Gageblock är grundläggande verktyg inom dimensionell mätteknik, där noggrannheten och tillförlitligheten i storlekar och mått är avgörande för precisionen i alla typer av mekaniska mätningar. Gageblock, eller hängblock, används för att definiera och bekräfta exakta längdmått, ofta ned till submikronprecision, och utgör därmed en kritisk del av kalibrerings- och mätprocesserna i olika industriella och tekniska sammanhang.

En vanlig uppsättning av långa gageblock innehåller block på 125 mm, 150 mm, 175 mm, 200 mm, 250 mm, 300 mm, 400 mm och 500 mm. För att kalibrera mikrometrar används särskilda uppsättningar som innehåller gageblock med storlekar som 2,5 mm, 5,1 mm, 7,7 mm, 10,3 mm, 12,9 mm, 15,0 mm, 17,6 mm, 20,2 mm, 22,8 mm och 25,0 mm. Denna uppsättning är utformad för att detektera periodiska avvikelser i skruvspindlar och möjliggör noggrann kalibrering av mätinstrument. Även i den imperiala (tum) mätstandarden finns flera uppsättningar för att kalibrera tum-mikrometrar, vilket gör gageblocken mångsidiga i sin användning.

Förutom längdmätningar finns det även tillbehör för gageblock som gör det möjligt att mäta interna dimensioner eller bestämma avstånd mellan två punkter. Gageblockens främsta fördel ligger i deras pris/kvalitetsförhållande: för en liten kostnad får man en referensstorlek med submikronprecision och två ytor av optisk kvalitet. De används som grundläggande måttenheter för att säkerställa noggrannheten i mätningarna av objekt i tillverkningsindustrin.

Ett annat viktigt verktyg inom denna disciplin är pluggage, ett cylindriskt standardmått som används för att bestämma den yttre måttdimensionen av ett hål. Pluggage, även känd som en inställningspinne eller pin gage, används för att mäta diametern på hål. De allra tunnaste pinnarna är flexibla och kallas mättrådar. När dessa används för att mäta stegdiameter på gängor, används tre trådar av ungefär samma diameter för att få den exakta mätningen.

För kalibrering och verifiering av håldimensioner används ringgage, som är designade för att definiera det inre diametern på ett objekt. Ringgage används specifikt för kalibrering av tvåpunkts- eller trefunktmätare för inre mått. Jämfört med pluggage är kalibreringen av ringgage mer komplicerad, eftersom mätningen sker inifrån, vilket gör att referensmåttet i slutändan oftast är ett gageblock (yttre storlek). Noggrannheten som kan uppnås är typiskt 0,2 mikrometer, och precis som med pluggage är formnoggrannhet (rundhet, cylindricitet) avgörande för en korrekt mätning.

Steggage är en annan form av standardmått, som har flera mätplan som ofta består av gageblock som sticker ut från en bas. Dessa kan användas för att ställa in och kalibrera mikrometrar, måttband och höjdmätare samt för att verifiera och kalibrera mätningsaxlar för 3D-koordinatmätmaskiner.

En annan viktig typ av mätstandard är linjemåttet, som kan vara en vanlig linjal eller mätband, men också en linjestandard som definieras av parallella linjer på ett material som ofta är metall, plast eller glas. Mätlinjer används också inom optisk mikroskopi och i linjärt kodsystem för att noggrant mäta små avstånd.

En mer specifik typ av mätstandard är sfäriska objekt, eller mätkulor, som används för att definiera diametern på mäthuvuden för exempelvis höjdmätare och 3D-koordinatmätmaskiner. Eftersom sfäriska objekt alltid upptäcks som en sfär när de mäts med en sfärisk sond, gör detta det möjligt att exakt mäta diameter och position på mätinstrumenten, vilket minimerar osäkerheter vid kalibrering.

