5.3.2. Источники возникновения погрешностей измерений геометрических параметров

Основные составляющие суммарной погрешности измерений:

• погрешности СИ (инструментальные);

• методические погрешности, обусловленные несовершенством метода измерения и построения математических зависимостей;

• погрешности установочных мер;

• погрешности, зависящие от измерительного усилия;

• температурные погрешности;

• субъективные погрешности;

• погрешности базирования.

Погрешность средства измерения (инструментальная погрешность) − разность между показанием СИ и истинным значением измеряемой величины. Она характеризует точность результатов измерений, проводимых данным средством. По зависимости от измеряемой величины различают аддитивные (это погрешность нуля, которая не зависит от измеряемой величины) и мультипликативные (которые линейно изменяются с изменением измеряемой величины) погрешности СИ [6].

Методическая погрешность или теоретическая погрешность зависит от метода и схемы измерения, свойств объекта, погрешностей базирования, формы и шероховатости базовых поверхностей объекта и измерительного прибора, погрешности контактирования за счет смещения точки контакта, алгоритма обработки результатов измерений, который не всегда достоверный.

Погрешности установочных мер являются доминирующими при относительном методе измерения.

Основное требование к установочным мерам – максимальное подобие измеряемой детали (должны быть одинаковы с деталью по конструкции, массе, материалу). При использовании в качестве установочной меры блока из КМД возникают дополнительные погрешности из-за отличия в характере контакта (детали с цилиндрической поверхностью, а КМД с плоской), из-за упругих деформаций, притирки (погрешность в каждом слое блока +0,05 или –0,1 мкм), а также от направления перемещения измерительного стержня.

Погрешности, зависящие от измерительного усилия. Схема измерения линейных размеров представляет собой измерительную размерную цепь, в которой измеряемый размер служит замыкающим звеном. Для надежного замыкания вводится устройство, создающее усилие. Эта погрешность проявляется при контактных методах измерения.

Температурные погрешности при линейных измерениях существенны, поэтому оговариваются нормальные условия выполнения измерений.

Нормальная температура в 20С принята в СССР в 1929 г., до этого при воспроизведении и измерении эталонов за нормальную температуру принимали 0С (в ванне с тающим льдом). Для практических измерений 0С не приемлем.

Погрешности из-за температурных деформаций практически можно исключить, если выдержать «температурный режим». Деталь и СИ должны быть выдержаны при постоянной температуре помещения определенное время, которое зависит от требований к точности измерений.

Колебание температуры за короткие промежутки времени также существенно влияет на погрешность измерения.

В термоконстантных помещениях наблюдается скачкообразное изменение температуры (включается датчик при заданном значении температуры). Экспериментально установлено, что скачок в 0,7С дает температурную погрешность в 0,22 мкм [8].

Субъективные погрешности различаются четырех видов:

• от присутствия оператора;

• погрешность отсчитывания;

• погрешность действий оператора;

• профессиональные погрешности.

Погрешность присутствия оператора сказывается как субъективная составляющая температурной погрешности. При использовании накладных СИ погрешность зависит от мест контакта рук оператора с частями прибора, эти места должны снабжаться теплоизоляционными накладками (нутромеры, скобы и другие).

Погрешность отсчитывания – это может быть как погрешность визирования (1…3 мкм), погрешность от параллакса (около 0,3 цены деления прибора).

Погрешность действий оператора зависит от конструкции СИ и физиологического состояния оператора (быстроты реакции, внимательность и остроты зрения и других физиологических качеств оператора).

Профессиональные погрешности зависят от навыка работы на данном СИ. У малоопытного оператора при использовании микрометров может быть промах в 0,5 мм.

Способы исключения систематических погрешностей

Важной задачей выполнения измерений является обнаружение систематических погрешностей с целью их исключения или учета. Под исключением систематических погрешностей подразумевается уменьшение их до уровня незначительных случайных составляющих.

Применяются четыре способа исключения систематических погрешностей:

• ликвидация источников погрешностей до начала измерения (профилактика измерений);

• в процессе измерений (экспериментальное исключение);

• по окончанию измерений путем введения поправок (вычислением);

• перевод не исключенных систематических погрешностей в разряд случайных и выполнение многократных измерений [8].

До начала измерения оператор должен выполнить следующие работы: проверить наличие “аттестата годности” на СИ; убедиться в исправности СИ; выдержать деталь и СИ необходимое количество часов в измерительной лаборатории (ГОСТ 8.050); проверить горизонтальность установки прибора (если это требуется); очистить поверхности детали от пыли, масла; определить размер блока КМД (для настройки прибора на 0) и подготовить их.

Экспериментальное исключение погрешностей может быть выполнено за счет противопоставления ее действия (прямой и обратный ход, поворот на 180 и др.), за счет методов замещения (измеряемая величина заменяется известной мерой), противопоставления, симметричных наблюдений, за счет коррекции систематических погрешностей и других методов в зависимости от измеряемых величин.

После выполнения измерений в результат может быть введена поправка, равная известной систематической погрешности по величине, но обратная ей по знаку:

Х_д = Х_i + q ,

где Х_д – действительное значение измеряемой величины; Х_i - результат измерения; q – поправка.

Также может быть использован поправочный множитель.

Поправкой может быть расчетная погрешность блока КМД при относительном методе измерений; поправки могут определяться по формулам для каждого конкретного случая.

Например: поправочные множители на температуру, влажность и атмосферное давление при точных измерениях линейных размеров эталонов.