Pomiary otworów. Przegląd narzędzi pomiarowych do średnic wewnętrznych.

Pomiary otworów to powszechne, jednak nie zawsze łatwe do zrealizowania zadanie pomiarowe. Po pierwsze bardzo często otwory tolerowane są dość ciasno, co zawęża grono możliwych do zastosowania narzędzi pomiarowych. Po drugie interesująca nas średnica nie zawsze będzie tą łatwo dostępną – z racji funkcjonalności wyrobu i samego otworu, być może trzeba będzie szukać wymiaru zlokalizowanego głęboko, co ponownie ograniczy możliwość stosowania powszechnie dostępnych narzędzi. Z tego samego powodu pomiar średnicy na jednej tylko wysokości może okazać się niewystarczający – czasem konieczne będzie znalezienie wartości MIN i MAX. Z uwagi na elementy współpracujące może również dojść do sytuacji, w której jedyną sensowną opcją będzie kontrola sprawdzianem… Czarnego scenariusza dopełni sytuacja, w której krytycznym wymiarem jest wzajemna pozycja między dwoma takimi otworami… Jak sobie z tym poradzić? Zapraszam do lektury.

Przegląd narzędzi pomiarowych do otworów

Zaczniemy od przedstawienia i wprowadzenia podziału popularnych narzędzi, które możemy wykorzystać do naszych celów. W tym wpisie skupiam się na przyrządach mechanicznych – ręcznych, pomijając projektory, maszyny pomiarowe i inne dedykowane do specyficznych zadań urządzenia, jako że moim celem jest przybliżenie metod warsztatowych, dostępnych dla możliwie dużego grona metrologów.

Sprawdziany i wzorce

Pierwsza grupa – wzorce/ sprawdziany cechuje się łatwością użycia oraz dużą dokładnością wykonania. Pomiar odbywa się przez porównanie wymiaru sprawdzanego z wymiarem wzorca, toteż wynikiem kontroli będzie decyzja zgodny/ niezgodny (lub też podanie wartości średnicy zgodnej z wymiarem największego dającego się wpasować wzorca) a nie wymiar liniowy odczytany z urządzenia wskazującego. Podstawową zaletą takiego sprawdzenia jest sprawdzenie funkcjonalności otworu poprzez umieszczenie w nim elementu współpracującego. Nie uda nam się jednak w ten sposób wyznaczyć odchyłki od okrągłości czy walcowości. Należy również dobierać wzorzec pod kątem materiału sprawdzanego – pomiar średnicy w miękkim tworzywie wałeczkiem wzorcowym będzie powodował wzrost wpływu operatora na ocenę wymiaru.

Sprawdziany graniczne (tłoczkowe/ trzpieniowe) gładkie

Sprawdzian trzpieniowy gładki przechodnio-nieprzechodni

Sprawdziany graniczne gładkie, podobnie jak sprawdziany trzpieniowe gwintowe, występują w odmianach:

  • jednostronnych: przechodnie (GO) lub nieprzechodnie (NGO)
  • dwustronne: przechodnio-nieprzechodnie (GO/NGO)

Jak sugerują nazwy i oznaczenia, kontrola sprawdzianem polega na próbie umieszczenia go w otworze i sprawdzeniu czy strona przechodnia daje się w otwór wpasować, a strona nieprzechodnia nie. Jak zauważyliśmy na wstępie, wynikiem kontroli nie jest wartość średnicy, a jedynie ocena zgodny/ niezgodny. Każdy sprawdzian wykonany zgodnie z normą powinien być oznaczony poprzez średnicę nominalną oraz tolerancję, zgodnie z układem pasowań (zgodnie z ISO 286-1 oraz ISO 286-2).

  • Norma: DIN 2245-1, DIN 2245-2 / ISO 1938
  • Wymiary znormalizowane: 1-65 mm (DIN) / do 500 mm (ISO)

Wałeczki wzorcowe

Komplet wałeczków wzorcowych produkcji ASIMETO

Wałeczki wzorcowe średnicy pozwalają na kontrolę średnicy raczej małych otworów poprzez próbę wpasowania wałeczka o możliwie największej średnicy, dającego umieścić się w otworze bez użycia siły. Sporo zależy tu od rodzaju materiału, z którego wykonany jest detal – miękkie materiały zwiększają wpływ operatora na właściwą ocenę średnicy. Jedna ze stron wałeczka powinna być zfazowana, co ułatwia umieszczenie wałeczka w otworze. Kontrola wałeczkami może mieć charakter podobny do oceny sprawdzianami gładkimi (GO/NGO). Najwygodniej dwa wałeczki (odpowiadające wymiarom przechodnim i nieprzechodnim) umieścić w specjalnym uchwycie, który ograniczy także wpływ temperatury z rąk operatora. Jeśli jednak dysponujemy kompletem o odpowiednio gęstym stopniowaniu (różnicy między kolejnymi wymiarami), możemy pokusić się o podanie wartości średnicy największego wpasowanego wałeczka, efektem czego będzie podanie wartości liczbowej średnicy, a nie jedynie ocena jakościowa. Wałeczki wykonywane są najczęściej w 2 klasach dokładności, choć norma DIN 2269 podaje 4 klasy.

