dispositivi per la misura delle grandezze principali

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DISPOSITIVI PER LA MISURA DELLE GRANDEZZE PRINCIPALI
I dispositivi per la misura delle grandezze fisiche si possono suddividere in due categorie:
strumenti di misura e campioni materiali.
Come detto in precedenza, uno strumento di misura è un “apparecchio che, posto in interazione
con il sistema misurato, fornisce nel suo formato d’uscita un’indicazione dipendente dal valore del
misurando”.
Gli strumenti di misura trattati in questa Unità di Apprendimento sono il calibro a corsoio, il
micrometro centesimale per esterni, il goniometro.
Un campione materiale è un apparecchio che, durante la sua utilizzazione, riproduce il valore
noto della grandezza esaminata.
I campioni materiali trattati in questa Unità di Apprendimento sono i blocchetti piano-paralleli, il
calibro a tampone, i dischi ottici.
Per la metrologia d’officina sono necessarie anche attrezzature complementari di riscontro.
STRUMENTI DI MISURA
MISURE GEOMETRICHE
Calibro a corsoio
Il calibro a corsoio è lo strumento di misura lineare più impiegato in officina, in quanto consente
di effettuare misure di lunghezza esterne, interne e di profondità. A seconda del tipo di calibro, è
possibile effettuare misurazioni con l’approssimazione di 1/10, 1/20 o 1/50 di mm.
Il calibro a corsoio è detto anche calibro a nonio dal nome di colui che l’inventò nel 1550, il
portoghese P. Nunes.
Calibro digitale
Calibro a corsoio
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- Il nonio
La caratteristica principale del calibro a corsoio è il nonio, una scala graduata incisa sul corsoio
del calibro, che può essere decimale, ventesimale o cinquantesimale.
Per comprendere il funzionamento del nonio si fa riferimento al calibro decimale.
Parti del calibro
Ciascun trattino della graduazione riportata sull’asta fissa del calibro rappresenta 1 millimetro.
La graduazione incisa sul nonio del corsoio è ottenuta dividendo in dieci parti uguali 9 [mm] della
scala fissa. Una graduazione del nonio vale perciò 9/10 di millimetro, cioè 0,9 [mm].
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Con il calibro chiuso lo 0 del nonio coincide con lo 0 della scala fissa ed il decimo trattino del
nonio coincide col nono trattino della scala fissa. In questa situazione nessuno dei trattini delle
graduazioni dell’asta fissa e del nonio coincidono.
Se si sposta il corsoio in modo che il primo trattino del nonio coincida col primo trattino della
scala fissa, l’apertura del calibro risulta pari a 0,1 [mm]. Infatti: 1 – 0,9 = 0,1 [mm]. Questo valore
rappresenta l’approssimazione dello strumento, cioè la più piccola frazione che lo strumento riesce
a rilevare.
L’approssimazione del nonio è espressa dalla differenza tra l’ampiezza di una graduazione
della scala dell’asta fissa e l’ampiezza di una graduazione del nonio:
A = U – U’ = 1 – 9/10 = 1/10 = 0,1 [mm]
Cioè: A = ampiezza di una graduazione della
scala fissa / numero delle parti in cui è diviso il
nonio.
Dimostrazione, con riferimento alla figura:
n U’ = (n – 1) U da cui
Quindi: A = U – U’ = U −
U' =
n −1
n
n −1
n
U=
U
nU − nU + U U
=
n
n
Nel caso del nonio decimale si ha:
Nel caso del nonio centesimale si ha:
Nel caso del nonio cinquantesimale si ha:
A = 1 – 9/10 = 1/10 = 0,1 [mm]
A = 1 – 19/20 = 1/20 = 0,05 [mm]
A = 1 – 49/50 = 1/50 = 0,02 [mm]
Essendo le sue graduazioni più piccole di quelle della scala dell’asta fissa, questo tipo di nonio è
detto “diminuito”.
- Esempi di misura con calibro
La misura di una lunghezza, eseguita con nonio, è data dal numero delle divisioni della scala
fissa che si trovano alla sinistra dello zero del nonio più una frazione di millimetro indicata dal
trattino del nonio che coincide con un trattino della scala fissa.
