Довідник вимірювань отворів

Для контролю діаметрів особливо глибоких гладких отворів (3000 – 10 000 мм) використовують двоточкові індикаторні нутроміри (типів НИ, НИЦ, НИК) та триточкові індикаторні нутроміри пістолетного типу, які розроблені й продукуються виключно в Україні.

Внутрішні вимірювання діаметрів гладких отворів та діаметрів спіральних виступів (полів) нарізних стволів на різних глибинах є поширеними операціями геометричного контролю практично на кожному виробництві у більшості користувачів обладнання різноманітного призначення.

Розгляньмо сучасні нутроміри для внутрішніх вимірювань із цифровим відліком, із мікрометричним та індикаторним відліком по двоточкових та триточкових схемах вимірювань, які виробляються в нашій державі або мають в Україні офіційних дистриб’юторів.

Розгляньмо оптимальні ЗВТ за критерієм ціна/якість для кожного з основних напрямків вимірювань отворів.

Найбільш поширеними та доступними для вимірювань різноманітних отворів є двоточкові індикаторні нутроміри:

• аналогові двоточкові індикаторні нутроміри типу НИ використовуються вже понад 100 років;
• цифрові двоточкові індикаторні нутроміри типу НИЦ виробляються майже 40 років;
• комп’ютерні двоточкові індикаторні нутроміри типу НИК виготовляють за українськими патентами вже сім років. Вони єдині у світі серед нутромірів інших виробників, адаптовані до системи Industry 4.0.

Двоточкові нутроміри індикаторні порівняно з іншими типами мають досить просту конструкцію, але передбачають постійне натискання обома вимірювальними наконечниками на контрольовану поверхню, що ускладнює вимірювання глибоких отворів і спотворює геометрію вимірювальних наконечників у результаті їхнього фрикційного зношення. При цьому вони дозволяють контролювати некруглість та бочкоподібність, що важливо при дефектації зношених або пошкоджених отворів.

Різновидом двоточкових нутромірів індикаторних є нутроміри з двома напівциліндричними наконечниками на розрізній трубці, які розводяться конусом внутрішнього плунжера і мають мікронну точність у вузьких субдіапазонах вимірювань.

Триточкові нутроміри (з мікрометричним та індикаторним відліками) визначають не фізичні, а віртуальні діаметри, які дорівнюють діаметрам кіл, описаних відносно трикутників положень трьох вимірювальних наконечників у перетинах контрольованих отворів. При цьому вони забезпечують самоцентрування у процесі вимірювань і найбільш ефективні при вимірюваннях прецизійних отворів.

Триточкові мікрометричні та індикаторні нутроміри передбачають можливість зведення трьох вимірювальних наконечників для вільного заведення їх у вимірюваний отвір.

Триточкові нутроміри мікрометричні зазвичай є найбільш точними серед інших типів, також вони забезпечують примусове зведення трьох вимірювальних наконечників шляхом повертання барабана мікрометричної голівки.

  Триточкові індикаторні нутроміри пістолетного типу, які мають механізм примусового зведення вимірювальних наконечників, винайшли 80 років тому у США, за часів Другої світової війни. Вони є найбільш точними при вимірюваннях діаметрів отворів на велику глибину (понад 3000 мм) та єдино можливими ручними ЗВТ для вимірювань діаметрів полів (виступів) в артилерійських нарізних стволах та нарізних отворах загального призначення.

Окрім зазначених прецизійних нутромірів, також існують важільні аналогові та цифрові нутроміри типів НЭ та НР, але значні похибки (0,05 – 0,4 мм) та можливість вимірювань діаметрів отворів на малу глибину (80 – 200 мм) обмежує їхнє широке використання.

У таблиці 1 наведено моделі сучасних нутромірів для контролю гладких отворів звичайної глибини, при цьому двоточкові дозволяють контролювати некруглість циліндричних отворів; триточкові забезпечують кращу достовірність вимірювань та найменшу похибку при контролі прецизійних отворів.