Uchwyt do wałeczków wzorcowych pozwalający na wykorzystanie ich jako sprawdzianu GO/NGO. W przykładzie produkt marki INSIZE.


  • Norma: DIN 2269
  • Wymiary znormalizowane: 0,1 – 20 mm
  • Tolerancje wymiaru średnicy: klasa 1: +/- 1 µm, klasa 2: +/- 2 µm

Kule wzorcowe i sprawdziany kulowe

Sprawdziany kulowe w uchwytach, produkcja: Precision Ball and Gauge Co. Ltd, źródło:https://www.precisionball.co.uk

Sprawdziany teleskopowe

Ciekawym przykładem sprawdzianu są sprawdziany teleskopowe do średnic, za pomocą których nastawiamy trzpień na wartość średnicy, a następnie dokonujemy pomiaru wymiaru np. mikrometrem zewnętrznym. Umożliwia to względnie precyzyjny pomiar trudno dostępnych otworów.

Średnicówki

Spośród przyrządów wskazujących możemy z powodzeniem wykorzystać średnicówki, które z uwagi na metodę realizacji pomiaru dzielimy na mikrometryczne i czujnikowe, oraz na trójpunktowe lub dwupunktowe ze względu na ilość i sposób rozmieszczenia powierzchni pomiarowych.

Średnicówki czujnikowe

Najpowszechniej stosuje się średnicówki czujnikowe dwupunktowe (dwustykowe), które są niedrogie w zakupie i oferują całkiem spory zakres pomiarowy sięgający 5m. Do zalet tych urządzeń zaliczymy z pewnością także szybkość pomiaru oraz możliwość pomiaru nawet na dużych głębokościach, dzięki możliwości zastosowania przedłużaczy. Po stronie wad zanotujemy niestety relatywnie niską dokładność pomiaru i podatność na błędy operatora – zwłaszcza niewłaściwe pozycjonowanie w otworze jest przyczyną względnie niskiej powtarzalności i odtwarzalności pomiaru. Pomiar odbywa się z wykorzystaniem czujnika zegarowego bądź cyfrowego. Po umieszczeniu średnicówki w otworze operator poprzez wychylanie urządzenia stara się znaleźć punkt minimalny, a więc taki, w którym wymiar liniowy (średnica) jest najmniejszy. Warto wspomnieć także o szczególnej odmianie średnicówek czujnikowych jaką są urządzenia przeznaczone do małych średnic (najczęściej w przedziale 1-18 mm). Główna różnica między tym typem a modelem klasycznym to konstrukcja powierzchni pomiarowych – zamiast pracującego poprzecznie trzpienia mamy tu do czynienia z rozszerzającymi się powierzchniami walcowymi.

  • Norma: brak (czujnik DIN 878)
  • Odczyt: zależnie od czujnika (analogowe 0,01 mm, cyfrowe 0,001 mm)
  • Zakresy: wersje dla małych otworów od 1 do 18 mm; wersje standardowe 18-800 mm
  • Typowy błąd wskazania od 5 µm z czujnikiem 0,001 mm
Średnicówki czujnikowe dwupunktowe umożliwiają pomiar na znacznej głębokości. Na przykładzie rozwiązania firmy MICROTECH widać, że głębokość może być mocno znacząca (do 10 m!)

Średnicówki mikrometryczne

a) Dwupunktowe

Średnicówki mikrometryczne dwupunktowe znajdują zastosowanie tam, gdzie mamy dobry dostęp do cechy mierzonej. Pomiar odbywa się zwykle przy wylocie otworu (chyba, że mówimy o pomiarze średnic na tyle dużych, że operator jest w stanie wejść wraz z urządzeniem wgłąb). Urządzenia tego typu składają się z głowicy mikrometrycznej najczęściej o działce 0,01 mm i niewielkim zakresie bezwzględnym, najczęściej 13 lub 25 mm.

