deplaseaz cu o valoare egalcu pasul. Uzual, p=0,5 mm.
Valoarea diviziunii micrometrului este datde relaia:
dd N
pV = [mm] (7.13)
unde Nd reprezintnumrul diviziunilor de pe tamburul micrometrului. De regul Nd = 50,
de unde rezultVd= 0,01 mm.
n funcie de tipul msurtorilor ce se pot efectua cu ele, exist micrometre de
exterior, de interior i de adncime.Micrometrele de exterior (fig. 7.11) sunt utilizate pentru msurarea dimensiunilor
exterioare. n funcie de destinaie, s-au realizat micrometre pentru msurri obinuite,
pentru roi dinate, filete, srm, evi, etc.
Micrometrele de interior sunt utilizate pentru a msura dimensiuni interioare. n
funcie de tipul constructiv, micrometrele de interior pot fi: de tip vergea (fig. 7.12), cu flci,
cu bacuri autocentrante.
Pentru msurarea gurilor nfundate sau a pragurilor se folosete micrometrul de
adncime (fig. 7.13).
Dimensiunea de msurat (piesa) este cuprins ntre dou suprafee plane i
paralele. Suprafeele de msurare trebuie s fie clite sau placate cu plcue realizate din
carburi metalice. Ele se realizeaz din oel de scule, iar duritatea lor este cuprinsntre 59-
62 HRC. Potcoava micrometrului trebuie izolat termic.
Orice micrometru este prevzut cu un dispozitiv pentru limitarea forei de
msurare. Pentru aceasta, s-a prevzut ca rotaia urubului s se fac prin intermediul
unui clichet ce acioneaz simultan tamburul i tija urubului micrometric ct timp nu este
depit valoarea maxim admisibil a forei de msurare. Dac se depete aceast
7/24/2019 control dimensional si metrologie
95/129
95
valoare, clichetul se rotete n gol i nu mai transmite micarea. Valoarea maxim a forei
de msurare este 72 N.
1 2 3 4 5 6 7 8 9Fig. 7.11 Micrometru de exterior. 1 - potcoav; 2 - nicoval; 3 - suprafa de msurare; 4 - tija
urubului micrometric; 5 - mecanism de blocare a tijei cilindrului, ce poate avea diverse forme; 6 -
cilindru gradat solidar cu piulia micrometric; 7 - tambur gradat; 8 - urub micrometric; 9 -
dispozitiv de limitare a forei de msurare.
123456
1
23
45
6
Fig. 7.12 Micrometru tip vergea. 1, 6 - suprafee
sferice de msurare; 2 - urub micrometric; 3 - tambur
gradat cu o poriune conic; 4 - buc filetat; 5 -
scar gradat.
Fig. 7.13 Micrometru de adncime. 1 - tij
de msurare; 2 - talp de aezare; 3 - bra
cilindric; 4 - buc gradat; 5 - tambur; 6 -
dispozitiv de limitare a forei de msurare.
7/24/2019 control dimensional si metrologie
96/129
96
Citirea indicaiilor micrometrului (fig. 7.14) se face astfel: pe scara gradat de pe
cilindru se citesc milimetrii i jumtile de milimetru, folosindu-se ca indice marginea
tamburului 7 (fig. 7.11), iar pe tamburul conic gradat se citesc fraciunile de milimetru,
folosindu-se ca indice generatoarea cilindrului gradat pe care este amplasat scara. Cele
dou citiri se nsumeaz i se obine rezultatul final.Marginea tamburului 7 este de form conic pentru a evita eroarea de paralax,
eroare ce apare din cauza faptului c indicele i reperele scrii gradate nu sunt n acelai
plan, iar vizarea nu este perpendicular pe planul scrii.
0 5
d5
05,95 mm
0 5
6,32 mm
30
35 0
mm
35
305
6,82Rezultat corect citit:
6,32 mmRezultat corect citit:
6,82 mm
Rezultat corect citit:5,95 mm
Fig. 7.14 Citirea indicaiilor micrometrului
7.4 INSTRUMENTE DE MSURARE CARE MSOAR PRIN
METODA COMPARAIEI
Exist o gam larg de instrumente de msurare care msoar prin metoda
comparaiei: aparate cu amplificare mecanic, aparate electrice, aparate pneumatice,
aparate optico-mecanice i optice.
Printre cele mai rspndite aparate de msurare cu amplificare mecanic se
numr comparatoarele cu roi dinate, pasametrele, ortotestele.
