Micrometro (dispositivo) - Micrometer (device)
Un micrometro , noto anche come misuratore a vite micrometrica , è un dispositivo che incorpora una vite calibrata ampiamente utilizzata per la misurazione accurata di componenti nell'ingegneria e nella lavorazione meccanica , nonché nella maggior parte dei mestieri meccanici, insieme ad altri strumenti metrologici come quadrante , nonio e digitale calibri . I micrometri sono solitamente, ma non sempre, sotto forma di calibri(estremità opposte unite da un telaio). Il mandrino è una vite lavorata molto accuratamente e l'oggetto da misurare è posto tra il mandrino e l'incudine. Il mandrino viene spostato ruotando la manopola a cricchetto o il ditale fino a quando l'oggetto da misurare viene leggermente toccato sia dal mandrino che dall'incudine.
I micrometri vengono utilizzati anche nei telescopi o nei microscopi per misurare il diametro apparente di corpi celesti o oggetti microscopici. Il micrometro utilizzato con un telescopio è stato inventato intorno al 1638 da William Gascoigne , un astronomo inglese.
Storia del dispositivo e il suo nome
La parola micrometro è una coniazione neoclassica dal greco micros 'piccolo' e metron 'misura'. Il Merriam-Webster Collegiate Dictionary afferma che l'inglese l'ha preso dal francese e che la sua prima apparizione nota nella scrittura inglese risale al 1670. A quel tempo non esistevano né il metro né il micrometro (μm) né il micrometro (dispositivo) come li conosciamo oggi . Tuttavia, le persone di quel tempo avevano molto bisogno e interesse per la capacità di misurare piccole cose e piccole differenze. La parola è stata senza dubbio coniata in riferimento a questa impresa, anche se non si riferiva specificamente ai suoi sensi odierni.
La prima vite micrometrica in assoluto fu inventata da William Gascoigne nel XVII secolo, come miglioramento del nonio ; era usato in un telescopio per misurare le distanze angolari tra le stelle e le dimensioni relative degli oggetti celesti.
Henry Maudslay costruì un micrometro da banco all'inizio del XIX secolo che fu scherzosamente soprannominato "il Lord Cancelliere" tra il suo staff perché era il giudice finale dell'accuratezza e della precisione delle misurazioni nel lavoro dell'azienda. Nel 1844 furono pubblicati i dettagli del micrometro da officina di Whitworth . Questo è stato descritto come avente una robusta struttura in ghisa, le cui estremità opposte erano due cilindri di acciaio altamente rifiniti, che si spostavano longitudinalmente mediante l'azione di viti. Le estremità dei cilindri dove si incontravano erano di forma emisferica. Una vite era dotata di una ruota graduata per misurare al decimillesimo di pollice. Il suo scopo era quello di fornire alla meccanica ordinaria uno strumento che, sebbene offrisse indicazioni molto accurate, non era tuttavia molto soggetto a essere sconvolto dal rozzo maneggio dell'officina .
Il primo sviluppo documentato di calibri a vite micrometrica portatili fu di Jean Laurent Palmer di Parigi nel 1848; il dispositivo è quindi spesso chiamato palmer in francese, tornillo de Palmer ("Vite di Palmer") in spagnolo e calibro Palmer ("Calibro di Palmer") in italiano. (Queste lingue usano anche gli affini del micrometro : micromètre, micrometro, micrometro .) Il calibro micrometrico è stato introdotto nel mercato di massa nei paesi anglofoni da Brown & Sharpe nel 1867, consentendo la penetrazione dell'uso dello strumento nell'officina meccanica media. Brown & Sharpe sono stati ispirati da diversi dispositivi precedenti, uno dei quali è il design di Palmer. Nel 1888, Edward W. Morley aggiunse alla precisione delle misurazioni micrometriche e dimostrò la loro accuratezza in una complessa serie di esperimenti.