Alla dessa olika mätinstrument, inklusive gageblock och pluggage, används för att fastställa avstånd i en dimension. För att uppnå minimal osäkerhet vid kalibrering och användning, måste dock även andra faktorer beaktas, såsom formnoggrannhet i andra dimensioner: parallellitet för gageblock, linjekvalitet för linjestorlekar, sfäriskhet för kulor, rundhet och cylindricitet för ringgage och så vidare.

Därutöver finns det en viktig aspekt av kalibrering av vinklar, vilket gör att gageblock kan användas inte bara för att mäta längd utan också för att mäta och ställa in vinklar. Vinkel-gageblocken tillåter skapandet av exakta vinklar genom att man slår samman olika block i specifika arrangemang. Om de inte är helt parallella i sina ansikten, kan ett avvikande fel uppstå, vilket kallas pyramidfel. Det är därför avgörande att vid sammanställning av vinkel-gageblock säkerställa att alla ytor är i strikt vinkel mot varandra för att undvika mätfel.

För den som arbetar med dessa mätinstrument är det också viktigt att förstå hur olika former av osäkerhet kan påverka mätresultaten, och att ta hänsyn till de specifika krav som ställs på formnoggrannhet för att uppnå högsta möjliga precision i mätningarna.

Hur definieras de grundläggande enheterna inom SI-systemet?

SI-systemet, eller det internationella enhetssystemet, är fundamentalt för att säkerställa konsekventa och universella mått i vetenskapen och handeln. Systemet bygger på sju basenheter, som definieras genom universella fysiska konstanter. För att förstå dessa enheters innebörd och användning är det viktigt att känna till deras definitioner och hur de är knutna till naturens lagar.

Sekunden, som mäter tid, definieras som varaktigheten av 9 192 631 770 perioder av den oförändrade grundtillståndshyperfinövergången hos cesium-133-atomen. Detta mått på tid har använts sedan 1967 och är grunden för den moderna tidmätningen.

Metern, en enhet för längd, definieras som den sträcka som ljus färdas i vakuum under en tidsperiod på 1/299 792 458 av en sekund. Denna definition infördes 1983 och revolutionerade hur vi mäter avstånd, särskilt genom användning av stabiliserade lasrar och interferometri.

Kilogrammet, som mäter massa, definieras inte längre av en fysisk standardmassa, utan genom att fixera Plancks konstant (h) till ett exakt värde: 6,626 070 15 × 10^(-34) kg·m²·s⁻¹. Denna förändring, som trädde i kraft 2019, innebär att kilogrammet nu kan mätas med extremt hög precision genom kvantmekaniska metoder, inklusive användning av Wattbalans.

Ampere, enheten för elektrisk ström, definieras genom elementarladdningen (e), som fastställs till 1,602 176 634 × 10^(-19) A·s, en annan förändring som genomfördes 2019. Denna definition gör det möjligt att mäta elektriska strömmar genom kvantmekaniska standarder för spänning och motstånd.

Den termodynamiska temperaturen, som mäts i kelvin, definieras genom att fixera Boltzmann-konstanten (k) till ett exakt värde: 1,380 649 × 10^(-23) J·K⁻¹. Temperaturer är alltså nu knutna till fundamentala kvantmekaniska fenomen.

Mol, som mäter substansmängd, definieras genom Avogadros konstant (Nₐ), som fastställs till 6,022 140 76 × 10²³ mol⁻¹. Denna konstant relaterar antalet elementarpartiklar (som atomer eller molekyler) i ett mol av ett ämne, vilket gör den till en central enhet i kemi och fysik.

Candela, enheten för ljusintensitet, definieras genom ett exakt värde på strålningsintensiteten från en källa som avger monokromatiskt ljus vid en frekvens på 540 × 10¹² Hz. Detta gör det möjligt att definiera ljusintensitet i termer av fysikaliska konstanter, vilket gör att vi kan mäta ljus med hög precision.

Trots att dessa definitioner är grundläggande för vetenskap och teknik, kan de vara svåra att relatera till i vardagliga sammanhang. För att göra dessa definitioner praktiska används tekniska tillämpningar som stabiliserade lasrar och interferometri för att exakt mäta längd och andra fysiska storheter. Till exempel används primära standarder, såsom stabiliserade lasrar, för att mäta avstånd med extrem noggrannhet, och det finns detaljerade riktlinjer för hur mätningar ska genomföras och verifieras.

