Методы и средства измерения

Размещено на http://www.allbest.ru/

Федеральное агентство по образованию

Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Тихоокеанский государственный университет»

Кафедра "Компьютерное проектирование и сертификация машин"

Курсовая работа

по дисциплине: «Методы и средства измерения»

Выполнил студент

группы: УК-21 Божок А.Д.

Проверил преподаватель:

Чуйко Ольга Игоревна

Хабаровск - 2014

Содержание

1. Шероховатость поверхности

2. Бесконтактные приборы

3. Устройство и принцип действия профилометра

1. Шероховатость поверхности

Шероховатость поверхности -- совокупность неровностей поверхности с относительно малыми шагами на базовой длине. Измеряется в микрометрах (мкм). Шероховатость относится к микрогеометрии твёрдого тела и определяет его важнейшие эксплуатационные свойства. Прежде всего износостойкость от истирания, прочность, плотность (герметичность) соединений, химическая стойкость, внешний вид. В зависимости от условий работы поверхности назначается параметр шероховатости при проектировании деталей машин, также существует связь между предельным отклонением размера и шероховатостью. Исходная шероховатость является следствием технологической обработки поверхности материала. В результате трения и изнашивания параметры исходной шероховатости, как правило, меняются.

Одной из важных задач метрологии является измерение шероховатости поверхности, во многом определяющей эксплуатационные характеристики деталей и агрегатов. В статье рассмотрено понятие шероховатости, а также наиболее распространённые методы измерения шероховатости.

Понятию «шероховатость» можно дать следующее определение: она представляет собой совокупность микронеровностей на поверхности детали или изделия. Ещё одно немаловажное уточнение - шаг неровности относительно базовой длины очень и очень мал.

Выделяют несколько видов шероховатости.

Исходная шероховатость - следствие технологической обработки изделия абразивными материалами.

Эксплуатационная шероховатость - шероховатость, которую приобрела поверхность вследствие изнашивания и трения.

Равновесная шероховатость - эксплуатационная шероховатость, которая воспроизводится при стационарных условиях трения.

Согласно ГОСТ 2789-73 «Шероховатость поверхности. Параметры, характеристики и обозначения» номенклатура параметров шероховатости выглядит следующим образом.

Ra - среднее арифметическое значение отклонения профиля.

Rz - высота неровностей профиля, снятая в 10 точках.

S - средний шаг местных выступов профиля;

Sm - среднее арифметическое значение шага неровности;

Rmax - максимальная высота профиля;

tp - относительная длина профиля (опорная), р - уровень сечения профиля.

Предпочтительным при задании шероховатости является параметр Ra.

Средства измерения шероховатости поверхности.

В настоящее время накоплен значительный теоретический и эксплуатационный материалы по связи шероховатости со следующими эксплуатационными показателями:

1 - износостойкость при всех видах трения;

2 - контактная жесткость;

3 - выносливость;

4 - прочность посадок с натягом;

5 - отражательная способность поверхности;

6 - прочность сцепления при склеивании;

7 - коррозионная стойкость;

8 - лакокрасочные покрытия;

9 - точность при измерении.

Способы измерения

Визуальный- Качественный (сравнение по образцам)

Бесконтактный (при помощи микроскопа).

Контактный (профилометр)

1. Качественный метод - это метод сравнения с образцовой поверхностью

Чаще используют количественные методы с помощью приборов, которые в свою очередь делятся на контактные и безконтактные. Причем контактные получили более широкое распостранение.

Измерение шероховатости производится либо качественным либо количественным методом.

2. К контактным приборам относятся :профилографы, профилометры, профилографы-профилометры. Эти приборы используют щуп, который касается поверхности, что дает возможность получить профилограмму измеряемой поверхности.

Контактный (щуповой) метод

Большое распространение для определения параметров шероховатости по-верхности контактным методом получили щуповые приборы, работающие по ме-тоду ощупывания поверхности алмазной иглой. Ось иглы располагают по норма-ли к поверхности. Опускаясь во впадины, а затем поднимаясь на выступы во вре-мя движения ощупывающей головки по испытуемой поверхности, игла колеблет-ся относительно головки соответственно огибаемому профилю. Механические колебания иглы преобразуются, как правило, в электрические при помощи элек-тромеханического преобразователя того или иного типа. Снятый с преобразовате-ля полезный сигнал усиливают, а затем измеряют его параметры, характеризую-щие неровности исследуемой поверхности (профилометрирование), или записы-вают параметры профиля поверхности в заранее выбранных вертикальном и гори-зонтальном масштабах (профилографирование).

