background image

 

1.

 

ędy, definicje: przypadkowe, nadmierne, systematyczne 

 

ąd przypadkowy (błąd losowy) – rodzaj błędu pomiaru, nie wynikający z czynników systematycznych, 
powtarzalnych. Nie można z góry przewidzieć jego wartości w kolejnych pomiarach. Informację na temat 
skali występowania tego błędu można uzyskać po wykonaniu serii pomiarów i wyliczeniu wybranej miary 
zróżnicowania rozkładu, np. odchylenia standardowego. 
Występowanie błędów przypadkowych powoduje, że wyniki kolejnych pomiarów zmieniają się w sposób 
losowy, mimo że mierzona jest ta sama wielkość w warunkach praktycznie niezmiennych. Można je 
modelować przy pomocy rozkładów statystycznych przykładowo rozkładu normalnego (Gaussa). 

ędy nadmierne 
Błędy nadmierne są to błędy wynikające z nieprawidłowego wykonania pomiarów np. z użycia 
uszkodzonego przyrządu, omyłkowo włączonego zakresu pomiarowego, omyłkowego odczytania wyniku. 
Wyniki pomiarowe obarczone błędami nadmiernymi na ogół nie są uwzględniane przy obliczaniu 
końcowego wyniku pomiaru. 

ędy systematyczne 
Błędy systematyczne są to błędy, które przy wielu pomiarach tej samej wartości określonej wielkości, 
wykonywanych w tych samych warunkach, są stałe lub zmieniają się wg określonego prawa wraz ze zmianą 
warunków. Błędy systematyczne stałe mają tą sama wartość i znak przy każdym pomiarze. 
Wykrycie błędów systematycznych jest bardzo trudne. Wielokrotne powtarzanie pomiarów nie umożliwia 
ich wykrycia ani wyeliminowania. Istnienie błędów systematycznych można stwierdzić w wyniku 
zastosowania innej metody pomiarowej lub zastosowanie innego narzędzia pomiarowego. 
 

 

 
 
 
 
 
 
 
 
 

 

 
 
 

 
 
 
 

 

 

 

 

Błąd, Niepewność 

pomiaru 

niescisłosci def. 
wielk. mierz

Błedy 

instrumentaln

Błedy odczytania 

obliczeniwe 

Błąd metody

 

środowiskowe 

background image

 

2.

 

Oznaczenia niepewności A i B 

 

podział niepewności ze względu na pochodzenie parametrów – możemy podzielić ją na dwa rodzaje: 
typu A oraz typu B. 
 
Metoda typu A obliczania niepewności standardowej polega na analizie statystycznej serii 
obserwacji. Niepewność standardowa w tym przypadku to odchylenie standardowe. Metoda 
ta wymaga odpowiednio dużej liczby powtórzeń pomiaru i ma zastosowanie do błędów 
przypadkowych. Stosuje się ją wtedy, gdy istnieje możliwość przeprowadzenia wielu 
powtórzeń pomiaru tej samej wielkości w identycznych warunkach pomiarowych. 
Przykładem może być pomiar powtarzalności wagi elektronicznej. Po wykonaniu pomiarów 
możemy obliczyć odchylenie standardowe według zależności: 
 

 

Dla niepewności typu A przyjmuje się rozkład normalny, który graficznie przedstawia się za 
pomocą krzywej Gaussa. 
 

Niepewność typu B wyznaczana jest za pomocą analizy naukowej opartej na wszystkich 
dostępnych informacjach na temat zmienności wielkości wejściowej. Tymi informacjami 
mogą być: dane uzyskane z wcześniej przeprowadzonych pomiarów, posiadane 
doświadczenie, właściwości odpowiednich materiałów i przyrządów pomiarowych. 
Wykorzystuje się też informacje pochodzące ze specyfikacji producenta oraz niepewności 
związane z danymi odniesienia, uzyskane z podręczników, publikacji naukowych lub też 
innych źródeł. Ważną informacją są oczywiście także dane uzyskane ze świadectw 
wzorcowania przyrządów pomiarowych, wzorców wielkości fizycznych lub też z innych 
certyfikatów. Oczywiście przy głębszej analizie można się doszukać wielu innych parametrów, 
jednak w 
zależności od dokładności pomiaru, mogą one nie mieć wpływu na wartość niepewności. 
W przypadku analizy niepewności typu B, najczęściej przyjmuje się rozkład prostokątny. W 
związku z tym, aby obliczyć wartość niepewności, dane wielkości wejściowych w tym 
przypadku należy podzielić przez pierwiastek z3 . W przypadku rozdzielczości przyrządu, gdzie 
można 
jedynie oszacować górną i dolną granicę wartości wielkości wejściowej, niepewność 
obliczamy dzieląc wartość działki elementarnej przez 2 pierwiastki z 3 . 

3.

 

zasady dopasowania, metoda najmniejszych kwadratów, naciągniętej nici 

 
Metoda najmniejszych kwadratów   
standardowa metoda przybliżania rozwiązań układów nadokreślonych, tzn. zestawu równań, w 
którym jest ich więcej niż zmiennych. Nazwa „najmniejsze kwadraty” oznacza, że końcowe 
rozwiązanie tą metodą minimalizuje sumę kwadratów błędów przy rozwiązywaniu każdego z 
równań. 

background image

 

W statystyce wykorzystuje się ją do estymacji i wyznaczania linii trendu na podstawie zbioru danych 
w postaci par liczb. Najczęściej jest stosowana przy regresji liniowej, ale może też być stosowana do 
statystycznego wyznaczania parametrów nieliniowych linii trendu. 
 
