รวมพื้นฐานของเครื่องมือวัดละเอียดที่ใช้ในงานเครื่องมือกล โดยเฉพาะเรื่องของเวอร์เนียร์คาลิเปอร์และไมโครมิเตอร์ ที่จำเป็นต้องใช้ในงานช่างอุตสาหกรรมทุกสาขา
ให้เนื้อหาที่สำคัญเกี่ยวกับ "การวัดละเอียด" เป็นการรวมความรู้พื้นฐานของเครื่องมือวัดละเอียดที่ใช้ในงานเครื่องมือกล โดยเฉพาะเรื่องของเวอร์เนียร์คาลิเปอร์ และไมโครมิเตอร์ที่จำเป็นต้องใช้ในงานช่างอุตสาหกรรมทุกสาขา อธิบายหลักการใช้ วิธีการอ่านค่าโดยละเอียด ผู้อ่านสามารถศึกษาได้ด้วยตนเอง เหมาะสำหรับนักศึกษาระดับ ปวช. และ ปวส. สาขาช่างอุตสาหกรรมทุกสาขา ผู้ที่สนใจทั่วไป และผู้เตรียมสอบเข้าทำงานในโรงงานอุตสาหกรรม
บทที่ 1 ความรู้เบื้องต้นเกี่ยวกับการวัดละเอียด
บทที่ 2 เครื่องมือวัดที่มีขีดมาตรา
บทที่ 3 เครื่องมือวัดแบบถ่ายขนาด
บทที่ 4 เครื่องมือวัดแบบเลื่อนได้ที่มีขีดมาตรา
บทที่ 5 เครื่องมือวัดมุม
บทที่ 6 เครื่องมือวัดและตรวจสอบความหยาบผิว
บทที่ 7 เครื่องมือวัดและตรวจสอบแบบค่าคงที่
บทที่ 8 เครื่องมือวัดตรววจสอบเกลียว
บทที่ 9 เครื่องมือวัดขนาดด้วยการเปรียบเทียบ
- มีเนื้อหาครบถ้วนตามหลักสูตรของสำนักงานคณะกรรมการการอาชีวศึกษา กระทรวงศึกษาธิการ พุทธศักราช 2556
ในกระบวนการเรียน การสอน และการศึกษาค้นคว้าเพิ่มเติมจากแหล่งความรู้ต่างๆ ประกอบกับประสบการณ์ที่สะสมมาเป็นเวลานาน จึงได้นำความรู้เหล่านั้นมารวบรวมเรียบเรียงเป็นหนังสือ เพื่อให้สอดคล้องกับจุดประสงค์ของหลักสูตร ทำให้เกิดประโยชน์แก่ผู้สอน และเป็นประโยชน์อย่างยิ่งต่อผู้เรียน เพื่อใช้ประกอบการเรียนการสอน นับว่าเป็นประโยชน์ต่อการศึกษาเป็นอย่างยิ่งนายอุดม ไชยเดชาธร- ผู้อำนวยการวิทยาลัยเทคนิคนครราชสีมา
1 เมตร
= 1/10,000,000 ส่วนของเส้นเมอริเดียน
1 เมตร = 1/299792458 วินาที
แท่งเมตรมาตรฐานนี้ เก็บรักษาอยู่ที่เมือง SEVERS ชานกรุงปารีส ประเทศฝรั่งเศส เนื่องจากการถ่ายทอดขนาดจากแท่งเมตรมาตรฐานไปยังมาตรฐานที่สองทำได้ยากและลำบากมากซึ่งในการวัดขนาดจะต้องการควบคุมอุณหภูมิ, ความชื้นสัมพันธ์, ความกดดันบรรยากาศ ให้มีค่าคงที่ตลอดเวลา ต่อมาในปี ค.ศ. 1960 มีการกำหนดให้ 1 เมตร เป็นความยาวคลื่นแสง (Wave Length of Light)
ต่อมาในปี ค.ศ. 1983 จึงได้กำหนดความยาว 1 เมตรในเทอมของความเร็วแสง โดยกำหนดว่า ความยาว 1 เมตร เท่ากับระยะทางในการเคลื่อนที่ของแสงในสภาวะสูญญากาศในระยะเวลา 1/299,792,458 วินาที
1.4.2 มาตรฐานความยาวระบบอังกฤษ (The English System)
ในศตวรรษที่ 12 พระเจ้า Henry I. แห่งอังกฤษ กำหนด 1 หลาเท่ากับระยะห่าง ระหว่างปลายจมูกถึงหลายนิ้วหัวแม่มือของพระองค์เมื่อทรงเหยียดแขนออกตรงไปทางด้านข้าง