Щуповые электромеханические приборы, предназначенные для измерений параметров шероховатости поверхности, называют профилометрами, а такие же приборы для записи неровностей поверхности - профилографами, Профилогра-фы-профилометры позволяют не только записывать профиль поверхности, но и измерять параметры шероховатости.

В щуповых приборах для измерения параметров шероховатости поверхно-сти применяются индукционные, индуктивные, электронные и пьезоэлектриче-ские преобразователи механических колебаний иглы в электрические сигналы.

Отечественной промышленностью выпускаются профилографы-профи-лометры модели 201, 250, 252, 170311, профилометры модели 130, 253, 280, 296, 170621, 170622 и пр.

2. Бесконтактные приборы

Микроинтерферометры;

Приборы светового сечения;

Приборы теневого сечения;

Растровые приборы.

Бесконтактный метод

Способ основан на сравнении измеряемой поверхности с образцами шероховатости, регламентированными ГОСТ 9378-93. Стандарт распространяется на образцы шероховатости поверхности, предназначенные для сравнения визуально и на ощупь с поверхностями изделий, полученными обработкой резанием, поли-рованием, электроэрозионной, дробеструйной и пескоструйной обработкой.

Образцы шероховатости комплектуются наборами (образцы для шлифова-ния, точения и расточки, фрезерования, строгания, электроэрозионной обработки, дробеструйной и пескоструйной обработки и полирования). К каждому набору образцов прилагают паспорт, содержащий перечень образцов, входящих в набор, воспроизводимые способы обработки и значения параметров шероховатости.

Этот метод является простым и доступным, обеспечивает достоверность контроля при Ra > 1,25 и широко применяется в цеховых условиях. Для повыше-ния точности оценки используют сравнительные микроскопы, в которых ставят рядом образец и контролируемую деталь.

Вместо образцов шероховатости могут быть применены аттестованные об-разцовые детали. Этот метод применяется в единичном производстве деталей

Бесконтактный оптический метод.

Оптический метод представляет собой измерение параметров шероховато-сти бесконтактными оптическими приборами, действие которых основано на принципе одновременного преобразования профиля поверхности, предназначен-ные для измерения параметров Rmax, Rz, S. Согласно ГОСТ9847-79 применяются следующие типы оптических приборов: ПТС - прибор теневого сечения, ПСС - прибор светового сечения (например, прибор МИС-11 системы В.П.Линника), МИИ - микроскоп интерференционный измерительный, действие которого осно-вано на двулучевой интерференции света (например, МИИ-4, МИИ-5, МИИ-10), МПИ - микроскоп-профилометр интерференционный, действие которого основа-но на интерференции света с образованием полос равного хроматического поряд-ка. Диапазон измерений параметров шероховатости приборами должен соответст-вовать пределам измерений.

Метод светового сечения заключается в следующем: пучок световых лучей, поступающих от источника света через узкую щель 3 (рисунок 2, а) шириной око-ло 0,1 мм, направляется объективом 2 под углом (альфа) на контролируемую поверх-ность 1. Отражаясь от этой поверхности, лучи через объектив 5 переносят изо-бражение щели в плоскость фокуса окуляра 6. Если контролируемая поверхность является идеально ровной, то в окуляре щель будет иметь вид светящейся прямой линии (обычно зеленого цвета). Если на поверхности имеется канавка, то в плос-кости окуляра наблюдается искривленная светящаяся линия (рисунок 2,б). При глубине канавки, равной Н, ее световое сечение b=H/sin а (альфа), размер же светового сечения канавки в плоскости объектива b1 = bVx, где Vх - увеличение объектива микроскопа.



Рисунок 1 Схема для определения шероховатости методом светового сечения.