Nella figura a lato lo zero del nonio coincide
esattamente con una divisione della scala fissa.
La misura è 6,0 [mm]
Nella figura a destra lo zero del nonio cade tra due
divisioni della scala fissa ed un trattino del nonio coincide
con una divisione della scala suddetta.
La misura è 7,5 [mm]
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Nella figura a sinistra due trattini del nonio
rimangono compresi tra due divisioni della scala fissa.
Si hanno due letture:
a) una lettura per difetto: 6,2 [mm]
b) una lettura per eccesso: 6,3 [mm]
Per facilitare la lettura, la maggior parte dei calibri sono dotati di un nonio “doppio”, cioè diviso
in 10 tratti su una lunghezza di 19 [mm] anziché di 9 [mm].
Il principio di lettura e l’approssimazione non variano. Varia soltanto la visibilità dei tratti incisi
sul nonio perché sono più distanziati fra loro, il che facilita la lettura.
L’approssimazione, nel caso di calibro decimale doppio, è:
A = 2 – 19/20 = (20 – 19)/10 = 1/10 = 0,1 [mm]
Nel caso di calibro con nonio ventesimale doppio, in cui 20 trattini dividono in parti uguali una
lunghezza di 39 [mm], l’ approssimazione è: A = 2 – 39/20 = 1/20 = 0,05 [mm]
Il calibro a corsoio con nonio è uno degli strumenti di misura più utilizzati nelle officine
meccaniche.
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Il controllo dello spessore dei denti può essere effettuato mediante il calibro a doppio nonio.
- Controllo mediante calibro a doppio nonio
È costituito da due calibri cinquantesimali disposti ad
angolo retto: uno di essi regola la posizione di una piastra di
profondità (detta “modulatore”), l’altro misura l’apertura dei
becchi.
Disponendo i becchi del calibro e del modulatore alle
giuste misure si possono rilevare eventuali errori di
costruzione:
a) se si riscontra gioco tra i becchi, la ruota deve essere
scartata perché il vano è stato eseguito troppo largo;
b) se con i becchi a contatto della circonferenza primitiva
del dente, il modulatore non risulta tangente alla circonferenza esterna, il vano è ancora
troppo stretto e la lavorazione va proseguita.
Quindi: il vano è a misura esatta e la ruota supera il collaudo quando la piastra è tangente alla
circonferenza esterna e i becchi toccano i fianchi del dente sulla circonferenza primitiva, senza
gioco.
Micrometro a vite
Il micrometro, progettato e costruito dal francese Jean-Louis Palmer, che nel 1848 brevettò
l’applicazione della vite micrometrica, venne modificato nel 1858 dall’ingegnere inglese Sir Joseph
Whitworth. Esso utilizza l’organo cinematico formato dall’accoppiamento vite-madrevite.
Esiste una grande varietà di micrometri, utilizzati per misurazioni esterne, misurazioni interne,
misurazioni di profondità ecc.
Micrometro per esterni
Micrometro a tre punte per interni
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Micrometro digitale
Qui si fa riferimento al micrometro
centesimale a vite con stativo ad arco,
secondo le norme UNI 5708.
- Nomenclatura
I disegni che seguono indicano le varie parti che costituiscono un micrometro.
Il micrometro è costituito da varie parti tra le quali:
- asta a vite: d = 8 [mm] ; Passo vite = 0,5 [mm] ; rugosità = 0,025 [µm];
- incudine: d = 8 [mm] ; sporgenza = 3 [mm] ; rugosità = 0,025 [µm];
- tamburo e bussola graduati: 50 tratti con divisione 0,01 [mm] ; gioco tra estremità conica e
bussola: 7 [mm]. Le superfici del tamburo e della bussola devono essere cromate e opache per
proteggerle dall’ossidazione e migliorare le condizioni di lettura. I tratti della graduazione sia del
tamburo sia della bussola devono essere nitidi e larghi non più di 0,1 [mm];
- frizione tale che la forza tra le superfici di misura sia costante e compresa tra 0,5 [kg] e 1 [kg];
- dispositivo di bloccaggio: è un dispositivo che permette il blocco dell’asta.
