Типы индикаторов и их характеристики: как выбирать нужный инструмент
В производстве прецизионных деталей, где точность является критическим фактором, контроль качества должен быть не только точным, но и быстрым. Для быстрого и точного контроля качества деталей на поточных производствах рекомендуется использовать индикаторы.
Индикаторы, также известные как измерительные головки, являются высокоточными средствами измерения, которые используются для измерения линейных размеров деталей и их отклонений от заданных форм. Они работают путем преобразования малых перемещений измерительного наконечника в перемещения стрелки на индикаторной шкале с помощью шестерней или пружинных передач. Индикаторы могут измерять абсолютные отклонения линейных размеров или расположения поверхностей от эталонных и могут использоваться как отсчетный прибор для скоб, нутромеров и аналогичных средств измерения.
Для работы с индикаторами необходимо использовать вспомогательные устройства, такие как штативы, скобы и контрольные приспособления. Перед началом работы индикатор необходимо установить на ноль, для чего его помещают в держатель меры и откалибровывают на нем, вращая ободок шкалы до тех пор, пока стрелка не совпадет с нулевой отметкой. После этой операции индикатор готов к замерам: детали необходимо аккуратно закрепить под измерительным наконечником, после чего индикатор отображает отклонение размеров от эталона. Это значительно упрощает непрерывный контроль однотипных деталей, так как оператору не нужно запоминать и вычислять разность размеров самостоятельно.
Существует несколько видов индикаторов на базе разных преобразований перемещения, среди которых наиболее распространенные – часовые, рычажно-зубчатые и пружинные. Разберем каждый тип подробнее.
Индикаторы часового типа (ИЧ) являются наиболее распространенными на предприятиях машиностроения, металлургического комплекса и в ремонтных мастерских. Эти индикаторы состоят из шестеренной передачи, зубчатой рейки и цилиндрического корпуса. На индикаторе часового типа две шкалы: малая – для отсчета числа оборотов стрелки, большая – для измерения отклонения. Точность ИЧ может быть 0,01 мм, тогда при перемещении измерительного наконечника на миллиметр стрелка на шкале измерителя должна сделать полный оборот. Требования к ИЧ указаны в ГОСТ 577-68. Стандарт регулирует производство ИЧ с диапазонами измерения 0–2, 0–5, 0–10 и 0–25 мм. Также существуют индикаторы часового типа с перпендикулярным перемещением наконечника.
Индикаторы рычажного типа внешне схожи с ИЧ и также оснащены стрелочным дисплеем, но зубчатую рейку заменяют две неравноплечие рычажные пары, которые увеличивают передаточное число механизма. Многооборотное рычажное устройство типа МИГ по ГОСТу 9696-82 отличается высокой точностью до 0,001 мм. Международный стандарт ГОСТ 5584-75 содержит требования к моделям индикаторов прямого контакта с измерительным рычагом (ИРТ) и бокового действия (ИРБ).
Пружинные индикаторы ИГП (микрокаторы) характеризуются универсальностью и точностью измерений, подходящей для контроля размеров изделий 5-го и 6-го качеств. Изготовление измерительных головок пружинных (ИГП) регламентируется международным стандартом ГОСТ 28798-90. Принцип работы устройства основан на изменении длины пружины под действием рычага, приводящего в движение стрелку индикатора. Поскольку трение в измерительном механизме отсутствует, погрешность пружинных индикаторов достигает 0,0001 мм. Недостатком ИГП является ограниченный диапазон измерений, который решается наличием разных модификаций. Микрокаторы общего типа ИГ изготавливаются с ценами деления от 0,0001 и диапазонами измерения от 0,008 до 0,600 мм. Микрокаторы ИПМ (пружинные малогабаритные) и ИПМУ (пружинные малогабаритные с уменьшенным измерительным усилием) характеризуются ценой деления от 0,0002 мм и малыми диапазонами измерений – от 0,02 до 0,20 мм. Согласно стандарту, выпускаются виброустойчивые (ИГПВ) и герметизированные виброустойчивые (ИГПВГ) приборы. Миникаторы ИРП используются для измерения отклонений в труднодоступных местах. ИРП с длинным наконечником может измерять точность до 0,002 мм в диапазоне 0–16 мм, а с коротким – до 0,001 мм в диапазоне 0–8 мм.