Измерение b1 осуществляется с помощью окулярного микрометра, перекре-стие которого перемещается на угол а=45° и при этом оценивается b2. Если пучок световых лучей направить на контрольную поверхность под углом а=45°, то b2 = b1/sin а=H/(sinа.sinа) . Vx, откуда Н = b2/(2Vx).

Если на расстоянии 0,1 мм от контролируемой поверхности установить ли-нейку 4 со скошенным ребром, то последнее срежет часть пучка света, и на кон-тролируемой поверхности будет видна тень, отбрасываемая линейкой

Верхний край тени, являющийся как бы лезвием ножа, отражает профиль изучаемой поверхности, который и рассматривают в микроскоп (метод теневого сечения).

По принципу светового сечения работают двойной микроскоп МИС-11 и прибор ПСС-2, по принципу теневого сечения - прибор ПТС-1. Прибор ПТС-1 яв-ляется накладным, что позволяет контролировать детали без снятия их со станка.

Микроинтерференционный метод реализуется с помощью приборов МИИ-4, МИИ-5, МИИ-9, МИИ-10, МИИ-15. Принцип устройства микроинтерферометра В.П. Линника - сочетание интерферометра Майкельсона с измерительным микро-скопом, что позволяет в поле зрения микроскопа увеличенное в нужное число раз изображение интерференционной картины и измерять координатным методом вырисовывающиеся неровности с помощью обычного винтового окулярного мик-рометра. В местах выступов и впадин на исследуемой поверхности интерферен-ционные полосы искривляются. Степень искривления полос и характеризует не-ровность поверхности.

Типы направлений неровностей поверхности :

1 . Параллельное - -Параллельно линии, изображающей на чертеже поверхность, к шероховатости которой устанавливаются требования

2 . Перпендикулярное -- Перпендикулярно линии, изображающей на чертеже поверхность, к шероховатости которой

устанавливаются требования

3 . Перекрещивающееся - -Перекрещивание в двух направлениях наклонно к линии, изображающей на чертеже поверхность, к шероховатости которой устанавливаются требования

4 . Произвольное - -Различные направления по отношению к липни, изображающей на чертеже поверхность, к шероховатости которой устанавливаются требования

5 . Кругообразное - -Приблизительно кругообразно по отношению к центру поверхности, к шероховатости которой устанавливаются требования

6. Радиальное - - Приблизительно радиально по отношению к центру поверхности, к шероховатости которой устанавливаются требования

Шероховатость во многом определяет эксплуатационные характеристики деталей и узлов, поэтому её точное измерение является одной из важных задач метрологии. Оценка может проводиться поэлементно (сравнение отдельных параметров) либо комплексно - путём сравнения исследуемой поверхности с эталоном.

Параметры шероховатости

Исходная шероховатость является следствием технологической обработки поверхности материала. Для широкого класса поверхностей горизонтальный шаг неровностей находится в пределах от 1 до 1000 мкм, а высота -- от 0,01 до 10 мкм. В результате трения и изнашивания параметры исходной шероховатости, как правило, меняются, и образуется эксплуатационная шероховатость. Эксплуатационная шероховатость, воспроизводимая при стационарных условиях трения, называется равновесной шероховатостью.

Рисунок 2 Схематично показаны параметры шероховатости,

где: l -- базовая длина; m -- средняя линия профиля;

Smi -- средний шаг неровностей профиля;

Si -- средний шаг местных выступов профиля;

Hi max -- отклонение пяти наибольших максимумов профиля;

Hi min -- отклонение пяти наибольших минимумов профиля;

hi max-- расстояние от высших точек пяти наибольших максимумов до линии параллельной средней и не пересекающей профиль;

hi min -- расстояние от низших точек пяти наибольших минимумов до линии параллельной средней и не пересекающей профиль;

R max -- наибольшая высота профиля;

yi -- отклонения профиля от линии m ; p -- уровень сечения профиля; bn -- длина отрезков, отсекаемых на уровне p.

Методы

В современных технологических исследованиях предпочтительным является первый способ. Методы, которые он включает, рассмотрены ниже.

Щуповой метод

Щуповой метод измерения шероховатости поверхности относится к контактным и реализуется с помощью профилометра. Прибор представляет собой датчик, оснащённый тонкой остро заточенной алмазной иглой с ощупывающей головкой.