Comparatoarele mecanice cu roi dinate(fig. 7.15) sunt aparate de msurat lungimi
destinate msurrilor relative (comparrii) la care deplasarea unui palpator este transmis,
prin intermediul unui sistem de amplificare cu roi dinate, prghii sau roi dinate i prghii,
unui ac ce se deplaseaz n planul unui cadran gradat.
7/24/2019 control dimensional si metrologie
97/129
97
Raportul de amplificare al acestor aparate reprezint raportul dintre deplasarea
acului indicator i deplasarea tijei palpatoare i este egal, totodat, cu raportul dintre
diviziunea scrii gradate i valoarea acestei diviziuni:
VDDk= (7.14)
Valoarea diviziunii scrii gradate la comparatoarele cu amplificare mecanic poate
fi de 0,01 mm, 0,002 mm sau 0,001 mm. Cadranul gradat poate fi nlocuit cu un dispozitiv
de afiare numeric la care valoarea uzual a diviziunii este de 0,001 mm.
010
20
30
4050
60
70
80
90
r8h612
3
4
5
6
7
8
9
10
1113
14
12 b
Fig.7.15 Comparator mecanic cu roi dinate i cadran. 1 - carcas; 3 - ureche de fixare facultativ,
care prezint i o eventualdegajare 2; 4 - geam; 5 - vrf de msurare, fixat prin braul de fixare 7;
6 - tij palpatoare; 8 - urub pentru blocarea ramei mobile 9; 10 - cadran gradat; 11 - ac indicator;
12 - scar gradat (n sutimi de mm); 13 - scar gradat n mm; 14: indici de toleran.
n figura 7.16 este prezentatschema de principiu a comparatorului cu cadran cu
valoarea diviziunii de 0,01 mm.
Palpatorul prezint o poriune pe care este realizat o cremalier. Sub aciunea
unei fore de contact de aproximativ 1N exercitat de arcul elicoidal, aceasta angreneaz
cu un pinion cu z2 = 16 dini solidar cu o roat dinat cu z3= 100 dini. Roata antreneaz
7/24/2019 control dimensional si metrologie
98/129
98
un alt pinion, z1 = 10 dini, pe al crui ax este montat rigid acul indicator de lungime R. Al
doilea indicator destinat numrului de ture este montat pe arborele roii z2.
Cu pinionul z1mai angreneaz i roata dinat z4, pe al crei ax este montat un
arc spiral plan avnd rolul de a asigura permanent contactul dinilor pe acelai flanc,
indiferent de sensul de rotaie al angrenajelor (pentru a elimina cursa moart laschimbarea sensului de rotaie).
t
1z=1
z=1
z=1z=1
12
4
3
1
Fig.7.16 Schema de principiu a comparatorului cu cadran cu valoarea diviziunii de 0,01 mm.
Pentru calculul raportului de amplificare al acestui tip de comparatoare, se
consider c, la o deplasare xa tijei palpatoare, axul roilor z2i z3se rotete cu unghiul 2
dat de relaia:
22
2mz
x= (7.15),
unde mreprezintmodulul roilor dinate (m = 0,199) i se tie c, pentru o roat
dinat,2
mzr= .
Roata z3 se rotete i ea cu unghiul 2, la periferia ei rezultnd deplasarea pe
arcul de cerc s:
7/24/2019 control dimensional si metrologie
99/129
99
,2
32
mzs = (7.16)
2
3
z
zxs = (7.17)
Roata z1, pe arborele creia e montat acul indicator, se va deplasa cu acelai arc
de cerc, corespunztor unui unghi de rotaie al arborelui 1:
11
2mz
s= , (7.18)
2
3
11
2z
z
mzx
= (7.19)
n final, deplasarea acului n planul cadranului gradat va rezulta:
Rsac = 1 , (7.20)
Rz
z
mzx
sac2
3
1
2= (7.21)
Se poate calcula, aadar, valoarea raportului de amplificare al comparatorului
mecanic cu cadran cu valoarea diviziunii de 0,01 mm:
213
2zz
z
mR
x
sk ac == (7.22)
Pentru comparatorul cu cadran de diametru 60mm, R= 25 mm, i, din relaia
(7.22), k= 150. Diviziunea scrii, respectiv distana dintre dou repere vecine de pe scara
gradat, este D= 1,5 mm. Rezult valoarea diviziunii scrii:
mmk
D
VD 01,0150
5,1
=== (7.23)
7/24/2019 control dimensional si metrologie
100/129
100
Comparatoarele cu cadran cu valoarea diviziunii de 0,002 mm i 0,001 mm
prezint cadranul gradat n micrometri, iar mecanismul de transmitere i amplificare a
micrii palpatorului este format din roi dinate sau roi dinate i prghii.
