ابعاد معياريه وادوات قياسها

Gauges - Jauges

الأبعاد المعيارية وأدوات قياسها

 زهير مسالخي

التفاوتات والتسامحات المعيارية

أدوات القياس المتخصصة 

التحسينات التي طرأت على أجهزة القياس الحديثة

الأبعاد المعيارية standard dimensions هي أبعاد متفق عليها عالمياً لجميع المنتجات التي يستخدمها الإنسان بأنواعها وأشكالها كافة. فهناك أبعاد معيارية للأقمشة والورق والمفاتيح وإطارات المركبات والقطع الميكانيكية المختلفة من محاور ومسننات ومدارج وصنابير وأنابيب وبراغي وغيرها. وقد هدف الإنسان من وراء ذلك إلى تسهيل التعامل مع هذه المنتجات وتركيبها بعضها مع بعض مهما كان مصدرها، وأوجد كذلك التسامحات tolerances المناسبة لكل معيار بحسب حقل التطبيق والدقة المطلوبة من أجل حسن سير العمل والاستخدام.

وقد وضعت المنظمة العالمية للمقاييس أنظمة قياس عامة في مواصفتها ذات الرقم17،020 ISO تعتمد منظومة المتر العالمية؛ في حين تعتمد المنظمة البريطانية BS الإنش (البوصة) في مواصفاتها.

أهمية الأبعاد المعيارية

 تعود أهمية هذه الأبعاد إلى الضرورة التي يفرضها تنوع مصادر صناعة جميع المنتجات التي يحتاج إليها الإنسان، والتي تتداخل أو تتراكب بعضها مع بعض لتشكل منظومة أو آلة أو جهازاً لضمان التبادلية فيما بينها بغض النظر عن البلد الذي صُنِّعت فيه.

لهذا كان من المطلوب والضروري الاتفاق على نظام يحكم جميع ما ينتجه الإنسان من أجل سهولة استخدامه وتجميع قطعه الموردة من مصادر مختلفة لتشكل تركيبة معيّنة؛ إذ يمكن تركيب إطار مركبة معيّن من علامة تجارية ما على أي دولاب من علامة تجارية أخرى في حال تطابقت الأبعاد المعيارية للاثنين، ويمكن أيضاً تركيب صامولة أو عزقة  nut من إنتاج دولة ما على برغي bolt أو لولب screw من إنتاج دولة أخرى في حال استخدمت المعياريات نفسها في تصنيعها (معيارية القطر الاسمي، ومعيارية الأسنان).             

التفاوتات والتسامحات المعيارية

 قسَّمت المنظمة العالمية للمعايير International Standards Organization (ISO) مستوى الدقة في عمليات الإنتاج إلى عشرين مرتبة، تناسب كل منها طريقة إنتاج معيّنة أو تطبيقاً ما. وضعت في البداية المراتب من 1 إلى 18، ثم أضيفت إليها المرتبتان 00 و01 من أجل الدقة العالية.

خُصصت المراتب من 01 إلى 6 لمستوى الدقة المناسب لإنتاج أدوات القياس.

وخُصصت المراتب من 5 حتى 12 لمستوى الدقة المناسب للأعمال الهندسية المختلفة.

وخُصصت المراتب من 11 حتى 16 للمنتجات نصف المصنَّعة.

وخُصصت المراتب من 16 إلى 18 للإنشاءات.

وخُصصت المراتب من 11 حتى 18 للانحرافات الحدية للأبعاد غير المرفقة بتسامحاتها.

يتضمن الجدول (1) قيم الانحرافات المعيارية بواحدة الميكرون (1/1000 مم) من المرتبة 5 حتى المرتبة 12 تبعاً للقيمة الاسمية للبعد.

الأبعاد غير المعيارية

 هي الأبعاد التي يمكن أن تنحرف عن القيمة الاسمية بمقادير تختلف من منتِج أو مصنِّع إلى آخر، وتكون عادةً أبعاداً خارجية لآلات وتجهيزات لا تتعلق بوظيفتها مثل الأبعاد الخارجية لمحركات المركبات وأجهزة الهاتف والأجهزة المنزلية، وغيرها.