La cultura dell'accuratezza e della precisione della toolroom , che è iniziata con i pionieri dell'intercambiabilità tra cui Gribeauval , Tousard , North , Hall , Whitney e Colt , e ha continuato attraverso leader come Maudslay, Palmer, Whitworth , Brown, Sharpe, Pratt , Whitney , Leland e altri, sono cresciuti durante l'era delle macchine fino a diventare una parte importante della combinazione di scienza applicata e tecnologia . A partire dall'inizio del XX secolo, non si poteva più padroneggiare veramente la costruzione di utensili e stampi , la costruzione di macchine utensili o l' ingegneria senza una certa conoscenza della scienza della metrologia, nonché delle scienze della chimica e della fisica (per la metallurgia , la cinematica / dinamica , e qualità ).
tipi
Tipi specializzati
Ogni tipo di calibro micrometrico può essere dotato di incudini specializzati e punte del mandrino per particolari compiti di misurazione. Ad esempio, l'incudine può essere sagomata a forma di segmento di filettatura , a forma di v-block, oppure a forma di disco di grandi dimensioni.
- I set di micrometri universali sono dotati di incudini intercambiabili, come piatti, sferici, scanalati, a disco, a lama, a punta ea coltello. Il termine micrometro universale può anche riferirsi a un tipo di micrometro il cui telaio ha componenti modulari, che consentono a un micrometro di funzionare come microfono esterno, microfono di profondità, microfono a gradino, ecc. (spesso noto con i marchi Mul-T-Anvil e Uni- Mike).
- I micrometri a lama hanno un set corrispondente di punte strette (lame). Consentono, ad esempio, la misurazione di una stretta scanalatura dell'o-ring .
- I micrometri con diametro primitivo (noti anche come microfoni con filettatura ) hanno un set corrispondente di punte a forma di filettatura per misurare il diametro primitivo delle filettature delle viti.
- I microfoni Limit hanno due incudini e due perni e sono usati come un calibro a scatto . La parte da controllare deve passare attraverso il primo spazio e deve fermarsi al secondo spazio per rientrare nelle specifiche. I due spazi riflettono accuratamente la parte superiore e inferiore dell'intervallo di tolleranza .
- Alesaggio micrometro , tipicamente una testa a tre incudini su una base micrometrica utilizzata per misurare con precisione i diametri interni.
- I micrometri per tubi hanno un'incudine cilindrica posizionata perpendicolarmente a un mandrino e viene utilizzata per misurare lo spessore dei tubi.
- Gli arresti micrometrici sono testine micrometriche che vengono montate sulla tavola di una fresatrice manuale, sulle basi di un tornio o su un'altra macchina utensile, al posto dei semplici arresti. Aiutano l'operatore a posizionare con precisione il tavolo o il carrello. Gli arresti possono essere utilizzati anche per azionare meccanismi di espulsione o interruttori di fine corsa per arrestare un sistema di alimentazione automatica.
- I micrometri a sfera hanno incudini a forma di sfera ( sferiche ). Possono avere un'incudine piatta e una sferica, nel qual caso vengono utilizzati per misurare lo spessore della parete del tubo, la distanza di un foro da un bordo e altre distanze in cui un'incudine deve essere posizionata contro una superficie arrotondata. Differiscono nell'applicazione dai micrometri per tubi in quanto possono essere utilizzati per misurare contro superfici arrotondate che non sono tubi, ma l'incudine a sfera potrebbe anche non essere in grado di adattarsi a tubi più piccoli con la stessa facilità di un micrometro per tubi. I micrometri a sfera con una coppia di sfere possono essere utilizzati quando si desidera un contatto tangenziale singolo su entrambi i lati. L'esempio più comune è la misurazione del diametro primitivo delle filettature delle viti (che viene eseguita anche con incudini coniche o con il metodo a 3 fili , quest'ultimo utilizza una geometria simile all'approccio a coppia di sfere).
- I micrometri da banco sono strumenti per uso ispettivo la cui accuratezza e precisione è di circa mezzo micrometro (20 milionesimi di pollice, "un quinto di decimo" nel gergo macchinista) e la cui ripetibilità è di circa un quarto di micrometro ("un decimo di decimo" ). Un esempio è il marchio Pratt & Whitney Supermicrometer.
- I microfoni a cifre sono del tipo con cifre meccaniche che si ribaltano.
