Категории




ЧЕТЫРЕ ПОКОЛЕНИЯ ШТАНГЕНЦИРКУЛЯ

 Свыше 180 лет штангенциркули являются самым распространенным профессиональным измерительным инструментом на каждом производстве. Штангенциркули отличает от рулеток и измерительных линеек наличие отсчетных устройств, измерительных губок и подвижных рамок. Штангенциркули имеют уникальный потенциал среди другого линейного измерителя: -«Колумбики» измеряют четыре параметра детали (наружные и внутренние размеры, глубину и уступы); -Прецизионные штангенциркули в диапазоне 0.....150 мм одновременно заменяют 6 микрометров; -Удлиненные штангенциркули измеряют размеры до 10000 мм губками до 1000 мм
     
                                     Рис.1 Бронзовый пра-штангенциркуль эпохи Хань [2]
                                                   
Пра- штангенциркули применяли в Китае 1100…3400 лет назад, как разновидность измерительной линейки с подвижной рамкой и двумя губками [1,2], Рис.1. Пра-штангенциркули не имели специальных отсчетных устройств, из-за чего их погрешность (с поперечными измерительными губками) превышала погрешность обычных измерительных линеек.

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

Рис.2 Штриховые нониусные (со шкалой Вернье)        Рис.3 С круговой шкалой                                                                                                                                                                                                          (индикаторные)
                                            
      

Рис.4 Цифровые электронные (с инкриментной   Рис.5 Компьютерный (со встроенным 
  или фотоэлектронной шкалой)                             микро-компьютером)

                                                
                                    


      Известны модели штангенциркулей, которые не стали самостоятельными распространенными типами ввиду конструктивных и метрологических недостатков, среди которых наиболее интересны следующие штангенциркули, Рис.6-11:

   Рис.6 С диагональной шкалой [4]                         Рис.7 С муаровой шкалой [5]
   Патент H.Packet 1,231,934 1917 г.                     Патент G.E.Giambiasi 1,415,627 1922 г.
                                       

     Рис.8 С микрометрической головкой      Рис.9 С индикатором на подвижной рамке [7] 
                на подвижной губке [6]                                                                        

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


                                        Рис.10 Цифровые механические штангенциркули               
                                                          с кольцевыми декадами [8]                                                 

                                                 Патент F.M.Gamroth 2,034,804 1936 г.                    
                                                             
                                   Рис.11 Двойной индикаторный штангенциркуль ШЦК [8]

                                                                     


                   Четыре основных типа отсчетных устройств (нониусные, круговые, цифровые электронные, компьютерные) соответствуют четырем основным поколениям 180-летней эволюции штангенциркулей, при этом мы установили высоко значимую корреляцию во времени с четырьмя Промышленными революциями (от «Industry 1.0» до «Industry 4.0»), Рис.12.

              Рис.12 Корреляция поколений штангенциркулей с Промышленными  революциями

                                         
Первым типом отсчетных устройств штангенциркулей стал нониусный отсчет в штангенциркулях типа ШЦ, что соответствует по времени Первой промышленной революции «Industry 1.0» (появление паровых двигателей и механического производства) в период 1760..1840 годов [10]. Нониусные штангенциркули используют принцип отсчета Вернье, который был разработан французским ученым Пьером Вернье (1580-1637)

                                          Рис.13 Первый нониусный штангенциркуль

                                              

Первый нониусный штангенциркуль появился во Франции в 1837…1840 годах на королевском артиллеристском заводе, при этом первый штангенциркуль имел диапазон измерений 0…530 мм, цену деления 0,100 мм и погрешность 0,250 мм [1], Рис.13. Погрешность нониусных штангенциркулей (типа ШЦ) на порядок меньше погрешностей измерительных рулеток и линеек, однако не может быть лучше 0,030 мм [3].

                                 Рис.14 Нониусный штангенциркуль Фото «Музея инструмента «МИКРОТЕХ»
                                       

Нониусные штангенциркули широко применяют уже свыше 180 лет и имеют хорошие перспективы благодаря надежности и доступности. Рис.14. Через 70 лет после появления нонусных штангенциркулей (типа ШЦ) появились штангенциркули с круговой шкалой (типа ШЦК), Рис.15, это совпало по времени со Второй промышленной революцией «Industry 2.0» (появление электричества и серийного производства с конца 19 века до начала 20 века [10]).