Игла перемещается по нормали к исследуемой поверхности. Естественно, в местах микронеровностей (впадин и выступов) возникают механические колебания относительно головки. Эти колебания передаются на датчик, который преобразует механическую энергию в электрическую. Сигнал, генерируемый преобразователем, усиливается и измеряется: его параметры точно характеризуют неровности поверхности детали или изделия.

В зависимости от типа преобразователя полезных сигналов профилометры подразделяются на индуктивные, электронные, индукционные и пьезоэлектрические, причём наибольшее распространение получили устройства первого вида. Кроме этого, существует ещё одна разновидность приборов - профилографы, позволяющие не только измерить но и записать параметры профиля в заранее подобранном горизонтальном и вертикальном масштабах.

Исследование неровности проводится в несколько этапов: профиль «ощупывается» определённое количество раз, и лишь на основе серии измерений вычисляется окончательное - усредненное - значение параметра: количественная характеристика неровности относительно длины участка.

Оптические методы

Группа оптических - бесконтактных - способов измерения шероховатости поверхности достаточно обширна. Самыми распространёнными входящими в неё методами являются следующие:

1. светового и теневого свечения;

2. микроинтерференционный;

3. растровый.

Растровый метод

Суть данного метода достаточно проста: на исследуемую поверхность накладывается изготовленная из стекла пластинка, на которую нанесена растровая сетка (система равноудалённых параллельных линий) с достаточно малым шагом.

При наклонном падении световых лучей в местах микронеровностей штрихи отраженной сетки накладываются на штрихи реальной - возникают муаровые полосы, свидетельствующие о наличии впадин и выступов на изучаемой поверхности. Точное измерение параметров неровности осуществляется по изложенной в ГОСТ методике с помощью растрового микроскопа.

Стоит отметить, что данный метод используется при исследовании лишь тех поверхностей, следы обработки на которых имеют преимущественное направление.

Методы светового и теневого свечения

Метод светового свечения при измерении параметров неровности применяется наиболее часто и заключается в следующем. Исходящий от источника света световой поток преобразуется в тонкий пучок, проходя через узкую щель. Далее он с помощью объектива под определённым углом направляется на исследуемую поверхность. Отраженный луч снова проходит через объектив и формирует изображение щели в окуляре. Абсолютно ровная поверхность соответствует идеально прямой светящейся линии, шероховатая поверхность - искривлённой.

Теневой метод является «продолжением» светового: на небольшом расстоянии от изучаемой поверхности устанавливается линейка, ребро которой скошено. Пучок света проходит тот же путь, однако, словно ножом срезается ребром. На контролируемой поверхности появляется тень, верхняя часть которой точно повторяет изучаемый профиль. Рассматривая это изображение в микроскоп, делают выводы о характере и параметрах шероховатости.

Микроинтерференционный метод

Для реализации микроинтерференционного метода используют измерительный прибор, в состав которого входит интерферометр и измерительный микроскоп. С помощью первого устройства формируется интерференционная картина исследуемой поверхности с искривлениями полос в местах неровностей. Увеличивающий в разы полученную картину микроскоп позволяет измерить параметры шероховатости.

Метод слепков

Описанный ниже метод используют для оценки шероховатостей труднодоступных поверхностей и поверхностей, имеющих сложную конфигурацию.

Метод слепков заключается в снятии негативных копий (материалом для их изготовления, как правило, служит парафин, гипс или воск) поверхности и их дальнейшем исследовании оптическими или щуповым методами. Иными словами, метод слепков не является самостоятельным методом и используется лишь в сочетании с вышеописанными способами измерения шероховатости поверхности.

Оборудование для измерения шероховатости

Измерение шероховатости поверхности образцов, выданных преподавате-лем, производятся на профилографе-профилометре модели 252, который предна-значен для измерения в лабораторных условиях шероховатости и волнистости по-верхности изделий, сечение которых в плоскости измерения представляет прямую линию.

Общая компоновка прибора представлена на рисунке 4. На стойке 1 разме-щен мотопривод 2, на котором закреплен датчик 3 (или 4). На стол стойки уста-навливается предметный стол 5, позволяющий перемещать измеряемую деталь в двух взаимно перпендикулярных направлениях. Для установки датчика на изме-ряемую поверхность мотопривод с помощью ходового винта перемещается по на-правляющим стойки.