Metoda Naciągniętej nici 
 
Rysujemy wykres  na podstawie zmierzonych wartości, następnie szukamy prostej przechodzącej 
przez większość punktów.   
 

4.

 

przedziały ufności, rozkłady, wartość oczekiwana, odchylenie standardowe 

Rozkłady (miary asymetrii) 

 

Pozwalają one  na  określenie, jakie jednostki  w  zbiorowości przeważają:  czy  jednostki  o  wartościach 

cechy poniżej czy też powyżej tendencji centralnej. 

Biorąc powyższe pod uwagę, wyróżnia się: 

a)  rozkład  symetryczny,  w  którym  taka  sama  liczba  jednostek  ma  wartości  cechy  poniżej  jak  i  powyżej 

średniej  arytmetycznej.  W  rozkładzie  tym  trzy  podstawowe  miary  przeciętne:  średnia,  mediana  i 

dominanta są identyczne: 

D

Me

x

=

=

 

0

10

20

30

40

50

1

2

3

4

5

6

7

warto

ś

ci cechy badanej "X"

li

c

z

b

a

 j

e

d

n

o

s

te

k

 

b)  rozkład prawostronnie asymetryczny, w którym przeważają jednostki o wartościach cechy mniejszych od 

średniej arytmetycznej 

D

x

>

 

 

0

5

10

15

20

25

30

1

2

3

4

5

6

7

warto

ś

ci badanej cechy "X"

li

c

z

b

a

 j

e

d

n

o

s

te

k

background image

 

c)  rozkład   lewostronnie  asymetryczny,  w  którym  występuje  przewaga  jednostek o wartościach cechy 

powyżej średniej arytmetycznej. 

D

x

<

 

0

5

10

15

20

25

30

1

2

3

4

5

6

7

warto

ś

ci badanej cechy "X"

li

c

z

b

a

 j

e

d

n

o

s

te

k

 

Do pomiaru natężenia i kierunku asymetrii służą współczynniki asymetrii. Najczęściej stosowane są: 

 

klasyczno – pozycyjny współczynnik asymetrii obliczany wg wzoru: 

σ

D

x

W

S

=

 

 

W

= 0 – rozkład symetryczny, 

 

W

S

 > 0 – rozkład prawostronnie asymetryczny, 

 

W

S

 < 0 – rozkład lewostronnie asymetryczny. 

Odchylenie  standardowe  Określa  ono,  o  ile  przeciętnie  biorąc,  poszczególne  wartości  cechy 

odchylają się +/– od średniej arytmetycznej. Posiada następujące właściwości: 

 

jest bardzo wrażliwe na wartości skrajne cechy, 

 

obliczamy je na podstawie wszystkich obserwacji, 

 

wyrażone jest w jednostkach miary analizowanej zmiennej, 

 

jest      największe      wówczas,      gdy    połowa    obserwacji  ma  wartość  maksymalną,  a  połowa 

minimalną. Wynosi ono wtedy: 

2

2

min

max

X

X

R

=

=

σ

 

background image

 

Przedziały ufności: 

Niech 

cecha

 X ma rozkład w 

populacji

 z nieznanym parametrem θ. Z populacji wybieramy 

próbę 

losową

 (X

1

X

2

, ..., X

n

). Przedziałem ufności (θ - θ

1

, θ + θ

2

) o współczynniku ufności 1 - α nazywamy taki 

przedział (θ - θ

1

, θ + θ

2

), który spełnia warunek: 

P

1

 < θ < θ

2

) = 1 − α 

gdzie θ

1

 i θ

2

 są funkcjami wyznaczonymi na podstawie próby losowej. 

Podobnie jak w przypadku 

estymatorów

 definicja pozwala na dowolność wyboru funkcji z próby, 

jednak tutaj kryterium wyboru najlepszych funkcji narzuca się automatycznie - zazwyczaj będziemy 

poszukiwać przedziałów najkrótszych. 

Współczynnik ufności 1 - α jest wielkością, którą można interpretować w następujący sposób: jest to 

prawdopodobieństwo, że rzeczywista wartość parametru θ w populacji znajduje się w wyznaczonym 

przez nas przedziale ufności. Im większa wartość tego współczynnika, tym szerszy przedział ufności, a 

więc mniejsza dokładność estymacji parametru. Im mniejsza wartość 1 - α, tym większa dokładność 

estymacji, ale jednocześnie tym większe prawdopodobieństwo popełnienia błędu. Wybór 

odpowiedniego współczynnika jest więc kompromisem pomiędzy dokładnością estymacji a ryzykiem 

błędu. W praktyce przyjmuje się zazwyczaj wartości: 0,99; 0,95 lub 0,90, zależnie od parametru. 

Wartość oczekiwana 

Wartość oczekiwaną możemy intuicyjnie rozumieć jako średnią wartość zmiennej losowej. 
Gdyby prawdopodobieństwo interpretować jako masę rozłożoną na pewnym zbiorze to wartość 
oczekiwana będzie oznaczała środek masy prawdopodobieństwa. 

 

5.

