Индикатор часового типа преобразует небольшое линейное перемещение измерительного стержня в перемещение стрелки по круговой шкале. При контроле биения он не измеряет «биение» как самостоятельную физическую величину независимо от установки. Индикатор регистрирует изменение положения поверхности относительно измерительного наконечника, а итоговый результат определяется всей измерительной схемой: базированием детали, жесткостью крепления, положением контакта и направлением измерительного перемещения.

Поэтому индикатор для контроля биения и отклонений выбирают не только по цене деления. Необходимо учитывать диапазон измерений, предел допускаемой погрешности, измерительное усилие, конструкцию крепления и требования к самой измерительной операции.

Что фактически показывает индикатор

При измерении наконечник контактирует с поверхностью детали. Перемещение этой поверхности вдоль оси измерительного стержня передается на стрелочный механизм.

Если деталь вращается, положение поверхности относительно наконечника может меняться. Стрелка отклоняется между минимальным и максимальным значениями. Разность экстремальных показаний может использоваться при оценке биения, если именно такая схема предусмотрена чертежом и методикой контроля.

Однако показание включает не только геометрию контролируемой поверхности. На него могут влиять:

• погрешность базирования детали;
• состояние центров или шпинделя;
• деформация и люфт приспособления;
• вибрация;
• неперпендикулярность измерительного стержня;
• загрязнение поверхности;
• собственная погрешность индикатора.

Поэтому индикатор следует выбирать как элемент измерительной системы.

Радиальное и торцевое биение

При контроле радиального биения наконечник устанавливают на цилиндрическую поверхность, а направление перемещения измерительного стержня стремятся совместить с нормалью к поверхности в точке контакта.

Деталь вращают относительно заданной базы и фиксируют изменение показания.

При контроле торцевого биения наконечник контактирует с торцевой поверхностью на установленном радиусе. Измерительное направление также должно соответствовать геометрии контролируемой поверхности.

Важно различать круговое и полное биение. Это разные геометрические требования. Для полного биения измерительная процедура может предусматривать перемещение контакта вдоль поверхности при вращении детали.

Поэтому фраза «проверить биение индикатором» недостаточна для составления методики: нужно знать обозначение допуска на чертеже, базу и требуемую схему контроля.

Почему биение нельзя автоматически приравнивать к овальности или эксцентриситету

Если стрелка изменяет положение при вращении вала, это еще не доказывает, что вал имеет только один конкретный вид геометрического отклонения.

Показание может быть обусловлено смещением оси относительно базы, отклонением формы поверхности, погрешностью установки детали или комбинацией факторов.

Индикатор показывает изменение положения контактной точки в заданной измерительной системе. Интерпретация этого изменения должна соответствовать контролируемому геометрическому требованию.

Поэтому по одному показанию биения нельзя без дополнительной методики определять круглость, цилиндричность или положение оси.

Цена деления и допустимая задача

Для индикатора ИЧ распространена цена деления 0,01 мм. Это означает размер одного деления шкалы, но не предел допускаемой погрешности прибора.

Для соответствующих типов индикаторов нормируются метрологические характеристики, включая допускаемые погрешности на участках диапазона.

Следовательно, выбор для допускаемой величины биения нельзя выполнять по правилу «допуск 0,02 мм — значит индикатора 0,01 мм достаточно».

Нужно оценивать как минимум:

• цену деления;
• диапазон измерений;
• допускаемую погрешность конкретного индикатора;
• вариацию показаний;
• измерительное усилие;
• вклад стойки, базы и приспособления;
• допустимую погрешность всей принятой методики.

Например, при допуске биения 0,05 мм цена деления 0,01 мм дает пять делений на величину допуска. Это характеризует читаемость изменения на шкале, но само по себе не подтверждает метрологическую пригодность метода.

Когда нужен более мелкий отсчет

Индикаторы с отсчетом 0,001 мм применяют в задачах, где необходимо регистрировать меньшие перемещения.

Но установка индикатора 0,001 мм на обычную гибкую магнитную стойку не превращает измерительную систему автоматически в систему микрометрового уровня.

При таком отсчете становятся особенно заметны:

• упругая деформация рычага стойки;
• смещение магнитного основания;
• вибрация оборудования;
• загрязнение базовой поверхности;
• температурные перемещения;
• люфты соединений.

Поэтому переход к более мелкому отсчету требует проверки всей оснастки.

Диапазон измерения

Для контроля биения большой общий диапазон индикатора требуется далеко не всегда. Основная задача — обеспечить рабочее положение наконечника и зарегистрировать ожидаемый диапазон изменения без выхода механизма за пределы хода.

Перед началом контроля создают рабочее перемещение стержня, предусмотренное конструкцией индикатора и схемой измерения. Его иногда называют предварительным натягом.