- I microfoni digitali sono del tipo che utilizza un encoder per rilevare la distanza e visualizza il risultato su uno schermo digitale.
- I microfoni V sono microfoni esterni con un piccolo blocco V per un'incudine. Sono utili per misurare il diametro di un cerchio da tre punti equidistanti attorno ad esso (contro i due punti di un micrometro esterno standard). Un esempio di quando ciò è necessario è la misurazione del diametro di frese a candela a 3 taglienti e punte elicoidali.
Principi di funzionamento
I micrometri usano la vite per trasformare piccole distanze (troppo piccole per essere misurate direttamente) in grandi rotazioni della vite che sono abbastanza grandi da leggere da una scala. L'accuratezza di un micrometro deriva dall'accuratezza delle forme del filo che sono centrali al centro del suo design. In alcuni casi è una vite differenziale . I principi di funzionamento di base di un micrometro sono i seguenti:
- La quantità di rotazione di una vite accuratamente realizzata può essere direttamente e precisamente correlata ad una certa quantità di movimento assiale (e viceversa), attraverso la costante nota come passo della vite ( /ˈliːd/ ). Il passo di una vite è la distanza per cui si sposta in avanti assialmente con un giro completo (360 ° ). (Nella maggior parte dei fili [cioè, in tutte le discussioni singolo-start], piombo e passo riferiscono alla essenzialmente lo stesso concetto.)
- Con un passo appropriato e un diametro maggiore della vite, una data quantità di movimento assiale sarà amplificata nel movimento circonferenziale risultante.
Ad esempio, se il passo di una vite è 1 mm, ma il diametro maggiore (qui il diametro esterno) è 10 mm, la circonferenza della vite è 10π, ovvero circa 31,4 mm. Pertanto, un movimento assiale di 1 mm viene amplificato (ingrandito) a un movimento circonferenziale di 31,4 mm. Questa amplificazione consente a una piccola differenza nelle dimensioni di due oggetti misurati simili di correlarsi a una differenza maggiore nella posizione del ditale di un micrometro. In alcuni micrometri, si ottiene una precisione ancora maggiore utilizzando un regolatore a vite differenziale per spostare il ditale con incrementi molto più piccoli di quelli consentiti da una singola filettatura.
Nei micrometri analogici di tipo classico, la posizione del ditale viene letta direttamente dai contrassegni della scala sul ditale e sul manicotto (per i nomi delle parti vedere la sezione successiva). Spesso è inclusa una scala a nonio , che consente di leggere la posizione fino a una frazione del segno di scala più piccolo. Nei micrometri digitali, una lettura elettronica visualizza la lunghezza digitalmente su un display LCD sullo strumento. Esistono anche versioni a cifre meccaniche, come lo stile dei contachilometri delle auto in cui i numeri "si ribaltano" .
Parti
Un micrometro è composto da:
- Portafoto
- Il corpo a forma di C che tiene l'incudine e la canna in costante relazione l'una con l'altra. È spesso perché deve ridurre al minimo la flessione, l'espansione e la contrazione, che distorcerebbero la misurazione.Il telaio è pesante e di conseguenza ha un'elevata massa termica, per evitare un sostanziale riscaldamento da parte della mano/dita che tengono. È spesso ricoperto da lastre isolanti di plastica che riducono ulteriormente il trasferimento di calore.Spiegazione: se si tiene il telaio abbastanza a lungo in modo che si riscaldi di 10 °C, l'aumento di lunghezza di qualsiasi pezzo di acciaio lineare di 10 cm è di grandezza 1/100 mm. Per i micrometri questo è il loro tipico intervallo di precisione.I micrometri hanno tipicamente una temperatura specificata alla quale la misurazione è corretta (spesso 20 °C [68 °F], che è generalmente considerata " temperatura ambiente " in una stanza con HVAC ). Le attrezzerie sono generalmente mantenute a 20 °C [68 °F].
- Incudine
- La parte lucida verso cui si muove il fuso e su cui poggia il campione.