 

tolerancje pasowania wałków i otworów, rodzaje pasowań, wg. stałego wałka i otworu 

 
Pasowanie na zasadzie stałego otworu – gdzie wymiar wałka (zewnętrzny) jest dopasowywany do 
wymiaru otworu (wewnętrznego). W tym wypadku średnicę otworu toleruje się zawsze w głąb 
materiału, a więc EI=0 (położenie pola tolerancji H), a żądane pasowanie uzyskuje się poprzez dobranie 
odchyłek dla wałka, np.: 20H7/f6 – pasowanie luźne, 20H7/p6 – pasowanie ciasne. Zasada ta jest 
najczęściej stosowana ze względu na łatwiejszą obróbkę powierzchni zewnętrznych (wałków) niż 
otworów, co umożliwia zmniejszenie ilości użytych narzędzi i sprawdzianów do pomiaru otworów. 
 
Pasowanie na zasadzie stałego wałka – gdzie wymiar otworu (wewnętrzny) jest dopasowywany do 
wymiaru wałka (zewnętrznego). W tym wypadku średnicę wałka toleruje się zawsze w głąb materiału, 
es=0 (położenie pola tolerancji h), a żądane pasowanie uzyskuje się poprzez dobranie odchyłek dla 
otworu, np.: 20F7/h6 – pasowanie luźne, 20S7/h6 – pasowanie ciasne. Zasadę tą stosuje się np. w 
przypadku potrzeby osadzenia wielu elementów na jednej średnicy wałka. 

background image

 

 

 

 

6.

 

klasy dokładności i oznaczenia dla wałków i otworów 

 

Polska Norma przewiduje 19 (0-18) klas dokładności numerowanych cyframi arabskimi: 

klasy 1 do 4 – używa się do najdokładniejszych urządzeń precyzyjnych 

klasy 5 do 12 – używa się do typowych aplikacji maszynowych 

klasy 12 do 17 – używa się do mniej dokładnych urządzeń

Uwaga: zakresy z pierwszej i drugiej grupy się częściowo pokrywają. Wynika to z nieprecyzyjności 

klasyfikacji aplikacji w budowie maszyn. 

Drugim elementem określenia tolerancji jest łacińska litera, wielka w przypadku otworów i mała w 

przypadku wałków. Litera koduje położenie pola tolerancji w stosunku do wymiary nominalnego. 

Dla otworów: 



 

tolerancje od A do G, gdy oba wymiary graniczne są większe od nominalnego 



 

tolerancja H, gdy wymiar graniczny górny jest większy od wymiaru nominalnego, a dolnym jemu 

równy 



 

tolerancja J, gdy wymiar nominalny leży pomiędzy wymiarami granicznymi dolnym i górnym 



 

tolerancja K, gdy wymiar graniczny dolny jest mniejszy od wymiaru nominalnego, a górny jemu 

równy 



 

tolerancje od L do Z, gdy oba wymiary graniczne są mniejsze od nominalnego. 

 

background image

 

Dla wałków: 



 

tolerancje od a do g, gdy oba wymiary graniczne są mniejsze od nominalnego 



 

tolerancja h, gdy wymiar graniczny dolny jest mniejszy od wymiaru nominalnego, a górny jemu 

równy 



 

tolerancja j, gdy wymiar nominalny leży pomiędzy wymiarami granicznymi dolnym i górnym 



 

tolerancja k, gdy wymiar graniczny górny jest większy od wymiaru nominalnego, a dolny jemu 

równy 



 

tolerancje od l do z, gdy oba wymiary graniczne są większe od nominalnego 

Aczkolwiek wszystkie kombinacje położenia pól tolerancji i klas tolerancji są możliwe, w technicznej 

realizacji normy zalecają stosowanie tylko niektórych z nich. 

 

7.

 

gwinty: metody pomiarów - stykowe i na mikroskopie (schemat pomiaru ś

podziałowej), co tolerujemy(które średnice, Katy) 

 

Średnica  podziałowa  jest  tu  odległością—  mierzoną  prostopadle  do  osi  gwintu—  dwóch 

przeciwległych,  jednakowo  skierowanych,  boków  zarysu.  W  pomiarach  z  oświetleniem  dolnym  oraz  z 
użyciem prążków interferencyjnych kolumnę mikroskopu pochyla się pod kątem wzniosu linii śrubowej 
w  kierunku  podanym  w  tabl.  15.3. Kreski  krzyża  powinny  połową  swej  grubości  wejść  na  cień  zarysu 
gwintu  bądź  symetrycznie  pokryć  się  z  ryską  nożyka  pomiarowego  lub  prążkiem  interferencyjnym.  
W ostatnim przypadku od wyniku (jako różnicy dwóch wskazań przyrządu po obu stronach osi gwintu) 
należy odjąć — np. przy mierzeniu mikroskopem typu ZKM (Zeiss) — 30 µm/5’(α/2), tj. promieniową 
odległość  prążków  interferencyjnych  od  boków  zarysu  gwintu  Pomiar  średnicy  podziałowej  sposobem 
trój  wałeczkowym  Pomiary  średnicy  podziałowej  d  gwintu  zewnętrznego  sposobem  trójwałeczkowym 
należą do najdokładniejszych. Pomiar wykonuje się metodą pośrednią. Bezpośrednio mierzy się długość 
pomiarową  Μ  i  średnice  wałeczków  dw  (długościomierz  lub  inny  przyrząd  do  pomiaru  wymiarów 
zewnętrznych) oraz podziałkę P i kąt gwintu α (mikroskop pomiarowy) (rys. 15,13), 

 

Rys. 15,13. Pomiar średnicy podziałowej gwintu walcowego symetrycznego sposobem trójwaleczkowym; Μ— długość pomiarowa 
mierzona prostopadle do osi gwintu, dw — średnica wałeczków, Ρ — podziałka, afl — kąt boku, di — średnica podziałowa, 
 — wymiar pomocniczy {m = M-dw) 

 

background image

 

8.

