Metrologia Dr hab in Pawe Majda Przyrzdy do

Metrologia Dr hab. inż. Paweł Majda Przyrządy do pomiaru wielkości geometrycznych 2020 -12 -01 Szczecin, Paweł Majda

Uwaga !!! Podane w tym opracowaniu wartości maksymalnych błędów granicznych (MPE) dla przyrządów pomiarowych są tylko typowymi przykładami. Pamiętaj !!! MPE (rozumiany jako skrajna wartość błędu dopuszczona przez warunki techniczne lub wymagania dotyczące danego przyrządu pomiarowego) nie jest synonimem niepewności pomiaru. Do opracowania tego wykładu użyto m. in. niniejszej publikacji. Zaleca się jej studiowanie w ramach opanowania podstaw praktycznej realizacji pomiarów wielkości geometrycznych (długości i kąta). 2020 -12 -01 Pamiętaj !!! Nie ustalono dotychczas jednolitych zasad stosowania opisu parametrów technicznych przyrządów pomiarowych. Producenci stosują własne definicje. Szczególnie niepoprawnie jest stosowanie pojęcia dokładności, jako parametru ilościowego a nie jakościowego. Szczecin, Paweł Majda

Interpretacja wybranych charakterystyk metrologicznych czujnika i/lub przetwornika pomiarowego czujnik układ kondycjonowania DAQ Oprogramowanie , zewnętrzne urządzenie wskazujące Karta pomiarowa firmy National Instruments NI 9234 w adapterze umożliwiającym jej podłączenie do komputera z użyciem złącza USB Wyjście USB do PC Cztery wejścia BNC kanałów pomiarowych napięcia Dane katalogowe (producenta) karty pomiarowej NI 9234: 4 -Ch, ± 5 V, AC/DC, -40<T<+70 o. C, Rozdzielczość 24 Bit = 224 = 16777216 co w zakresie pomiarowym ± 5 V odpowiada rozdzielczości sygnału wielkości mierzonej: 10 V/16777216 = 5, 9 e-7 V = 0, 6 m. V. K – czułość DK – błąd czułości DL – błąd liniowości Dze – błąd zera Producenci wyposażenia metrologicznego definiują liniowość najczęściej jako procent maksymalnego zakresu wskazań np. ± 0, 5%·Ymax. W języku angielskim odpowiednikiem byłoby ± 0, 5%·FSO (ang. Full scale output). Jeśli producent w katalogu nie poprzedza zapisu symbolem ± to jako użytkownicy jesteśmy zobowiązani przyjąć najbardziej niekorzystny przypadek jaki wynika z takiego zapisu. 2020 -12 -01 Szczecin, Paweł Majda

Niepewność pomiaru a MPE – skrajna wartość błędu dopuszczona przez warunki techniczne lub wymagania dotyczące danego przyrządu pomiarowego MPE = U Wirtualne (tylko w nazwie) przyrządy pomiarowe Oprogramowanie użytkownika np. : MPE=± 0, 05 mm DAQ Ręczne przyrządy pomiarowe Kondycjoner & Wzmacniacz MPE ≠ U Maszyny pomiarowe 2020 -12 -01 Szczecin, Paweł Majda Czujniki

MPE (Maximum permissible error) Formuła często spotykana dla przyrządów cyfrowych: Jeżeli przyrząd z wyświetlaczem czterocyfrowym o zakresie 60 V wskaże 0, 684 V, a jego MPE jest opisany jako ±(0, 3+0, 02) % to bezwzględna wartość MPE wyniesie: ±(0, 3/100∙ 0, 684+0, 02/100∙ 60)·1000=± 14 m. V a jego wartość względna ± 14/684∙ 100=± 2 %. Ten przykład pokazuje, jak ważną rolę w przyrządzie cyfrowym odgrywa wykorzystanie wszystkich cyfr znaczących. Gdybyśmy bowiem w tym samym woltomierzu zmienili zakres pomiarowy do 1 V (jeżeli taki by istniał w tym przyrządzie) i otrzymali odczyt 684, 0 m. V to bezwzględna wartość MPE wyniosłaby: ±(0, 3/100∙ 684, 0+0, 02/100∙ 1000)=± 2, 6 m. V oraz wartość względna ± 2, 25/684∙ 100=± 0, 33 %. Otrzymano w ten sposób bardzo istotne zmniejszenie przedziału niepewności pomiaru. Klasa przyrządu jest wzajemnie przeliczana z MPE (Xmax – zakres pomiarowy) Najlepsze przyrządy pomiarowe cyfrowe, charakteryzują się bardzo małymi wartościami MPE – nawet poniżej 0, 00005 %. Stosowanie wówczas opisów procentowych jest niepraktyczne i dlatego stosuje się zapis postaci ppm (ang. parts per million) co oznacza jedną część z miliona. Zapis równoważny, dla procentowego zapisu powyżej, wyglądałby wówczas następująco 0, 5 ppm. suma błędu względnego wartości odczytanej i błędu względnego wartości zakresu pomiarowego przyrządu odniesionych do zmiany temperatury otoczenia o jeden stopień. 2020 -12 -01 Szczecin, Paweł Majda

Suwmiarka: pomiary wymiarów zewnętrznych i wewnętrznych 2020 -12 -01 Szczecin, Paweł Majda

Suwmiarka 2020 -12 -01 Szczecin, Paweł Majda https: //www. youtube. com/watch? v=-xbj. WMpn. MGs

Suwmiarka: źródła błędów, MPE Zmienny nacisk pomiarowy Różnicowa rozszerzalność termiczna (przedmiotu i przyrządu) MPE suwmiarek w zakresie do 100 mm 2020 -12 -01 Szczecin, Paweł Majda czyli niespełnianie postulatu Abbego oraz wprowadzanie błędu kosinusa l

