КАК МЕРИЛИ В СТАРИНУ
У Льва Николаевича Толстого есть небольшой рассказ «Много ли человеку земли нужно». Знаменитый писатель рассказывает о том, как в глухие башкирские степи приехал покупать землю богатый крестьянин Пахом. И вот какой разговор происходит между Пахомом и местным башкирским старшиной.
«— А цена какая будет? — говорит Пахом.
— Цена у нас одна, тысяча рублей за день.
Не понял Пахом.
— Какая же это мера — день! Сколько в ней десятин будет?
— Мы этого, — говорит, — не умеем считать. А мы за день продаем — сколько обойдешь в день, то и твое, а цена дню тысяча рублей».
Такая странная продажа земли может показаться нам вымыслом. Однако было время, когда подобные меры применялись на практике.
В древних русских летописях сохранилось немало записей о таких странных для нас мерах.
В летописи XII века «Хождение игумена Даниила в святую землю» описывается, например, как черниговский игумен Даниил, путешествуя по Палестине, старался точно указать размеры расстояний, которые он проходил.
Как же он измерял эти расстояния? Измерял он их в большинстве случаев «перестрелом». А «перестрел» — это расстояние, которое пролетает выпущенная из лука стрела.
Определяя, например, высоту горы Фавор, Даниил пишет, что от подножья до вершины у нее будет восемь «перестрелов». В другом случае, говоря о расстоянии между двумя пунктами, Даниил замечает, что от одного места до другого человек может добросить камень. Подобные записи мы находим и во многих более поздних летописях, где расстояние также измеряется «перестрелами», «вержением камня», «днями пути» и т.д.
В суконных рядах на старых русских базарах купцы отмеряли покупателям локтем сукно, парчу, бархат
Были и другие орудия измерения, которыми пользовались наши предки. К их числу относятся руки, ноги, даже самое тело человека. Воспоминание об этих временах долго сохранялось в названиях мер длины.
КАК МЕРИЛИ В НЕДАВНИЕ ВРЕМЕНА
Железные государственные меры сыграли большую роль для упорядочения торговли, но они не могли удовлетворить развивающуюся промышленность, особенно с тех пор, как появились машины. Правда, первые машины были еще очень несовершенны и работали плохо, но это во многом зависело как раз от того, что не было точных мер измерения и целый ряд деталей невозможно было точно изготовить.В конце XVIII века талантливый английский механик Уатт, применив ряд нововведений, усовершенствовал и сделал более работоспособной паровую машину. Однако и она страдала основным пороком большинства машин того времени — неточностью изготовления деталей.
Как же контролировали точность изготовления деталей во времена Уатта? Если в зазоры между поршнем и цилиндром нельзя было просунуть палец, детали считались пригнанными друг к другу.
Но сквозь зазоры вырывался пар, а это сильно понижало мощность машины. Чтобы она работала лучше, нужно было точнее изготовлять все ее детали, а для этого нужно было прежде всего, точнее их измерять.
И вот началась борьба за точность — точность измерения и точность изготовления. Одно было связано с другим. Нельзя точно изготовить деталь, если не умеешь ее правильно и точно измерить.
И чем большие успехи делала техника, чем более сложные машины она создавала, тем большие требования предъявлялись к приборам измерения.
В начале XIX века миллиметр казался пределом точности. Но станки, паровые машины, сложные машины для текстильной промышленности все совершенствовались. Безукоризненная работа машины требовала все более точной подгонки ее частей. И измерять их приходилось уже с точностью в десятые доли миллиметра.
Во второй половине XIX века благодаря целому ряду технических изобретений промышленность быстро двинулась вперед. В новых условиях старые меры и измерения, старые точности оказались недостаточными. Массовое производство винтовок, револьверов, пишущих машинок и т. д. требовало взаимозаменяемости деталей. Любая деталь должна была подходить к машине, вставляться в нее и занимать свое место без всякой подгонки. Самая малая неточность была недопустимой.
Вот последствия несоблюдения этого требования: во время первой мировой войны однажды обнаружилось, что партия снарядов, доставленная на фронт, не входит в каналы стволов орудий. Разница в диаметрах была ничтожной, а снаряды не годились. Начали искать причину, и оказалось, что всему виной разнобой в мерах длины. На одних заводах мерительный инструмент сравнивался с государственным эталоном — платиновой полусаженной линейкой, а на других — со стандартным дюймом военного ведомства.
Чтобы таких случаев не было, нужно было изготовлять детали, а следовательно, и измерять их с высокой точностью — в сотые доли миллиметра.
КАК МЕРЯЮТ СЕГОДНЯ
В начале XX века началось массовое производство автомобилей, затем были созданы самолеты. Автомобильный, и особенно авиационный, мотор требует высочайшей точности изготовления. Теперь зазоры между поршневым кольцом и цилиндром не идут ни в какое сравнение с «нормами» времен Уатта. Зазоры эти должны быть меньше десяти микронов, а микрон — это тысячная доля миллиметра.Трудно даже представить себе, что это за крохотный размер — тысячная додя миллиметра! По нашим обыденным понятиям, толщина волоса — уже крошечный размер. Но ведь средний волос имеет толщину в одну десятую миллиметра. На такой толщине уместятся сто микронов! И все же современному производству необходима именно такая точность!