 

ędy kształtów i położenia, metody pomiaru okrągłości 

 

ędy kształtu i położenia 
 
ąd kształtu - stopień niezgodności rzeczywistego kształt części z 
teoretyczną bryłą, geometryczną. Przy określeniu błędów kasztu nie bierze się 
pod uwagę chropowatości powierzchni. Rodzaje odchyłek: odch. 
prostoliniowości, odch. płaskości. odch. okrągłości, odch. walcowości. Zasady 
wyznaczania, znakowania i określania dopuszczalnych wartości odchyłek błędów kształtu określa PN 

 

ąd położenia - jest to odchylenie rozpatrywanej powierzchni, osi lub 
płaszczyzny symetrii do nominalnego położenia od elementu odniesienia. 
Rodzaje odchyłek: równoległości powierzchni, prostopadłości powierzchni, 
nachylenia powierzchni wzgl. płaszczyzny lub osi. Współosiowości wzgl. osi powierzchni odniesienia, 
współosiowości wzgl. osi wspólnej, wspołśrodkowości. symetrii wzgl. 
płaszczyzny symetrii (lub osi).Zasady. wyznaczania, znakowania i określania 
dopuszczalnych wartości odchyłek błędów położenia określa PN 

Metody pomiaru okrągłości 

W budowie przyrządów do pomiaru odchyłki okrągłości są stosowane rozwiązania: 
— przedmiot obraca się ze stołem pomiarowym, czujnik pomiarowy jest 
nieruchomy (rys. 13.30a), 
— przedmiot spoczywa na nieruchomym stole, czujnik wraz z wrzecionem 
przyrządu obraca się wokół osi przedmiotu (rys. 13.30b) 

 

Rys. 13.30. Rozwiązania konstrukcyjne 
przyrządów do pomiaru odchyłki okrągłości.

 

a) z obrotowym stolikiem, b) z obrotowym 
wrzecionem, / — stolik pomiarowy z możliwością 
centrowania przedmiotu, 2 — wrzeciono, 
czujnik pomiarowy, — mierzony element 

 

W  obu  przypadkach  istnieje  możliwość 
centrowania  i  pochylania  przedmiotu 
razem  ze  stolikiem  przyrządu  Przy 
pochylaniu  stolika  jego  środek  obrotu 
pozostaje  nieruchomy,  dlatego  przy 
ustawianiu  osi  jedno  z  położeń  czujnika 
powinno  być  wybierane  na  wysokości 

środka obrotu. Wynikiem pomiaru jest wykres odchyłki wykonany w układzie współrzędnych biegunowych. 
Wyniki pomiaru opracowuje komputer. 

 

 
 

Rys. 13,31, 
Pomiar odchyłki 
okrągłości 
czujnikiem (na 
stoliku 
pomiarowym) 

Rys. 13.33. Pomiar odchyłki okrągłości  

w pryzmie przy użyciu dwóch czujników a) pryzma o 

kącie 60°, b) pryzma o kącie 120°

 

background image

 

W  każdym  z  wymienionych  przypadków  w  czasie  pomiaru  jest  identyfikowane  położenie  osi  (w 
przypadku  pomiarów  względem  baz  uproszczonych  położenie  osi  jest  przyjmowane  przed 
pomiarem)  Metody  pomiaru  odchyłki  polegające  na  pomiarze  zmian  promienia],  w  których  bazę 
pomiarową stanowi oś przedmiotu, nazywa się niekiedy metodami bezodmesiemowymi 

Przyrządy do pomiaru odchyłek okrągłości są ciągle drogie, a czas trwania pomiaru dość długi. Dlatego w 
praktyce  przemysłowej  często  stosuje  się  przybliżone  metody  wyznaczania  odchyłki  okrągłości  Są  one 
oparte 

na 

założeniu, 

ze 

znany 

jest 

charakter 

odchyłki 

okrągłości, 

tzn 

ze  

w mierzonym elemencie występuje (a praktycznie dominuje) tylko jedna ze szczególnych odmian odchyłki: 
owalność (dwułukowość), graniastość (trojgraniastość),  czterołukowość  czy  ogólnie łukowość  Dzięki  temu 
w pomiarach wykorzystuje się wzajemne usytuowanie wybranych dwóch lub trzech punktów zarysu.

 

 
9.

 

definicje elementów przylegających 

Element  przylegający  opisany  to  taki  element,  że  jego  promień  jest  najmniejszy  z  możliwych,  a 
wszystkie punkty ze zbioru punktów pomiarowych leżą wewnątrz tego elementu. Element przylegający 
wpisany to 
taki  element,  że  jego  promień  jest  największy  z  możliwych,  a  wszystkie  punkty  ze  zbioru  punktów 
pomiarowych leżą na zewnątrz tego elementu. Przykłady elementów skojarzonych przedstawiono na rys. 
12.6. Na rysunku pokazano równocześnie wpływ ograniczonej liczby punktów zbieranych z mierzonego 

elementu na dokładność dopasowania elementu 

skojarzonego. 

