Pomiary suwmiarką – budowa, odczyt noniusza i technika pomiaru

Pomiary suwmiarką – budowa, odczyt noniusza i technika pomiaru

Cele lekcji

Po lekcji uczeń:

  • wymienia rodzaje suwmiarek i nazywa części suwmiarki uniwersalnej;
  • wyjaśnia zasadę działania noniusza i oblicza jego rozdzielczość;
  • odczytuje wskazania suwmiarek o rozdzielczości 0,1 mm, 0,05 mm i 0,02 mm;
  • mierzy wymiary zewnętrzne, wewnętrzne i głębokości, unikając typowych błędów;
  • wykorzystuje wyniki pomiarów do wykonania szkicu części z natury i jej zwymiarowania.

Wprowadzenie

Rysunek techniczny nie zawsze powstaje od zera. Bardzo często trzeba odtworzyć istniejącą część: zużyty element, zgubioną zaślepkę, uchwyt, który ma pasować do obudowy. Wtedy wykonuje się szkic z natury, a wymiary „zdejmuje się” z przedmiotu przyrządem pomiarowym. Ten sam problem pojawia się w grafice 3D: zanim zamodelujesz w Fusion 360 element do druku 3D, który ma pasować do czegoś rzeczywistego, musisz go zmierzyć.

Podstawowym przyrządem warsztatowym do takich pomiarów jest suwmiarka. Linijka daje dokładność ok. 1 mm (w praktyce 0,5 mm), suwmiarka – 0,1 mm, 0,05 mm lub 0,02 mm, a suwmiarka cyfrowa pokazuje wynik z działką 0,01 mm.

1. Czym jest suwmiarka

Suwmiarka to przyrząd do pomiaru długości (wymiarów zewnętrznych, wewnętrznych i głębokości) metodą bezpośrednią. Wynik odczytuje się z podziałki głównej na prowadnicy oraz z noniusza umieszczonego na przesuwnym suwaku (albo z czujnika zegarowego lub wyświetlacza).

Budowę i wymagania metrologiczne suwmiarek określa norma PN-EN ISO 13385-1 (Specyfikacje geometrii wyrobów – Przyrządy pomiarowe do wymiarów – Część 1: Suwmiarki).

Najważniejsze parametry

  • Zakres pomiarowy – największy wymiar, jaki można zmierzyć, np. 0–150 mm, 0–200 mm, 0–300 mm. W szkole najczęściej spotkasz suwmiarki 0–150 mm.
  • Rozdzielczość (działka elementarna odczytu) – najmniejsza różnica wymiaru, którą da się odczytać: 0,1 mm; 0,05 mm; 0,02 mm; w suwmiarkach cyfrowych 0,01 mm.
  • Rozdzielczość to nie to samo co dokładność pomiaru. Na wynik wpływa także luz suwaka, stan szczęk, siła nacisku, temperatura i umiejętności mierzącego.

Rodzaje suwmiarek

Rodzaj Odczyt Zastosowanie
Uniwersalna z głębokościomierzem (noniuszowa) podziałka + noniusz najczęstsza: wymiary zewnętrzne, wewnętrzne, głębokości
Cyfrowa (elektroniczna) wyświetlacz, działka 0,01 mm szybki odczyt, zerowanie w dowolnym położeniu, przełączanie mm/cale
Zegarowa czujnik zegarowy na suwaku szybki odczyt bez noniusza, pomiary porównawcze
Jednostronna (warsztatowa) podziałka + noniusz większe wymiary, bez szczęk górnych
Głębokościomierz suwmiarkowy podziałka + noniusz / cyfrowy głębokości otworów, rowków, wysokości uskoków
Wysokościomierz suwmiarkowy podziałka + noniusz / cyfrowy pomiar wysokości i trasowanie na płycie pomiarowej