Усиление и преобразование электрических сигналов с датчика, а также управление работой прибора осуществляется блоком питания 6 и блоком измери-тельным 7. профилометр неровность шероховатый поверхность

Эти блоки связаны соединительными шлангами 8 с мотоприводом, блоком счетно-решающим 9, предназначенным для обработки электрических сигналов и выдачи результатов измерений на цифровое отсчетное устройство, и с записы-вающим прибором 10, который служит для записи на диаграммную ленту резуль-татов измерения неровностей исследуемой поверхности.

Рисунок 3 Профилограф-профилометр модели 252

Действие прибора основано на принципе ощупывания неровно-стей исследуемой поверхности алмазным щупом 1 датчика и преобразования, воз-никающих при этом, колебаний щупа в изменения напряжения, пропорциональ-ные этим колебаниям. Прибор снабжен индуктивным преобразователем, вклю-чающим сердечник 3 и две катушки, а также электронным измерительным блоком 7, счетно-решающим блоком 8 и записывающим устройством 9. Питание индук-тивного преобразователя производится от генератора звуковой частоты 4. При пе-ремещении датчика относительно исследуемой поверхности алмазная игла 1, ощупывая неровности поверхности, приводит в колебательное движение коро-мысло 5 относительно неподвижной опоры 6.

При этом меняются воздушные зазоры между якорем и сердечником, следо-вательно, меняется и напряжение на выходе трансформатора. Оно усиливается электронным блоком 7, на выходе которого подключены записывающий или по-казывающий приборы.

Рисунок 4 Принципиальная схема работы профилографа-профилометра

ПРИБОРЫ ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ШЕРОХОВАТОСТИ:

Профилограф

Рисунок 5 .Профилограф

(от профиль и... граф)в металлообработке, прибор для измерения неровностей поверхности и представления результатов в виде кривой линии (профилограммы), характеризующей волнистость и шероховатость поверхности. Обработку профилограммы осуществляют графоаналитическим способом. Принцип работы профилографа заключается в последовательном ощупывании поверхности иглой, перпендикулярной к контролируемой поверхности, преобразовании колебаний иглы оптическим или электрическим способом в сигналы, которые записываются на светочувствительную плёнку или бумагу. Первые профилографы появились во 2-й половине 30-х гг. 20 в. и представляли собой оптико-механические устройства с записью сигнала на кино- или фотоплёнку. В современных профилографах колебания иглы обычно преобразуются в колебания электрические напряжения с помощью индуктивных, ёмкостных, пьезоэлектрических и др. преобразователей. Профилографы состоят из трёх блоков: станина с измерительным столиком и приводом,электронный блок и записывающее устройство. Алмазная игла с радиусом закругления 2--12 мкм располагается в датчике профилографа. Статическое давление иглы на измеряемую поверхность 1--20 мн (1 мн = 0,1 гс), а в динамических условиях -- в пределах 0,06--1,2 мн на 1 мкм осевого перемещения иглы. Запись профиля в приборах с электрическим преобразованием сигнала чаще всего выполняется на металлизированной бумаге. Для удобства расшифровки профилограмма вычерчивается в увеличенном масштабе. Увеличение записи измеряемых высот неровностей в вертикальном направлении возможно в диапазоне от 400 до 200 000 раз. Горизонтальное увеличение осуществляется благодаря более быстрому перемещению бумаги по сравнению со скоростью перемещения иглы (до 100 000 раз). Погрешность вертикального увеличения профилографа для разных видов приборов от ± 5 до ± 10%, а горизонтального -- не более ± 10%. Профилографы обычно изготавливают объединённым с профилометром,снабжают разнообразной оснасткой, обеспечивающей запись профиля деталей различной конфигурации.

