Dobór średnicy kulki pomiarowej.

Jedno z zagadnień, które spędza z oczu sen metrologom – jak prawidłowo dobrać średnicę kulki pomiarowej do realizacji konkretnych zadań pomiarowych przy użyciu współrzędnościowej maszyny pomiarowej? Od czego zależy i jaki ma wpływ na wynik? Co z niepewnością pomiaru?  

Generalnie – nie ma jednej, konkretnej normy, gdzie takie zasady są spisane i łatwo dostępne. Tutaj, należy kierować się doświadczeniem i konkretną wiedzą. Czasami można posiłkować się eksperymentem, porównywać wyniki pomiarów, badać powtarzalności i odtwarzalność pomiarów przy użyciu różnych wielkości kulek pomiarowych i wyciągać wnioski. Nie jest to zadanie łatwe i przyjemne, natomiast na pewno pouczające.

Niemniej jednak są dwie główne  zasady, które w tym wpisie postaramy się pokazać tak, aby ułatwić czy też przybliżyć zasady doboru średnic kulek w pomiarach współrzędnościowych.

Po pierwsze – niepewność pomiaru. Źródeł niepewności jest oczywiście niemało, jednak w niektórych przypadkach rozmiar kulki może istotnie wpływać na ten parametr. Dlaczego? Ponieważ każda wyprodukowana powierzchnia cechuje się odpowiednią „jakością” w sensie chropowatości, falistości oraz błędów kształtu. Oczywiście zadaniem współrzędnościowej techniki pomiarowej jest pomiar geometrii i wymiarów detali, więc w przypadku powierzchni interesującym parametrem jest np. kształt i odchyłki kształtu (w postaci płaskości czy np. okrągłości). Otóż, w przypadku doboru kulki o dużym promieniu istnieje możliwość „wycięcia” błędów kształtu poniżej pewnej wartości (a więc mechanicznie kulka nie czyta nieregularności poniżej pewnego rozmiaru, ponieważ fizycznie ich nie widzi). Kulka jest wiec niejako filtrem mechanicznym, który podaje sygnał od pewnej wartości. Tak wiec dobór zbyt dużej kulki może skutkować zaniżeniem wartości błędu kształtu (zresztą nie tylko kształtu). Z drugiej strony – dobór zbyt malej kuli może skutkować odczytaniem np. profilu falistości powierzchni jako błędu kształtu, co też jest oczywiście zjawiskiem niepożądanym.

Po drugie – sztywność układu. Generalnie im bardziej układ pomiarowy (kulka, trzpień, sonda, głowica) sztywniejszy tym lepiej. Uzyskuje się to minimalizując liczbę połączeń pomiędzy tymi elementami. Tam gdzie nie musimy – nie stosujemy tzw. przedłużek, staramy się, aby prześwit pomiędzy kulką a trzpieniem był jak największy. Staramy się używać jak najkrótszych trzpieni.

Podsumowując te postulaty – kulka powinna być dobrana największa możliwa do odpowiedniego zadania pomiarowego. Wtedy trzpień, na którym jest osadzona jest po prostu bardziej sztywny, ponieważ może mieć większą średnicę – postulat prześwitu również będzie zachowany.

Czy istnieje zatem uniwersalny sposób doboru kulki? Czy mierząc średnicę np. Ø45 z wymaganiem okrągłości 0,10mm, jest gdzieś wprost napisane, jaką średnice kulki należy użyć? Niestety nie do końca, tutaj należy kierować się powyższymi zasadami, podpartymi po prostu doświadczeniem.