- Manica, canna o calcio
- Il componente tondo fisso con la scala lineare su di esso, a volte con segni di nonio. In alcuni strumenti la scala è contrassegnata su un manicotto cilindrico aderente ma mobile che si adatta alla canna fissa interna. Ciò consente di eseguire l'azzeramento modificando leggermente la posizione del manicotto.
- Dado di bloccaggio, anello di bloccaggio o blocco redancia
- Il componente zigrinato (o leva) che si può stringere per tenere fermo il mandrino, come quando si tiene momentaneamente una misura.
- Vite
- (Non visibile) Il cuore del micrometro, come spiegato in "Principi di funzionamento" . È dentro la canna. Questo fa riferimento al fatto che il nome abituale del dispositivo in tedesco è Messschraube , letteralmente "vite di misurazione".
- Mandrino
- La lucida componente cilindrica che il ditale fa muovere verso l'incudine.
- Ditale
- Il componente che si gira con il pollice. Segni graduati.
- Arresto a cricchetto
- (Non illustrato) Dispositivo all'estremità dell'impugnatura che limita la pressione applicata scorrendo a una coppia calibrata.
Lettura
Sistema consuetudinario/imperiale
Il mandrino di un micrometro graduato per i sistemi di misura consueti Imperial e US ha 40 fili per pollice, in modo che un giro sposti il mandrino assialmente di 0,025 pollici (1 ÷ 40 = 0,025), pari alla distanza tra le graduazioni adiacenti sul manicotto. Le 25 graduazioni sulla redancia consentono di dividere ulteriormente lo 0,025 pollici, in modo che ruotando il ditale di una divisione si sposti assialmente il mandrino di 0,001 pollici (0,025 ÷ 25 = 0,001). Quindi la lettura è data dal numero di divisioni intere visibili sulla scala della manica, moltiplicato per 25 (il numero di millesimi di pollice che ciascuna divisione rappresenta), più il numero di quella divisione sul ditale che coincide con la linea zero assiale sul manicotto. Il risultato sarà il diametro espresso in millesimi di pollice. Poiché i numeri 1, 2, 3, ecc., appaiono sotto ogni quarta suddivisione sulla manica, indicando centinaia di millesimi, la lettura può essere facilmente eseguita.
Supponiamo che il ditale sia stato svitato in modo che la graduazione 2 e tre ulteriori suddivisioni siano visibili sul manicotto (come mostrato nell'immagine) e che la graduazione 1 sul ditale coincida con la linea assiale sul manicotto. La lettura sarebbe quindi 0,2000 + 0,075 + 0,001 o 0,276 pollici.
Sistema metrico
Il mandrino di un normale micrometro metrico ha 2 fili per millimetro, quindi un giro completo sposta il mandrino per una distanza di 0,5 millimetri. La linea longitudinale sulla manica è graduata con divisioni di 1 millimetro e suddivisioni di 0,5 millimetri. Il ditale ha 50 graduazioni, ciascuna di 0,01 millimetri (un centesimo di millimetro). La lettura è quindi data dal numero di divisioni millimetriche visibili sulla scala del manicotto più la particolare divisione sul redancia che coincide con la linea assiale sul manicotto.
Supponiamo che il ditale sia stato svitato in modo che la graduazione 5 e una suddivisione aggiuntiva di 0,5 siano visibili sul manicotto (come mostrato nell'immagine) e che la graduazione 28 sul ditale coincida con la linea assiale sul manicotto. La lettura sarebbe quindi 5,00 + 0,5 + 0,28 = 5,78 mm.
Micrometri a nonio
Alcuni micrometri sono provvisti di una scala a nonio sul manicotto oltre alle normali graduazioni. Questi consentono di eseguire misurazioni entro 0,001 millimetri su micrometri metrici o 0,0001 pollici su micrometri con sistema di pollici.
La cifra aggiuntiva di questi micrometri si ottiene trovando sulla scala del nonio della manica la linea che coincide esattamente con quella del ditale. Il numero di questa linea di nonio coincidente rappresenta la cifra aggiuntiva.
Pertanto, la lettura per i micrometri metrici di questo tipo è il numero di millimetri interi (se presenti) e il numero di centesimi di millimetro, come con un normale micrometro, e il numero di millesimi di millimetro dato dalla linea del nonio coincidente su la scala del nonio della manica.