Масса деталей мотора — кольца, цилиндры, клапаны, подшипники — требуют точности в микроны. А есть и такие виды подшипников, где требуется точность в десятые доли микрона.
На первый взгляд кажется невозможным измерять с такой точностью. Однако это можно сделать с помощью прибора и притом такого, который служит человеку уже больше четырех тысяч лет. И каждый из нас прекрасно знаком с ним. Этот прибор называется рычагом.
Простейший рычаг — древний предок современного миниметра
Конечно, тот тип рычага, который служит для точного измерения, — необычный рычаг. Он требует несравненно более точного изготовления, чем рычаги, которыми четыре тысячи лет назад ворочали глыбы камня строители египетских пирамид. Но принцип действия остался прежним.
Как работает рычаг? Представьте себе палку, которая опирается в какой-либо точке на опору. Поместив опору посредине палки и опуская один ее конец, вы на ту же высоту поднимете другой. Если же опора ближе к одному из концов палки, то одно плечо рычага получится короче, а другое длиннее. Если, например, одно плечо короче другого в два раза, то опуская конец короткого плеча на один миллиметр, мы заставляем конец длинного плеча подняться на два миллиметра.
Миниметр — специальный прибор для точного измерения — как раз и является таким рычагом, только у него короткое плечо в тысячу раз меньше длинного! Длинное плечо имеет сто миллиметров, а короткое— всего одну десятую миллиметра. На конце длинного плеча укреплена стрелка, которая скользит вдоль шкалы. Ясно, что если стрелка переместилась на миллиметр, то конец короткого плеча сдвинулся на микрон.
Миниметр должен быть сделан с предельной точностью. Обращаться с ним нужно исключительно бережно. Кроме того, подвести деталь под шток, установить измерительный наконечник на детали, внимательно и без ошибок прочесть показание стрелки — все это требует изрядного времени. В массовом же производстве каждая секунда дорога. Поэтому миниметр служит большей частью только для особой проверки. А на руки рабочему или контролеру чаще всего выдается калибр.
Для контроля отверстия применяются два калибра-пробки. Если первая пробка проходит в отверстие, а вторая, несколько большего размера, не проходит — значит, диаметр отверстия соблюден правильно.
При работе с калибрами следует помнить, что они с течением времени стираются, и поэтому их нужно часто проверять (с помощью миниметров).
Калибры — простые инструменты, которые имеют широкое применение на многих фабриках и заводах. Но в последние годы задачи контроля так усложнились, что обойтись одними калибрами стало уже невозможно.
Сейчас в цеху часто требуется прибор, который может не только измерять, но и сортировать детали по их размерам, или диапазонам, как принято говорить на производстве. Зачем это нужно?
Возьмем для примера ролик и кольцо, прилегающие друг к другу в роликоподшипнике. Чтобы ролик хорошо катился по кольцу, его диаметр должен чрезвычайно точно соответствовать диаметру кольца — с точностью в несколько микронов.
А между тем шлифовальный станок, на котором обрабатывают ролик, не обеспечивает такой точности. Часто он выпускает ролики вполне хорошего качества, однако, уклоняющиеся от требуемого размера на десятки микронов.
Браковать ли их? Это совершенно не нужно. Необходимо только рассортировать и ролики и кольца по величине диаметров и затем использовать для каждого роликоподшипника детали одного сорта. Эти детали будут теперь соответствовать друг другу с требуемой точностью.
Однако, чтобы рассортировать детали по диаметру, скажем, на десять диапазонов (то есть десять сортов), нужно иметь не менее одиннадцати калибров. Самый процесс сортировки с помощью такого количества калибров — дело длительное. Миниметр тоже не удовлетворяет требованиям массового производства. Современный завод с его передовой техникой построен по системе поточного выпуска продукции. Разнообразные станки-автоматы выпускают огромное количество всевозможных деталей. Контролировать все эти детали нужно не только с исключительной точностью, но и с такой же быстротой.
Для того, чтобы не отстать от станков - автоматов, потребовалось бы огромная армия контролеров. Она превысила бы число производственных рабочих, потребовала бы огромных помещений, колоссального количества измерительных приборов. Конечно, такой путь оказался неприемлемым. Необходимо было автоматизировать контроль. Нужно было заменить контролера-человека контролером-автоматом, который, измеряя точнее, дал бы и во много раз большую производительность.
Изобретательская мысль стала работать в этом направлении. И после ряда исканий были сконструированы новые измерительные аппараты — электрические.
Как же можно с помощью электричества измерять длину.