Таблиця 1. Моделі сучасних нутромірів для контролю гладких отворів звичайної глибини

Діапазон, мм	Дискретність, мм	Глибина, мм	Похибка, мм	Відлік	Індикація	Модель (ціна, Є)	Виробник, (країна)
0,95 – 1,55	0,0005/0,001	115	2%	індикаторний з двома напівциліндричними наконечниками (5 шт.)	індикатор додатково	844К (1150)	Mahr (Німеччина)
1,5 – 3,95	0,0005/0,001	148	1%	індикаторний з двома напівциліндричними наконечниками (9 шт.)	індикатор додатково	844К (1590)	Mahr (Німеччина)
2 – 2,5	0,001	12,5	0,004	мікрометричний двоточковий	цифрова	НММЦ-2,5 (799)	«МІКРОТЕХ» (Україна)
2,5 – 12,5	0,001	12	0,015	індикаторний двоточковий	цифрова кругова шкала	L102 (690)	Kroeplіn (Німеччина)
2,5 – 3	0,001	12,5	0,004	мікрометричний двоточковий	цифрова	НММЦ-3 (799)	«МІКРОТЕХ» (Україна)
3 – 4	0,001	22,5	0,004	мікрометричний двоточковий	цифрова	НММЦ-4 (650)	«МІКРОТЕХ» (Україна)
4 – 5	0,001	22,5	0,004	мікрометричний двоточковий	цифрова	НММЦ-5 (650)	«МІКРОТЕХ» (Україна)
5 – 6	0,001	22,5	0,004	мікрометричний двоточковий	цифрова	НММЦ-6 (650)	«МІКРОТЕХ» (Україна)
6 – 8	0,001	58+133	0,003	мікрометричний триточковий	аналогова (660)	844А	Mahr (Німеччина)
3,7 – 9,8	0,0005/0,001	16-38	1%	індикаторний з двома напівциліндричними наконечниками (21 шт.)	індикатор додатково	844К (1710)	Mahr (Німеччина)
6 – 10	0,0001/0,001	45	0,003	індикаторний двоточковий	комп’ютерна	НИК-10 (449)	«МІКРОТЕХ» (Україна)
8 – 10	0,0005	58+133	0,003	мікрометричний триточковий	аналогова	844А (660)	Mahr (Німеччина)
10 – 18	0,0001/0,001	100	0,003	індикаторний двоточковий	комп’ютерна	НИК-18 (429)	«МІКРОТЕХ» (Україна)
10 – 20	0,001	45	1%	індикаторний з двома напівциліндричними наконечниками (11 шт.)	індикатор додатково	844К (1630)	Mahr (Німеччина)
18 – 50	0,001	115	0,002	індикаторний двоточковий	цифрова	844N (830)	Mahr (Німеччина)
18 – 50	0,0001/0,001	150	0,003	індикаторний двоточковий	комп’ютерна	НИК-50 (405)	«МІКРОТЕХ» (Україна)
	0,0001/0,001	500	0,004	індикаторний двоточковий	комп’ютерна	НИК-50 (649)	МІКРОТЕХ (Україна)
35 – 100	0,001	148	0,002	індикаторний двоточковий	цифрова	844N (1050)	Mahr (Німеччина)
50 – 160	0,0001/0,001	300	0,003	індикаторний двоточковий	комп’ютерна	НИК-160 (405)	«МІКРОТЕХ» (Україна)
	0,0001/0,001	500	0,004	індикаторний двоточковий	комп’ютерна	НИК-160/500 (649)	«МІКРОТЕХ» (Україна)
100 – 250	0,001	230	0,002	індикаторний двоточковий	цифрова	844N (1550)	Mahr (Німеччина)
160 – 250	0,001	230	0,002	індикаторний двоточковий	цифрова	844N (405)	Mahr (Німеччина)
250 – 400	0,001	366	0,003	індикаторний двоточковий	цифрова	844N (4990)	Mahr (Німеччина)
250 – 450	0,0001/0,001	400	0,008	індикаторний двоточковий	комп’ютерна	НИК-450 (449)	«МІКРОТЕХ» (Україна)
250 – 800	0,001	366	0,003	індикаторний двоточковий	цифрова	844N (6440)	Mahr (Німеччина)
400 – 1000	0,0001/0,001	440	0,012	індикаторний двоточковий	комп’ютерна	НИК-1000 (899)	«МІКРОТЕХ» (Україна)

Зазначені нутроміри постачаються в Україну та забезпечені гарантією від виробника й авторизованим сервісним обслуговуванням на весь період експлуатації.