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- Caratteristiche tecniche
- pressione max di serramento = 1 [kg];
- campo di misura= 0 ÷ 25, 25 ÷ 50, 50 ÷ 75, 75 ÷
100;
- materiale = acciaio ad alto tenore di carbonio
trattato, con vite micrometrica in acciaio legato e
rettificato (errore sul passo = 0,001 [mm]).
L’incudine e l’asta mobile hanno un diametro di
8 [mm], sono di acciaio resistente all’usura e
All’ossidazione, temprato e stabilizzato, infine
rettificato.
Lo stativo é di acciaio o di ghisa malleabile.
- Approssimazione
L’approssimazione del micrometro è espressa
dalla quantità di cui si sposta assialmente la vite
quando il lembo graduato ruota di una graduazione.
Se P = passo vite micrometrica ed N = numero
graduazioni, in un giro completo della bussola la vite
si sposta di una quantità uguale al passo.
Se la bussola ruota di una divisione, cioè 1/N di
giro la vite si scosterà di P/N.
Cioé:
1 : P = 1/N : x
da cui:
x = P/N
Quindi:
A = P/N
L’approssimazione del micrometro è quindi il rapporto tra il passo della vite ed il numero di
graduazioni sul tamburo graduato.
Se P = 0,50 = passo della vite
ed N = 50 il numero delle
divisioni:
A = 0,5/50 = 0,01 [mm]
- Esempi di misura con
micrometro centesimale per
esterni
Sulla scala fissa della bussola
graduata si legge la misura 6,50;
sul lembo del tamburo graduato
si legge 0,15.
Quindi in totale la misura è 6,65
[mm].
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Con riferimento alla figura a lato, il bordo del tamburo
graduato coincide esattamente con un trattino della scala
fissa e lo zero del lembo è allineato con la linea di fede.
La misura è 2,50 [mm].
Nella figura a destra, il lembo del tamburo graduato scopre
nettamente un trattino della scala fissa sulla bussola
graduata ed una divisione del lembo è allineata con la linea
di fede.
La lettura sulla scala fissa è 2,50 [mm]; la lettura sul lembo
graduato è 0,35. Quindi la misura è in totale 2,85 [mm].
Nella figura a sinistra, il lembo del tamburo graduato scopre
un trattino della scala fissa sulla bussola graduata e la linea
di fede rimane compresa fra due trattini del lembo graduato.
La lettura per difetto è:
3,50 +
0,28 = 3,78 [mm]
La lettura per eccesso è:
3,50 +
0,29 =
3,79 [mm]
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Micrometro a piattelli
Il controllo dello spessore dei denti può essere effettuato mediante il micrometro a piattelli.
Esso è un normale micrometro che è però
provvisto, come dice il nome, di “piattelli”
nell’estremità dell’incudine e dell’asta mobile.
È impiegato nella verifica e nel collaudo di
ruote dentate, delle quali controlla lo spessore dei
denti e la quota cordale.
Il metodo di controllo o metodo Wildhaber
consente la verifica dello spessore dei denti ad
evolvente di cerchio, curva di cui il profilo del
dente costituisce una parte.
Micrometro a beccucci
Mediante il micrometro a punta e
capruggine è possibile effettuare il controllo
del diametro medio delle filettature.
Il micrometro a beccucci ha la stessa
forma di un micrometro per esterni, ma é
provvisto di una incudine, spostabile
assialmente per mezzo di una vite, e di un’asta mobile, anch’essa spostabile mediante il tipico
dispositivo vite-madrevite dei micrometri, entrambe cavi per consentire l’alloggiamento dei perni
dei beccucci generalmente detti “punta” e “capruggine”.
La “punta”, che é conica, va ad alloggiarsi nel vano della
filettatura; la “capruggine”, che ha forma di forcella, si
adatta sulla parte piena del filetto.
Le dimensioni di “punta” e “capruggine” variano a
seconda della forma della filettatura (metrica o Whitworth)
e, per uno stesso tipo di filettatura, variano in funzione del
passo.
Una volta inseriti i beccucci nel micrometro e portati a
contatto con la filettatura, la lettura sul tamburo graduato del micrometro fornisce direttamente il
valore del diametro medio della vite.
