4.2 Устройство трубки оптиметра

Трубка оптиметра - измерительная головка, в которой механический рычаг сочетается с оптическим. Головка оптиметра является самой распространенной из всех оптических головок. Она применяется при измерениях, требующих высокой точности, и даже при переаттестации концевых мер.

Работа оптиметра основана на принципе автоколлимации. Автоколлимацией называется способность объектива превращать пучок лучей, исходящих из точки О, расположенной в фокальной плоскости З (рис. 3а) на фокусном расстоянии F от объектива 1, в параллельные лучи и затем, после отражения от плоского зеркала 2, снова собирать их в фокальной плоскости в одну точку.

Допустим, что источник света находится на оптической оси и в фокальной плоскости, но плоскость зеркала 2 повернута на некоторый угол к оптической оси ( рис. 3б). В этом случае световые лучи, исходящие из точки 0, после линзы пойдут параллельно оптической оси. На схеме эти лучи обозначены векторами ad и a¹d¹. Отразившись от зеркала, которое повернуто на угол α, лучи отклонятся на угол 2α и пойдут в направлении dc и d¹c¹. В результате изображения светящейся точки О переместится в точку В на расстоянии Н.

Рис. 3 Принцип автоколлимации (оптическая схема).

а – ход лучей, когда плоскость зеркала параллельна фокальной плоскости; б – ход лучей, когда плоскость зеркала повернута под углом к фокальной плоскости; 1 – объектив; 2 – зеркало; 3- фокальная плоскость; 4 – измерительный стержень.

Если поворот зеркала связан с перемещением стержня 4, который расположен относительно оси поворота плоскости на расстоянии l, то передаточное отношение системы будет равно;

Вследствие малой величины угла можно им пренебречь и считать, что tg2α≈2α , а tgα≈α . Тогда формула примет вид:

Из формулы видно, что передаточное отношение К не зависит от расстояния между объективом и зеркалом. Эта особенность позволяет делать головку оптиметра небольших размеров.

Устройство самой трубки оптиметра приведено на рисунке 4. Свет из источника 7 при помощи зеркала 6 направляется в трехгранную призму 5. Дальние лучи света, отражаясь от грани призмы, проходят через прозрачную стеклянную пластинку 4, на которой нанесена шкала. На рисунке эта шкала показана на черном фоне. Изображение шкалы проходит через призму 8, где лучи преломляются на 90⁰ и идут через объектив 9. Пройдя объектив, лучи направляются параллельным пучком к зеркалу 10 и, отражаясь от него, идут обратно. Обратные лучи проходят тот же путь и дают на стеклянной пластинке 4 отраженную шкалу. Так осуществляется автоколлимация головки оптиметра.

Если измерительный стержень 1 переместить на какую-то величину, то это сейчас же вызовет угловое отклонение зеркала 10, которое вращается вокруг оси 11. Угловое отклонение зеркала приведет к вертикальному перемещению отраженной шкалы. Размер этого перемещения оценивают относительно неподвижного указателя. За перемещением шкалы наблюдают через окуляр 3. Зеркало 10 связано с измерительным стержнем 1 пружиной 2, которая создает измерительное усилие в пределах 1 ,8- 2Н.

В трубке оптиметра фокусное расстояние F (расстояние от объектива 9 до оси окуляра 3) равно 200 мм, а плечо l от оси измерительного стержня до оси качания зеркала - 5 мм.

Рис 4. Трубка оптиметра:

1 – измерительный стержень; 2 – пружина; 3- окуляр; 4 – стеклянная пластинка с нанесенной на ней шкалой; 5 – трехгранная призма; 6 – зеркало; 7 – источник света; 8 – призма; 9 – объектив; 10 – зеркало; 11 – ось.

Из уравнения передаточное отношение трубки К = = = 80

Отсюда следует, что при перемещении измерительного стержня 1 на 1 мкм отраженная шкала переместится на 80 мкм, но поскольку отсчет ведется через 12 кратный окуляр, то общее увеличение трубки оптиметра будет равно не 80, а 960. Это значит, что перемещение измерительного стержня на 0,001 мм сместит изображение на одно , интервал которого в поле зрения окуляра составит 0,96 мм.

Цена деления трубки оптиметра 0,001 мм, а пределы измерения шкалы головки ± 0,1 мм. Трубка оптиметра соединяется только с тяжелой стойкой, как для вертикальных, так и для горизонтальных измерений.