Профилометр

Рисунок 6 . Профилометр

Профилометр, как уже было сказано выше, представляет собой прибор для измерения шероховатости контактным методом: по оцениваемой поверхности перемещается игла, колеблющаяся в местах неровностей. Эти колебания вызывают возбуждение ЭДС и, соответственно, малых токов. Они усиливаются и регистрируются с помощью гальванометра, показания которого выводятся на дисплей прибора и позволяют судить о характере исследуемой поверхности - высоте микронеровностей. Однако нередко для оценки шероховатости выбирается не высота, а другой параметр шероховатости прибор для измерения неровностей поверхности с отсчитыванием результатов измерения на шкале в виде значений одного из параметров, используемых для оценки этих неровностей-- шероховатости поверхности. Первые профилометры появились почти одновременно с профилографами. В профилометрах сигнал получается от датчика с алмазной иглой, перемещающейся перпендикулярно контролируемой поверхности. После электронного усилителя сигнал интегрируется для выдачи усреднённого параметра, количественно характеризующего поверхностные неровности на определённой длине. Наиболее распространены профилометры с постоянной трассой интегрирования, равной рабочей длине трассы ощупывания, и отсчётом показаний по шкале после завершения ощупывания. Выпускают также профилометры со скользящей трассой интегрирования, меньшей длины трассы ощупывания, и отсчётом показаний в процессе перемещения иглы по поверхности. Погрешность показаний профилометра находится в пределах от ± 10 до ± 25%. Преобразование колебаний алмазной иглы в электрическое напряжение может осуществляться несколькими способами. Совершенствование профилометра предполагает расширение числа усреднённых вертикальных и горизонтальных показаний, характеризующих состояние поверхностных неровностей, оснащение профилометра анализаторами, позволяющими оценивать неровности поверхности другим способом -- через гармонические составляющие, образующие характеризующую их кривую.

3. Устройство и принцип действия профилометра

Генератором сигнала в профилометре является тонко заточенная - чаще всего алмазная - игла. Она перемещается по нормали к поверхности, шероховатость которой оценивается. Выработанный сигнал - механический - преобразуется в токовый с помощью преобразователя, который может быть пьезоэлектрическим, ёмкостным или индуктивным. Затем сигнал поступает на электронный усилитель, а затем интегрируется и визуализируется - на экране прибора, таким образом, виден уже усреднённый параметр, который характеризует поверхностные неровности на участке определённой длины не только количественно, но и качественно.

Рисунок 7 Принцип действия профилометра

В зависимости от вида трассы интегрирования выделяют несколько типов профилометров.

С постоянной трассой интегрирования. В таких приборах трасса интегрирования по длине равна трассе ощупывания. Результат измерений в данном случае доступен только после завершения процедуры.

Со скользящей трассой интегрирования. В СИТ данного типа трасса интегрирования в несколько раз короче трассы ощупывания, а отсчёт показаний выполняется параллельно с перемещением иглы по поверхности.

В отдельную группу выделяют профилометры с механотронным преобразователем, измеряющие параметры неровности с указанием Ra - среднего арифметического значения отклонения профиля.

Многие приборы оснащаются анализатором, позволяющим по гармоническим составляющим поступающего от иглы сигнала (вернее, по характеризующей их прямой) судить от неровностях поверхности.

Погрешность профилометров не выходит за пределы ±25 %, а у многих современных приборов - ±10 %

Профилограф-профилометр

Рисунок 8 Профилограф - профилометр

Для оценки шероховатости и волнистости поверхности также используют комбинированные приборы - профилографы-профилометры. Они позволяют одновременно проводить запись параметров микронеровностей поверхности на носитель - электротермическую бумагу или др., и наблюдать за результатами проведения измерений в режиме реального времени - с помощью показывающего прибора, который может быть аналоговым или цифровым.

Действие профилографа-профилометра, как и выше описанных СИТ, основано на ощупывании контролируемой поверхности заточенной иглой с малым радиусом закругления и преобразовании её колебаний в электрический сигнал индуктивным или другим методом.

Оптиметр горизонтальный.

Назначение, обозначение, схема, принцип действия технические требования, шкалы, порядок проведения измерений, методы испытаний.



Рисунок 9 Оптиметр горизонтальный .