 
 
 
 
 
Rys. 12.6. 
Przykłady skojarzonych elementów geometrycznych: 
a} okrąg średni, b) okrąg przylegający opisany, 
c) okrąg przylegający wpisany, 
d) okrąg minimalnej strefy (wg Czebyszewa) 

 
 

10.

 

chropowatość, odcinek elementarny, odcinek pomiarowy, długość średnia 

Chropowatość powierzchni R – nieregularności, dla których odstęp nierówności jest od 5 do 150 razy większy od 
ich głębokości. Uzależniona od procesu produkcyjnego (obróbka skrawaniem, obróbka plastyczna). Może mieć 
charakter okresowy lub przypadkowy. Rozpatrywana na powierzchni profilu w przedziałach umownie określanych 
przez odcinek elementarny. 
Odcinek elementarny l – długość linii odniesienia przyjmowana do wyznaczenia nierówności charakteryzujących 
chropowatość powierzchni. 
Odcinek pomiarowy l – długość odcinka, na którym ocenia się wartości parametrów chropowatości. Może 
zawierać jeden lub więcej odc. elementarnych. 
Linia średnia profilu pierwotnego - linia wyznaczona przez dopasowanie nominalnego kształtu do profilu 
pierwotnego metodą najmniejszych kwadratów 

 

11.

 

parametry chropowatości w 4 grupach (pionowa, pozioma., złożone i funkcje) bez 

wzorów tylko nazwy i do której grupy 

a). pionowe 

Rp  —  wysokość  najwyższego  wzniesienia  profilu    -  wysokość  najwyższego  wzniesienia  profilu  Zp  wewnątrz 
odcinka elementarnego lr, 
Rv    —  głębokość  najniższego  wgłębienia  profilu  —  głębokość  najniższego  wgłębienia  profilu  Zv  wewnątrz 
odcinka elementarnego lr, 

background image

10 

 

Rz  —  największa  wysokość  profilu  —  suma  wysokości  najwyższego  wzniesienia  profilu  Zp  i  głębokości 
najniższego wgłębienia profilu Zv wewnątrz odcinka elementarnego lr, 
Rc — średnia wysokość elementów profilu — średnia wartość wysokości elementów profilu Zt wewnątrz odcinka 
elementarnego Lr 
Rt  —  całkowita  wysokość  profilu  -  suma  wysokości  najwyższego  wzniesienia  profilu  Zp  i  głębokości 
najgłębszego wgłębienia profilu Zv wewnątrz odcinka pomiarowego In. 
Ra  —  średnia  arytmetyczna  rządnych  profilu  —  średnia  arytmetyczna  bezwzględnych  wartości  rzędnych  Z(x) 
wewnątrz odcinka elementarnego Ir 
Rq — średnia kwadratowa rzędnych profilu — średnia kwadratowa wartości rzędnych 
Z(x) wewnątrz odcinka elementarnego. 
Rsk  —  współczynnik  asymetrii  profilu  -  iloraz  średniej  wartości  trzeciej  potęgi  rzędnych  Z(x) 
i trzeciej potęgi odpowiedniego parametru Rq wewnątrz odcinka elementarnego. 
Rku
  —  współczynnik  spłaszczenia  profilu  —  iloraz  średniej  wartości  czwartej  potęgi  rzędnych  Z(x)  
i trzeciej potęgi odpowiedniego parametru Rq wewnątrz odcinka elementarnego 
 

b). poziome 

Rsm  —  średnia  szerokość  elementów  profilu  —  wartość  średnia  szerokości  elementów  profilu  Xs  wewnątrz 
odcinka elementarnego. 

 
c). mieszane 

Raq — średni kwadratowy wznios profilu — wartość średniej kwadratowej miejscowych wzniosów profilu άΖΙάΧ 
wewnątrz odcinka elementarnego 
 

12.

 

maszyny współrzędnościowe: typy maszyn (wysięgnikowe, kolumnowe,mostowe,…..) 

rodzaje głowic (sztywne, przełączające, mierzące) 

Istota  współrzędnościowej  techniki  pomiarowej  polega  na  tym,  że  informacja  o  postaci  i  wymiarach 
poszczególnych  elementów  mierzonego  przedmiotu  odbierana  jest  jako  zbiór  współrzędnych  punktów, 
które,  w  pewnym  przestrzennym  układzie  współrzędnych  (kartezjańskim,  walcowym  lub  sferycznym), 
zajmuje 

środek 

kulistej 

końcówki 

trzpienia 

pomiarowego 

stykającego 

się  

powierzchnią mierzonego przedmiotu (rys. 12. la). 
Na  podstawie  uzyskanej  informacji  oprogramowanie  maszyny  pomiarowej  wyznacza  parametry 
skojarzonych  elementów  geometrycznych,  np.  walca,  płaszczyzny  czy  kuli  (rys.  12,lb),  a  następnie, 
opierając  się  na  tak  opracowanej  informacji,  wykonuje  obliczenia  umożliwiające  stwierdzenie  zgodności 
wymiarów i odchyłek geometrycznych mierzonego przedmiotu z wymaganiami konstrukcyjnymi zawartymi 
na rysunku (rys, 12. lc). 