Ad esempio, si otterrebbe una misurazione di 5,783 millimetri leggendo 5,5 millimetri sul manicotto e quindi aggiungendo 0,28 millimetri come determinato dal ditale. Il nonio verrebbe quindi utilizzato per leggere lo 0,003 (come mostrato nell'immagine).
I micrometri in pollici vengono letti in modo simile.
Nota: 0,01 millimetri = 0,000393 pollici e 0,002 millimetri = 0,000078 pollici (78 milionesimi) o, in alternativa, 0,0001 pollici = 0,00254 millimetri. Pertanto, i micrometri metrici forniscono incrementi di misurazione più piccoli rispetto ai micrometri comparabili per unità di pollici: la più piccola graduazione di un normale micrometro di lettura in pollici è 0,001 pollici; il tipo a nonio ha graduazioni fino a 0,0001 pollici (0,00254 mm). Quando si utilizza un micrometro metrico o in pollici, senza nonio, letture più piccole di quelle graduate possono ovviamente essere ottenute mediante interpolazione visiva tra le graduazioni.
Calibrazione: test e regolazione
azzeramento
Sulla maggior parte dei micrometri, viene utilizzata una piccola chiave a perno per ruotare il manicotto rispetto alla canna, in modo che la sua linea zero venga riposizionata rispetto ai segni sul ditale. Di solito c'è un piccolo foro nel manicotto per accettare il perno della chiave. Questa procedura di calibrazione cancellerà un errore zero: il problema che il micrometro legge diverso da zero quando le sue ganasce sono chiuse.
test
Un micrometro standard da un pollice ha divisioni di lettura di 0,001 pollici e una precisione nominale di ± 0,0001 pollici (" un decimo ", nel linguaggio dei macchinisti). Sia lo strumento di misura che l'oggetto da misurare dovrebbero essere a temperatura ambiente per una misurazione accurata; sporcizia, abuso e scarsa abilità dell'operatore sono le principali fonti di errore.
La precisione dei micrometri viene verificata utilizzandoli per misurare blocchetti di riscontro, aste o campioni simili le cui lunghezze sono note in modo preciso e accurato. Se si sa che il blocchetto di misura è 0,75000 ± 0,00005 pollici ("sette-cinquanta più o meno cinquanta milionesimi", cioè "settecentocinquanta più o meno mezzo decimo"), allora il micrometro dovrebbe misurarlo come 0,7500 pollici . Se il micrometro misura 0,7503 pollici, allora non è calibrato. La pulizia e la coppia bassa (ma coerente) sono particolarmente importanti durante la calibrazione: ogni decimo (ovvero decimillesimo di pollice) o centesimo di millimetro "conta"; ognuno è importante. Un semplice granello di sporco, o un po' troppa compressione, oscurano la verità se lo strumento è in grado di leggere correttamente. La soluzione è semplicemente la coscienziosità: pulizia, pazienza, cura e attenzione dovute e misurazioni ripetute (una buona ripetibilità assicura al calibratore che la sua tecnica funziona correttamente).
La calibrazione in genere controlla l'errore da 3 a 5 punti lungo l'intervallo. Solo uno può essere regolato a zero. Se il micrometro è in buone condizioni, allora sono tutti così vicini allo zero che lo strumento sembra leggere essenzialmente "-on" lungo tutta la sua portata; nessun errore evidente è visto in nessuna locale. Al contrario, su un micrometro usurato (o uno che è stato fatto male per cominciare), si può "inseguire l'errore su e giù per l'intervallo", cioè spostarlo su o giù in una qualsiasi delle varie località lungo l'intervallo , regolando la manica, ma non è possibile eliminarla da tutte le località contemporaneamente.
La calibrazione può includere anche la condizione delle punte (piatte e parallele), l'eventuale cricchetto e la linearità della scala. La planarità e il parallelismo sono tipicamente misurati con un calibro chiamato piatto ottico, un disco di vetro o plastica rettificato con estrema precisione per avere facce piatte e parallele, che consente di contare le bande luminose quando l'incudine e il mandrino del micrometro sono contro di esso, rivelando la loro quantità di imprecisione geometrica.