Для контролю діаметрів гладких подовжених отворів (глибиною понад 1000 мм) можна використовувати двоточкові та триточкові нутроміри з індикаторним та мікрометричним відліком.

Двоточкові подовжені нутроміри дозволяють контролювати некруглість та бочкоподібність непрецизійних і вживаних подовжених отворів.

Триточкові подовжені нутроміри забезпечують кращі метрологічні показники за умов вимірювань прецизійних отворів.

Глибина вимірювань мікрометричними триточковими нутромірами обмежена довжиною 3000 мм, що пов’язано зі стрімким зростанням моменту сили для провертання поворотних валів у подовжувачах.

У таблиці 2 розглянуто інноваційні двоточкові та триточкові нутроміри з мікрометричними та індикаторними відліковими пристроями для вимірювань гладких отворів на велику глибину (до 3000 мм), які виробляються в Україні й експортуються в десятки країн світу.

Таблиця 2. Інноваційні двоточкові та триточкові нутроміри з мікрометричними та індикаторними відліковими пристроями для вимірювань гладких отворів на велику глибину (до 3000 мм)

Діапазон, мм	Глибина, мм	Дискретність, мм	Похибка, мм	Тип	Індикація
20 – 25	до 3000	0,0001/0,001	0,006	індикаторний триточковий	цифрова комп’ютерна
25 – 30	до 3000	0,0001/0,001	0,006	індикаторний триточковий	цифрова комп’ютерна
30 – 40	до 3000	0,0001/0,001	0,007	індикаторний триточковий	цифрова комп’ютерна
35 – 50	до 3000	0,0001/0,001	0,012	індикаторний двоточковий	цифрова комп’ютерна
40 – 50	до 3000	0,0001/0,001	0,008	індикаторний триточковий	цифрова комп’ютерна
50 – 63	до 3000	0,0001/0,001	0,008	індикаторний триточковий	цифрова комп’ютерна
50 – 70	до 3000	0,0001/0,001	0,007	мікрометричний триточковий	цифрова комп’ютерна
6 – 375	до 3000	0,0001/0,001	0,008	індикаторний триточковий	цифрова комп’ютерна
75 – 88	до 3000	0,0001/0,001	0,008	індикаторний триточковий	цифрова комп’ютерна
70 – 100	до 3000	0,0001/0,001	0,008	мікрометричний триточковий	цифрова комп’ютерна
88 – 100	до 3000	0,0001/0,001	0,008	індикаторний триточковий	цифрова комп’ютерна
100 – 125	до 3000	0,0001/0,001	0,008	індикаторний триточковий	цифрова комп’ютерна
100 – 150	до 3000	0,0001/0,001	0,008	мікрометричний триточковий	цифрова комп’ютерна
125 – 150	до 3000	0,0001/0,001	0,008	індикаторний триточковий	цифрова комп’ютерна
50 – 160	до 3000	0,0001/0,001	0,010	індикаторний двоточковий	цифрова комп’ютерна
150 – 250	до 3000	0,0001/0,001	0,009	мікрометричний триточковий	цифрова комп’ютерна
160 – 250	до 3000	0,0001/0,001	0,012	індикаторний двоточковий	цифрова комп’ютерна
200 – 300	до 3000	0,0001/0,001	0,010	мікрометричний триточковий	цифрова комп’ютерна
250 – 450	до 3000	0,0001/0,001	0,017	індикаторний двоточковий	цифрова комп’ютерна
200 – 500	до 3000	0,0001/0,001	0,015	мікрометричний триточковий	цифрова комп’ютерна
200 – 1000	до 3000	0,0001/0,001	0,020	мікрометричний триточковий	цифрова комп’ютерна
400 – 1000	до 3000	0,0001/0,001	0,025	індикаторний двоточковий	цифрова комп’ютерна

При вимірюваннях на глибину до 3000 мм можна обходитися без люнетів та використовувати кілька вимірювальних голівок із незмінним подовжувачем та єдиним відліковим пристроєм.