2. Budowa suwmiarki uniwersalnej

Rysunek suwmiarki uniwersalnej z opisem części: prowadnica, szczęki, suwak, noniusz, zacisk, wysuwka głębokościomierza
Rys. 1. Budowa suwmiarki uniwersalnej z głębokościomierzem (położenie suwaka: 40 mm)
Nr Część Zadanie
1 Prowadnica (belka) z podziałką główną prowadzi suwak; podziałka co 1 mm, liczby 1, 2, 3… oznaczają 10, 20, 30… mm (centymetry)
2 Szczęki do pomiarów wewnętrznych (górne) pomiar średnic otworów i szerokości rowków; zewnętrzne krawędzie są powierzchniami pomiarowymi
3 Szczęka stała część prowadnicy; jej wewnętrzna płaszczyzna to powierzchnia pomiarowa
4 Szczęka ruchoma część suwaka; razem ze szczęką stałą obejmuje mierzony przedmiot
5 Noniusz pomocnicza podziałka na suwaku, pozwala odczytać ułamki milimetra
6 Zacisk (śruba zaciskowa) blokuje suwak, aby wynik nie zmienił się przy wyjmowaniu suwmiarki z przedmiotu
7 Suwak przesuwa się po prowadnicy; niesie szczęki ruchome, noniusz i wysuwkę
8 Wysuwka głębokościomierza listwa połączona z suwakiem, wysuwa się z końca prowadnicy; pomiar głębokości
9 Występ do przesuwania kciukiem umożliwia płynny, lekki przesuw suwaka jedną ręką

Ważne: szczęki dolne, szczęki górne i wysuwka są połączone z tym samym suwakiem. Dlatego ta sama wartość odczytana z podziałki i noniusza oznacza odległość szczęk dolnych, odległość zewnętrznych krawędzi szczęk górnych i długość wysunięcia głębokościomierza.

3. Zasada działania noniusza

Noniusz (nazwa od portugalskiego matematyka Pedro Nuñesa) to krótka podziałka, której działki są nieco mniejsze od działek podziałki głównej. W najprostszym noniuszu 10 działek noniusza ma łączną długość 9 mm, więc jedna działka noniusza ma 0,9 mm, czyli jest o 0,1 mm krótsza od działki głównej.

Noniusz 0,1 mm w położeniu zerowym: 10 działek noniusza odpowiada 9 mm podziałki głównej
Rys. 2. Noniusz o rozdzielczości 0,1 mm w położeniu zerowym (szczęki zamknięte)

Gdy szczęki są zamknięte, kreska „0” noniusza pokrywa się z kreską „0” podziałki głównej, a kreska „10” noniusza – z kreską 9 mm. Pierwsza kreska noniusza jest przesunięta względem kreski 1 mm o 0,1 mm, druga względem 2 mm o 0,2 mm itd. Jeśli rozsuniesz szczęki o 0,1 mm, z kreską podziałki głównej pokryje się pierwsza kreska noniusza; przy 0,4 mm – czwarta. Numer kreski, która się pokrywa, mówi więc, ile dziesiątych części milimetra trzeba dodać do pełnych milimetrów.

i = a / n

i – rozdzielczość noniusza [mm], a – wartość działki podziałki głównej (1 mm), n – liczba działek noniusza

Długość noniusza oblicza się ze wzoru L = (γ · n − 1) · a, gdzie γ to moduł noniusza (1 lub 2). Noniusze o module 2 są dłuższe, a ich kreski rzadsze, więc łatwiej je odczytać.

Rozdzielczość i Liczba działek n Moduł γ Długość noniusza L Działka noniusza
0,1 mm 10 1 9 mm 0,9 mm
0,1 mm 10 2 19 mm 1,9 mm
0,05 mm 20 2 39 mm 1,95 mm
0,02 mm 50 1 49 mm 0,98 mm

4. Odczyt wskazania krok po kroku

  1. Pełne milimetry. Znajdź kreskę „0” noniusza. Odczytaj na podziałce głównej ostatnią kreskę milimetrową leżącą przed zerem noniusza (na lewo od niego). To liczba pełnych milimetrów.
  2. Ułamek milimetra. Znajdź na noniuszu kreskę, która najdokładniej pokrywa się z dowolną kreską podziałki głównej. Jej numer (licząc od zera) pomnóż przez rozdzielczość noniusza.
  3. Suma. Dodaj oba wyniki. Zapisz wynik z tyloma miejscami po przecinku, ile ma rozdzielczość: 0,1 mm – jedno miejsce (23,4 mm), 0,05 i 0,02 mm – dwa miejsca (12,35 mm).
  4. Kontrola. Sprawdź, czy wynik jest rozsądny: zero noniusza powinno leżeć między pełnymi milimetrami, które odczytałeś, a następną kreską.