Aby zwiększyć zakres pomiarowy stosuje się jedną lub więcej przedłużek (przedłużaczy), dzięki czemu jesteśmy w stanie mierzyć średnice w okolicach 1 m z wykorzystaniem popularnych na rynku zestawów. Pamiętać przy tym należy o konieczności uwzględniania odchyłek od wymiarów nominalnych przedłużaczy, które sumują się, oraz o rosnącym wraz z długością naszej konstrukcji wpływie temperatury. Największą jednak trudnością czy też źródłem rozrzutu wyników jest brak sprzęgiełka, przez co trudno o spójność wyników między operatorami.

  • Norma: DIN 863-4
  • Odczyt: analogowy 0,01 mm, cyfrowy 0,001 mm
  • Zakresy: pojedyncze 50-1000 mm, stopniowane co 25 mm; z przedłużkami do 5000 mm
  • Typowy błąd wskazania od 4 µm
Średnicówka mikrometryczna dwupunktowa – komplet z przedłużaczami i wzorcem nastawczym

b) Trójpunktowe

Najwyższą dokładnością (przypominam, że terminu dokładność używam nie na określenie błędu przyrządu, lecz jako pojęcia jakościowego pozwalającego wskazać urządzenia umożliwiające wykonanie możliwie najlepszego pomiaru) spośród średnicówek cechują się średnicówki trójpunktowe. Nie tylko z uwagi na błąd dopuszczalny odpowiadający mikrometrom (DIN 863-4), ale na stabilniejszy i bardziej powtarzalny pomiar. Dzięki trzem punktom styku dużo łatwiej osiągamy prostopadłe względem osi otworu ułożenie narzędzia, a wyposażenie średnicówki w sprzęgiełko ułatwia uzyskanie powtarzalnych wyników. Zalety te mają swoją cenę: urządzenia tego typu należą do najdroższych w zakupie, cechują się przy tym niewielkim zakresem pomiarowym (ograniczenie konstrukcyjne; wraz ze wzrostem rozmiaru zakres rośnie) i chcąc pokryć duży zakres średnic mierzonych musimy liczyć się ze sporym wydatkiem. Dodatkowo zapewnić należy wzorce nastawcze (pierścienie wg DIN 2250-C).

  • Norma: DIN 863-4
  • Odczyt: analogowy 0,005 mm, cyfrowy 0,001 mm
  • Zakresy: 6-300 mm, stopniowane co 2/4/5/10/13/23 mm
  • Typowy błąd wskazania od 4 µm

Na rynku spotyka się także średnicówki które z uwagi na metodę pomiaru są średnicówkami mikrometrycznymi dwupunktowymi, ale wyposażonymi dodatkowo w komparator zegarowy umożliwiający precyzyjny odczyt odchyłki wymiaru. Znajdziemy je np. w ofercie firmy TESA.

Ciekawą odmianą średnicówek są średnicówki pistoletowe, które wyposażone są w głowicę jak średnicówki trójpunktowe, natomiast pomiar realizują poprzez czujnik. Pomiar taki należy zaliczyć do szybkich i wygodnych.

Średnicówka pistoletowa, a więc połączenie trójpunktowej głowicy z czujnikiem cyfrowym

Suwmiarki

Klasyczne suwmiarki czterofunkcyjne wykorzystywane są w pomiarach otworów dość powszechnie, głównie z uwagi na szybkość pomiaru i dostępność narzędzia. Ograniczeniem, z którego nie wszyscy zdają sobie sprawę jest obarczony błędem pomiar otworów o małych średnicach, z reguły poniżej 5 mm. Zasada jest taka, że im otwór mniejszy, tym potencjalny błąd większy. Zgodnie z wymaganiami normy ISO 13385 dopuszczalne odchyłki w pomiarach innych niż szczękami zewnętrznymi mogą być większe i należy do pomiarów małych otworów podchodzić z rezerwą. Suwmiarki jednostronne z kolei umożliwiają pomiar średnicy wewnętrznej poprzez zastosowanie szczęk płasko-walcowych. Oczywistym ograniczeniem będzie w tym wypadku brak możliwości w głębi otworu.