ภาพที่ 1-7 ความยาว 1 หลามาตรฐาน
ในศตวรรษที่ 13 พระเจ้า Edward I. แห่งอังกฤษ ได้นำเอา 1 หลา ของพระเจ้า Henry I. (The Imperial standard yard) มาทำเป็นแท่งมาตรฐาน 1 หลา โดยทำเป็นแท่งเหล็กรูปหน้าตัดสี่เหลี่ยมจัตุรัสปลายด้านหนึ่งแหลม เรียกแท่งมาตรฐานนี้ว่า “IRON ULNA” และในปี ค.ศ. 1845 อังกฤษได้สร้างแท่งความยาวมาตรฐาน 1 หลาด้วยโลหะบรอนซ์ซึ่งมีส่วนผสมของ Cu 82%, Tin 13% และ Zinc 5% เรียกว่า “Bailwy’s Metal” เป็นลักษณะแท่งตันรูปหน้าตัดสี่เหลี่ยมจัตุรัสขนาด 1 นิ้ว ยาวทั้งหมด 38 นิ้ว ช่วงระยะ 1 หลามาตรฐาน (36 นิ้ว) ทำ Counter bore เป็นรูเส้นผ่าศูนย์กลาง 1/2 นิ้ว ลึก 1/2 นิ้ว แล้วใช้แท่งทองคำขนาด 1/10 นิ้วฝังไว้ก้นรูที่ Counter bore ตรงผิวหน้าของแท่งทองคำจะมีเส้น Lay – out ไว้เพื่อบอกระยะ 1 หลามาตรฐาน การวัดหรือการถ่ายขนาดจะต้องกระทำที่อุณหภูมิ 62 oF แท่งมาตรฐานนี้เก็บไว้ที่ Board of Trade ประเทศอังกฤษ
เมื่อ ค.ศ. 1324 พระเจ้า EDWARD II แห่งอังกฤษ ได้กำหนดความยาว 1 นิ้วโดยใช้ข้าวบาเลย์ที่มีลักษณะเมล็ดกลมและแห้ง 3 เมล็ด มาวางเรียงต่อกัน แล้ววัดความยาวทั้งหมด ซึ่งค่าความยาวที่วัดได้ถือเป็นมาตรฐานความยาว เท่ากับ 1 นิ้ว
ภาพที่ 1-8 ขนาดความยาว 1 ฟุต (Rod)
ในศตวรรษที่ 16 อังกฤษได้กำหนดความยาวมาตรฐาน 1 ฟุตโดยให้ผู้ชาย 16 คนยืนเข้าแถวตอนเรียงหนึ่ง และวัดความยาวจากปลายเท้าข้างซ้ายของคนที่ 1 ไปถึงส้นเท้าซ้ายของคนที่ 16 เอาความยาวทั้งหมดหารด้วย 16 จะได้ความยาวเท่ากับ 1 ฟุต
ความยาว 1 ศอกถูกกำหนดในสมัยอียิปต์ ความยาว 9 นิ้ว หรือ ½ ศอก Cubit
(Royal Egyptians cubit)
ความยาวประมาณ 3 นิ้ว หรือ Digit หรือประมาณ 1/24 ศอก Cubit
1/6 ศอก Cubit เรียก Palm
ความยาว 1 นิ้ว สมัยโรมัน ขนาดความยาว 1 นิ้ว อังกฤษ
ภาพที่ 1-9 ขนาดความยาว
1.5 หน่วยย่อยของขนาดความยาวมาตรฐาน
1.5.1 หน่วยย่อยของระบบเมตริก
โดยหน่วยหลักนี้ให้เริ่มจากความยาว 1 เมตร แล้วใช้ค่าอุปสรรค (Prefix) เป็นตัวคูณไว้หน้า
หน่วยเมตร เช่น 1 กิโลเมตร (km) = 1,000 x 1 เมตร = 1,000 เมตร
ค่าอุปสรรค
สัญลักษณ์
ตัวคูณ
Tera
T
1,000,000,000,000
1012
Giga
G
1,000,000,000
109
Mega
M
1,000,000
106
Kilo
K
1,000
103
-
-
1
Milli
m
0.001
10-3
Micro
μ
0.000 001
10-6
Nano
η
0.000 000 001
10-9
Piko
p
0.000 000 000 001
10-12
ในงานด้านเครื่องกลการกำหนดขนาดจะแสดงด้วยหน่วยมิลลิเมตร (mm.) ส่วนย่อยของมิลลิเมตรจะแสดงด้วยจุดทศนิยมเช่น 0.001 มม. เท่ากับ 1 ไมโครเมตร และ 0.000001 มม. เท่ากับ 1 นาโนเมตร ซึ่งเครื่องมือวัดในปัจจุบันสามารถวัดได้ถึง 0.0001 มิลลิเมตร
1 km. = 1,000 m.