Uwaga na liczby na noniuszu. Na noniuszach 0,05 mm i 0,02 mm cyfry 1, 2, 3… oznaczają dziesiąte części milimetra, a nie numery kresek. Kreska opisana „3” to 0,30 mm; kreska między „3” a „4” na noniuszu 0,05 mm to 0,35 mm. Możesz więc od razu czytać ułamek z opisu: cyfra opisu + liczba kresek za nią × rozdzielczość.

Przykład 1 – rozdzielczość 0,1 mm – najczęściej używana!

Przykład odczytu suwmiarki 0,1 mm: 23 mm plus 0,4 mm równa się 23,4 mm
Rys. 3. Zero noniusza leży za kreską 23 mm, z podziałką główną pokrywa się 4. kreska noniusza: 23 + 4 × 0,1 = 23,4 mm

Przykład 2 – rozdzielczość 0,05 mm

Przykład odczytu suwmiarki 0,05 mm: 12 mm plus 0,35 mm równa się 12,35 mm
Rys. 4. Pełne milimetry: 12. Pokrywa się 7. kreska noniusza (pierwsza za opisem „3”): 7 × 0,05 = 0,35 mm. Wynik 12,35 mm

Przykład 3 – rozdzielczość 0,02 mm

Przykład odczytu suwmiarki 0,02 mm: 41 mm plus 0,26 mm równa się 41,26 mm
Rys. 5. Pełne milimetry: 41. Pokrywa się 13. kreska noniusza (trzecia za opisem „2”): 13 × 0,02 = 0,26 mm. Wynik 41,26 mm

Suwmiarka cyfrowa i zegarowa

  • Cyfrowa: przed pomiarem zamknij szczęki i naciśnij ZERO (lub ORIGIN). Sprawdź, czy włączone są milimetry (mm, a nie in). Przy słabej baterii wskazania „skaczą” – wymień baterię. Zerowanie w dowolnym położeniu pozwala mierzyć różnice wymiarów.
  • Zegarowa: pełne milimetry odczytuje się z podziałki na prowadnicy, ułamki – ze wskazówki czujnika (zwykle 0,02 mm lub 0,01 mm na działkę, jeden obrót = 1 lub 2 mm).
  • Nawet przy suwmiarce cyfrowej warto umieć czytać noniusz – jest odporny na brak baterii, wilgoć i uszkodzenia elektroniki, a pytania o jego odczyt pojawiają się na sprawdzianach i egzaminach z wielu zawodów technicznych.

5. Technika pomiaru

Trzy sposoby pomiaru: wymiar zewnętrzny szczękami dolnymi, wymiar wewnętrzny szczękami górnymi w otworze, głębokość wysuwką
Rys. 6. Sposoby pomiaru: a) wymiar zewnętrzny d, b) wymiar wewnętrzny D, c) głębokość h

Przygotowanie

  1. Oczyść powierzchnie pomiarowe szczęk i mierzony przedmiot (wióry, kurz, olej). Usuń zadziory z przedmiotu.
  2. Sprawdź zero: zamknij szczęki i obejrzyj je pod światło – nie powinno być widać szczeliny. Zero noniusza musi pokrywać się z zerem podziałki głównej, a kreska ostatnia noniusza z odpowiednią kreską główną (np. 9 mm).
  3. Sprawdź, czy suwak przesuwa się płynnie i czy zacisk jest zwolniony.

a) Wymiar zewnętrzny (średnica wałka, grubość płytki)

