2.2.8 Лабораторная работа № 15

«Измерение размеров детали и отклонений

от параллельности и плоскостности»

2.2.8.1 Цель работы

Закрепление и углубление знаний и приобретение навыков в области проведения измерений, оценка действительных размеров, отклонений формы плоских деталей, оценка годности деталей.

2.2.8.2 Содержание работы

Измерение размеров и отклонения от параллельности поверхностей пластины или расстояния от торца до борта втулки. Измерение действительной длины и отклонения от плоскопараллельности концевой меры длины.

2.2.8.3 Экспериментальное оборудование

Объекты измерения – пластина плоская шлифованная, длина – 60...120 мм, ширина – 30...50 мм, толщина – 6...12 мм; втулки с бортом, диаметр цилиндра – 40...60 мм; диаметр борта – 50...100 мм, высота – 30...100 мм; концевая мера с номинальной длиной – 2...10 мм.

Средства измерения: вертикальный длиномер ИЗВ-2; интерферометр контактный ИКПВ; образцовая концевая мера длины.

2.2.8.4 Подготовка к работе

Самостоятельная подготовка студентов к выполнению лабораторной работы осуществляется по следующим разделам:

– оптические измерительные приборы, оптические длиномеры [4, 11, 21];

– оптические измерительные приборы – интерферометры [4, 20, 21];

– нормирование, методы и средства измерения, контроля отклонений формы и расположения [3, 4, 6, 26].

2.2.8.5 Теоретическая часть

Краткая характеристика приборов. Вертикальный длиномер. Длиномерами называются оптико-механические контактные приборы, оснащенные подвижной шкалой, расположенной на линии измерения. Длиномер ИЗВ-2 и его принципиальная оптическая схема представлены на рисунке 52.

В конструкцию вертикального длиномера входят (рисунок 52, а): основание с предметным столом 3, кронштейн 12, в котором размещены элементы оптико-механической схемы и направляющие подвижной пиноли; винт 13 согласования нулей основной шкалы пиноли и неподвижной шкалы ОMC; колонка 14, корпус 15, демпфер 16. Оптическая схема у всех вертикальных длиномеров одинакова (рису- нок 52, б).

Принципиальной особенностью этих приборов является полное соблюдение принципа Аббе. Схема вертикального длиномера функционально разделяется на три группы:

– осветительная: свет от лампочки 1 собирается конденсором 2 в пучок параллельных лучей;

а б

1 – лампочка; 2 – шкала; 3 – спираль; 4 – наконечник; 5 – пиноль;

6 – основная шкала; 7 – объектив; 8, 10 – диск; 9 – рукоятка; 11 – окуляр;

12 – кронштейн; 13 – винт; 14 – колонка; 15 – корпус; 16 – демпфер;

а – общий вид; б – принципиальная оптическая схема длиномера.

Рисунок 52 – Длиномер ИЗВ-2

– измерительная: подвижная пиноль 5 (касающаяся измерительным наконечником 4 детали на предметном столе 3) несет в себе основную шкалу 6. Основная шкала нанесена на стеклянной пластине через 1 мм и имеет 100 делений (погрешность нанесения интервала обычно не превышает 0,1...0,2 мкм);

– отсчетная: поток лучей от лампы 1 с изображением штрихов шкалы проходит через объектив 7, неподвижный диск 8 с прямой шкалой 1 (рисунок 53) (с = 0,1 мм), вращающийся рукояткой 9 диск 10 (рисунок 52, б) с круговой шкалой 2 (рисунок 53) с отсчетом в 0,001 мм и двойной спиралью, имеющей шаг 0,1 мм. Вместе с изображением штрихов подвижной основной шкалы 4, неподвижной шкалы 1, круговой шкалы 2 и витков двойной спирали 3 поток лучей попадает в окуляр 11.

В поле зрения окуляра деления подвижной основной шкалы (с = 1 мм) оказываются разделенными на десять частей делениями неподвижной шкалы (с = 0,1 мм). Для удобства отсчета ось неподвижной шкалы продлена в виде штриха-указателя.