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CONTROLLO DI ANGOLI
L’unità di misura più usata degli angoli é il grado sessagesimale (novantesima parte dell’angolo
retto). Tale unità é ammessa dalle Norme ISO e UNI (tabella 10005) anche se non appartiene al
Sistema Internazionale, che considera invece il radiante (1° = π/180 rad).
Il grado si divide in 60’ e ciascun primo in 60’’.
Il controllo degli angoli più comuni (30°, 45°, 60°, 90° e 120°) viene eseguito per mezzo di
squadre fisse. Per gli altri angoli si ricorre ai goniometri universali provvisti di nonio.
Goniometro
L’immagine sotto rappresenta un goniometro universale con lente d’ingrandimento per facilitare la
lettura degli angoli.
Il goniometro universale é
costituito da una squadra fissa 6,
solidale con una corona circolare
graduata 1 girevole attorno ad un
disco centrale 3 provvisto di nonio.
Il disco 3 é portato da un braccio
7 che può essere fissato al righello
scorrevole 4 per mezzo della vite 5.
Sulla corona é incisa una scala
suddivisa in quattro settori di 90°;
ciascun settore é numerato ogni 10°,
da zero a 90°; due settori sono
numerati in senso orario e due in
senso antiorario.
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- Nonio doppio e sua approssimazione
Il nonio é ottenuto suddividendo
23° della scala principale della corona
in 12 parti uguali, a sinistra e a destra
dello zero. Ogni graduazione del nonio
vale perciò:
U’ = 23°/12 = 1° 55’
Analogamente a quanto fatto per il
calibro,
l’approssimazione
dello
strumento risulta quindi:
A = 2U - U’ = 2° - 23°/12 = 1°/12
= 2° - 1° 55’ = 5’
L’approssimazione del goniometro é
cioè il rapporto tra l’ampiezza di una
graduazione della scala fissa sulla
corona ed il numero delle parti in cui
é diviso il nonio:
A = L/n = 1°/12 = 5’
La lettura viene eseguita come per i
calibri, ricordando però che ogni
graduazione del nonio é pari a 5’.
A seconda della posizione del pezzo rispetto alla squadra, tra l’angolo letto sul goniometro e
l’angolo da misurare sussistono le relazioni indicate in figura.
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- Esempi di misura con goniometro
L’ampiezza dell’angolo da rilevare é misurata dalla reciproca posizione dell’asta collegata allo
scorrevole e dell’asta collegata al disco fisso.
Quando lo zero del nonio coincide con
una divisione della corona circolare
graduata, il valore dei gradi è intero.
L’angolo viene letto partendo dalla linea
dello zero della corona graduata verso
quella dei 90°, tenendo presente la
direzione di lettura.
Nella figura a destra, lo zero del nonio
coincide con la 15a linea della corona
graduata. La misura è 15°, o meglio,
tenendo conto dell’approssimazione dello
strumento, la misura è pari a 15° 0’.
Barra seno semplice
E’ utilizzata per la misurazione o il controllo
della conicità, con l’ausilio del comparatore a
quadrante e dei blocchetti piano paralleli.
E’ formata da un’asta prismatica di acciaio
temprata e rettificata. La superficie superiore
costituisce il piano di appoggio del pezzo. Nella
parte inferiore, all’estremità, ci sono due rulli
cilindrici di eguale diametro aventi una profondità
corrispondente alla larghezza della barretta.
Nella barra sono praticati alcuni fori che
hanno una duplice funzione:
1) conferire alla barra una maggiore
indeformabilità
2) facilitare il fissaggio ad eventuali supporti durante l’operazione di tracciatura di un dato
angolo sul pezzo da lavorare
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Per misurare o controllare un pezzo conico, si appoggia una estremità della barra seno su un
piano di riscontro, mentre il cilindretto dell’altra estremità poggia su una pila di blocchetti piano
paralleli disposti anch’essi sul piano di riscontro.
L’altezza h della pila di blocchetti va ricercata fino a quando la generatrice superiore del pezzo
conico non risulta parallela al piano e quindi l’indice del comparatore non si muove.