Le officine meccaniche commerciali, in particolare quelle che svolgono determinate categorie di lavoro (aerospaziale militare o commerciale, industria dell'energia nucleare, medico e altre), sono richieste da vari organismi di normazione (come ISO , ANSI , ASME , ASTM , SAE , AIA , il militari statunitensi e altri) per calibrare micrometri e altri indicatori su un programma (spesso annuale), per apporre un'etichetta a ciascun indicatore che fornisce un numero ID e una data di scadenza della calibrazione, per tenere un registro di tutti gli indicatori per numero ID e per specificare nei rapporti di ispezione quale calibro è stato utilizzato per una determinata misurazione.
Non tutte le tarature sono un affare per i laboratori di metrologia. Un micrometro può essere calibrato in loco in qualsiasi momento, almeno nel modo più elementare e importante (se non in modo completo), misurando un blocchetto di misura di alta qualità e regolandolo in base alla corrispondenza. Anche i misuratori calibrati annualmente ed entro il loro intervallo di tempo di scadenza dovrebbero essere controllati in questo modo ogni mese o due, se vengono utilizzati quotidianamente. Di solito controlleranno OK in quanto non necessitano di alcuna regolazione.
La precisione degli stessi blocchetti di riscontro è riconducibile attraverso una catena di confronti a uno standard master come il prototipo internazionale del contatore . Questa barra di metallo, come il prototipo internazionale del chilogrammo , è mantenuta in condizioni controllate presso la sede dell'Ufficio internazionale dei pesi e delle misure in Francia, che è uno dei principali laboratori di standard di misura del mondo. Questi standard principali hanno copie regionali di estrema precisione (conservate nei laboratori nazionali di vari paesi, come il NIST ) e le apparecchiature metrologiche fanno la catena di confronti. Poiché la definizione del misuratore si basa ora su una lunghezza d'onda della luce, il prototipo internazionale del misuratore non è così indispensabile come una volta. Ma tali indicatori sono ancora importanti per la calibrazione e la certificazione delle apparecchiature metrologiche. L'apparecchiatura descritta come "tracciabile NIST" significa che il suo confronto con i misuratori principali e il loro confronto con altri possono essere ricondotti attraverso una catena di documentazione alle apparecchiature nei laboratori NIST. Il mantenimento di questo grado di tracciabilità richiede alcune spese, motivo per cui le apparecchiature tracciabili NIST sono più costose di quelle non tracciabili NIST. Ma le applicazioni che richiedono il massimo grado di controllo della qualità impongono il costo.
Regolazione
Un micrometro che è stato azzerato e testato e trovato fuori uso potrebbe essere ripristinato alla precisione mediante un'ulteriore regolazione. Se l'errore deriva dalle parti del micrometro usurate dalla forma e dalle dimensioni, il ripristino della precisione con questo mezzo non è possibile; piuttosto, è necessaria la riparazione (molatura, lappatura o sostituzione di parti). Per i tipi standard di strumenti, in pratica è più facile e veloce, e spesso non più costoso, acquistarne uno nuovo piuttosto che dedicarsi alla ristrutturazione
Guarda anche
Riferimenti
Bibliografia
- Roe, Joseph Wickham (1916), costruttori di utensili inglesi e americani , New Haven, Connecticut: Yale University Press, LCCN 16011753. Ristampato da McGraw-Hill, New York e Londra, 1926 ( LCCN 27-24075 ); e da Lindsay Publications, Inc., Bradley, Illinois, ( ISBN 978-0-917914-73-7 ).
- ISO 3611: "Specifiche geometriche di prodotto (GPS). Strumenti di misura dimensionale. Micrometri per misure esterne. Progettazione e caratteristiche metrologiche" (2010)
- BS 870: "Specifiche per micrometri esterni" (2008)
- BS 959: "Specifiche per micrometri interni (inclusi micrometri a stick)" (2008)
- BS 6468: "Specifiche per micrometri di profondità" (2008)