 

 

Rys.  12.1.  Istota  współrzędnościowej  techniki 
pomiarowej;  a)  informacja  pomiarowa  ma 
postać  współrzędnych  środka  kulistej  końcówki 
trzpienia  pomiarowego,  b)  oprogramowanie 
wyznacza  skojarzone  elementy  geometryczne, 
c)  porównanie  z  wymaganiami  zawartymi  na 
rysunku 

 

Maszyny  wspornikowe  -  cechują  się  małym»  zakresami  pomiarowymi  (do  500  mm).  Kształt  
i  wymiary  kolumny  określają  zakres  pomiarowy,  szczególnie  w  krótkiej  osi,  ponieważ  wystająca  część 
przyrządu ze względu na wymaganą sztywność nie może być zbyt długa. W maszynach wspornikowych z 
ruchomym stołem (rys. 12.12a) stół pomiarowy wykonuje ruch w kierunku osi χ (najdłuższa oś), kolumna 
kierunku  osi  yt  ,  pinola  wzdłuż  osi  z.  Buduje  się  również  maszyny  wspornikowe  z  nieruchomym 
stołem(12.12b). 
 
 

background image

11 

 

a). 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Rys. 12.12, Schematy kinematyczne maszyn wspornikowych a) z ruchomym stołem, b) z nieruchomym stołem 
 

Maszyny  wysięgnikowe  -    zapewniają  łatwe  dojście  do  mierzonego  przedmiotu  z  3  stron.  Ponieważ 
wysięgnik  jest  podparty  tylko  jednostronnie,  to  przy  różnych  położeniach,  zarówno  pionowych,  jak  
i poziomych wysięgnika, ze względu na różne obciążenia i sztywność, zmieniają się odkształcenia układu. 
Jeżeli  nie  zastosuje  się  korekcji  tych  odkształceń  w  układzie  pomiarowym,  to  niepewności  pomiaru  mogą 
być  znaczne.  Maszyny  tego  typu  mają  na  ogół  małe  zakresy  pomiarowe  (3OOV7OO  mm),  a  jeżeli  są 
stosowane  do  mniej  dokładnych  pomiarów  (np.  części  z  blachy,  odlewy  lub  elementy  spawane),  to  mają 
znaczne  zakresy  pomiarowe  (nawet  do  24  m).  Wyróżnia  się  maszyny  wysięgnikowe  z  ruchomą  kolumną 
(rys. 12.13a), z nieruchomym stołem (rys. 12.13b) oraz z ruchomym stołem (rys. 12.13c), 

 

 
Rys.  12.13.  Schematy  kinematyczne  maszyn  wysięgnikowych,  a)  z  ruchomą  kolumną,  b}  z  nieruchomym  stołem,  
c} z nieruchomym stołem i stołem obrotowym d) z ruchomym stołem 
 

Maszyny  portalowe  -    mają  dobrą  sztywność  i  w  związku  z  tym  mogą  mieć  znaczne  zakresy  pomiarowe 
(400-^1200  mm),  zachowując  niską  niepewność  pomiaru.  Wadą  ich  jest  jedynie  ograniczony  dostęp  do 
przestrzeni 

roboczej, 

tej 

grupie 

przyrządów 

spotyka 

się 

trzy 

odmiany:  

z  nieruchomym  portalem  (rys.  12.14a),  z  ruchomym  portalem  (rys.  12.14b)  oraz  z  ruchomym  portalem  w 
kształcie litery L (rys. 12.14c). Ogólnie, maszyny o budowie portalowej nadają się do pomiaru wyrobów o 
bardzo zróżnicowanych kształtach i wymiarach. 

 

 
Rys.  12.14.
  Schematy  kinematyczne  maszyn  portalowych:  a)  z  nieruchomym  portalem,  b)  z  ruchomym  portalem,  
c) z ruchomym portalem w kształcie litery L 
 

Maszyny mostowe (rys. 12.15) - podobnie jak portalowe cechuje duża sztywność i 
co  za  tym  idzie  wysoka  dokładność,  nawet  przy  znacznych  zakresach 
pomiarowych (1500+4000 mm, a nawet do 16 000 mm). W związku z tym są one 
używane  do  pomiarów  dużych  przedmiotów  w  budowie  pojazdów,  samolotów, 
statków i dużych maszyn. Wadą tych maszyn jest ograniczony (przez słupy) dostęp 
do przestrzeni pomiarowej. 

Rys. 12.15. Schemat kinematyczny maszyn mostowych 

background image

12 

 

W  maszynach  kolumnowych  elementy  ruchome  stanowią  stół  przemieszczający  się  w  płaszczyźnie 
poziomej,  w  kierunkach  χ  i  y  oraz  pinola  przesuwająca  się  w  kierunku  pionowym  z  (rys  12.16).  Niektóre 
rozwiązania  maszyn  kolumnowych  mają  wbudowany  stół  obrotowy  umożliwiający  pomiary  w  układzie 
współrzędnych walcowych. Maszyny kolumnowe cechują się wysoką dokładnością pomiaru oraz łatwością 
dostępu  do  przedmiotu  mierzonego.  Znajdują  zastosowanie  do  pomiarów  sprawdzianów,  korpusów 
precyzyjnych 

wyrobów, 

narzędzi 

skrawających, 

części 

hydrauliki  

i pneumatyki przemysłowej, krzywek i kół zębatych.

 

 
 

 
 
 
 

Rys, 12.16. Schemat kinematyczny maszyny kolumnowej 

 
 
Głowice pomiarowe 

 

Głowice  stykowe  impulsowe  –  najbardziej  rozpowszechnione.  W  chwili  zetknięcia  końcówki  trzpienia 
pomiarowego z mierzonym przedmiotem(a ściślej po nieznacznym wychyleniu trzpienia) wygenerowany w 
głowicy impuls jest wykorzystywany do wydania polecenia odczytania aktualnych współrzędnych z układów 
pomiarowych 

zatrzymania 

ruchu 

maszyny. 