L’angolo della conicità si ricava mediante la relazione:
sen β = h / L
dove:
L = 200 mm é l’interasse tra i due rulli cilindrici
h = l’altezza della pila di blocchetti
Con le notazioni di figura, in presenza di parallelismo, risulta anche: β = α / 2
L’angolo del cono è: α = 2 β.
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Comparatore
I comparatori sono strumenti rivelatori e misuratori di
piccolissime deformazioni. Essi sono provvisti di un
dispositivo che amplifica i piccoli spostamenti di una punta
tastatrice posta a contatto col pezzo da esaminare.
Di seguito si considera il comparatore centesimale a
quadrante.
Tutte le norme relative a tale comparatore ed ai relativi
controlli sono insiti nella tabella UNI 4180.
- Impieghi
I comparatori a quadrante sono utilizzati per l’esecuzione di una vasta gamma di controlli:
-
controllo del parallelismo tra due assi, tra due piani o tra un asse e un piano (per esempio tra
l’asse del tornio e le guide del banco);
-
controllo dell’ortogonalità tra due assi, tra due piani o tra un
asse e un piano (per esempio tra l’asse del mandrino di un
trapano e il piano porta-oggetti);
-
controllo della circolarità e della cilindricità (per esempio di
un pezzo eseguito al tornio);
-
controllo della conicità (per esempio di un pezzo eseguito al
tornio).
Controllo dell’ortogonalità
Controllo della circolarità
Controllo della cilindricità
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Controllo della conicità mediante tavola seno, comparatore e blocchetti piano paralleli
- Principio di funzionamento del Comparatore centesimale a quadrante
L’alberino 10 porta-tastatore é disposto secondo un
diametro della scatola 1. Il quadrante graduato é solidale ad
una ghiera 6, che può ruotare di un certo angolo attorno alla
scatola per azzerare lo strumento.
L’alberino 10 é provvisto di una dentiera che imbocca nel
pignone 5 calettato sullo stesso alberino portante la ruota 4:
quest’ultima ingrana col pistoncino 7 solidale all’indice.
L’appendice del collarino 2, scorrevole nella guida 3
fissata alla scatola, impedisce la rotazione dell’alberino.
L’alberino 10 é mantenuto in basso dalla reazione della
molla elicoidale 9, che fornisce la pressione di misura
(normalmente di 100 grammi).
Lo spostamento assiale dell’alberino 10, mettendo in
azione il cinematismo, fa ruotare la lancetta che indica
direttamente sul quadrante lo spostamento del tastatore.
Il cinematismo é proporzionato in modo che, per uno spostamento di 1 mm del tastatore, l’indice
compie un giro completo. Poiché il quadrante é diviso in 100 parti uguali, ciascuna graduazione
corrisponde ad uno spostamento di 0,01 mm del tastatore.
Infatti, dalla proporzione:
1 giro di lancetta : 1 mm del tastatore = 1/100 di giro (graduazione) : X tastatore
si ricava: X = (1 * 1/100) / 1 = 1/100 = 0,01
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ATTREZZATURE COMPLEMENTARI
Piani di riscontro
Vengono adoperati in officina come piani di appoggio per svolgere operazioni di tracciatura e di
misura; sono piani di riferimento per eseguire varie operazioni di controllo sui pezzi lavorati:
planarità, parallelismo, ortogonalità, vari controlli di forma.
Possono essere di diverso materiale:
- Piani di ghisa
Costruiti in ghisa G 26 a struttura fine, esente da soffiature e imperfezioni strutturali, sono
provvisti di nervature nella parte inferiore, per impedire le deformazioni, e di tre piedi di appoggio
per evitare il barcollamento.
Il piano superiore, dopo “stagionatura” naturale o mediante trattamento termico, viene ricavato
per piallatura o per fresatura e poi rifinito mediante raschiettatura a mano (non sono rettificati
mediante mole perché i granelli di abrasivo, distaccandosi dalla mola, possono rimanere incastonati
nella ghisa e danneggiare i pezzi che verranno appoggiati sul piano).