Не следует задавать универсальный предварительный натяг в миллиметрах для всех моделей. Требуемое положение зависит от диапазона индикатора и инструкции изготовителя.

Чрезмерно большой диапазон также не означает более высокую точность. Диапазон и метрологические характеристики оцениваются отдельно.

Измерительное усилие

Наконечник индикатора оказывает усилие на деталь.

Для жестких валов его влияние обычно меньше, чем для тонких стенок, листовых деталей, гибких пластин и маложестких элементов.

Если усилие вызывает заметную деформацию контролируемой поверхности, измерительная схема сама изменяет объект контроля.

Поэтому для маложестких деталей при выборе индикатора нужно проверять измерительное усилие по документации и оценивать возможную деформацию.

Как установить индикатор для контроля биения

Индикатор закрепляют в стойке или штативе так, чтобы соединения не перемещались во время контроля.

Вылет рычага делают минимальным, насколько позволяет геометрия детали. Чем длиннее и сложнее система рычагов, тем больше ее упругая податливость.

Измерительный наконечник устанавливают в нужной точке поверхности, после чего создают предусмотренное рабочее положение измерительного стержня.

Шкалу можно установить на нулевую отметку для облегчения считывания изменения. Это является установкой исходного показания, а не поверкой индикатора.

После этого деталь медленно проворачивают относительно заданной базы и фиксируют максимальное и минимальное показания.

Результат повторяют для проверки воспроизводимости установки. Если после полного оборота исходное положение заметно изменилось без изменения детали, сначала необходимо проверить измерительную систему.

Почему направление стержня имеет значение

Индикатор регистрирует компоненту перемещения вдоль своей измерительной оси.

Если ось стержня расположена под заметным углом к требуемому направлению перемещения, в измерение входит геометрическая составляющая, связанная с этим углом.

Поэтому при плунжерном индикаторе направление перемещения стараются согласовать с нормалью к измеряемой поверхности.

Для труднодоступных участков применяются другие конструкции индикаторов, в том числе рычажно-зубчатые. Их кинематика отличается, и требования к положению измерительного рычага следует брать из документации конкретного средства измерений.

Крепление за гильзу и за ушко

Конструкция индикатора может предусматривать крепление за присоединительную гильзу либо за ушко на задней крышке.

При выборе необходимо проверить совместимость с имеющейся стойкой.

Факт того, что индикатор можно физически закрепить, еще не означает, что крепление обеспечивает требуемую жесткость. Соединение должно сохранять положение в течение всей измерительной операции.

Работа в цехе

Для измерения непосредственно на станке следует учитывать вибрацию, загрязнение и состояние поверхности, на которой устанавливается стойка.

Магнитное основание требует чистой ферромагнитной базы. Слой стружки, краска, коррозия или малая площадь контакта уменьшают фактическую жесткость крепления.

Нельзя устанавливать стойку на элемент, который перемещается относительно той базы, относительно которой требуется определить биение.

Если контроль выполняется при работающем оборудовании, дополнительно должны соблюдаться требования безопасности и утвержденная технологическая процедура. Во многих случаях измерение выполняют при ручном или специально предусмотренном медленном проворачивании детали, а не в рабочем режиме станка.

Поверка и Госреестр

Для измерений в сфере государственного регулирования обеспечения единства измерений проверяют метрологический статус конкретного индикатора и наличие действующей поверки, если она требуется для данной операции.

Наличие типа в Госреестре относится к типу средства измерений. Поверка относится к конкретному экземпляру.

Поверка индикатора не подтверждает автоматически пригодность всей схемы контроля биения. Стойка, базирование, приспособление и методика по-прежнему формируют свой вклад в результат.

Основные ошибки выбора

Первая ошибка — выбирать индикатор только по цене деления.

Вторая — считать показание индикатора прямым измерением геометрического отклонения без учета базы.

Третья — использовать индикатор 0,001 мм на недостаточно жесткой оснастке без проверки воспроизводимости.

Четвертая — выбирать максимальный диапазон вместо анализа рабочего хода.

Пятая — не учитывать измерительное усилие на маложестких деталях.

Шестая — устанавливать измерительный стержень под произвольным углом.

Седьмая — считать любое изменение стрелки при вращении детали доказательством эксцентриситета или овальности.

Итог

Индикатор часового типа для контроля биения выбирают не отдельно, а как часть измерительной системы. Требуются соответствующие цена деления и метрологические характеристики, достаточный рабочий диапазон, правильное измерительное усилие и совместимость со стойкой.

При выполнении контроля определяющими становятся база детали, жесткость крепления и направление измерения. Именно поэтому индикатор с более мелкой шкалой не всегда обеспечивает более достоверный результат: его возможности должны поддерживаться всей схемой измерения.