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

                                                               
 Применение аналоговых штангенциркулей (типа ШЦ и ШЦК) тормозится необходимостью высокой освещенности, высокой квалификации и абсолютного зрения пользователей для обеспечения паспортных показателей аналоговых штангенциркулей. Указанные недостатки практически отсутствуют у штангенциркулей с цифровым электронным отсчетом (типа ШЦЦ), появление которых совпало по времени с Третьей промышленной революцией «Industry 3.0» (цифровая и компьютерная) в период с 1960 года по 2011 год [10]. Цифровые электронные штангенциркули используют интегральные микросхемы, которые появились за два десятилетия ранее. Штангенциркули с цифровым электронным отсчетом (типа ШЦЦ) разработали и запатентовали практически одновременно Ханс Ульрих Майер (первый президент швейцарского «Sylvac» в 1972 году [11]) и Ингвар Андермо (известный специалист шведского Королевского института [12], который в дальнейшем достаточно продуктивно работал в американском подразделении японской фирмы «Mitutoyo» [13]). Первые серийные образцы цифровых электронных штангенциркулей (типа ШЦЦ) выпустила швейцарская фирма «Tesa» [1], Рис.16. Особенностью указанных штангенциркулей были стеклянные шкалы и фотоэлектрические отсчетные устройства, которые, после появления инкрементных шкал, перестали применяться в штангенциркулях.

                                       Рис.16 Цифровой штангенциркуль TESA Фото «Музея инструмента «МИКРОТЕХ»

                                               
                 
                            Цифровые электронные штангенциркули с современными инкрементными шкалами разработала и начала выпускать с 1980 года швейцарская фирма «Sylvac» [1], Рис.17

                                     Рис.17  Фото старого образца ШЦЦ Sylvac

                                        

Наибольшая в мире мерителя японская фирма «Mitutoyo» в начале 80-х годов приобрела лицензии и успешно использовала технологии других разработчиков [1]: - В 1981 «Mitutoyo» году имела общий ассортимент и единый каталог вместе с инновационной швейцарской фирмой «Sylvac» [13]; - В 1983 году «Mitutoyo» приобрела лицензию и технологию производства инкрементных шкал штангенциркулей у шведского Королевского института [1]; - В августе 1984 года «Mitutoyo» смогла самостоятельно изготовить и реализовать 100 тысяч собственных цифровых штангенциркулей [1]. Японские специалисты фирмы «Mitutoyo» в 1983 году запатентовали проводную связь цифровых штангенциркулей с внешними ПК [15], см.Рис.18.

                           Рис. 18  Штангенциркуль Mitutoyo с кабелем передачи данных

                                             

У В 1987 году другая японская фирма «Man Design» запатентовала приставной передатчик для цифрового электронного штангенциркуля [16]. В течение 37 лет конструкция и функциональные возможности электронных штангенциркулей практически не изменились. Появление в 2015 году штангенциркулей с отчетно-компьютерными устройствами совпало по времени с Четвертой промышленной революцией «Industry 4.0» (синтез цифровых, физических и биологических технологий), которую обьявил в 2011 году на Ганноверской ярмарке Клаус Шваб [10]. Штангенциркули трех предыдущих поколений (ШЦ, ШЦК, ШЦЦ) не отвечают требованиям системы «Industry 4.0», в отличие от штангенциркулей с отчетно-компьютерными устройствами «Caliper 4.0».


                      Рис.19  Патент US 10184772 Компьютерный штангенциркуль [17]
                             


Штангенциркули «Caliper 4.0» для применения в системе «Industry 4.0» имеют следующие функции: - Двухсторонний обмен информацией штангенциркулей «Caliper 4.0» со всеми составными системы «Industry 4.0» («Factory 4.0», «Machine 4.0», «Metrology 4.0», серверами, ПК и смартфонами, с другим мерителем 4.0); - Работа штангенциркулей «Caliper 4.0» в автоматическом режиме (математическая обработка результатов измерений, протоколирование и архивация, текущая и отстроченная связь с внешними составными системы «Industry 4.0»); -Адаптивный контроль состояния штангенциркуля «Caliper 4.0» (компенсация температурного расширения измеряемой детали, математическая компенсация погрешности в диапазоне измерений, самокалибровка и расчет непоседеленности, сохранение результатов предыдущей калибровки, дата последующей калибровки).
Инновационные штангенциркули «Caliper 4.0» с отчетно-компьютерными устройствами первыми в мире запатентовали специалисты «МИКРОТЕХ» [17,18]. C 2016 года компьютерные штангенциркули (модели «Tablet» и «Intelligent») выпускаются серийно
                                         
                       Рис.20 Компьютерный 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»