- Piani di granito o in Diabase (roccia vulcanica)
Hanno avuto grande diffusione in questi ultimi tempi perché presentano i seguenti vantaggi:
-
Elevata durezza e resistenza all’usura
Elevata rigidità
Insensibilità alle variazioni di temperatura
Stabilità nel tempo
Inossidabilità
Amagneticità
- Piani di acciaio temprato
Presentano elevata durezza e resistenza all’usura. Vengono lavorati con paste abrasive speciali
raggiungendo un alto grado di precisione.
Attrezzi che normalmente si “appoggiano” sui piani di riscontro sono le squadre e le righe di
riscontro (d’acciaio, per controllare rispettivamente la planarità, l’ortogonalità o gli angoli tra due
superfici), i blocchetti a X ed i prismi a V (di ghisa, con superfici rettificate, per facilitare
l’appoggio dei pezzi), supporti per micrometri e comparatore (normalmente di ghisa).
Strumenti per tracciare
Come per disegnare sulla carta, si utilizzano righe, squadre, truschini ecc.
Le righe devono possedere buona precisione, indeformabilità e robustezza. Generalmente sono
in acciaio al carbonio o al nichel con sezione rettangolare o a T.
Le squadre possono avere angoli fissi o variabili. Sono in acciaio al carbonio e, di solito, il
braccio che appoggia sul piano, ha sezione trasversale a T.
Il truschino ha base pesante in ghisa ed un montante sul quale scorre un supporto avente
all’estremità la punta tracciante.
I pezzi cilindrici vengono appoggiati su prismi a V o a X spesso magnetici, generalmente di
ghisa grigia o in acciaio duro trattato e rettificato.
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Piano in diabase
Squadre di riscontro
Nervature del piano di ghisa
Blocchetti a X
Prismi a V
Truschino
Supporto per micrometro
Supporto per comparatore
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CAMPIONI MATERIALI
Blocchetti piano-paralleli
I blocchetti piano-paralleli, noti con il nome di blocchetti Johansson dal nome del tecnico
svedese che li ideò nel 1896, sono blocchetti campione di riscontro, di acciaio speciale, a forma di
parallelepipedo con le due facce opposte perfettamente piane, parallele e levigate.
La misura stampigliata sul blocchetto rappresenta la dimensione vera, nominale, la distanza tra le
due superfici di misura alla temperatura di 20°.
I blocchetti piano-paralleli sono strumenti campione, in quanto sono impiegati per la taratura
degli strumenti di precisione.
Sono normalmente costruiti secondo una serie di spessori variabili da 1 a 100 mm. Una serie
molto adoperata è la seguente (Mahr):
1
SERIE SI SPESSORI BLOCCHETTI PIANO – PARALLELI (MAHR)
1,001
1,002
1,003
1,004
1,005
1,006
1,007
1,008
1,01
1,02
1,03
1,04
1,05
1,06
1,07
1,08
1,1
1,2
1,3
1,4
1,5
1,6
1,7
1,8
2
3
4
5
6
7
8
10
20
30
40
50
60
70
80
1,009
1,09
1,9
9
90
- Caratteristiche dei blocchetti
I blocchetti piano-paralleli devono avere:
-
planarità delle superfici di misura (0,05 ÷ 0,25 µm)
parallelismo delle superfici di misura
elevato grado di precisione
elevato grado di finitura (Ra = 0,025 µm)
elevata durezza superficiale
elevata resistenza all’usura
inalterabilità nel tempo
indilatabilità
- Unione dei blocchetti
Per ottenere una varietà di spessori, è necessario unire tra di loro i blocchetti. Per fare ciò è
necessario strisciare i blocchetti uno sull’altro, cominciando da una estremità, e
contemporaneamente esercitando una leggera pressione, in modo da impedire che si formi uno
strato d’aria tra le superfici di misura. Quando è necessario realizzare uno spessore non presente
nella serie, costituito da una parte intera e da una frazionaria, è bene formare dapprima la parte
frazionaria, iniziando dal blocchetto che fornisce l’ultima cifra decimale, aggiungendo via via i
blocchetti con i millimetri interi. Esempio: lo spessore da realizzare sia 43,364 [mm].