1 – прямая шкала; 2 – круговая шкала;

3 – двойная спираль; 4 – основная шкала.

Рисунок 53 – Поле зрения отсчетного

спирального микроскопа ОМС

На делениях этих шкал в поле зрения наложены и витки двойной спирали. Спираль нанесена на вращающемся диске вместе с круговой шкалой мм.

Полное значение отсчета размера по микроскопу состоит:

– из значения основной шкалы в мм, видимого в поле зрения в зоне витков двойной спирали;

– значения неподвижной шкалы с = 0,1 мм, ближайшего меньшего к штриху основной шкалы;

– значения штриха круговой шкалы с = 0,001 мм, оказавшегося против указателя при расположении витка двойной спирали по бокам штриха основной шкалы.

Полный отсчет (см. рисунок 53) принимается как значение 73,267 мм.

Интерферометр контактный. Интерферометрами называются оптико-механические приборы для линейных измерений, в которых оптико-механическое преобразование происходит с использованием интерференции света. Их основным назначением является измерение и аттестация концевых мер длины, измерение контркалибров, аттестация образцовых деталей.

Конструкция контактного интерферометра (рисунок 54, а) включает трубку и устройство для установки трубки и базирования детали. Трубка состоит из осветителя 1 на штанге, углового корпуса 2, ручки светофильтра 3, микроскопа 4, присоединяемого цилиндра 5, окуляра 6 и теплового экрана 7.

Оптической схемой контактного интерферометра является известная схема Майкельсона (рисунок 54, б). Лучи от лампы 1 собираются конденсором 2 в параллельный поток и проходят диафрагму 3. Для работы в монохроматическом свете на пути лучей после диафрагмы может устанавливаться светофильтр 4, пропускающий только зеленые лучи. Длина волны лучей, пропускаемых светофильтром, установленным на данной трубке, аттестуется и маркируется на трубке. Если нужно работать в белом свете, то светофильтр убирается с пути лучей.

1 – лампа; 2 – конденсор; 3 – диафрагма; 4 – светофильтр; 5, 12 – зеркала;

6, 8 – пластины; 7 – объектив; 10 – окуляр; 11 – компенсатор; 13 – стержень;

а – общий вид; б – оптическая схема.

Рисунок 54 – Интерферометр контактный ИКПВ

Зaтeм лyчи падают на paздeлительную пластину 6, имeющую на нижней поверхности полупрозрачное покрытие. Здесь поток лучей разделяется на два пучка.

Первый пучок идет в горизонтальном направлении и доходит до регулировочного зеркала 5, отражается от него, возвращается на пластину 6, проходит через нее и сквозь объектив 7, затем попадает на пластину 8 со шкалой.

Второй пучок идет в вертикальном направлении, проходит через компенсатор 11 до зеркала 12, соединенного со стержнем 13, отражается от этого зеркала на той высоте, которая будет определена положением наконечника, т.е. размером объекта, установленного на столе под трубой. Oтpаженный луч внoвь проходит сквозь компенсатор 11 и, преломившись от нижней поверхности пластины 6, пройдя через объектив 7, тоже проходит на пластину 8. Компенсатор 11 служит для уравнивания оптической длины хода обоих пучков лучей света – без компенсатора горизонтальный пучок проходит дважды через стеклянную среду, тогда как вертикальный идет тoлькo в воздушном пространстве.

В плocкocти плacтины 8 oбa пyчка интерферируют, и через окуляр 10 на фоне шкалы виднa картина интерференции. Если на пути лучей поставить светофильтр 4, то поток будет coстоять из лучей одной длины волны, а картина интерференции – иметь вид ряда темных полос с зелеными промежутками. Если же светофильтр убрать с пути потока, то лучи будут белого света, т.е. состоять из лучей разной длины волны, и тогда картина интерференции будет иметь вид ряда радужных полос с одной черной полосой в середине.

Чувствительность рассмотренной схемы можно регулировать, изменяя расстояние между полосами интерференции, т.е. меняя угол наклона между зеркалами 5 и 12. Эту регулировку выполняют поворотом регулировочного зеркала 5.