Оптиметр - (от греч. optos - видимый и ...метр)

- оптико-механический прибор

предназначен для прямых относительных измерений линейных размеров наружных и внутренних элементов деталей контактным методом.прибор для особо точныхлинейных измерений. Преобразовательным элементом служит рычажно-оптический механизм, в котором угол поворота зеркала измеряется с помощью автоколлимационной трубки. Пределы измерений до 500 мм.

Подробное описание

Горизонтальный оптиметр предназначается для контактных измерений наружных и внут­ренних линейных размеров изделий методом сравнения с концевыми мерами 4 и 5-го разрядов (1 и 2-го классов), калибрами или деталями-образцами. В частности, на приборе можно производить измерения концевых плоскопараллельных мер длины, калибров, диаметров шариков, внутренних диаметров изделий и т. д.

Оптиметр нормально работает в помещении с температурой воздуха 20±2°С и относительной влажностью не более 80%.

Оптиметр состоит из трубки оптиметра и устройств для установки трубки оптиметра и базирования измеряемой детали. По расположению линии измерения в пространстве оптиметры разделяют на вертикальные и горизонтальные. Различие состоит в конструкции устройств для установки трубки оптиметра и для базирования измеряемой детали. В горизонтальном оптиметре трубка оптиметра расположена горизонтально.

Трубка оптиметра

Трубка оптиметра является основным элементом оптиметра - его измерительным преобразователем. Принцип действия трубки оптиметра основан на сочетании принципа автоколлимации и оптического рычага.

Принципиальная схема трубки оптиметра включает в себя зеркало Б, направляющее поток света от источника А на пластину 1, заканчивающуюся призмой для освещения шкалы, нанесенной на стеклянной пластине 2 на некотором расстоянии от главной оптической оси параллельно вертикальной линии симметрии, призму 4, изменяющую направление лучей на 90°, объектив 3, зеркало 5, измерительный стержень 7 и окуляр 9, через который наблюдают изображение шкалы, перемещающееся при движении измерительного стержня 7. Зеркало Б может отсутствовать на трубке оптиметра, а освещение шкалы осуществляться светом, падающим непосредственно на пластину 2. Призма 4 использована в трубке оптиметра только для уменьшения габаритов и большего удобства в работе. Если угол наклона отражающего зеркала 6 к оптической оси равен 90°, то против неподвижного указателя, нанесенного на стеклянной пластине 3, устанавливается нулевое деление изображения шкалы на пластине 3. При осевом смещении измерительного стержня 7 угол наклона зеркала 6 к оптической оси изменится и изображение шкалы переместится относительно неподвижного указатели параллельно вертикальной линии симметрии.

Оптиметр предназначен для измерения линейных размеров методом срав-нением с мерой. Преобразователем оптиметра является рычажно-оптический механизм, который работает по принципу автоколлимации и оптического рычага



Рисунок 10 Схема работы оптиметра

Автоколлимацией называется ход световых лучей, при котором они, выйдя из оптической системы, отражаются от плоского зеркала и проходят систему в обратном направлении. Если в фокальной плоскости объектива ОБ расположить шкалу, то изображение штриха А этой шкалы, пройдя объектив и отразившись от зеркальной плоскости ЗП, расположенной под углом 900 к оптической оси, и снова пройдя объектив, с проецируется также на фокальную плоскость симметрично точки О. Если зеркальную плоскость повернуть на угол 90 градусов к оптической оси, каждое изображение штриха, например точка О, сместится на расстояние t, определяемое двойным углом отражения 2?: t=2 F tg , где F - фокусное расстояние объектива. В оптиметрах перемещение h измерительного наконечника ИН приводит к повороту зеркала ЗП на плечо d, поэтому передаточное отношение оптического рычага i=2F/d. В оптиметрах типа ОВО F=200 мм, d=5 мм (i=80), длина деления шкалы с=0,08 мм, увеличение окуляра r=12х. С учетом увеличения окуляра полное передаточное отношение J=ir=960.

Выпускаются вертикальные и горизонтальные оптиметры. Диапазон показаний ±0,1 мм, цена деления 0,001 мм. Основная погрешность оптиметра не более ±0,3 мкм на всем диапазоне измерений.

Оптиметры ±0,1 с диапазоном показаний ±0,025 мм и ценой деления 0,0002 мм называются ультраоптиметры. В них изображение шкалы дважды отражается от подвижного зеркала, благодаря чему увеличивается длина оп-тического рычага.