Composizione della pila di blocchetti:
1,004 +
1,060 +
parte frazionaria
1,300 =
3,364 +
40,000 =
parte intera
43,364
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Classe 2^ - STA - UdA n° 1: Metrologia - Dispositivi per la misura delle grandezze principali
Blocchetti piano paralleli: parti
Unione dei blocchetti
Serie di spessori dei blocchetti piano paralleli
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- Classi di precisione
La tabella UNI ISO 3650 prevede per i blocchetti piano-paralleli quattro classi di precisione: 00,
0, 1, 2.
CLASSE
ESEMPI D’IMPIEGO
00
Misurazioni di altissima precisione (nei gabinetti
scientifici)
Controllo di apparecchi di misurazione di alta
precisione
Verifica e taratura di calibri, micrometri ecc.
0
1
2
Controllo dei calibri d’officina delle qualità IT6 e
IT7
TOLLERANZA DI
PLANARITÀ [µm]
0,05 (per spessori fino a 150
mm)
0,10 (per spessori fino a 150
mm)
0,15 (per spessori fino a 150
mm)
0,25 (per spessori fino a 150
mm)
Strumenti comparatori fissi
Al fine di rendere più rapido e semplice il controllo dei pezzi lavorati, soprattutto se prodotti in
serie di pezzi uguali, vengono utilizzati gli strumenti comparatori fissi o calibri fissi, i quali
consentono il controllo diretto della dimensione e della forma di un pezzo con il metodo del
confronto.
Gli strumenti comparatori fissi non consentono quindi di misurare una quota qualsiasi di un
pezzo, ma offrono la possibilità di stabilire se una data quota è compresa o meno entro il campo di
tolleranza ad essa assegnato dal disegno.
La caratteristica di questi strumenti è quella di avere ognuno una forma e una dimensione
nominale determinate. Sono pertanto in grado di controllare soltanto un pezzo avente quella stessa
dimensione e quella forma, Il campo di misura di questi strumenti si riduce quindi a un solo valore
(dimensione nominale); più precisamente, ai valori compresi entro un ristretto campo di tolleranza
relativo alla dimensione nominale che contraddistingue il calibro. Ovviamente i calibri fissi devono
essere costruiti con una precisione superiore a quella richiesta per i pezzi che sono destinati a
controllare.
Calibri fissi
Sono utilizzati per il controllo dimensionale e di forma di
alberi, fori, filettature interne ed esterne, conicità ecc.,
soprattutto di pezzi prodotti in grande serie e realizzati con
assegnate tolleranze di lavorazione.
1) Calibri fissi per alberi
Nell’immagine a lato è un calibro a forchetta, utilizzato
per il controllo di elementi esterni. Le forcelle sono stampate,
il corpo è in acciaio speciale stabilizzato, le parti calibrate sono cementate e temprate, con finitura
finale di lappatura.
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2) Calibri fissi per fori
I calibri per fori sono previsti per il controllo del diametro
di fori cilindrici, ma vengono utilizzati anche per il controllo di
quote interne di pezzi a forma prismatica (gole, scanalature,
cave).
- Calibri differenziali a tampone
Sono i calibri più usati per il controllo dei fori lavorati con
tolleranze stabilite secondo le norme ISO.
Sono costituiti da due corpi cilindrici lisci (tamponi) uniti da un manico centrale.
Quando il diametro effettivo del foro da controllare si trova compreso entro il campo di
tolleranza previsto dal calibro, il tampone di diametro inferiore (lato PASSA) deve poter penetrare
nel foro, mentre il tampone di diametro superiore (lato NON PASSA) non deve poter penetrare nel
foro.
- Caratteristiche
tampone
dei
calibri
a
Su ogni calibro a tampone del tipo
PASSA e NON PASSA è riportata
l’indicazione completa della tolleranza
ISO alla quale corrisponde il foro da
controllare, cioè la dimensione
nominale, la qualità di lavorazione, la
posizione della tolleranza e gli
scostamenti
corrispondenti:
lo
scostamento superiore sul lato NON
PASSA, quello inferiore sul lato PASSA.
I due lati si distinguono perché:
- il tampone del lato NON PASSA è più corto di quello del lato PASSA;
- una fascia rossa è riportata sul lato NP;
- sono riportate le scritte P (o MIN) sul lato PASSA, e NP (o MAX) sul lato NON PASSA.