En av de mest radikala förändringarna i modern mätteknik inträffade 2019, när kilogrammet inte längre definieras av en fysisk artefakt, utan genom Plancks konstant. Tidigare hade kilogrammet definierats som massan av en speciell cylinder som förvarades på BIPM i Paris. Denna cylinder var dock utsatt för små förändringar i massa, vilket ledde till beslutet att definiera kilogrammet genom en kvantmekanisk metod, vilket ökar precisionen och förhindrar felaktigheter mellan olika standarder.

Denna utveckling inom SI-systemet har betydande konsekvenser för metrologi, särskilt när det gäller att säkerställa att mätningar kan spåras tillbaka till universella konstanter. Det innebär också att alla mätningar i princip kan reproduceras globalt, vilket är avgörande för vetenskaplig och teknisk forskning.

Det är också viktigt att komma ihåg att SI-systemet inte bara handlar om de sju basenheterna utan även om härledda enheter, som kan kombineras för att skapa nya måttenheter. Till exempel är joule (J) en enhet för energi, som definieras som ett kilogram meter² per sekund². Genom att kombinera basenheter kan vi definiera enheter för andra viktiga fysiska storheter, såsom tryck, kraft och effekt.

Dessutom finns det flera prefix inom SI-systemet som gör det möjligt att uttrycka både mycket stora och mycket små värden. Prefixen sträcker sig från quetta (Q) för 10²⁷ till yocto (y) för 10⁻²⁴, vilket gör att vi kan arbeta med extremt små eller stora enheter på ett enkelt och standardiserat sätt.

Användningen av SI-enheter är obligatorisk i många delar av världen, och i EU är det ett krav enligt direktiv 2004/22/EC. Detta innebär att enheterna måste användas inom handel, vetenskap och lagstiftning, och att mätningar måste rapporteras i SI-enheter för att säkerställa enhetlighet och precision.

Förutom de grundläggande och härledda enheterna finns det även enheter som accepteras inom SI-systemet, trots att de inte strikt följer systemet. Exempel på sådana enheter är liter (l), hektar (ha) och minut (min), vilka ofta används i praktiska sammanhang trots att de inte har strikta definitioner baserade på naturkonstanter. Dessa enheter är dock fortfarande tillåtna för användning inom vissa områden, som jordbruk och dagligt liv.

Det är också värt att notera att vissa enheter, som mikrometer (μm) eller angström (Å), fortfarande används inom vissa vetenskapliga områden trots att de inte är en del av SI-systemet. Detta kan skapa förvirring, men det är viktigt att förstå skillnaderna och konsekvenserna av att använda icke-standardiserade enheter i vetenskapliga och tekniska sammanhang.

I en tid av globalisering och teknologisk utveckling är det avgörande att kunna lita på att mätningar är exakta och konsekventa. SI-systemet är därför en hörnsten i vetenskap och handel, och det är nödvändigt att förstå de fundamentala enheterna och hur de är relaterade till universella konstanter för att kunna arbeta effektivt och noggrant inom alla vetenskapliga och tekniska områden.

Hur mäts ytopografi med hög precision i mikroskopisk skala?

En stor utmaning inom mätteknik är att mäta ytor med hög precision på mikroskopisk nivå. Här spelar metoder som fasförskjutningsinterferometri, konfokal mikroskopi och fokuseringsvariation en central roll, och var och en har sina specifika fördelar och begränsningar.