1 m. = 1,000 mm.
1 mm. = 1/1,000 m. = 0.001 m.
1 μ m. = 1/1,000 mm. = 0.001 mm.
1 η m = 1/1,000,000 mm. = 0.00 001 mm.
1.5.2 หน่วยย่อยของระบบอังกฤษ
โดยหน่วยวัดในระบบนี้จะเริ่มจาก 1 หลามาตรฐาน แบ่งออกเป็นส่วนต่าง ๆ ช่วงค่าอัตราส่วนแบ่งไม่คงที่ จนถึง 1 นิ้ว ในส่วนที่ต่ำกว่า 1 นิ้วลงไป จะใช้ส่วนแบ่งเป็นเลขอัตราส่วน 1/2" (2 ยกกำลัง n) เช่น 1/8”, 1/16” , 1/32”, 1/64” และ 1/28” และในส่วนที่เล็กย่อยลงมากว่านี้จะใช้ค่าอุปสรรค (Prefix) นำหน้า
หน่วยวัดความยาวระบบอังกฤษ
1 ไมล์ = 1760 หลา = 5280 ฟุต
1 หลา = 3 ฟุต = 36 นิ้ว
1 ฟุต = 12 นิ้ว
1 นิ้ว
1/8 นิ้ว 1/16 นิ้ว 1/32 นิ้ว 1/64 นิ้ว 1/128 นิ้ว
1/1,000 นิ้ว = 0.001 นิ้ว = 1 ฟีลเลอร์ (Feeler) = 1 Thousandth
1/1,000,000 นิ้ว = 0.000 001 นิ้ว = 1 Millionth = 1 micro – inch
ในที่ประชุมนานาชาติเมื่อปี ค.ศ. 1898 ได้กำหนดมาตรฐานชั่งตวงวัด และได้ตกลงกันเรื่องการเปรียบเทียบหน่วยระหว่างระบบเมตริกกับระบบอังกฤษ โดยใช้ค่าเปรียบเทียบวัดดังต่อไปนี้
1 เมตร = 39.370113 นิ้ว
1 นิ้ว = 25.399978 mm. (25.4 mm. – 22 η m.)
เพื่อการปรับแปลงค่าให้ได้ง่ายขึ้น ได้ตกลงกันว่าให้ปัดเศษหลังจุดทศนิยมหลักล้านออกเป็น 1 นิ้ว = 25.4 mm. ซึ่งใช้เป็นมาตรฐานทั่วโลก
1.6 ประเภทของการวัด
ภาพที่ 1-11 ประเภทของการวัด
จากภาพที่ 1-11 การวัดระยะห่างระนาบ 1 กับระนาบ 2 โดยการใช้การวัดสองวิธี วิธีแรกแบบ A จะเป็นการวัดจากระนาบที่ 1 ถึงระนาบที่ 2 โดยตรง ส่วนวิธีที่สองแบบ B จะต้องนำค่าวัดที่ได้ในแต่ละครั้งมาผ่านขบวนการในที่นี้คือ วิธีการบวกเพื่อให้ได้ขนาดที่ต้องการดังนั้นเราจึงแบ่งการวัดออกได้เป็น 2 ประเภทคือ การวัดแบบทางตรง และการวัดแบบทางอ้อม
1.6.1 การวัดทางตรง คือ การวัดขนาดของชิ้นงานโดยการใช้เครื่องมือวัดสัมผัสกับชิ้นงานตามองค์ประกอบของขนาดแล้วอ่านค่าวัดของขนาดที่ต้องการใช้โดยตรงจากสเกลหรือชุดแสดงผลของเครื่องมือวัด ดังในภาพที่ 1-12 เป็นตัวอย่างการวัดขนาดทางตรงโดยใช้บรรทัดเหล็ก
ภาพที่ 1-12 การวัดขนาดทางตรง
1.6.2 การวัดทางอ้อม คือ การวัดขนาดที่ต้องการของชิ้นงาน โดยที่องค์ประกอบของขนาดไม่สมบูรณ์ทำให้ต้องมีการถ่ายทอดขนาดเกิดขึ้น หรือต้องผ่านขบวนการทางความคิดขึ้น ซึ่งค่าขนาดที่วัดได้โดยมากมักจะมีความคลาดเคลื่อนสูง