ntruct comparatorul este un aparat destinat msurrilor prin comparaie, o etap
obligatorie nainte de nceperea msurrii o constituie reglarea sa la zero cu ajutorul unuibloc de cale plan-paralele sau cu o pies de referin. Se formeaz blocul de cale (sau se
ia piesa de referin) i se amplaseaz pe masa suportului, dup care dispozitivul de
afiare al aparatului este reglat pn cnd ambele ace indicatoare se gsesc n dreptul
valorilor 0 de pe cele scrile gradate corespondente.
Abia dup reglarea la zero a aparatului se poate trece la citirea propriu-zis.
Msurarea unei noi dimensiuni, diferite de precedenta, presupune efectuarea unei noi
reglri la zero.Reglarea la zero a aparatului nainte de msurarea propriu-zis reprezint o etap
obligatorie n orice situaie n care se utilizeaz un instrument care msoar prin
comparaie.
n figura 7.17 sunt prezentate exemple de citire.
70 30
6050
40
8090
0
2010
70 30
6050
40
8090
0
2010
10
12
0
0,26 mm 2,43 mmRezultat
corect citit:
Rezultat
corect citit:
Fig.7.17 Exemple de citire
Ortotestul este un aparat de msurdestinat msurrii relative (prin comparare) a
dimensiunilor liniare i a abaterilor de la forma geometric sau de la poziia reciproc a
pieselor. Variaia liniar a dimensiunii piesei de msurat este preluat de un palpator i,
prin intermediul unui mecanism de transmitere i amplificare format din prghie i sector
dinat, este convertit n deplasarea unghiular a unui ac indicator.
7/24/2019 control dimensional si metrologie
101/129
101
n figura 7.18 este prezentat schema de principiu a aparatului. Se observc tija
palpatoare 1 deplaseaz prghia 2, n form de ,,Z. Aceasta se poate roti n jurul
articulaiei 3 i este prevzutn partea superioar cu sectorul dinat 4, care angreneaz
cu pinionul 5. Prin intermediul acestui angrenaj, micarea se transmite la acul indicator 6,
care se deplaseaz pe cadranul gradat 7. Acul indicator este montat rigid pe axulpinionului 5.
Pentru a se realiza transmiterea corect a micrii, n corpul tijei palpatoare 1 s-a
practicat un canal frezat n care intr capul prghiei n form de ,,Z. n acest fel,
eventualele ocuri i vibraii la care este supus aparatul nu se mai transmit ntregului
mecanism.
Arcul spiral plan 10, montat cu un capt pe axul pinionului 5, iar cu cellalt
n carcasa aparatului, servete la meninerea contactului permanent dintre diniiangrenajului format din sectorul dinat i pinion.
r4
r3
r2
r1
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
Fig. 7.18 Schema de principiu a ortotestului
Contactul permanent palpator-pies de msurat se realizeaz permanent prin
intermediul arcului 8, care asigur i fora de msurare. Arcul de compresiune 9 asigur
contactul permanent ntre tija palpatoare i prghia n form de ,,Z.
7/24/2019 control dimensional si metrologie
102/129
102
Deplasarea x a tijei palpatoare 1 provoac rotirea prghiei cu unghiul 1 n jurul
articulaiei 3:
11 r
x= (7.24)
n consecin, la periferia sectorului dinat se va obine deplasarea s:
1
2
rr
xs = (7.25)
Aceast deplasare conduce la rotirea pinionului 5 cu unghiul 2:
31
22 rr
rx
= (7.26)
Cu acelai unghi 2se va roti i acul indicator, astfel nct deplasarea sa va avea
expresia:
31
42
rr rrxsac = (7.27)
Se poate calcula, aadar, valoarea raportului de amplificare al ortotestului:
31
42
rr
rr
x
sk ac
== (7.28)
Ortotestele se construiesc cu domeniile de msurare de 50m i de 100m.
Pentru ortotestul cu domeniul de msurare de 50m, r1 = 50mm, r2 = 1mm, r3 =
100mm i r4 = 2,5mm, deci k= 2000.
Pentru ortotestul cu domeniul de msurare de 100m, r1= 50mm, r2= 1mm, r3=
100mm i r4= 5mm, deci k= 1000.
Ambele tipuri de ortoteste au valoarea diviziunii scrii gradate VD= 1m.