أدوات القياس العامة

تستخدم المسطرة والمتر لقياس الأطوال، والمنقلة لقياس الزوايا. وتدرج مقاييس الأطوال بالسنتيمترات والمليمترات، كما تدرج المنقلة بأنواعها بالدرجات، أي إن دقة قياس مقاييس الأطوال هي 1± ملّيمتر ودقة قياس المنقلة 1± درجة.

أدوات القياس المتخصصة

 ثمة أدوات قياس خاصة بالمهن التي تتطلب دقة قياس أصغر من الملّيمتر، مثل قطع المعادن والخراطة والتفريز وغيرها، وهي أدوات منوَّعة تختلف فيما بينها بحسب الدقة المطلوبة وطبيعة القياس، كأن يكون القياس داخلياً أو خارجياً أو قياس العمق أو قياس خطوة اللوالب أو غير ذلك. ومن ذلك مثلاً:

- المسطرة المنزلقة calier gauge: وهي أداة تستعمل لقياس الأبعاد الداخلية والأبعاد الخارجية إضافة إلى الأعماق بدقة 1/20 من الملّيمتر، تتناسب مع القيمة المراد قياسها (الشكل 1)، حيث من الممكن قياس الأبعاد الخارجية بين الفكين أ و ب والأبعاد الداخلية بين الفكين أ و د وقياس الأعماق بالجزء هـ .

الشكل (1) المسطرة المنزلقة.

- المكرومتر: هي أداة تقيس الأبعاد بدقة 1/1000 من الملّيمتر، حيث يقاس البعد بين الفكين (المغزل والمصد anvil and spindle) (الشكل 2)، وتؤخذ القراءة من التدريجات على الكم sleeve والأسطوانة الملولبة thimble، أما زر اللسين ratchet knob فيستخدم لكي يضغط المغزل على القطعة المراد قياسها عند تدويره، وهو مصمَّم بحيث يطبِّق ضغطاً محدداً عليها لتفادي تشوه القطعة أو فكي القياس بسبب الضغط المبالغ فيه.

أدوات القياس الأكثر تخصصاً

الشكل (3) ضبعات قياس للثقوب والمحاور	الشكل (2) الميكرومتر

تستخدم في الصناعة كثيرٌ من أدوات قياس خاصة من أجل تسهيل عملية القياس ومعرفة مدى تطابق المنتج مع المعايير المعتمدة، فهناك ضبعات قياس تستخدم في تقييم مدى مطابقة الثقوب والمحاور أو الأسنان مع المعايير (الشكل 3) حيث يجب أن يمر طرف من أداة قياس الثقب ضمن الثقب ويجب ألا يمر الطرف الآخر لكي تحقق المعيارية، وهناك أيضاً ضبعات لقياس خطوات المحاور الملولبة والبراغي. كذلك توجد صفائح عيارية خاصة لقياس الفراغات بين القطع الميكانيكية من أجل معايرة هذا الفراغ، يضاف إلى ذلك أدوات خاصة لقياس مدى مطابقة الأسنان المصنعة للمعيارية المطلوبة داخلية كانت أو خارجية.

المواد المستخدمة في صناعة أدوات القياس

 تُصنَّع أدوات القياس عادةً من الفولاذ غير القابل للصدأ، يضاف إليه في الأدوات عالية الجودة بعض المعادن التي تمنحها صلابة عالية مثل الفناديوم والتنغستين وغيرها.

وقد أصبحت معظم أدوات القياس منذ أكثر من ثلاثة عقود رقمية بفضل دارات صغيرة مزودة ببطارية صغيرة تجعل من القياس عملية سهلة وسريعة وذات وثوقية أعلى (الشكل 4).

