Категорії

ЧОТИРИ ПОКОЛІННЯ ШТАНГЕНЦИРКУЛІВ

Понад 180 років штангенциркуль є найбільш поширеним професійним вимірювачем на
кожному виробництві.
Штангенциркулі відрізняють від рулеток та вимірювальних лінійок наявність відлікових
пристроїв, вимірювальних губок та рухомих рамок .
Штангенциркулі мають унікальний потенціал серед інших лінійних вимірювачів:
Колумбіки вимірюють одночасно чотири параметри (зовнішні та внутрішні розміри, глибину та
уступи);
Прецизійні штангенциркулі у діапазоні 0…150 мм одночасно заміщують 6 мікрометрів;
Подовжені штангенциркулі вимірюють розмірои до 10000 мм губками до 1000 мм
     
                                        Рис.1 Бронзовий пра-штангенциркуль епохи Хань [2]
                                                   
Пра-штангенциркулі використовували у Китаї 1100…3400 років тому, як різновиди вимірювальної
лінійки з рухомою рамкою та двома губками /1,2/, див.Рис.1.Пра-штангенциркулі не мали спеціальних відлікових пристроїв, тому їх похибка (з поперековими вимірювальними губками) перевищувала похибку звичайних вимірювальних лінійок.

                   Штангенциркулі класифікують за типами відлікових пристроїв Рис.2-5:

Рис.2 Штрихові ноніусні (зі шкалою Верн’є)             Рис.3 З вбудованою круговою                                                                                                                                                                                                      шкалою (індикаторні)
                                            
      

Рис.4 Цифрові електронні (з інкрементною або     Рис.5 Комп’ютерні (з вбудованими 
 фотоелектронною шкалою)                           мікро-комп’ютером  з кольоровим дисплеєм)

                                                
                                    


      Відомі моделі штангенциркулів , які не стали самостійним та масовим вимірювачем
за наявними конструктивними та метрологічними недоліками, серед яких найбільш цікаві
наступні штангенциркулі:

   Рис.6 З діагональною шкалою [4]                         Рис.7 З муаровою шкалою [5]
   Патент H.Packet 1,231,934 1917 г.                     Патент G.E.Giambiasi 1,415,627 1922 г.
                                       

     Рис.8 З микрометричною голівкою                 Рис.9 З індикатором на рухомій рамці [7] 
                на рухомій губці [6]                                                                        

     Патент S.H.Bellows 403,726 1889 г.                       Патент L.H.Dowe 2,447,612 1948 г..                                   
                                              


                                        Рис.10 Цифрові механічні штангенциркулі               
                                                          з кільцевими декадами [8]                                                 

                                                 Патент F.M.Gamroth 2,034,804 1936 г.                    
                                                             
                                   Рис.11 Подвійний індикаторний штангенциркуль [8]

                                                                     


                                           Чотири основні типи відлікових пристроїв
                                    (ноніусні, з круговою шкалою, цифрові електронні
                                     та комп’ютерні) відповідають чотирьом основним
                                        етапам еволюції штангенциркулів, при цьому
                                          ми визначили значущу кореляцію у часі з
                                             чотирма Промисловими революціями
                                             (від «Industry 1.0» до «Industry 4.0»).

                Рис.12 Кореляція поколінь штангенциркулей з Промисловими революціями

                                         
Першим типом відлікових пристроїв штангенциркулів став ноніусний відлік у штангенциркулях типу ШЦ, що співпало за часом з Першою промисловою революцією «Industry 1.0» (поява парових двигунів та механічного виробництва) у період 1760…1840 років /10/. Ноніусні штангенциркулі використовують принцип відліку Верн’є, який винайшли ще за два сторіччя до того.

                                          Рис.13 Перший ноніусний штангенциркуль

                                              

Перший ноніусний штангенциркуль з’явилися у Франції у 1837…1840 роках на королівському артилерийському заводі, при цьому перший штангенциркуль мав діапазон вимірювань 0…530 мм, ціну поділки 0,100 мм та похибку 0,250 мм /1/Рис 13 Похибка ноніусних штангенциркулів (типу ШЦ) на порядок менша за похибку вимірювальних лінійок та рулеток, але не може бути кращою за 0,030 мм [3].

                                               Рис.14 Ноніусний штангенциркуль
                                            Фото «Музею інструмента «МІКРОТЕХ»
                                       

Ноніусні штангенциркулі широко використовуються
вже понад 180 років та мають добрі перспективи
завдяки надійності та доступності. Рис.14.
Через 70 років з моменту появи ноніусних штангенциркулів
(типу ШЦ) з’явилися штангенциркулі з круговою шкалою
(типу ШЦК), що співпало за часом з Другою промисловою
революцією «Industry 2.0» (поява електрики та масовоого
виробництва з кінця 19 сторіччя до початку 20 сторіччя /10/).  