7/24/2019 control dimensional si metrologie
103/129
103
Pasametrele sunt mijloace de msurare mecanice destinate msurrii abaterilor
de la dimensiunea nominal a pieselor prin comparare cu o msur etalon (bloc de cale
plan-paralele sau calibru etalon). Transmiterea i amplificarea micrii ctre acul indicator
se realizeaz prin intermediul unui sistem cu prghii i sector dinat.
Domeniul de msurare al pasametrului este de 25 mm, n consecin pasametrelese construiesc pe grupe de dimensiuni (0..25, 25..50,125..150mm).
Valoarea diviziunii pasametrului poate fi de 0,002mm sau de 0,005mm.
Intervalul de indicare al pasametrului (domeniul n care trebuie s se ncadreze
abaterile pentru a putea fi msurate de aparat), este de 80 m la pasametrele cu
domeniul de msurare pn la 100 mm i 160 m la pasametrele cu domeniul de
msurare mai mare de 100 mm.
Fora de msurare are valoarea de 700200 cN la pasametrele cu domeniul demsurare pn la 100 mm i 1100200 cN la pasametrele cu domeniul de msurare mai
mare de 100 mm.
Principalele elemente componente ale pasametrului se pot observa n figura 7.19,
iar schema cinematic de principiu a unui pasametru este prezentat n figura 7.20. Se
observ c mecanismul de amplificare este format din prghia 5, sectorul dinat 6, pinionul
7 i acul indicator 8. Presarea butonului bconduce la deplasarea tijei mobile 1. Revenirea
prghiilor n poziia iniial se face cu ajutorul unor arcuri.
31 2 4 5
6
7
8
9
10 11
Fig. 7.19 Principalele elemente componente ale pasametrului. 1 - potcoav; 2 - tij mobil; 3 - tij
reglabil; 4,5 - mecanism i dispozitiv de blocare; 6 - capac: 7 - buton; 8 - indicatori de toleran; 9
- cadran gradat; 10 - ac indicator; 11 - limitator.
7/24/2019 control dimensional si metrologie
104/129
104
1
2
3
4
5
6789
10
11
b
Fig. 7.20 Schema cinematic de principiu a pasametrului
Pasametrul se utilizeaz exclusiv pentru msurri prin comparaie, de aceea
reglarea sa la cota nominal reprezint o etap obligatorie.
Aparatele electricepentru msurarea dimensiunilor se bazeaz pe transformarea
mrimilor neelectrice (lungimea de msurat) n variaii ale unor mrimi electrice, urmate de
msurarea acestor variaii folosind circuite electronice.
Msurarea electric a mrimilor neelectrice devine tot mai rspndit datorit
numeroaselor sale avantaje, printre care se menioneaz: posibilitatea msurrii la
distan, continuitatea msurrii i a nregistrrii valorilor msurate, sensibilitate i precizie
de msurare ridicat, gam larg de msurare, posibilitatea automatizrii procesului de
msurare.
Dispozitivele care realizeaz transformarea mrimii neelectrice n mrime electric
poart numele de traductoare.
Traductorul reprezint un element sensibil la fenomene fizice i chimice care
permite transformarea mrimii msurate (sau a unei mrimi n care a fost transformat
anterior mrimea msurat) ntr-o alt mrime sau o alt valoare a aceleiai mrimi, dup
o lege determinat. Rolul unui traductor const n producerea unui semnal electric
proporional cu mrimea de msurat. De cele mai multe ori, acest semnal este o tensiune
analogic, dar poate fi i o intensitate, o frecven sau un numr de pulsaii.
Caracteristicile cele mai importante ale unui traductor sunt: domeniul de utilizare,
selectivitatea, sensibilitatea, eroarea maxim, reproductibilitatea, fiabilitatea.
n funcie de principiul de realizare, aparatele electrice destinate msurrii
dimensiunilor i unghiurilor utilizeaz traductoare cu contact, inductive, capacitive,rezistive sau fotoelectrice incrementale.
7/24/2019 control dimensional si metrologie
105/129
105
Un exemplu de aparat cu traductoare cu contacte electrice este traductorul
limitativ cu dou contacte i semnalizare luminoas. Acesta este un aparat electric de tip
comparator, cu amplificare mecanic, folosit pentru controlul dimensiunilor limit ale
pieselor prelucrate.