จากภาพที่ 1-13 เป็นการวัดขนาดเส้นผ่าศูนย์กลางของร่องด้านในของชิ้นงาน โดยการใช้คาลิปเปอร์ถ่ายทอดขนาดเพราะไม่สามารถนำจุดเริ่มต้นและจุดสุดท้ายของชิ้นงานมาทาบกับบรรทัดเหล็กได้
ภาพที่ 1-14 และภาพที่ 1-15 การวัดระยะเยื้องศูนย์ของลูกเบี้ยวเยื้องศูนย์โดยการใช้ Dial gauge โดยสิ่งที่ต้องการวัดจริง ๆ ตามแบบก็คือระยะห่างระหว่างจุดศูนย์กลางของเพลากับจุดศูนย์กลางของลูกเบี้ยวเยื้องศูนย์ แต่จุดวัดทั้งสองเราไม่สามารถวางเครื่องมือวัดลงไปสัมผัสได้
1.7 คุณลักษณะของเครื่องมือวัด ค่า Accuracy, Precision และ Resolution
ถ้าต้องการวัดขนาดชิ้นงานขนาด 20 มม. โดยค่าวัดที่ได้มีความคลาดเคลื่อนได้ไม่เกิน ± 0.01 มม. (10 µm.) จะเลือกใช้เครื่องมือวัดตัวไหน
ภาพที่ 1-16 เครื่องมือวัดขนาดภายนอก
คำตอบที่ได้อาจเป็นได้ทั้งดิจิตอลคาลิปเปอร์ ซึ่งสามารถอ่านค่าได้ละเอียดถึง 0.01 มม. หรืออาจเป็นไมโครมิเตอร์สเกลที่สามารถอ่านค่าได้ถึง 0.01 มม. น่าจะใช้ได้ทั้งคู่ แต่เมื่อศึกษาตามแคตตาล็อค แล้วจะพบความแตกต่างคือ
คุณลักษณะ
ดิจิตอลคาลิปเปอร์ 0.01 mm.
ไมโครมิเตอร์สเกล 0.01 mm.
ไมโครมิเตอร์สเกล 0.001 mm.
1. Range
0 - 150 mm.
0 – 25 mm.
0 – 25 mm.
2. Resolution
0.01 mm.
0.01 mm.
0.001 mm.
3. Accuracy
± 0.02 mm.
± 0.002 mm.
± 0.002 mm.
จะเห็นได้ว่าสิ่งที่แตกต่างกันอย่างชัดเจนก็คือค่า Accuracy ซึ่งจะเห็นว่าค่า Accuracy ของไมโครมิเตอร์จะมีขนาดน้อยกว่ามากนั่นหมายถึงมีความคลาดเคลื่อนน้อย ดังนั้นจึงควรใช้ไมโครมิเตอร์สเกล 0.01 มม. ดิจิตอลคาลิปเปอร์ก็ไม่เหมาะสมเพราะค่าที่อ่านได้จะมีความคลาดเคลื่อนถึง ± 0.02 มม. ซึ่งมากกว่าค่าที่กำหนด ส่วนไมโครมิเตอร์สเกล 0.001 มม. ก็ไม่เหมาะสมเพราะค่าที่อ่านได้จะมีความละเอียดมากเกินไป
1.7.1 ค่าความแม่นยำ (Precision)
ความแม่นยำในการวัด หมายถึง การวัดชิ้นงานในตำแหน่งเดียวกัน ซ้ำกันหลาย ๆ ครั้ง ค่าที่วัดได้มีค่าใกล้เคียงกัน ซึ่งค่าที่วัดได้นี้มีความแม่นยำสูงอยู่ในความเบี่ยงเบนที่กำหนด
ภาพที่ 1-17 เป้ายิงปืนความแม่นยำสูง / ต่ำ
1.7.2 ค่าความถูกต้อง (Accuracy)
ความถูกต้องของการวัด หมายถึง ค่าการวัดขนาดที่อ่านออกมาได้จากเครื่องมือวัดกับขนาดมาตรฐานแท้จริง ค่าความแตกต่างนี้ เป็นผลให้รู้ว่า ค่าวัดที่ได้มีความผิดพลาดไปจากค่าของความถูกต้องมาตรฐานเท่าไร
ภาพที่ 1-18 เป้ายิงปืนความถูกต้องสูง / ต่ำ
1.7.3 ค่าการแยกชัด (Resolution)