  • Rozsuń szczęki nieco szerzej niż przedmiot, wsuń przedmiot jak najgłębiej, blisko prowadnicy, i dosuń szczękę ruchomą kciukiem z lekkim, stałym naciskiem.
  • Powierzchnie szczęk muszą być prostopadłe do osi wałka lub do mierzonych krawędzi. Przy średnicy delikatnie „pokołysz” suwmiarką – właściwy wynik to najmniejsze wskazanie.
  • Jeśli nie możesz odczytać wyniku na przedmiocie, dokręć zacisk, zdejmij suwmiarkę i dopiero wtedy odczytaj.

b) Wymiar wewnętrzny (średnica otworu, szerokość rowka)

  • Użyj szczęk górnych. Wsuń je do otworu przy zsuniętych szczękach, potem rozsuń do lekkiego oparcia o ścianki.
  • Suwmiarka musi leżeć w płaszczyźnie przechodzącej przez oś otworu. Szukaj największego wskazania (średnica to najdłuższa cięciwa), przy rowku – najmniejszego.

c) Głębokość (otwór nieprzelotowy, rowek, uskok)

  • Oprzyj czoło prowadnicy na górnej powierzchni przedmiotu, prostopadle do niej. Wysuwaj suwak, aż wysuwka dotknie dna.
  • Nie przechylaj suwmiarki – przechylenie zawyża wynik.

Zasada Abbego – dlaczego mierzymy blisko prowadnicyWynik jest najdokładniejszy, gdy mierzony wymiar leży w jednej linii z podziałką (zasada Abbego). W suwmiarce przedmiot jest zawsze obok podziałki, więc każdy luz suwaka powoduje lekkie „rozchylenie” szczęk. Im dalej od prowadnicy mierzysz (końcówkami szczęk), tym większy błąd. Dlatego przedmiot wsuwa się możliwie głęboko między szczęki.

6. Najczęstsze błędy pomiaru

Błędy pomiaru: paralaksa, przedmiot ustawiony skośnie, pomiar końcówkami szczęk z dużym naciskiem
Rys. 7. Błąd paralaksy, skośne ustawienie przedmiotu, pomiar końcówkami szczęk
Błąd Skutek Jak uniknąć
Paralaksa – patrzenie na podziałkę pod kątem źle wskazana kreska pokrywająca się oko prostopadle nad miejscem odczytu, dobre oświetlenie
Skośne ustawienie przedmiotu lub suwmiarki wynik zawyżony (wymiar zewnętrzny, głębokość) lub zaniżony (otwór) szczęki prostopadle do osi, „kołysanie” i szukanie wartości skrajnej
Za duży nacisk odkształcenie szczęk lub przedmiotu (tworzywa, cienkie ścianki), wynik zaniżony lekki, zawsze jednakowy nacisk kciukiem
Pomiar końcówkami szczęk błąd wynikający z luzu suwaka przedmiot blisko prowadnicy
Brak kontroli zera, brud na szczękach stały błąd każdego pomiaru czyszczenie i sprawdzenie zera przed pomiarem
Nagrzanie przedmiotu lub suwmiarki rozszerzalność cieplna, zmiana wymiaru nie trzymać długo w dłoni, mierzyć przedmiot ostygnięty po obróbce
Odczyt po zdjęciu bez zacisku suwak się przesunął dokręcić zacisk przed zdjęciem suwmiarki

7. Konserwacja i bezpieczeństwo

Konserwacja

  • Po pracy wytrzyj suwmiarkę suchą ściereczką, stalową lekko naoliw.
  • Przechowuj w etui, ze szczękami lekko rozsuniętymi i zwolnionym zaciskiem.
  • Nie kładź na maszynach, obok narzędzi i wiórów, nie upuszczaj.
  • Z cyfrowej wyjmij baterię przed dłuższą przerwą.

BHP i zasady użytkowania

  • Nie mierz przedmiotów w ruchu (np. obracających się w tokarce) – zatrzymaj maszynę.
  • Szczęki górne i wysuwka są ostre – nie celuj nimi w nikogo.
  • Nie używaj suwmiarki jako rysika, klucza, młotka ani do podważania.
  • Nie mierz przedmiotów gorących i pod napięciem (suwmiarka przewodzi prąd).

