Trả lời trực tiếp: Thước sin không đo góc trực tiếp mà đổi bài toán góc thành bài toán chiều dài: kê một đầu thước lên chồng căn mẫu, góc nghiêng suy ra từ chiều cao chồng căn và khoảng cách hai con lăn. Nhờ vậy độ chính xác của phép đo góc thừa hưởng độ chính xác của căn mẫu.
Nội dung thuộc chuyên trang Đo lường & dung sai của cokhi.net, cụm Thiết bị đo — ở góc nguyên lý đo, không giới thiệu hay so sánh nhà cung cấp dụng cụ.
Vì sao đo góc lại khó hơn đo chiều dài?
Chiều dài có chuẩn vật lý dễ hiện thực hóa và dễ xếp chồng: một bộ căn mẫu tạo ra rất nhiều kích thước khác nhau từ số ít miếng. Góc thì không có "khối góc" xếp chồng tiện như vậy, và sai số góc lại khuếch đại theo khoảng cách — một sai lệch góc rất nhỏ ở gốc trở thành sai lệch vị trí đáng kể ở đầu xa. Đó là lý do dung sai hướng trong bản vẽ được quy định gián tiếp qua vùng dung sai chứ không qua trị số góc, xem bài nhóm dung sai hướng GD&T.
Vì vậy phép đo góc chính xác thường được xây dựng theo hướng quy về chiều dài. Thước sin là hiện thân điển hình của cách nghĩ đó, và cũng vì thế nó chính xác hơn hẳn dụng cụ đọc góc trực tiếp trên vành chia độ.
Thước sin hoạt động theo nguyên lý nào?
Thước sin là một thanh phẳng mang hai con lăn cùng đường kính, đặt cách nhau một khoảng danh nghĩa cố định. Khi kê một con lăn lên chồng căn mẫu còn con lăn kia đặt trên bàn map, thanh thước nghiêng đi một góc. Ba yếu tố tạo thành một tam giác vuông: khoảng cách hai con lăn là cạnh huyền, chiều cao chồng căn là cạnh đối, và góc nghiêng là góc cần đặt.
Ba hệ quả thực tế đi ra từ đúng hình học đó:
- Sai số của phép đo là sai số của chồng căn mẫu và của khoảng cách hai con lăn — hai đại lượng chiều dài, đều truy được về chuẩn. Chuỗi liên kết chuẩn này là lý do phải hiệu chuẩn định kỳ, xem bài hiệu chuẩn thiết bị đo.
- Góc càng lớn thì phép đo càng kém nhạy, vì quan hệ giữa chiều cao và góc là quan hệ sin. Ở góc lớn, một thay đổi nhỏ của góc chỉ làm chiều cao đổi rất ít, nên sai số chiều cao quy đổi thành sai số góc lớn hơn.
- Bàn map và mặt tì phải sạch và phẳng. Một hạt bụi dưới con lăn là một sai lệch chiều cao, và sai lệch chiều cao thì đi thẳng vào kết quả góc.
Ba nhóm dụng cụ đo góc khác nhau ở đâu?
| Nhóm | Cách cho ra kết quả | Điểm mạnh | Chỗ phải cẩn thận |
|---|---|---|---|
| Thước đo góc vạn năng | Đọc trực tiếp trên vành chia độ và du xích góc | Nhanh, đo được cả góc trong lẫn góc ngoài, không cần bàn map | Độ phân giải bị chặn bởi vành chia; tì lệch mặt chuẩn là sai ngay |
| Thước sin | Suy góc từ chiều cao chồng căn mẫu | Chính xác cao, sai số truy được về chuẩn chiều dài | Cần bàn map, căn mẫu và mặt sạch; kém nhạy ở góc lớn |
| Ke góc và dưỡng góc | Áp vào chi tiết, xem khe sáng | Kiểm rất nhanh trạng thái đạt/không đạt | Chỉ kiểm một góc cố định, không cho trị số sai lệch |
Bảng nêu quan hệ nguyên lý – điểm mạnh – hạn chế; bảng không nêu trị số độ phân giải hay sai số cho phép, vì các trị số này khác nhau theo từng cấp dụng cụ và phải tra ở tài liệu của chính dụng cụ đó. Cùng cách phân vai "dụng cụ cho trị số" và "dụng cụ chỉ kết luận đạt/không đạt" đã trình bày ở bài calip giới hạn go/no-go, còn nguyên lý đọc vạch của nhóm dụng cụ đo chiều dài nằm ở bài thước cặp và panme.
Vì sao đo góc dễ sai vì mặt chuẩn hơn vì dụng cụ?
Mọi phép đo góc đều đo góc giữa hai mặt, nên nó chỉ đúng khi cả hai mặt đó đúng là mặt cần đo. Ba lỗi hay gặp, đều nằm ở khâu chuẩn bị chứ không nằm ở dụng cụ:
① Mặt tì có ba via hoặc bụi, làm dụng cụ kê nghiêng — sai lệch ban đầu này cộng thẳng vào kết quả. ② Nhầm mặt chuẩn: đo góc so với một mặt vốn không phải chuẩn ghi trên bản vẽ. Vấn đề khi đó không phải sai số mà là đo nhầm đại lượng, xem cách khung kiểm soát chỉ định chuẩn ở bài GD&T là gì. ③ Bản thân mặt chuẩn không phẳng. Khi đó "góc" không còn xác định đơn trị, và phải xử lý sai lệch hình dạng trước, theo bài nhóm dung sai hình dạng GD&T.
Với chi tiết có nhiều mặt nghiêng liên quan nhau, việc đo từng góc rời rạc trở nên vừa chậm vừa khó truy nguồn sai lệch — đó là lúc phép đo tọa độ tỏ ra hợp lý hơn, xem bài máy đo tọa độ CMM.
Câu hỏi thường gặp
Thước sin đo được góc bao nhiêu là hợp lý? Nguyên lý sin làm phép đo kém nhạy dần khi góc tăng, nên thước sin phát huy tốt nhất ở vùng góc nhỏ và vừa. Với góc lớn, cách thường dùng là đo phần bù của góc rồi suy ra, hoặc chuyển sang phương pháp khác. Giới hạn cụ thể phải lấy theo tài liệu của chính bộ thước sin đang dùng.
Đo góc bằng thước đo góc vạn năng có đủ cho gia công cơ khí không? Đủ cho phần lớn công việc trên máy và cho kiểm nhanh. Nó không đủ khi dung sai góc chặt tới mức độ phân giải của vành chia trở thành phần đáng kể của dung sai — lúc đó phải chuyển sang phương pháp quy về chiều dài.
Vì sao kết quả đo góc thay đổi giữa hai người đo? Thường vì lực tì và vị trí tì khác nhau, chứ ít khi vì dụng cụ. Đây là sai số hệ thống theo thao tác, cùng nhóm với các sai số do gá đặt đầu đo đã nêu ở bài đồng hồ so: nguyên lý và sai số do gá.