تعد مساميك Vernier من بين أدوات القياس الأكثر استخدامًا في بيئات التصنيع الميكانيكية، وتتأثر دقة قياسها بعوامل مختلفة. ومن بين هذه العوامل، تعد قوة التثبيت التي يطبقها المشغل واحدة من أكثر المتغيرات التي يتم التغاضي عنها بسهولة. حتى عندما يستخدم نفس المشغل نفس الفرجار لقياس نفس قطعة العمل، فإن الاختلافات في قوة التثبيت يمكن أن تؤدي إلى اختلافات في القراءة تصل إلى عشرات الميكرومترات أو أكثر. تحلل هذه المقالة التأثير المحدد لقوة التثبيت على دقة القياس من منظور مادي وتقدم تقنيات للتحكم في قوى القياس القياسية.
I. المبادئ الفيزيائية للتأثير على دقة القياس عن طريق قوة الضغط
1. أثناء قياس الفرجار، يستخدم المشغل الإبهام لدفع إطار الفرجار، مما يتسبب في اقتراب فكي القياس من سطح قطعة العمل. حتى يتلامس سطح قياس الفكين مع قطعة العمل ويمارس ضغطًا معينًا. خلال هذه العملية، هناك فجوة بين جسم الفرجار والإطار. عندما يتم تطبيق قوة الضغط على الإطار، يولد الإطار عزم دوران مائل على سطح الدليل، مما يؤدي إلى انحراف في موضع القياس الفعلي للفكين. يبلغ هذا الانحراف عدة ميكرومترات تقريبًا على الفرجار الورني الشائع، ويمكن أن يصل إلى عشرة إلى عشرين ميكرومترًا في الحالات التي يكون فيها طول امتداد الفكين كبيرًا.
2. سوف يتعرض سطح قطعة العمل أيضًا لتشوه مرن تحت تأثير قوة الضغط. بالنسبة للأجزاء ذات الجدران الرقيقة وقطع العمل المصنوعة من المواد الناعمة، فإن ضغط التلامس لفكوك القياس سوف يسبب انخفاضًا محليًا في المنطقة المقاسة، مما يؤدي إلى قيمة قياس أصغر من الحجم الفعلي. بأخذ أنبوب ألومنيوم بسمك جدار يبلغ 0.5 ملليمتر كمثال، عند استخدام قوة القياس التقليدية لقياس القطر الخارجي، قد تكون قيمة القياس عدة ميكرومترات إلى عدة عشرات من الميكرومترات أصغر من الحجم الفعلي في الحالة الحرة. كلما انخفضت صلابة المادة وكان سمك الجدار أرق، كلما كان خطأ القياس الناتج عن هذا التشوه المرن أكثر وضوحًا.
3. لا يمكن أيضًا تجاهل التشوه المرن للفرجار نفسه. يعتبر جسم الفرجار مكونًا هيكليًا رفيعًا. عندما يتعرض إطار الفرجار لقوة كبيرة، سيخضع الجسم لتشوه طفيف في الانحناء، مما يتسبب في تغيير في علاقة الفتح والإغلاق لفكي القياس. عادة ما يحدث هذا التشوه المرن لجسم الفرجار ضمن نطاق مقياس الميكرومتر، ولكن بالنسبة للأجزاء الدقيقة ذات نطاق التسامح الضيق، فإنه يكفي بالفعل للتأثير على تحديد التأهيل. مع الأخذ في الاعتبار جميع هذه التأثيرات الثلاثة، فإن خطأ القياس التراكمي الناتج عن قوة التثبيت يتراوح بين 10 و50 ميكرومتر، اعتمادًا على ظروف العمل المحددة.
ثانيا. الاختلافات في الحساسية لقوة الضغط بين أنواع مختلفة من الفرجار
1. يتمتع الفرجار الورني بأعلى حساسية لقوة الضغط. يعتمد إطار الفرجار الورني على ألواح زنبركية لتوليد مقاومة احتكاك معينة للحفاظ على استقرار الموضع. يحتاج المشغل إلى الحكم على حجم قوة القياس من خلال الإحساس باللمس. نظرًا لأن الفرجار الورني لا يحتوي على آلية للحد من القوة، فإن قوة الضغط التي يطبقها مشغلون مختلفون أو نفس المشغل في عمليات مختلفة تختلف بشكل كبير، مما يؤدي إلى انخفاض في تكرار نتائج القياس. في سيناريوهات فحص الدُفعات، عادةً ما يتم التحكم في تكرار قياس الفرجار الورني ضمن نطاق زائد أو ناقص عشرين إلى ثلاثين ميكرومترًا، وهو مستوى شائع بالفعل.