Mikrometr – pomiar wymiarów zewnętrznych i wewnętrznych Mikrometr wewnętrzny 2020 -12 -01 Szczecin, Paweł Majda

Przykłady zastosowań mikrometrów specjalnych 2020 -12 -01 Szczecin, Paweł Majda

Śruba mikrometryczna – szeroki zakres zastosowań (poniżej tylko kilka przykładów) 2020 -12 -01 Szczecin, Paweł Majda

Mikrometr: źródła błędów, MPE wzorców długpści Różnicowa rozszerzalność termiczna (przedmiotu i przyrządu) MPE mikrometrów w zakresie do 50 mm 2020 -12 -01 Szczecin, Paweł Majda

Płytki wzorcowe Błędy graniczne w m płytek wzorcowych wg PN-EN ISO 3650: 2000 P Długość ln w mm Klasa K Klasa 0 Klasa 1 Klasa 2 ln 10 0, 2 0, 12 0, 45 10 < ln 25 0, 3 0, 14 0, 3 0, 6 25 < ln 50 0, 4 0, 2 0, 4 0, 8 50 < ln 75 0, 25 0, 5 1, 0 75 < ln 100 0, 6 0, 3 0, 6 1, 2 2020 -12 -01 Szczecin, Paweł Majda

Płytki wzorcowe i inne wzorce 2020 -12 -01 Szczecin, Paweł Majda

Wysokościomierz - pomiar względem powierzchni odniesienia (płyty traserskiej, stołu pomiarowego) – pomiary korpusów itp. Zakresy nawet do 1000 mm, 2020 -12 -01 Szczecin, Paweł Majda

Czujniki do pomiaru małych przemieszczeń: mechaniczne, elektroniczne, pneumatyczne Zakresy od 0, 05 do 25 mm 2020 -12 -01 Szczecin, Paweł Majda

Średnicówki – mikrometryczne i czujnikowe – pomiary średnic otworów 2020 -12 -01 Szczecin, Paweł Majda

Pomiary kąta 2020 -12 -01 Szczecin, Paweł Majda

Pomiary błędów kształtu i wzajemnego położenia powierzchni - Roundtest 2020 -12 -01 Szczecin, Paweł Majda

Pomiary błędów kształtu i wzajemnego położenia powierzchni dla maszyn specjalnych nawet: 2020 -12 -01 Szczecin, Paweł Majda

Współrzędnościowa maszyna pomiarowa - CMM Informacja o postaci i wymiarach poszczególnych elementów mierzonego przedmiotu odbierana jest jako zbiór współrzędnych punktów. Przetwarzanie informacji pomiarowych umożliwia obliczenie Zakresy pomiarowe nawet do 30 m. charakterystyk metrologicznych (wielkość, kształt, położenie) 2020 -12 -01 Szczecin, Paweł Majda

Ramiona pomiarowe Różne zakresy, różne MPE > ± 0, 01 mm 2020 -12 -01 Szczecin, Paweł Majda

Wizyjne systemy pomiarowe (wypierają mikroskopy i projektory pomiarowe) – ręczne oraz CNC 2020 -12 -01 Szczecin, Paweł Majda

Tomograf komputerowy MPE większe niż dla CMM 2020 -12 -01 Szczecin, Paweł Majda

Skaner optyczny 3 D – projekcja prążków (MPE > niż CMM) 2020 -12 -01 Szczecin, Paweł Majda

Systemy fotogrametryczne Fotogrametria – dziedzina nauki i techniki zajmująca się odtwarzaniem kształtów, rozmiarów i wzajemnego położenia obiektów w terenie na podstawie zdjęć Dla pomiarów długości 3 D: MPE > ± 0, 015 mm/m 2020 -12 -01 Szczecin, Paweł Majda

Profilometry i profilografy – pomiary SGP (istnieją także systemy wizyjne np. mikroskopy konfokalne) 2020 -12 -01 Szczecin, Paweł Majda

Zasada pomiaru przemieszczenia interferometrem laserowym (Interferometr Michelsona) Albert Abraham Michelson (ur. 19 grudnia 1852 Strzelno, Kujawy, zm. 9 maja 1931 Pasadena, Kalifornia, USA) – amerykański fizyk, laureat Nagrody Nobla z dziedziny fizyki w 1907 r. za konstrukcję interferometru gdzie: N – liczba impulsów l – długość fali świetlnej 2020 -12 -01 Szczecin, Paweł Majda

Interferometria laserowa - pomiary odchyłek liniowych (od 0 do 80 m) - pomiary odchyłek kątowych - pomiary prostoliniowości i prostopadłości - ocena dokładności pozycjonowania - kalibracja obrabiarek - kalibracja CMM - odchyłki liniowe ± 0. 5 mm/m - odchyłki kątowe ± 0. 2% ± 0. 5 ± 0. 1 M mm/m - prostoliniowość ± 0. 5% ± 0. 5 ± 0. 15 M 2 mm - prostopadłość ± 0. 5% ± 2. 5 ± 0. 8 M mm/m Błąd Abbe’go Błąd cosinusa 2020 -12 -01 Szczecin, Paweł Majda

Laserowe systemy nadążne – kalibracja maszyn pomiarowych i technologicznych, pomiary części wielkogabarytowych Laser Tracer Laser Tracker Zakres >40 m MPE(1 D) nawet od 0, 5 ppm MPE(3 D) nawet od 5 ppm 2020 -12 -01 Szczecin, Paweł Majda