En av de vanligaste teknikerna för att mäta ytopografi på mikroskopisk nivå är att använda sig av en stylo- eller sondebaserad metod. Denna metod lider mindre av effekterna av fysiska avvikelser, då stylo-sensorn inte kan avvika från ytan lika lätt som andra mätmetoder. Dock kan det förekomma avvikelser som måste beaktas, särskilt vid mätningar av komplexa ytor. För att positionera arbetsstycket används ofta ett staplat x-y positioneringssystem, där flera områden på objektet kan mätas och sedan sammanfogas till en större topografi, vilket kallas "stitching". Vid denna sammanfogning är det avgörande att förstå de överlappande områdena på objektet och att korrekt hantera de fria graderna av rörelse som tillåts för att optimera sammanfogningsprocessen. Om topografierna sys ihop för att inkludera tre translationer och rotationer uppnås ett optimalt resultat, men felpropagering vid sammanfogning kan lätt underskattas. Ett exempel på detta är hur en systematisk avvikelse i sfärisk planhet kan sprida sig kvadratiskt med längden på det sammanfogade området.

För ännu högre precision används metoder som fasförskjutningsinterferometri (PSI) och koherensskanning interferometri (CSI). Dessa instrument kombinerar de två principerna för att uppnå vertikal upplösning i sub-nanometerområdet, oberoende av objektivets numeriska apertur (NA). Under vertikal scanning måste interferens detekteras vid varje λ/8 (≈ 0,08 µm), vilket innebär att bildtagningen sker mycket långsamt, och detta begränsar mätningens hastighet. Den största begränsningen för denna teknik är det maximala mätbara lutningsvinkeln, som inte bara beror på de fysikaliska parametrarna utan också på kamerans pixeldimensioner. Om mer än en interferensfrans fångas på en enda pixel förloras kontrasten helt och mätningen blir ogiltig.

Konfokal mikroskopi är ytterligare en teknik som används för att mäta ytor på mikroskopisk nivå. Här registreras intensiteten för varje fokalpunkt på ytan som en funktion av den z-koordinat som motsvarar höjden på ytan vid den specifika punkten. För att skapa en konfokal bild av ytan sker lateral scanning i x- och y-riktningarna utan att ändra z-koordinaten. Denna metod ger en bild där intensiteten är hög för de punkter som är i fokus och lägre för de som är ur fokus. Genom att ta mätningar vid flera z-positioner kan man bygga upp en bildstack, och för varje pixel som motsvarar en punkt på ytan kan den maximala intensiteten användas för att bestämma z-höjden. Inom konfokal mikroskopi finns det flera varianter av scanning, såsom laser-scanning, skivscanning och programmerbar array-konfiguration, där varje teknik har sina egna fördelar i fråga om hastighet och noggrannhet. En av de mest anmärkningsvärda aspekterna är hur systemets upplösning kan påverkas av objektivets NA och hur hög intensitet från ljuskällan gör att mätningarna kan tas mycket snabbt.

Fokuseringsvariationsinstrument är en annan teknik som används för att mäta ytopografi. Här används kontrasten i en bild för att bestämma höjden på ytan som en funktion av objektets z-höjd. En fördel med dessa system är att vanliga mikroskopsystem kan användas utan att det krävs någon särskild anpassning av objektiv eller belysningssystem. Eftersom belysningen inte är begränsad till en "genom-objektiv" belysning, som i de andra systemen, innebär det att den maximala mätbara lutningen inte är lika begränsad. Denna teknik använder sig av en dynamisk bildbehandling där lokala kontrastvariationer utnyttjas för att fastställa höjden på ytan vid varje given punkt.

När det gäller att mäta ytopografi med hög precision är det viktigt att förstå den dynamik som styr varje mätteknik. För alla metoder är det avgörande att beakta den vertikala upplösningen, vilket oftast bestäms av objektivets kvaliteter, och den potentiella felpropageringen vid sammanfogning av mätdata. I system som kombinerar flera mätprinciper kan det finnas betydande skillnader i hur noggrant ytan kan representeras beroende på teknologins upplösning och mätmetodens hastighet. Ytopografimätningar är alltså alltid en balansakt mellan hastighet och noggrannhet, där varje val av mätteknik måste anpassas till den specifika tillämpningen.