                                      Рис.15 Індикаторний штангенциркуль Mauser
                                     https://www.worthpoint.com/worthopedia/vintage

                                                               
Використання аналогових штангенциркулів (типів ШЦ та ШЦК) гальмується необхідністю покращеного освітлення, високої кваліфікації та абсолютного зору користувачів для забезпечення паспортних показників аналогових штангенциркулів.
Ці недоліки практично відсутні у штангенциркулях з цифровим електроним відліком
(типу ШЦЦ), поява яких співпала за часом з Третьою промисловою революцією «Industry 3.0»
(цифрова та комп’ютерна) у період з 1960 року по 2011 рік /10/.
Штангенциркулі з цифровим електронним відліком (типу ШЦЦ) розробили та
запатентували практично одночасно Ханс Ульріх Мейєр (перший президент швейцарського
«Sylvac», 1972 рік /11/) та Інгвар Андермо (відомий фахівець зі шведського Королівського
інституту /12/, який у подальшому досить дуже продуктивно працював у американському
відділенні японської фірми «Mitutoyo» [13]).
Перші серійні зразки цифрових електронних штангенциркулів (типу ШЦЦ) започаткувала у 1978 році швейцарська фірма «Tesa» /1/, див. Рис.16. Особливістю зазначених штангенциркулів були скляні шкали та фотоелектричні відлікові пристрої, які, після появи інкрементних шкал, перестали використовувати у штангенциркулях.

                                       Рис.16 Цифровий штангенциркуль TESA
                                        Фото «Музею инструмента «МІКРОТЕХ»

                                               
                 
                                       Цифрові штангенциркулі з сучасними інкрементними
                                      шкалами розробила та почала виробляти з 1980 року
                                       інноваційна швейцарська фірма «Sylvac» /1/ Рис.17

                                     Рис.17 Фото старого зразку ШЦЦ Sylvac

                                        

Найбільший у світі виробник вимірювачу, японська фірма «Mitutoyo», на початку 80-х
років придбала ліцензії та запозичила технології інших провідних розробників:
У 1981 році фірма «Mitutoyo» мала єдиний асортимент та єдиний каталог вимірювачу разом з
інноваційною швейцарською фірмою «Sylvac» /13/;
- У 1983 році фірма «Mitutoyo» придбала ліцензію на технологію виробництва інкрементних
шкал штангенциркулів від розробників шведського Королівського інституту /1/;
- У серпні 1984 року фірма «Mitutoyo» спромоглася самостійно виготовити та реалізувати
100 тисяч власних цифрових штангенциркулів /1/
Японські фахівці з «Mitutoyo» у 1983 році
запатентували дротовий зв’язок цифрових штангенциркулів
з зовнішнім ПК /15/, Рис.18.

                           Рис. 18   Штангенциркуль Mitutoyo з кабелем передачі даних

                                             

У 1987 році японські фахівці з «Man Design» запатентувували наставний передавач з цифрового штангенциркулю до зовнішнього ПК /16/ Протягом 37 років, з моменту появи у 1978 році цифрових штангенциркулів, їх конструкція та функціональні можливості практично не змінилися.
Поява штангенциркулів з відліково-комп’ютерними пристроями співпала за часом з Четвертою промисловою революцією «Industry 4.0» синтез цифрових, фізичних та біологічних технологій), яку започаткував на Ганноверському ярмарку у 2011 році Клаус Шваб [10]. Штангенциркулі трьох попередніх рівнів (ШЦ, ШЦК та ШЦЦ) мали багато відмінностей до системи «Industry 4.0»
на відміну від штангенциркулів з відліково-комп’ютерним пристроєм «Caliper 4.0».


                                     Рис.19 Патент US 10184772 Комп’ютерний
                                                     штангенциркуль [17]
                             


Штангенциркулі четвертого рівня «Caliper 4.0» для використання у системі «Industry 4.0» мають наступні функції:
- Двосторонній обмін інформацією «Caliper 4.0» з усіма
складовими системи «Industry 4.0» («Factory 4.0»,
«Machine 4.0», «Metrology 4.0», серверами, ПК та
смартфонами, з іншим вимірювачем 4.0);
-Адаптивний контроль стану штангенциркулю «Caliper 4.0» (компенсація температурногого
подовження-скорочення вимірюваної деталі, математична компенсація похибки у діапазоні вмірювань, самокалібрування та розрахунок невизначеностей, зберігання результатів
попереднього калібрування, дата наступного калібрування).
-Новітні штангенциркулі «Caliper 4.0» з відліково- комп’ютерними пристроями першими у світі у 2015 році запатентували фахівці «МІКРОТЕХ» (Україна) /17, 18/ та з 2016 року комп’ютерні штангенциркулі (моделі «Tablet» та «Intelligent») виробляються серійно в Україні та
експортуються до 45 країн світу.
                                         
                       Рис.20 Комп’ютерний штангенциркуль МИКРОТЕХ Tablet 4.0 [3]

                                      

ДЖЕРЕЛА

1.DIN 862 «Caliper»                                      
2.Catalog «MICROTECH-2020» 56En
3. Pat.US№1231934 «Caliper»
4. Pat.US№1415627 «Precision instrument»
5. Pat.US№403726 «Micrometer gage»
6. Pat.US№2447612 «Dial indicator base»
7. Pat.US№2034804 «Caliper rule»
8. Scwab К. « The fourth industrial revolution».-2019 р  
9. Pat.CH№8600/80 «Capacitive length» .-1980
10.Pat.SE№7714010 «Measuring device» .-1977
11.Pat.US№7661840 «Absolute position…» .-1991
12.Comprehensive catalog «Mitutoyo-Sylvac». №13-17.-1982
13.Pat.US№4612656 «Digital indicator type…»
14.Pat.US№4930095 «Data transmitting apparatus…»
15.Pat.US№10184772 «Computerized caliper»
16.Pat. UA№128692 «Caliper «Intelligent Caliper»