Pomiar 

odbywa 

się 

więc  

w  warunkach  dynamicznych.  Najprostsze  rozwiązanie  głowicy  impulsowej  to  głowica  ełektrostykowa 

mechaniczna  (rys.  12.17).  Przy  zetknięciu  końcówki  pomiarowej  z 
mierzonym przedmiotem, wskutek otwarcia jednego zestyków, następuje 
przerwanie obwodu prądowego. 
 

 

 
Rys. 12.17. Głowica impulsowa elektrostykowa mechaniczna:  
a) schemat konstrukcyjny, 
b) schemat układu elektrycznego, S1,S2, S3 —styki 

W elektronicznych głowicach impulsowych oprócz styków 
mechanicznych stosuje się sensory piezoelektryczne. Impuls pomiarowy 
jest generowany przez sensory piezoelektryczne już przy naciskach rzędu 
0,01 N, co niemal całkowicie eliminuje błędy odkształceń sprężystych. 
Dodatkowy sygnał generowany przez styki mechaniczne wykorzystuje 
się jedynie (w specjalnym układzie logicznym) dla upewnienia się, że 

otrzymany impuls nie był przypadkowy (błędny). Niepewność głowic impulsowych zawiera się w granicach 
0,2-2 µm. W zależności od budowy czujnika styku, głowice impulsowe umożliwiają doprowadzenie do styku 
końcówki pomiarowej z mierzonym przedmiotem z pięciu (±x, ±y, -z) lub sześciu (±x, ±y, ±z) kierunków.

 

 
Głowice  stykowe  mierzące  stosuje  się  w  najdokładniejszych  maszynach  pomiarowych  (Leitz,  Mahr,  SIP, 
Zeiss).  Zasadnicze  elementy  głowicy  mierzącej  stanowią  indukcyjne  przetworniki  pomiarowe  mierzące 
przemieszczenia jej ruchomych elementów (rys. 12.18). 
Głowice mierzące umożliwiają, podobnie jak głowice impulsowe, pomiar dynamiczny. Sygnał do odczytania 
współrzędnych  z  układów  pomiarowych  jest  wysyłany  po  osiągnięciu  odpowiedniego  przemieszczenia 
trzpienia z położenia początkowego. Współrzędne środka kulistej końcówki trzpienia pomiarowego w chwili 
jej styku z mierzonym przedmiotem otrzymuje się przez zsumowanie współrzędnych odczytanych z układów 
pomiarowych maszyny z przemieszczeniami trzpienia pomiarowego zmierzonymi przez głowicę pomiarową. 
Głowice  mierzące  umożliwiają również  pomiar  w  warunkach  statycznych,  tzn.  po  zatrzymaniu  wszystkich 
ruchów  maszyny.  Możliwe  jest tutaj  —  podobnie jak  w  pomiarach  dynamicznych  —  sumowanie  wskazań 
układów  pomiarowych  maszyny  i  głowicy.  Najlepsze  wyniki  uzyskuje  się  jednak  po  doprowadzeniu  do 
stanu,  w  którym  przy  styku  końcówki  z  przedmiotem  przetworniki  pomiarowe  głowicy  znajdują  się  
w położeniu zerowym. 

 
 

background image

13 

 

Rys. 12.18. Głowica mierząca —zasada działania: a) trzy układy 
sprężyn płaskich oraz związane z 
nimi przetworniki pomiarowe tworzą kartezjański układ 
współrzędnych zgodny z układem 
maszyny {Leitz, SIP, Zeiss), b) układ dźwigniowy (nie pokazany na 
rysunku) umożliwia przesuw 
oraz wychylenia trzpienia pomiarowego mierzone przez trzy 
przetworniki pomiarowe i przeliczane 
na zmianę współrzędnych x, y, z (Mahr), c) trzy układy sprężyn 
płaskich w postaci zwartej konstrukcji oraz trzy układy pomiarowe 
CCD (Renishaw) 
 

 
 
 

Głowice mierzące dają możliwość pomiaru powierzchni krzywoliniowych 
przez  tzw.  skaning.  Głowica  pomiarowa  mierząca,  będąc  cały  czas  w  stanie  aktywnym,  przemieszcza  się 
wzdłuż  mierzonego  zarysu,  by  —  bez  przerywania  tego  ruchu  —  co  jakiś  czas  przesłać  informację 
 o położeniu końcówki trzpienia pomiarowego. Typowym zastosowaniem skaningu jest pomiar powierzchni 
krzywoliniowych  o  złożonych  kształtach.  W  miarę  rozwoju  konstrukcji  głowic  mierzących,  szczególnie  
w  rozumieniu  szybkości  i  dokładności  pomiaru,  technikę  skaningu  stosuje  się  coraz  częściej  w  pomiarach 
typowych elementów geometrycznych, jak płaszczyzna czy okrąg. 
Ciekawe  rozwiązanie  głowicy  pomiarowej  stanowi  głowica  o  nazwie  QMP(Quartz  Micro  Probe)  firmy 
Zeiss.  Do  rezonatora  kwarcowego  drgającego  z  częstotliwością  30  kHz  przymocowany  jest  trzpień 
pomiarowy  wykonany  z  włókna  szklanego  o  długości  10  mm  i  średnicy  0,07  mm  i  zakończony  kulistą 
końcówką  pomiarową  o  średnicy  0,1  mm.  Przy  zetknięciu  końcówki  trzpienia  z  powierzchnią  przedmiotu 
następuje zaburzenie częstotliwości drgań stanowiące sygnał pomiarowy. 
 