Hur man kalibrerar linjära avstånd och bedömer geometriska fel på CMM-maskiner

För att säkerställa att koordinatmätmaskiner (CMM) ger korrekta mätresultat måste flera olika geometriska fel bedömas och kalibreras. Dessa fel kan inkludera avvikelser i raka linjer, rotationer, vinklar och kvadratur, som alla påverkar maskinens mätprecision. En viktig aspekt är att förstå hur mätningarna genomförs och vilka verktyg och metoder som är bäst lämpade för att säkerställa noggrannheten i mätprocessen.

Kalibrering av linjära avstånd på CMM-maskiner kan göras med hjälp av olika mätverktyg och system. En av de vanligaste metoderna är användning av måttblock, steg- eller blockmått samt lasermätssystem med interferometriska mätningar. Dessa system ger möjlighet att noggrant mäta avstånd och ge en korrigering för eventuella temperaturberoende förändringar, vilket är en viktig aspekt när mätningarna görs i en varierande miljö.

För att ta hänsyn till termiska utvidgningskoefficienter hos skalan eller själva maskinen är det nödvändigt att antingen ha exakta värden för dessa koefficienter eller att genomföra kalibreringar i den miljö där CMM:n används. Detta gäller särskilt för att minimera mätfel som kan uppstå på grund av temperaturförändringar under mätningen.

Bedömningen av raka fel, eller "straightness", kan göras genom att använda ett kalibrerat rätskiva eller genom interferometriska system som är anpassade för att mäta linjära förskjutningar. Detta kan göras direkt genom att mäta längder vid olika punkter och i olika riktningar, vilket gör att fel kan identifieras och korrigeras.

Vid bedömning av rotationsfel på CMM-maskiner finns olika tekniker beroende på maskinens konfiguration. Elektroniska nivåer, autokollimatorer eller lasermåtsystem med rotationsoptik kan användas för att mäta vinkelförskjutningar utan att använda den vanliga probingsystemet. Valet av metod beror på maskinens specifika uppbyggnad och de mått som krävs för att få en noggrann mätning.

För att mäta kvadraturfel, det vill säga avvikelser i vinkel mellan de olika axlarna på en CMM, kan en laserinterferometer användas i kombination med en pentagonprism eller optisk kvadrat. Denna metod gör det möjligt att exakt mäta avvikelser i vinklar mellan två axlar som bör vara vinkelräta. En annan använd metod innebär användning av en bollstav i diagonala positioner för att eliminera fel från andra geometriska avvikelser.

En övergripande utvärdering av en CMM-maskin kan också genomföras genom att använda referensartefakter som steg- eller blockmått i olika positioner och orienteringar i mätvolymen. Dessa mätningar kan användas för att skapa en modell av CMM:n och för att uppskatta maskinens noggrannhet utan att behöva mäta direkt varje geometrisk avvikelse.

En annan viktig aspekt vid genomförandet av mätningar är att noggrant välja mätpunkterna och definiera mätsekvenser. En korrekt vald mätstrategi kan avsevärt förbättra precisionen i mätresultaten. Om mätpunkterna ligger för nära varandra kan den geometriska formen som ska mätas bli osäker eller dåligt definierad. Detta gäller särskilt för att bestämma plan, cirklar eller andra komplexa former. Att använda fler mätpunkter ger ofta mer information om objektets verkliga geometri och förbättrar noggrannheten.

Sammanfattningsvis är mätstrategin för CMM-maskiner avgörande för att säkerställa att alla feltyper beaktas och att maskinen fungerar med hög noggrannhet. En effektiv mätstrategi inkluderar rätt val av mätutrustning, korrekt genomförande av mätningarna samt adekvat databehandling och presentation av resultat. För att uppnå de önskade noggrannhetskraven bör programvaran användas för att bearbeta mätdata och korrigera eventuella fel som kan uppstå under mätprocessen.

Hur strukturell design av produkter möjliggör anpassningsbara lösningar?
Intelligent Drift och Underhåll för Undervattensproduktionssystem
Hur man effektivt använder Yandex för att hitta specifik information på internet