الشكل (4) مسطرة منزلقة رقمية

تضاف إلى أدوات القياس آلة تعرف باسم «آلة القياس ثلاثية الأبعاد»، وهي آلة تستطيع قياس أبعاد أي جسم بدقة لا تتجاوز بضعة ميكرونات، وهي آلة أساسية في مراكز البحوث الهندسية وكثير من مصانع التجهيزات الميكانيكية (الشكل 5).

 معايرة أدوات القياس

 تحتاج أدوات القياس إلى المعايرة الدورية وبتواتر يتعلَّق بدقة الأداة وتواتر استخدامها، وتستخدم من أجل ذلك »لقم« معيارية خاصة صنِّعت لهذا الغرض وبدقة تفوق دقة قياس الأداة المستخدمة، تكون هذه القطع عادةً ضمن علب خشبية خاصة لحفظها من التلف والتشوه. تجري عملية المعايرة في جو نظيف وبدرجة حرارة عشرين درجة ± نصف درجة مئوية. يجري المسؤول عن هذه المعايرة عدداً من عمليات القياس يسجل خلالها مختلف النتائج، ويحسب منها الخطأ المطلق والنسبي والانحراف، وتعاد أداة القياس مع الجدول الناتج إلى مصدرها. يستخدم مستعمل الأداة الجدول المذكور من أجل تصحيح قيم الأبعاد المقاسة بوساطتها. (الشكل 6).

الشكل (7) مسطرة منزلقة قابلة للربط مع الحاسوب.	الشكل (6) لقم معايرة أدوات قياس الأبعاد.	الشكل (5) آلة القياس ثلاثية الأبعاد.

التحسينات التي طرأت على أجهزة القياس الحديثة

 أدخلت على بعض أدوات القياس المعروفة سابقاً تسهيلات مختلفة؛ هدفها توخي السرعة والدقة في تسجيل النتيجة وإجراء الحسابات عليها للحصول على معطيات إحصائية معيّنة، ومن ذلك مثلاً إدخال تقنيات المعلوماتية إلى معدات القياس لتسهيل استخدامها وزيادة سرعة عمليات القياس ودقتها، وصار من الممكن تسجيل النتائج وإجراء عمليات الإحصاء المناسبة عليها تلقائياً. يبين الشكل (7) مسطرة منزلقة رقمية جهزت بوصلة عامة متسلسلة universal serial bus (USB) لربطها مباشرة مع الحاسوب لتسجيل نتائج القياس ومعالجتها استناداً إلى البرنامج المناسب لها على الحاسوب.

ب	أ	الشكل (8) جهاز قياس شكل قابل للربط مع الحاسوب.
ب - جهاز ثابت لقياس نعومة السطح	الشكل (9)   أ- جهاز محمول لقياس نعومة السطح
الشكل (12) جهاز تصوير فراغي مزود بشاشة تعمل باللمس	الشكل (11) جهاز قياس مزود بكاميرات.	الشكل (10) جهاز لقياس جميع المحاور.
	الشكل (13) آلة قياس بصرية.

ويظهر الشكل (8) جهازاً لقياس أبعاد شكل ما بمعونة الحاسوب. وكذلك الأمر بالنسبة إلى الأجهزة الأخرى، مثل أجهزة قياس نعومة السطوح المحمولة والثابتة (الشكل 9).

ويظهر الشكل (10) جهازاً لقياس أنواع المحاور الأسطوانية ومحاور الحدبات والمحاور المسنّنة والمفرّغة بسرعة وكفاءة، ويستخدم في المنشآت الإنتاجية.

وقد أدخلت حديثاً أجهزة قياس تعتمد على التصوير الفراغي بمعونة أربع كاميرات . تمتاز هذه الأجهزة بسرعة تنفيذ القياس ودقته من دون المساس بالقطعة المقاسة ومن دون أي تأثير من قبل الإنسان (الشكل 11). تزود هذه الأجهزة عادةً بشاشة تعمل باللمس (الشكل 12)، وهي تناسب المنشآت الإنتاجية. وظهرت مؤخراً تجهيزات بصرية لقياس الأشكال عند إنتاج أدوات قطع تمتلك سطوح قطع معقدة (الشكل 13).