Известен электрический измерительный прибор — вольтметр. Но он измеряет чисто электрическую величину — напряжение электрического тока. Другой распространенный прибор, амперметр, измеряет силу тока — тоже чисто электрическую величину. Конечно, ни один из этих приборов не может непосредственно измерить величину детали. Тем не менее задача может быть решена электрическим способом. Для этого нужно, чтобы сила тока в какой-нибудь электрической цепи зависела от размера детали. Тогда, измеряя силу тока амперметром, можно по его показаниям определить и размер детали.
Фотоэлектрический измеритель размера
Как же заставить силу тока в цепи меняться в зависимости от размера детали? Этого достигают различными способами. Применяют, например, особый аппарат — фотоэлемент. Если осветить фотоэлемент, то в цепи, в которую он включен, пойдет ток. Чем больше световой поток, попадающий на фотоэлемент, тем больше будет и ток. К измерительному штоку электрического контролера прикрепляют алюминиевый флажок, который частично прикрывает щель, пропускающую луч света на фотоэлемент. Чем больше размер детали, тем большая часть щели открыта флажком, тем сильнее, следовательно, световой поток, падающий через щель на фотоэлемент. Если включить в цепь фотоэлемента прибор, измеряющий силу тока, то его показания будут соответствовать размеру детали.
Браковка детали при помощи электроконтактного устройства
Такие аппараты называются фотоэлектрическими. Есть и другие типы электрических аппаратов для измерения длины — индуктивные, емкостные и т. д. Широкое применение получили также электроконтактные измерители, или, как их называют, электрические калибры.
Почти все точные автоматы для контроля размеров делаются теперь с электрическими измерителями. Электрический контролер дает возможность измерять размер и очень точно и очень быстро.
Современный контрольный автомат — это сложная и интересная машина. Детали сплошным потоком поступают в горло автомата из верхнего бункера. Как только деталь входит на измерительную станцию, на нее автоматически опускаются измерительные наконечники. Они, словно руки, ощупывают всю деталь. Необычайно точно и тщательно они контролируют и диаметр и длину детали, проверяют не овальна ли она, нет ли в ней конусности.
Поразительна «ловкость», с которой работают электрические устройства. В течение мгновенья они определяют все размеры детали. Отдают нужные приказы электромагнитам, и те послушно опускают детали в нижний бункер, состоящий из ряда нумерованных ящиков. Если деталь забракована, она попадает в специальный ящик брака. Годная деталь направляется в тот ящик, который соответствует данному сорту.
Быстрота, с которой производится измерение электрическими приборами, огромна. Сейчас уже не редкость автоматы, контролирующие в час 3—4 тысячи деталей! Конечно, за ними не угонится самый быстрый и аккуратный контролер!
Поразительна и точность, с которой работают электрические устройства. Самые точные измерения были достигнуты на аппаратах емкостного типа.
Растёт на глазах
Американский исследователь Даулинг измерял размеры с точностью одной миллионной доли сантиметра, т. е. тысячной доли микрона. Это толщина слоя сотни атомов. И все же электрические средства позволяют измерять даже такие ничтожные величины. Даулинг с помощью своей установки наблюдал рост растений. Растение буквально росло на глазах. За минуту роста растения стрелка измерительного прибора пробегала всю шкалу.
Но не только контролером работает сейчас в цеху электроизмеритель. Роль его гораздо шире и важнее.
Этот измерительный прибор приходит на помощь станку, он помогает ему выпускать детали самой совершенной точности и почти без брака.
Для этого электрический измерительный аппарат перенесли непосредственно на станок. Он измеряет теперь деталь не после, а во время ее обработки. Непрерывно замеряя деталь, электроконтролер терпеливо ждет, пока размер не достигнет нужной величины, а как только это случится, автоматически выключает механизм станка. Станок остановился — деталь готова!
В настоящее время уже тысячи станков-автоматов оборудованы такими контролерами.
Автомат-контролер, измеряя размер детали во время обработки, может регулировать и быстроту хода станка.
Иногда применяется такой способ: когда обработка детали приближается к концу, электроконтролер начинает постепенно уменьшать подачу станка и наконец полностью выключает его, если размер достиг нужной величины. Обработанная таким образом деталь бывает сделана с предельной точностью.
Шлифовальный автомат. При обработке детали шлифовальным кругом внутренний диаметр ее непрерывно измеряется с помощью рычага, передающего величину размера на миниметр. Пружина прижимает рычаг к обрабатываемой детали. Когда диаметр детали дойдет до требуемой величины, рычаг поднимается до такого положения, при котором замкнется электрический контакт и станок автоматически выключается.
В ближайшие годы на наших фабриках и заводах заработают новые тысячи совершенных станков. Они выпустят миллионы деталей высокой точности, прошедших через искусные механические «руки» электрических контролеров.
Борьба за точность — одна из важнейших и труднейших задач в промышленности. Каждый успех в этой борьбе обеспечивает подъём техники на новый, более высокий уровень.
Неустанная борьба за точность приведет нас к новым успехам, к новому техническому подъёму.
А. ПОЛЕВОЙ, Рисунки К. АРЦЕУЛОВА
Кандидат технических наук.
"Знание - сила" 1946 №2