Dischi di vetro o dischi ottici o specchi di Fresnel
Nella pratica, per controllare la planarità, si impiegano i VETRI
OTTICI PIANO-PARALLELI costruiti con vetro speciale ad alta
trasparenza e tagliati a forma di dischi.
I dischi di vetro, ideati nei primi anni del 1800 dal fisico francese
Augustin-Jean Fresnel, vengono appoggiati sulla superficie da
controllare e sono quindi illuminati da una sorgente luminosa (per
esempio la luce di una lampada gialla).
Avremo raggi r che penetrano nel vetro, lo attraversano e vengono
poi riflessi dalla superficie dell’oggetto (Es: blocchetto).
Vi sono raggi s che invece vengono riflessi dalla faccia inferiore del
vetro stesso. I raggi t uscenti risultano dalla sovrapposizione dei raggi r e
s. L’intensità luminosa del raggio t dipende dalla differenza dei percorsi
di ABC.
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1) SE IL VETRO OTTICO E’ PARALLELO ALL’OGGETTO
La differenza di percorso tra i due raggi rimane costante.
I raggi risultanti t avranno la massima luminosità quando i due raggi componenti raggiungono il
punto C in concordanza di fase; i raggi t avranno invece la minima luminosità quando i due raggi
componenti raggiungono il punto C in opposizione di fase.
λ
In definitiva: se la superficie da controllare è piana e parallela al vetro, quest’ultimo risulta
illuminato con intensità uniforme, senza frange di interferenza.
NON C’E’ ALLORA ERRORE DI PLANARITÀ NE’ DI PARALLELISMO
2) SE IL VETRO OTTICO E’ INCLINATO RISPETTO ALL’OGGETTO
I raggi uscenti risultano ancora dalla sovrapposizione di raggi che
hanno percorso cammini diversi, però la differenza di percorso A’, B’,
C’ è continuamente variabile perché la superficie del vetro si allontana
man mano dall’oggetto.
Di conseguenza i raggi componenti arriveranno nel punto C’ in
concordanza o in opposizione di fase secondo il valore della differenza
di percorso.
Nel caso di concordanza di fase si avrà la massima intensità
luminosa.
Nel caso di opposizione di fase si avrà la minima intensità
luminosa.
IL VETRO OTTICO PRESENTERÀ QUINDI UN’ALTERNANZA
DI STRISCE CHIARE E DI STRISCE SCURE PARALLELE CHE
SONO APPUNTO LE FRANGE DI INTERFERENZA.
IL DI FETTO DI PARALLELISMO TRA IL VETRO E LA
SUPERFICIE DEL PEZZO VIENE PERCIÒ RILEVATO DALLA FORMAZIONE DELLE
FRANGE DI INTERFERENZA.
Si forma una frangia di interferenza per ogni variazione di distanza uguale a mezza lunghezza
d’onda λ (tra vetro e pezzo).
Ecco alcune forme caratteristiche assunte dalle frange di interferenza:
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DIFETTO DI
PARALLELISMO SENZA
ERRORE DI PLANARITÀ
(Superficie piana ma
inclinata rispetto al disco)
DIFETTO DI PARALLELISMO E
DI PLANARITÀ
(Superficie convessa ed inclinata)
GROSSO DIFETTO DI
PARALLELISMO E DI
PLANARITÀ
(Superficie a botte)
I dischi di vetro speciale devono avere resistenza all’usura e alla scalfitura.
I dischi di vetro devono avere facce otticamente piene e scostamento di planarità 0,1÷0,2[µm].
La serie di quattro dischi ha spessori: 12,00 / 12,125 / 12,25 / 12,375 [mm].
L’analisi planimetrica (cioè la misurazione dello scostamento di planarità) è usata nella verifica
dello stato dei piani dei blocchetti piano paralleli o delle facce dell’asta mobile e dell’incudine dei
micrometri.
Dal numero e dalla forma delle frange, ottenuta sovrapponendo il disco di vetro ottico alla
superficie in esame, è possibile dedurre lo scostamento di planarità.
Nel caso del micrometro non devono apparire più di 4 frange.
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