Для контролю діаметрів особливо глибоких гладких отворів (3000 – 10 000 мм) використовують двоточкові індикаторні нутроміри (типів НИ, НИЦ, НИК) та триточкові індикаторні нутроміри пістолетного типу, які розроблені й продукуються виключно в Україні.

Використання двоточкових нутромірів індикаторних дозволяє контролювати некруглість і бочкоподібність.

Триточкові нутроміри індикаторні забезпечують вищу достовірність та кращу похибку при контролі прецизійних особливо глибоких отворів.

Нутроміри індикаторні (двоточкові та триточкові) для надто глибоких отворів (понад 3000 мм) можуть бути оснащені комплектами люнетів, діаметри яких дещо менші за контрольовані діаметри отворів (у межах кількох міліметрів), при цьому триточкові нутроміри мають симетричні люнети, тоді як у двоточкових корпуси з подовжувачами зміщені відносно вісі контрольованого отвору.

Нутроміри індикаторні (двоточкові та триточкові) для глибоких та особливо глибоких отворів мають додаткову комплектацію згідно з інноваційними українськими розробками:

•  ендоскоп, закріплений на вимірювальному вузлі, та дисплей, закріплений на ручці нутроміра, відповідно до українського патенту UA № 114974 для визначення пошкоджених ділянок отворів, також для оптимізації й покращення контролю отворів;
• вимірювальна стрічка, закріплена вздовж подовжувачів, використовується для контролю заглиблення вимірювального вузла, що необхідно при визначенні бочкоподібності отворів, відповідно до українського патенту UA № 157266;
• цифровий кутомір на магнітній опорі (зазвичай німецької компанії Sola) на корпусі нутроміра, який застосовується для контролю кутового положення вимірювальних наконечників (необхідно при визначенні некруглості перетину отвору).

У таблиці 3 наведено подовжені нутроміри індикаторні двоточкові (з поворотним нерухомим стрижнем) та триточкові нутроміри індикаторні пістолетного типу (із затисним механізмом) із вільним заведенням в особливо гладкі отвори на глибину до 10 000 мм, які запатентовані й виробляються підприємством в Україні.

Таблиця 3. Подовжені нутроміри індикаторні двоточкові (з поворотним нерухомим стрижнем) та триточкові нутроміри індикаторні пістолетного типу (із затисним механізмом) із вільним заведенням в особливо гладкі отвори на глибину до 10 000 мм

Діапазон, мм	Глибина, мм	Дискретність, мм	Похибка, мм	Тип	Індикація	Спосіб заведення в гладкий отвір
50 – 63	3000 – 6000	0,0001/0,001	0,010	індикаторний триточковий	цифрова комп’ютерна	зведення трьох наконечників
63 – 75	3000 – 6000	0,0001/0,001	0,010	індикаторний триточковий	цифрова комп’ютерна	зведення трьох наконечників
75 – 88	3000 – 8000	0,0001/0,001	0,010	індикаторний триточковий	цифрова комп’ютерна	зведення трьох наконечників
88 – 100	3000 – 10 000	0,0001/0,001	0,010	індикаторний триточковий	цифрова комп’ютерна	зведення трьох наконечників
100 – 125	3000 – 10 000	0,0001/0,001	0,010	індикаторний триточковий	цифрова комп’ютерна	зведення трьох наконечників
125 – 150	3000 – 10 000	0,0001/0,001	0,010	індикаторний триточковий	цифрова комп’ютерна	зведення трьох наконечників
85 – 160	3000 – 5000	0,0001/0,001	0,012	індикаторний двоточковий	цифрова комп’ютерна	поворот нерухомого стрижня
160 – 250	10 000	0,0001/0,001	0,020	індикаторний двоточковий	цифрова комп’ютерна	поворот нерухомого стрижня
250 – 450	10 000	0,0001/0,001	0,025	індикаторний двоточковий	цифрова комп’ютерна	поворот нерухомого стрижня
450 – 1000	10 000	0,0001/0,001	0,040	індикаторний двоточковий	цифрова комп’ютерна	поворот нерухомого стрижня

Тільки Україна серійно виробляє субмікронні подовжені комп’ютерні нутроміри, які експортуються до десятків країн світу.