Погрешность измерения оптиметром зависит от тех же составляющих, что и при использовании измерительных головок. для горизонтальных - 0,4 - 2 мкм

? Диапазон измерений:

наружных размеров, мм 0 … 350

внутренних размеров, мм 13,5 … 150

? Диапазон показаний, мм ± 0,1

? Цена деления шкалы, мм 0,001

? Предельная погрешность, мкм,

на участке шкалы, мм

от 0 до ± 0,06 ± 0,2

св. ± 0,06 ± 0,3

Преобразовательным элементом в нем служит рычажно-оптический механизм. Рычажной передачей является в механизме качающееся зеркало, оптическим преобразователем -- автоколлимационная трубка. Качающееся зеркало в измерительных приборах впервые применил немецкий инженер И. Сакстон в 1837. Прибор, в котором использовалось качающееся зеркало с автоколлимационной зрительной трубкой, впервые изготовлен в 1925 (фирма Цейс, Германия). Выпускаются вертикальные и горизонтальные О., различающиеся только конструкцией станины. Оптический преобразователь О. -- трубка может иметь окулярный или проекционный отсчёт (рис.). В трубке с проекционным отсчётом освещается лампой пластина, на которой с одной стороны от центра нанесена шкала, а с другой -- индекс. В окулярной трубке пластина освещается «зайчиком» от специального зеркала. Изображение шкалы попадает сначала на неподвижное зеркало, а затем на зеркало, которое качается и занимает различные угловые положения в зависимости от положения измерительного стержня. В трубке с окулярным отсчётом нет неподвижного зеркала. После отражения от зеркала изображение шкалы попадает на вторую половину пластины (накладывается на индекс). Вторичное изображение шкалы, которое смещается относительно неподвижного индекса при перемещении стержня, проектируется с помощью зеркал на экран в проекционной трубке О. (или рассматривается через окуляр). Трубка О. имеет шкалу с ценой деления 1 мкм, предел измерения по шкале ± 100 мкм.

О. с ценой деления 0,2 мкм и пределом измерения ± 25 мм известен под названием ультраоптиметр; его отличие от рассмотренной схемы заключается в том, что изображение шкалы дважды отражается от подвижного зеркала, благодаря чему увеличивается длина оптического рычага, что позволяет уменьшить цену деления.

О. снабжаются съёмной оснасткой: приспособлениями для измерения среднего диаметра резьбы, размеров проволочек, длин концевых мер и т.п.; проекционной насадкой для окулярных трубок, электроконтактной головкой для измерения отверстий размерами от 1 до 13,5 мм (горизонтальный О.) и др.

Горизонтальные оптиметры представляют собой станковые приборы на которых присоединительная трубка оптиметра расположена горизонтально.

Горизонтальный оптиметр имеет пределы измерения для наружных диаметров 350 мм, а для внутренних 150 мм. Индикаторный толщиномер. Индикаторный стенко.

Горизонтальный оптиметр служит для измерения наружных и внутренних размеров гладких изделий и калибров.

Горизонтальный оптиметр имеет измерительный стержень, расположенный горизонтально, и служит для измерения внешних и внутренних размеров изделия, например гладких пробок, шайб, скоб, штихмасов.

Горизонтальные оптиметры выпускают двух типов: с окуляром и с проекционным экраном. Для измерения внутренних размеров на головку оптиметра надеваются дуги, на осях которых укреплены серьги, имеющие по два наконечника каждая. Первый наконечник приводится в контакт с измеряемым изделием, второй, соответственно, с измерительным стержнем головки и со шпинделем пинольной трубки. Пиноль и трубка устанавливаются на кронштейнах, которые могут перемещаться ( для грубой настройки) и стопориться на горизонтальном направляющем валу. Тонкая настройка производится при помощи микрометрического винта пино-ли. Универсальный предметный столик, укрепленный на основании прибора, может: подниматься вверх, перемещаться в поперечном направлении, поворачиваться в горизонтальной плоскости, покачиваться вокруг горизонтальной оси, перемещаться в продольном направлении на шариковых опорах.

Размещено на Allbest.ru

...