การแยกชัดในการวัดหมายถึงลักษณะจำเพาะของความสามารถของเครื่องมือวัดในการตอบสนองตอบต่อการเปลี่ยนแปลงของขนาดค่าเล็ก ๆ
ภาพที่ 1-19 เป้ายิงปืนคามแยกชัดต่ำ / สูง
1.8 การเลือกใช้เครื่องมือวัด
ก่อนที่จะลงมือปฏิบัติกับการวัดหาขนาดของชิ้นงาน สิ่งที่จะต้องพิจารณาเป็นอันดับแรก คือ การอ่านแบบของชิ้นงาน แล้วเลือกใช้เครื่องมือวัดให้สอดคล้องกับขนาด, ชิ้นงาน, ค่าที่วัด โดยในการเลือกใช้เครื่องมือวัดขึ้นอยู่กับวัตถุประสงค์การใช้งาน วิธีการใช้ และหน่วยในการวัด
ภาพที่ 1-20 การเลือกใช้เครื่องมือวัด
ดังที่ทราบกันแล้วว่า เราทำการวัดเพื่อวัตถุประสงค์สองอย่างคือ ทำการวัดเพื่อให้ได้มาซึ่งข้อมูลและการวัดเพื่อการควบคุมหรือตรวจสอบ
1.9 ความผิดพลาดจากการวัดและสาเหตุ
การวัดขนาดชิ้นงานเดียวกันในแต่ละครั้ง ค่าที่วัดได้อาจแตกต่างกันหรือใช้ผู้วัดต่างกันวัดขนาดชิ้นงานเดียวกันด้วยวิธีและเครื่องมือวัดที่เหมือนกันได้ค่าวัดต่างกัน ดังนั้นจึงเป็นการยากที่จะใช้การวัดเพียง 1 หรือ 2 ครั้งแล้วได้ค่าวัดที่ถูกต้องเลยทีเดียว
ภาพที่ 1-21 องค์ประกอบการวัด
จากภาพที่ 1-21 ในการวัดขนาดจะต้องประกอบด้วยองค์ประกอบทั้ง 4 ซึ่งขนาดที่วัดได้มานั้นจะถูกต้องหรือไม่ก็ขึ้นอยู่กับความถูกต้องขององค์ประกอบทั้ง 4 นี้
1.9.1 ความผิดพลาดจากผู้วัด การวัดโดยมากจะผิดพลาดจากผู้วัดเป็นส่วนใหญ่ ทำให้ได้ค่าวัดที่
ผิดไป เช่น การวัดขนาดรูคว้านถ้าวัดผิด ค่าวัดที่ได้มักจะเล็กกว่าขนาดเส้นผ่าศูนย์กลางจริง ความผิดพลาดจาก ผู้วัดอาจเกิดจาก การอ่านสเกลผิด การแนบสัมผัสวัดของเครื่องมือวัดกับผิวของชิ้นงานไม่สมบูรณ์ การวางแนวแกนวัดผิด ฯลฯ ซึ่งเป็นผลมาจากผู้วัดทั้งสิ้น
1.9.2 ความผิดพลาดจากชิ้นงาน โดยปกติมักจะเกิดจากชิ้นงานสกปรก มีครีบ ผิวของชิ้นงานไม่
เรียบพอ ชิ้นงานไม่ได้รูปทรงเรขาคณิต โดยเฉพาะอย่างยิ่งผิวของชิ้นงานและรูปทรงเรขาคณิตจะต้องสัมพันธ์กับค่า Accuracy ของเครื่องมือวัดนั้น
1.9.3 ความผิดพลาดจากเครื่องมือวัด เครื่องมือวัดที่ผลิตออกมาจากโรงงานผลิตปกติจะมีค่า
คุณลักษณะต่าง ๆ ตามมาตรฐาน แต่เมื่อนำมาใช้งานโดยผิดวิธี ขาดการบำรุงรักษาก็จะทำให้ค่าคุณลักษณะ ต่าง ๆ ของเครื่องมือวัดเกินค่ามาตรฐานกำหนดโดยเฉพาะค่า Accuracy ก็จะต่ำลง (ผิดพลาดสูง) ดังนั้นจึงต้องทำการสอบเทียบ (Calibration) หรือทวนสอบ (Verification) ดังนั้นจะเห็นได้ว่าความผิดพลาดจาก เครื่องมือวัดจริง ๆ แล้วเกิดจากผู้วัดใช้เครื่องมือวัดอย่างผิดวิธีนั้นเอง