Наразі актуальна проблема – контроль діаметрів полів (виступів) артилерійських нарізних стволів у процесі їхнього виробництва при:

• вихідному/вхідному контролі;
• дефектації;
• відновленні зношених стволів.

Питання контролю діаметрів полів обумовлене складністю утримання серійних вимірювальних наконечників на вузьких спіральних поверхнях полів, оскільки артилерійські стволи мають десятки нарізних спіральних канавок та спіральних уступів із малим кутом нахилу нарізних канавок.

В індикаторних триточкових нутромірах пістолетного типу для вимірювань діаметрів полів за українським патентом UA № 157439 використовуються три циліндричні наконечники подовженої форми (у 2 – 4 рази довші за традиційні), які гарантовано спираються на поверхні контрольованих полів, для чого довжини циліндричних наконечників мають перевищувати суму ширини канавки та ширини поля, поділену на синус кута нахилу гвинтової канавки нарізного ствола.

У таблиці 4 наведено інноваційні моделі польових нутромірів триточкових для контролю діаметрів полів в артилерійських стволах із такими особливостями:

• використовуються запатентовані вимірювальні вузли з трьома подовженими (65 – 110 мм) циліндричними наконечниками;
• у нутромірах для контролю полів на глибині нарізного ствола до 2000 мм можна не використовувати люнети, оскільки жорсткості подовжувачів достатньо для утримання їхньої прямолінійності в отворі ствола);
• у нутромірах для контролю полів на глибинах нарізних стволів 2000 – 10 000 мм необхідно через кожні 1,5 – 2 мм установити люнети вздовж подовжувачів для підтримки їхньої прямолінійності та співвісності щодо вісі контрольованого ствола;
• діаметри люнетів корельовані з розмірами перетинів контрольованих полів, тому для отворів різних діаметрів (допустима різниця поміж діаметрами отворів і люнетів зазвичай у межах 1 – 2 мм) необхідно мати відповідну кількість комплектів люнетів на конкретні контрольовані діаметри;
• польові нутроміри триточкові з відліково-комп’ютерними пристроями розроблені, запатентовані та виготовляються виключно в Україні.

Таблиця 4. Інноваційні моделі польових нутромірів триточкових для контролю діаметрів полів в артилерійських стволах

Діапазон, мм	Глибина, мм	Дискретність, мм	Похибка, мм	Тип	Індикація
40 – 50	1000	0,0001/0,001	0,018	індикаторний триточковий	цифровий комп’ютерний
50 – 63	2000	0,0001/0,001	0,020	індикаторний триточковий	цифровий комп’ютерний
63 – 75	4000	0,0001/0,001	0,022	індикаторний триточковий	цифровий комп’ютерний
75 – 88	6000	0,0001/0,001	0,024	індикаторний триточковий	цифровий комп’ютерний
88 – 100	8000	0,0001/0,001	0,026	індикаторний триточковий	цифровий комп’ютерний
100 – 125	10 000	0,0001/0,001		індикаторний триточковий	цифровий комп’ютерний
125 – 150	10 000	0,0001/0,001	0,035	індикаторний триточковий	цифровий комп’ютерний

Новітні українські розробки започаткували доступний та достовірний контроль діаметрів полів у нарізних артилерійських стволах.

У машинобудуванні існує проблема вимірювань горловинних циліндричних отворів у діапазонах із відповідними уступами від 20 мм до 75 мм та від 70 – 100 мм до 250 – 450 мм.

Нові перспективи забезпечують інноваційні двоточкові індикаторні нутроміри, що розроблені та продукуються «МІКРОТЕХ» в Україні за національним патентом UA № 147920, у яких використаний шарнірно-важільний механізм складання нерухомого стрижня для заведення крізь вузьку горловину всередину отвору (таблиця 5).

Горловинні нутроміри призначені для вимірювань на звичайній (до 500 мм) та на великій (до 3000 мм) глибинах (таблиця 5).