Najbardziej  znanym  rozwiązaniem  głowicy  bezstykowej  jest  głowica  laserowa  pracująca  na  zasadzie 
triangulacyjnej.  Głowice  bezstykowe  stosuje  się  głównie  do  pomiarów  przedmiotów  płaskich  lub 
odkształcalnych,  ale  również  w  pomiarach  zarysów  krzywoliniowych,  zarówno  w  technice  pomiarów 
punktowych, jak i skaningu. 
 

13.

 

ogólna strategia pomiarów na maszynach współrzędnościowych 

Strategia pomiaru w szerokim rozumieniu obejmuje: 
— wybór maszyny pomiarowej. 
— określenie ustawienia (ustalenia i zamocowania) przedmiotu do pomiaru, 
— zaprojektowanie i zbudowanie uchwytu, 
— określenie szczegółowej interpretacji wymagań dokładnościowych podanych na rysunku i podjęcie 
decyzji o ewentualnym zastosowaniu pomiarów uproszczonych, 
— wybór rodzajów skojarzonych elementów geometrycznych, kryteriów dopasowania i strategii 
próbkowania 
— wybór układu (układów) trzpieni pomiarowych, 
— określenie szczegółowego przebiegu pomiaru, 
— określenie sposobu opracowania wyników pomiaru, 
— ocena niepewności pomiaru (dla ważniejszych charakterystyk). 

Przy wyborze maszyny pomiarowej należy kierować się nie tylko zakresem pomiarowym i 

dokładnością, ale również łatwością programowania pomiaru i czasem trwania pomiaru. Można wskazać 
przykłady zadań pomiarowych, w których pomiar maszyną ręczną (np, ramieniem pomiarowym) trwa 
znacznie krócej niż pomiar maszyną CNC.  

Przedmiot powinien być tak ustalony i zamocowany, by był możliwy dostęp do wszystkich 

wymaganych powierzchni, tzn. zarówno do baz pomiarowych, jak i elementów mierzonych. Przy bardziej 
złożonych kształtach przedmiotów; taką możliwość daje zamocowanie przedmiotu w uchwycie w znacznej 
odległości od stołu pomiarowego. Można w tym celu wykonywać specjalnej oprzyrządowanie albo korzystać 
z zestawów do budowy uchwytów składanych. Zamocowanie przedmiotu powinno być pewne, ale nie może 
powodować odkształceń. Nie dotyczy to części niesztywnych (np. wykonanych z blachy lub tworzyw 

background image

14 

 

sztucznych) które często wymagają usztywnienia w uchwycie o dokładnie wykonanych elementach 
bazowych. 

Przy  wyborze  układu  trzpieni  pomiarowych  trzeba  mieć  na  uwadze,  że  stosowanie  długich 

trzpieni pomiarowych i ciężkich konfiguracji to zmniejszanie dokładności pomiaru, a ponadto ograniczanie 
przestrzeni roboczej maszyny. Jeżeli do pomiaru jednego przedmiotu używa się więcej niż jednego układu, 
konieczna będzie zamiana układu w czasie pomiaru. W przypadku maszyn CNC możliwe jest zastosowanie 
magazynu i automatyczna zamiana układów w cyklu pomiarowym. 

Odpowiedź  na  pytanie  o  rodzaj  skojarzonych  elementów  geometrycznych  wymaga  dobrego 

rozumienia intencji konstruktora lub technologa. Dla przykładu, walcowy otwór można mierzyć jako walec 
albo jako okrąg (względnie kilka okręgów). W przypadku pomiaru otworu jako walca uzyskuje się dobrą 
informację  o  kierunku  jego  osi  i  średnią  wartość  jego  średnicy,  natomiast  tracona  jest  informacja  
o  charakterze  odchyłek  kształtu.  Ta  z  kolei  jest  do  uzyskania,  jeżeli  otwór  zostanie  zmierzony  w  kilku 
przekrojach jako okręgi. 

Wybór  kryterium  dopasowania  wynika  z  roli  danego  elementu  geometrycznego  w  zadaniu 

pomiarowym.  Na  przykład  dla  płaszczyzny  stanowiącej  bazę  prawidłowe  będzie  wyznaczenie  płaszczyzny 
przylegającej, zaś w celu wyznaczenia osi wałka lub otworu odpowiednie będą okręgi średnie. 

Strategia  próbkowania  obejmuje  liczbę  i  rozmieszczenie  punktów  pomiarowych.  Zwykle  punkty 

pomiarowe  powinny  być  rozmieszczone  równomiernie  na  mierzonym  elemencie  i  ich  liczba  powinna  być 
wyraźnie  większa  od  teoretycznie  minimalnej.  Należy  stosować  nadmiar  punktów  pomiarowych  również 
wtedy, gdy odchyłka kształtu nie jest celem pomiaru; duża wartość odchyłki kształtu jest wówczas sygnałem  
o wystąpieniu błędu nadmiernego, Przy pomiarach odchyłek kształtu liczba punktów pomiarowych powinna 
być znaczna, bowiem w przeciwnym razie wyznaczona wartość odchyłki kształtu jest zaniżona. 
 

14.

 

ogólny schemat pomiarów metodą ilościową, prędkościową, ciśnieniową