Istnieje jednakże cała gama suwmiarek specjalnych przeznaczonych do pomiaru otworów. Wyróżniamy wśród nich:

  • Suwmiarki o szczękach nożowych do pomiarów wewnętrznych – modele te w miejsce szczęk głównych zewnętrznych posiadają odwrotnie pracujące (powierzchnie czy też krawędzie pomiarowe na zewnątrz a nie do wewnątrz) długie szczęki nożowe.
  • Suwmiarki z długimi szczękami do pomiarów wewnętrznych – umożliwiają pomiar jak tradycyjnymi szczękami do pomiarów wewnętrznych, jednakże na znacznie większej głębokości (rzędu 40 mm)
  • Suwmiarki z wymiennymi końcówkami, do których w zależności od potrzeb zamontować możemy końcówki od czujników (gwint M2,5)
Suwmiarka z długimi szczękami do pomiarów wewnętrznych

Mikrometry wewnętrzne

Mikrometry wewnętrzne z racji konstrukcji przypominają mikrometry zewnętrzne kabłąkowe. Od średnicówek dwupunktowych mikrometrycznych odróżnia je przede wszystkim umieszczenie powierzchni pomiarowych poza osią przyrządu (na zewnątrz) oraz oczywiście obecność kabłąka. Na rynku występują odmiany z powierzchniami pomiarowymi w kształcie walca lub półwałka, zwykle zależnie od zakresu. Samo korzystanie z mikrometru wewnętrznego nie odbiega od obsługi klasycznego, zewnętrznego – urządzenia są szybkie i dokładne, a obecność sprzęgiełka zapewnia odpowiednią powtarzalność pomiaru.

  • Norma: DIN 863-4
  • Odczyt: cyfrowy 0,001 mm, analogowy 0,01 mm
  • Zakresy: 5-300 mm, stopniowane co 25 mm
  • Typowy błąd wskazania od 4 µm
Typowy mikrometr wewnętrzny z końcówkami pomiarowymi w kształcie wałka

Macki do pomiarów wewnętrznych

Macki pomiarowe są narzędziami zaliczanymi do grupy czujnikowych, występującymi w odmianach wewnętrznych (do pomiaru średnic czy szczelin) oraz zewnętrznych (pomiar grubości). Najbardziej rozpowszechnione są produkty marki KROEPLIN, które to spotkać możemy także w katalogach innych producentów (MITUTOYO, HELIOS-PREISSER). Wybierając macki należy brać pod uwagę zakres, długość ramion pomiarowych oraz rodzaj końcówek pomiarowych. Sam pomiar przypomina korzystanie ze średnicówki czujnikowej dwupunktowej i polega na znalezieniu punktu MINIMUM.

  • Norma: brak
  • Odczyt: cyfrowy 0,005/ 0,01/ 0,02 mm, analogowy 0,005/ 0,05/ 0,02/ 0,01 mm
  • Zakresy: 2,5-180 mm
  • Typowy błąd wskazania od 0,02 mm

Inne urządzenia złożone

Na rynku nie brakuje rozwiązań złożonych, które trudno zakwalifikować do powyższych kategorii, a których przeznaczeniem jest między innymi pomiar średnic wewnętrznych. Między innymi, bo urządzenia często są o wiele bardziej uniwersalne i umożliwiają chociażby pomiar zewnętrzny na przykład przez zmianę położenia końcówek pomiarowych.

Wśród ciekawszych produktów wymienić należy z pewnością uniwersalne przyrządy MULTIMAR (prod. MAHR), jego odpowiednik z HELIOS-PREISSER występujący pod nazwą UHRTAST czy pochodzący z grupy BOWERS przyrząd TGU CARBON. Bogactwo dostępnych akcesoriów pozwala na znacznie szersze ich zastosowanie aniżeli tylko omawiane. Urządzenia tego typu nie są z pewnością tanie w zakupie, czasem bywają jednak najlepszym lub jedynym wyborem, zwłaszcza, że dzięki modułowej konstrukcji oferują także ogromny zakres pomiarowy rzędu 5 m.

Przyrząd MULTIMAR produkcji firmy MAHR.
źródło: https://www.mahr.de/

Oferta specjalnych narzędzi obejmuje także szereg suwmiarek z wbudowanym w zmodyfikowane szczęki czujnikiem zegarowym, co umożliwia dokładniejsze pomiary porównawcze.

Podsumowanie

Asortyment narzędzi przeznaczonych do kontroli średnic wewnętrznych jest jak widać na podstawie wpisu mocno rozbudowany. Pomimo moich starań, aby zachować skróconą formę i przejrzystość, rzuca się w oczy bogactwo narzędzi jakimi dysponujemy. Zaznaczam, że nie jest to pełna systematyka, a raczej przegląd rynku i próba skatalogowania ważniejszych i liczniejszych ich grup.

Linki

https://pomiarowe.com.pl/121-srednicowki

https://pomiarowe.com.pl/112-specjalne

https://pomiarowe.com.pl/43-srednicowki-mikrometryczne-i-mikrometry-wewnetrzne

https://metrica.com.pl/tolerancje-i-wymagania/

Dodaj komentarz