2. يحتوي الفرجار الرقمي على هيكل يشبه في الأساس نفس الفرجار الورني، وطريقة توجيه الإطار هي نفسها أيضًا. لذلك، فإن حساسيته لقوة الضغط تشبه حساسية الفرجار الورني. ومع ذلك، فإن الفرجار الرقمي لديه وظيفة إخراج البيانات، مما يسمح له بالمساعدة في الحكم على ما إذا كانت قوة الضغط مناسبة أثناء القياس من خلال مراقبة التغيرات في القيم الرقمية. يمكن للمشغل ضبط قوة الضغط قليلاً قبل وبعد قراءة قيمة المؤشر، ومراقبة النطاق المستقر للقيمة الرقمية، وبالتالي العثور على نطاق قوة القياس المناسب. أضافت بعض الفرجار الرقمية المتطورة وظيفة إشارة مساعدة لقياس القوة، والتي يمكن أن تساعد المشغل على التحكم في اتساق قوة القياس.
3. يتميز الفرجار عالي الدقة بجهاز الضبط الدقيق بمزايا معينة في التحكم في قوة التثبيت. يعمل جهاز الضبط الدقيق على دفع الإطار للتحرك ببطء من خلال صمولة مخرشة وهيكل قضيب لولبي. يمكن للمشغل زيادة قوة التثبيت تدريجيًا عن طريق إدارة مقبض الضبط الدقيق بعد ملامسة قطعة العمل، مما يقلل من تغيرات الضغط المفاجئة الناتجة عن اهتزاز اليد أو التأثيرات اللحظية. عادة ما يتم إقران هذه الفرجار بقوة قفل أكبر للإطار، ويكون تأثير قلب الإطار على سطح الدليل صغيرًا نسبيًا. إن تكرار القياس الإجمالي لهذا النوع من الفرجار أفضل من الفرجار العادي.
ثالثا. تعريف ونطاق تطبيق قوة القياس القياسية
1. في مجال قياس الطول، يتم تعريف قوة القياس القياسية عمومًا بأنها من 3 إلى 5 نيوتن. لقد تم إثبات قيمة القوة هذه من خلال الممارسة طويلة الأمد بحيث يمكنها ضمان أن يكون لأداة القياس والسطح المقاس اتصال كافٍ دون الإضرار بسطح قطعة العمل. ضمن نطاق قوة القياس هذا، فإن التشوه المرن وعمق المسافة البادئة لأدوات قياس الفولاذ كلها ضمن الحدود المقبولة. لا توجد متطلبات رقمية موحدة لقياس قوة الفرجار في المعايير الدولية ولوائح التحقق المترولوجية المحلية. ومع ذلك، توصي مواصفات التشغيل بشكل عام بأن يكون فكي القياس ملامسين للسطح المقاس وأن يكون لديهم إحساس معين بالاحتكاك.
2. في القياسات الدقيقة، يكون التحكم في قوة القياس مطلوبًا بشكل أكثر صرامة. عند استخدام الفرجار في مختبر المقاييس لقياس أجزاء دقيقة، يوصى باستخدام الفرجار المخصص المجهز بجهاز قياس القوة، أو استخدام طاولة قياس القوة مع قوة قياس قابلة للتعديل للمساعدة في التشغيل. يتحكم جدول قياس القوة في قوة التلامس لفكوك القياس من خلال النوابض الدقيقة أو أجهزة استشعار القوة الإلكترونية، ويمكنه التحكم في تقلب قوة القياس ضمن ± 0.5 نيوتن، مما يحسن بشكل كبير إمكانية تكرار القياس. بالنسبة لقطع العمل ذات نطاقات التسامح في نطاق عدة ميكرومترات، تعد دقة التحكم في القوة شرطًا ضروريًا لضمان موثوقية القياس.
3. في العمليات الفعلية في الموقع، من الصعب التحكم بدقة في قيمة قوة القياس. ومع ذلك، من خلال التدريب على الشعور باليد وتراكم الخبرة، يمكن جعل قوة القياس متسقة. بشكل عام، المعيار المرجعي لقوة القياس هو القوة التي تنزلق بها فكوك القياس قليلاً على سطح قطعة العمل دون التسبب في فجوات بادئة واضحة. بالنسبة للمشغلين المبتدئين، يمكنهم أولاً التدرب بشكل متكرر على المقاييس القياسية للشعور بخصائص قوة القياس القياسية، ثم تطبيقها على القياسات الفعلية. تساعد معايرة ملمس اليد بانتظام باستخدام مقياس القوة في الحفاظ على اتساق قوة القياس.