8. Od pomiaru do rysunku

Wynik pomiaru nie zawsze jest wymiarem, który wpiszesz na rysunek. Rzeczywista część ma odchyłki wykonania i zużycie, a konstruktor zwykle przyjmował wymiary „okrągłe”. Przy szkicowaniu z natury:

  1. Zmierz każdy wymiar 2–3 razy (w różnych miejscach) i oblicz średnią.
  2. Zapisz wyniki w karcie pomiarowej, a dopiero potem przyjmij wymiar nominalny – najbliższą sensowną wartość, np. 19,96 mm → Ø20; 7,92 mm → 8; średnica gwintu 7,85 mm → M8.
  3. Wymiary pasowane (wałek w otworze, łożysko) oznacz na szkicu do sprawdzenia – ich tolerancje ustala się z dokumentacji lub norm, a nie z pomiaru.
  4. Wymiaruj zgodnie z zasadami rysunku technicznego (linie wymiarowe, pomocnicze, znak Ø, rzutowanie metodą europejską E).
Wymiar (tuleja) Pomiar 1 Pomiar 2 Pomiar 3 Średnia Wymiar na rysunku
Średnica zewnętrzna 24,96 24,98 24,96 24,97 Ø25
Średnica otworu 12,04 12,02 12,03 12,03 Ø12
Długość 30,10 30,06 30,08 30,08 30

Przykładowa karta pomiarowa (wartości w mm, suwmiarka 0,02 mm).

Ćwiczenie 1. Odczytaj wskazania

Odczytaj wskazania suwmiarek z rysunku 8. Zapisz tok rozumowania: pełne milimetry + numer kreski × rozdzielczość = wynik.

Cztery wskazania suwmiarek do samodzielnego odczytu: a i b noniusz 0,1 mm, c noniusz 0,05 mm, d noniusz 0,02 mm
Rys. 8. Wskazania do odczytu: a), b) – 0,1 mm; c) – 0,05 mm; d) – 0,02 mm
Pokaż odpowiedzi
  • a) 14 mm + 7 × 0,1 mm = 14,7 mm
  • b) 38 mm + 2 × 0,1 mm = 38,2 mm
  • c) 27 mm + 17 × 0,05 mm = 27,85 mm (kreska za opisem „8”)
  • d) 5 mm + 18 × 0,02 mm = 5,36 mm (trzecia kreska za opisem „3”)

Wiesz, umiesz, zdasz

  • Suwmiarka mierzy wymiary zewnętrzne (szczęki dolne), wewnętrzne (szczęki górne) i głębokości (wysuwka) – jednym wskazaniem.
  • Rozdzielczość noniusza: i = a / n; 10 działek → 0,1 mm, 20 działek → 0,05 mm, 50 działek → 0,02 mm.
  • Odczyt: pełne milimetry przed zerem noniusza + numer pokrywającej się kreski × rozdzielczość.
  • Liczby 1, 2, 3 na prowadnicy to centymetry; na noniuszach 0,05 i 0,02 – dziesiąte części milimetra.
  • Mierz blisko prowadnicy, prostopadle, z lekkim naciskiem; oko prostopadle nad podziałką.
  • Przed pomiarem: czyste szczęki i kontrola zera. Przed zdjęciem suwmiarki z przedmiotu: zacisk.
  • Z pomiaru do rysunku przenosi się wymiar nominalny, a nie przypadkowy wynik z odchyłką wykonania.

Pytania kontrolne

  1. Wymień części suwmiarki uniwersalnej i podaj zadanie każdej z nich.
  2. Czym różni się rozdzielczość suwmiarki od dokładności pomiaru?
  3. Oblicz rozdzielczość noniusza, który ma 20 działek, oraz jego długość przy module γ = 2.
  4. Opisz krok po kroku odczyt wskazania suwmiarki z noniuszem 0,05 mm.
  5. Dlaczego przy pomiarze średnicy otworu szukamy największego wskazania, a przy pomiarze wałka – najmniejszego?
  6. Czym jest błąd paralaksy i jak go uniknąć?
  7. Jak sprawdzić zero suwmiarki noniuszowej i cyfrowej?
  8. Zmierzona średnica wałka wynosi 15,94 mm. Jaki wymiar wpiszesz na szkicu i dlaczego?