Таблиця 5. Горловинні нутроміри

Діапазон, мм	Уступи, мм	Глибина, мм	Дискретність, мм	Похибка, мм	Тип	Індикація
70 – 160	0 – 20	150	0,0001/0,001	0,015	індикаторний двоточковий	цифровий комп’ютерний
		3000	0,0001/0,001	0,035	індикаторний двоточковий	цифровий комп’ютерний
160 – 250	0 – 50	250	0,0001/0,001	0,015	індикаторний двоточковий	цифровий комп’ютерний
		3000	0,0001/0,001	0,035	індикаторний двоточковий	цифровий комп’ютерний
250 – 450	0 – 75	250	0,0001/0,001	0,015	індикаторний двоточковий	цифровий комп’ютерний
		3000	0,0001/0,001	0,035	індикаторний двоточковий	цифровий комп’ютерний

Інноваційні горловинні нутроміри розширили метрологічні можливості контролю діаметрів отворів з уступами.

При обробці отворів на горизонтальних розточних токарних верстатах постійно постає питання поточного контролю діаметрів отворів діаметрами до 2160 мм (до 86 дюймів) за наявності борштанги у вимірюваному отворі, що неможливо забезпечити з використанням масового універсального вимірювача.

Нові можливості контролю діаметрів отворів на горизонтальних розточних токарних верстатах за наявності в контрольованому отворі борштанги забезпечують верстатні нутроміри, що виготовляються за українським патентом UA № 152320.

Інноваційні верстатні нутроміри типу ШЦЗКГ вітчизняного виробництва завдяки використанню рейкових направляючих із каретками катання, мікронного комп’ютерного штангенвідліку вперше у світі дозволяють контролювати всі можливі діаметри отворів за наявності борштанг для використання з усіма сучасними моделями горизонтальних розточних верстатів.

Таблиця 6. Інноваційні верстатні нутроміри типу ШЦЗКГ

Тип нутроміра верстатного	Діапазон, мм	Дискретність, мм	Довжина губок (прямі+поперекові), мм	Похибка, мм
ШЦЗКГ-1000	50 – 1000	0,001/0,010	150+100	0,04
ШЦЗКГ-1500	1000 – 1500	0,001/0,010	200+150	0,045
ШЦЗКГ-2000	1500 – 2000	0,001/0,010	250+150	0,55
ШЦЗКГ-2500	2000 –2500	0,001/0,010	300+200	0,60

Уперше запропоновані нутроміри для контролю отворів діаметром до 2500 мм на глибину до 100 – 200 мм за наявності в них борштанг.

Контроль особливо великих діаметрів (понад 1000 мм) отворів на велику глибину (500 – 2000 мм) є загальною виробничою проблемою, бо:

• традиційні індикаторні двоточкові нутроміри (типів НИ, НИЦ, НИК) обмежені діапазоном 800 та 1000 мм;
• масові індикаторні триточкові нутроміри пістолетного типу обмежені діапазоном 300 мм;
• масові мікрометричні триточкові нутроміри (типів НМТ, НМТЦ, НМТК) обмежені діапазоном 1000 мм;
• масові важільні нутроміри (типів НЭ, НР) обмежені діапазоном 400 мм;
• масові двоточкові мікрометричні нутроміри (типу НМ-1500) забезпечують вимірювання в діапазоні до 1500 мм, але мають обмежену глибину вимірювань до 350 мм (на довжину руки), при цьому присутній суб’єктивний фактор навичок користувача.

Новий рівень можливостей забезпечують новітні двоточкові індикаторні нутроміри, виготовлені за українським патентом UA № 145316:

• діапазон вимірювань розширений до 130 – 1500 мм;
• передбачена можливість вимірювань великих отворів (1000 – 1500мм) на велику глибину (до 2000 мм);
• використання індикаторного відлікового пристрою із вбудованим мікрокомп’ютером суттєво розширює функціональні можливості:
  • пам’ять на 1000 вимірювань;
  • бездротова передача інформації на зовнішні смартфони та ПК;
  • математична обробка результатів;
  • сенсорний екран;
  • акумулятор літій-полімерний.

  Потреби промисловості та користувачів ЗВТ України за попереднє десятиріччя визначили критичність, актуальність та пріоритетність напрямків удосконалення й серійного виробництва нутромірів спеціального призначення, які мають великий потенціал подальшого розвитку.