Кроме того, индикаторы делятся на механические и цифровые. В цифровых индикаторах типа ИЦ перемещение измерительного штока преобразуется в электрический сигнал за счет бесконтактного преобразователя (емкостного или индуктивного). Этот способ преобразования способствует большей точности измерения – до полумикрона. Показания выводятся на ЖК-дисплей. Оптические индикаторы (П и ПР) объединяют пружинный механизм с оптической системой, вместо стрелочной шкалы применяются осветитель и зеркало. Такое сочетание расширяет диапазон измерения оптикаторов от 0–24 до 0–250 мм при абсолютных погрешностях от 0,0001 до 0,001 мм соответственно.
Выбираем наилучшие индикаторы
Одним из ключевых применений изделий измерительной техники является определение биения валов и цилиндрических деталей, контроль отклонений, параллельности поверхностей или осей изделий различной конфигурации. Однако для полноценной работы измерительной головки необходимо обратить внимание на скобы и штативы, к которым они крепятся за ушко. Следовательно, выбор индикаторов должен основываться на соотношении его функционала, качества и цены.
Под функционалом индикаторов понимаются технические характеристики устройства, такие как диапазон измерения, точность и способ закрепления на стойке и прочее. При прецизионных измерениях со скоростью вращения валов рекомендуются многооборотные индикаторы МИГ-1, пружинные и цифровые индикаторы с точностью 0,0001 мм. Для измерения отклонений и линейных размеров крупных изделий, требующих приборов с диапазоном измерения выше 100 мм, подойдут пружинные индикаторы, такие как микрокаторы, микаторы и оптикаторы.
Абсолютная погрешность прибора менее важна, чем размер его диапазона. Не стоит забывать о том, что точность приборов без трения в преобразователе выше, чем у обычных часовых индикаторов. Но конструкция сложнее, а стоимость выше. Например, погрешность индикаторов часового типа 3-5% считается наиболее высокой, но срок их службы больше, чем у других типов. В большинстве токарных и ремонтных мастерских до сих пор встречаются ИЧ советского производства.
Качество индикатора зависит от свойств материалов, точности сборки и наличия сертификатов о прохождении метрологических испытаний. Для снижения абразивного износа измерительные наконечники покрывают твердым сплавом. Индикаторы в пыле- и брызгозащищенном исполнениях со степенью защиты IP54 и выше подходят для работы в агрессивной среде, повышенной запыленности, влажности и вибрациях.
Удобство работы тоже является важным фактором при выборе индикатора. Например, цифровые индикаторы (ИЦ) оснащены функцией автоматической установки на ноль и кнопками для переключения единиц измерения, а крупные цифры на дисплее берегут зрение оператора. Некоторые виды цифровых индикаторов имеют интерфейсы для передачи данных на ПК, функции ввода пределов допуска и различные режимы измерений. Но не стоит забывать, что цифровые индикаторы являются относительно хрупкими и нуждаются в замене батареек.
Цены на индикаторы зависят не только от технических характеристик, но и от производителя. Известные компании, такие как Mitutoyo (Япония) и Mahr (Германия), уже более полувека производят высококачественное измерительное оборудование, задавая планку другим компаниям и постоянно совершенствуя и расширяя функции индикаторов. Но их продукция стоит соответствующих денег:
- ИЦ-12 (0,0001 мм) от Mitutoyo с ушком стоит от 30 тысяч рублей;
- ИЦ-30,4 с гистограммной шкалой допусков обойдется примерно в 70 тысяч рублей.
Цены на запатентованные технологии кусаются, но на сегодняшнем рынке много добросовестных производителей из среднего сегмента. Продукция компаний Shan, Norgau (Китай), Micron (Чехия), "Чиз" и "Калиброн" (Россия) стоит в полтора-два раза дешевле, а ее качество во многом не уступает Mitutoyo. Модели этих марок имеют свидетельства об утверждении типа средств измерений и внесены в Госресстр. Это означает, что такие индикаторы соответствуют ГОСТам, подлежат обязательной поверке и пригодны для внедрения в производстве.
Применение индикаторов для контроля параметров серийных изделий экономит драгоценное время и ускоряет производственный процесс. Но стоит помнить, что пренебрежение качеством измерительных средств может обернуться дополнительными расходами на доработку и доводку бракованных деталей. Поэтому покупать индикаторы следует только у проверенных поставщиков.
* Представленный материал не является офертой, цены актуальны на июнь 2020 года.
Фото: freepik.com