Contactele aparatului se regleaz pentru cele dou limite de control, inferioar isuperioar, fcnd posibil sortarea pieselor cu dimensiuni exterioare n trei grupe:
dimensiuni sub limita inferioar, pentru care se aprinde semnalizarea roie;
dimensiuni ntre limitele de reglaj, pentru care nu exist semnal;
dimensiuni peste limita superioar, pentru care aparatul emite semnal
galben.
n acest mod se realizeaz clasificarea pieselor supuse msurrii n: piese
conforme, rebuturi recuperabile i rebuturi nerecuperabile.n figura 7.21 este prezentat schema cinematic de principiu a aparatului, iar n
figura 7.22, palpatorul i capul de msurare al traductorului din componena acestuia.
Aparatul se utilizeaz montat ntr-un suport cu posibiliti de reglare grosier i
reglare fin a deplasrii pe vertical.
Valoarea diviziunii aparatului este de 1m, iar domeniul su de indicaie este de
50m. Eroarea admisibil este de 1m. Se recomand ca, la contactul palpator-piesa de
controlat, s existe o for de msurare de 20030 cN.
Fig. 7.21 Schema cinematic a traductorului cu dou contacte i semnalizare luminoas
7/24/2019 control dimensional si metrologie
106/129
106
Fig.7.22 Palpatorul i capul de msurare al traductorului limitativ cu dou contacte i semnalizare
luminoas
Traductoarele inductivesunt constituite din una sau mai multe bobine traversate
de un flux de inducie magnetic proporional cu mrimea de msurat. Fluxul variabil n
funcie de mrimea msurandului poate fi un flux de autoinducie sau de inducie mutual.n figura 7.23 sunt prezentate schemele de principiu ale comparatorului inductiv
simplu i ale comparatorului inductiv diferenial.
12
3
4
12
3
4 5
5'
6
6' 7
Fig. 7.23 Schemele de principiu ale comparatorului inductiv simplu i ale comparatorului inductiv
diferenial
7/24/2019 control dimensional si metrologie
107/129
107
n cazul comparatorului inductiv simplu, deplasarea miezului de fier 2 n interiorul
bobinei 3, ca urmare a contactului cu piesa de msurat 1, provoac variaia inductanei
bobinei, deci a curentului n circuitul de msurare. Aceast variaie este sesizat de un
miliampermetru 4 gradat direct n micrometri. Atunci cnd se utilizeaz un comparator
inductiv de tip diferenial, acesta este compus din doubobine identice 5 i 5 dispuse peaceeai carcas, n interiorul crora culiseaz miezul de fier 4. Bobinele sunt legate n
opoziie i sunt separate de un miez feromagnetic n vederea realizrii unui cuplaj
magnetic minim ntre cele douinductiviti.
Tija palpatoare 1 este ghidat n corpul 2 al aparatului, iar fora de msurare este
asigurat cu ajutorul arcului spiral plan 3.
n vederea utilizrii acestui tip de traductor, cele doubobine vor fi conectate ntr-o
punte de curent alternativ neechilibrat. Pe celelalte doubrae ale punii vor fi conectatedou impedane 6 i 6. Indicaia este citit pe miliampermetrul 7, gradat direct n
micrometri.
Atunci cnd puntea este n echilibru, miliampermetrul indic valoarea zero, deci
absena curentului prin circuit. Dac ns puntea se dezechilibreaz din cauza deplasrii
miezului mobil, n diagonala de msurare apare un curent sesizat de miliampermetru, n
consecin este posibil citirea abaterii piesei de msurat.
n figura 7.24 este prezentat schema de msurare a unui microcomparator
electronic care folosete acest principiu.
1
AlimentareSursa
2
3
4
Fig. 7.24 Schema de msurare cu microcomparatorul electronic. 1 dispozitiv indicator; 2
traductor inductive diferenial; 3 palpator; 4 pies de msurat; 5 mas de msurare; 6
support pentru msurare
7/24/2019 control dimensional si metrologie
108/129
108
Traductoarele capacitive au n componena lor condensatoare n general plane
sau cilindrice, a cror capacitate variaz cu mrimea de msurat.
Traductoarele fotoelectrice incrementale se bazeaz pe transferul informaiei de
msur prin intermediul unui corp de prob ale crui proprieti optice (emisie, reflexie sau
transmisie) variaz cu mrimea de msurat. Semnalul optic, suport al informaiei, estetransmis, prin intermediul fibrei optice, ntr-o zon neafectat de perturbaii, unde este
convertit n semnal electric prin intermediul unei fotodiode. Avantajul acestei soluii este
insensibilitatea acesteia la paraziii electromagnetici.
Principiul de msurare al aparatelor pneumatice presupune transformarea mrimii
de msurat n variaie a presiunii sau debitului unui curent de aer ce traverseaz o duz
(un orificiu) calibrat. Cele mai rspndite aparate pneumatice utilizate n controlul
dimensional sunt aparatele comparatoare pneumoelectrice.Comparatoarele pneumoelectrice se utilizeaz de regul pentru metode de
msurare fr contact. Se elimin astfel erorile provocate de contactul palpator - pies.
Printre avantajele acestor aparate se numr i construcia compact i robust, care
permite o exploatare comod.
Comparatoarele pneumoelectrice sunt destinate oricrui tip de control
dimensional, att pasiv (piesa de msurat nu are micare relativ fa de aparat), ct i
activ, n timpul prelucrrii pe maina unealt.
Principiul de funcionare al unui comparator pneumatic sau pneumoelectric l
constituie sesizarea variaiei unor parametri fizici ai aerului comprimat, ca urmare a
variaiei dimensiunii de msurat.
n figura 7.25 este prezentat schema principiu a unui comparator pneumoelectric.
z
aerinstrumental
C
C
1
234
5
6
7
8
9
10
11
0
C I
C II
C III
C IV
Fig. 7.25 Schema de principiu a unui comparator pneumoelectric
7/24/2019 control dimensional si metrologie
109/129
109
Variaia dimensiunii de msurat va provoca variaia interstiiului zdintre piesa 2 i
sistemul de msurare 3, prevzut cu duza de msurare 4, ceea ce conduce la variaia
presiunii din camera de msurare C1. Diferena de presiune dintre camera de msurare C1
i camera de compensare C2va provoca deplasarea membranei de msurare 1 i a tijei 9
a supapei de autocompensare n sensul dezechilibrului sistemului. Deplasarea membraneide msurare are loc pn cnd se anuleaz dezechilibrul de presiune dintre cele dou
camere, deci cnd cele dou presiuni devin egale.
Deplasarea membranei de msurare 1 i a tijei supapei de autocompensare 9
este indicat de un cadran comparator 7, divizat corespunztor intervalului de msurare.
Pentru realizarea corectitudinii msurrii, membrana trebuie s fie extrem de supl
i s asigure perfecta etaneitate a circuitului de msurare fa de circuitul de
compensare.Sistemul de msurare are o form adecvat formei piesei, naturii abaterii
msurate i schemei de msurare. Rolul su funcional este de a transforma variaiile
dimensionale ale piesei n variaii ale rezistenei pneumatice.
Pentru msurarea abaterilor dimensionale se utilizeaz n general palpatoare
pneumatice simple (duze). Aceste palpatoare se monteaz n suporturi adecvate,
dispozitive, furci etc.
Pentru msurarea dimensiunilor de tip alezaj sau arbore se folosesc tampoane
pneumatice, respectiv inele pneumatice (fig. 7.26).
Fig. 7.26 a) Tampon pneumatic; b) Inel pneumatic
a
b
7/24/2019 control dimensional si metrologie
110/129
110
Tampoanele pneumatice se utilizeaz la msurarea abaterilor dimensionale ale
alezajelor nfundate sau strpunse. Ele pot fi cu sau fr contact, n funcie de rugozitatea
piesei msurate.
Inelele pneumatice se utilizeaz la msurarea abaterilor dimensionale ale arborilor
netezi sau n trepte. i acestea pot fi cu sau fr contact.Att tampoanele ct i inelele pneumatice joac rolul calibrelor, deci comparatorul
pneumoelectric este prevzut cu un set de tampoane i inele n funcie de dimensiunile de
verificat.
n figura 7.27 este prezentat schema de msurare a unui comparator
pneumoelectric echipat cu un palpator cu contact.
Presiunea aerului comprimat de la reea nu trebuie s depeasc 6105N/m2.
Aerul comprimat este stabilizat i filtrat de ctre un filtru stabilizator monobloc, a cruiprezen n amontele schemei de msurare este absolut necesar.
Fig. 7.27 Schema de principiu a unui comparator pneumoelectric. 1 - stabilizator de
presiune cu filtru; 2 bloc electronic; 3 - palpator; 4 - piesa care se verific; 5 mas de msurare;
6 suport prevzut cu posibiliti de deplasare.
Aparatul se regleaz la zero folosind o pies etalon (cazul palpatorului cu contact
mecanic) sau o contrapies etalon (cazul calibrelor tampon, respectiv inel). Dup reglare,
el poate fi utilizat p