Преимуществом данной схемы является наличие при белом свете в картине интерференции черной полосы, которая используется при работе трубки в виде индекса (стрелки). Ее устанавливают на нулевой штрих шкалы и по ней затем читают отклонение от установленного размера.

2.2.8.6 Контрольные вопросы

1. Истинное, действительное и измеренное значение физической величины.

2. Что такое отклонение от параллельности плоскостей и отклонения от плоскопараллельности?

3. Что такое оптический длиномер и каково его назначение?

4. Перечислите элементы оптической схемы длиномера и покажите ход лучей.

5. Интерферометры, их различие и применение.

6. Что такое картина интерференции, где она возникает, как она выглядит в монохроматическом и белом свете?

7. Обозначение на чертежах допусков параллельности и плоскостности.

2.2.8.7 Порядок выполнения работы

1. Ознакомиться с техническим описанием, инструкцией по эксплуа­тации вертикального длиномера.

2. Провести установку длиномера на нуль (см. инструкцию к прибору):

– освободить стопор шпинделя прибора. Под действием силы тяжести шпиндель опускается до соприкосновения с поверхностью измерительного стола или концевой меры длиной 100 или 150 мм, притертой к столу;

– вращая ручку отсчетного микроскопа, круговую шкалу перевести в положение «00» относительно указателя. При этом все штрихи окулярной шкалы (короткие штрихи) расположатся между нитями двойной спирали;

– при правильной установке нулевой штрих или штрих 100 мм (при настройке по концевой мере) также должны лежать между петлями спирали;

– при невыполнении этих условий винтом смещают окуляр микроскопа на нужное положение.

3. Провести измерение детали. После установки детали на стол длиномера опускают измерительный стержень, чтобы измерительный наконечник коснулся поверхности измеряемой детали. При использовании окулярного отсчетного устройства, наблюдая в окуляр, совмещают шкалы и производят отсчет.

4. Произвести измерение толщины и ширины пластины в указанных руководителем рабочих точках и записать в бланк отчета наибольшие и наименьшие значения размеров (приложение П).

5. Провести измерение отклонений от параллельности плоскостей пластины (см. п. 4) в точках l₁, l₂, b₁, b₂ (см. бланк отчета в приложении П).

6. Определить значения отклонений от параллельности.

7. По отклонениям от параллельности (ГОСТ 24643-81) определить степень точности детали.

8. В зависимости от допусков размера и параллельности определить уровень относительной геометрической точности (ГОСТ 24643-81) .

9. Ознакомиться с техническим описанием и инструкцией по эксплуатации вертикального контактного интерферометра.

10. Установить концевые меры на стол. Для этого:

– протирают обе концевые меры, стол и рамку;

– кладут рамку на стол, а в ее выемки укладывают концевые меры: в ближнюю – образцовую, в дальнюю – измеряемую.

11. Установить интерферометр на номинальный размер:

– поднять кронштейн до тех пор, пока измерительная поверхность наконечника не станет выше концевых мер;

– сдвинуть рамку с концевыми мерами по столу таким образом, чтобы ближняя мера расположилась под измерительным наконечником, и опустить кронштейн до оставления небольшого зазора с концевой мерой. Закрепить винты зажима кронштейна;

– вращением окуляра установить наилучшую для себя резкость;

– поднять стол интерферометра до тех пор, пока в поле зрения черная ахроматическая полоса картины интерференции не станет на нулевой штрих шкалы;

– закрепить стол в этом положении.

12. Проверить установку цены деления в соответствии с инструкцией на прибор.

13. Установить интерферометр на нуль:

– подать поток белого света, убирая светофильтр с пути светового потока;

– совместить оптическую ось окуляра с осью картины интерференции;

– наблюдая в окуляр, установить ось окуляра против нулевого штриха шкалы;

– поместить образцовую меру точкой L_д под измерительный наконечник (см. схему измерения), предварительно нажимая на рычаг арретира, чтобы поднять измерительный стержень с наконечником;

– повторить подъем-опускание наконечника 2-3 раза для получения устойчивых показаний;

– установить шкалу окончательно на нуль.

14. Подвести измерительную меру под наконечник, предварительно арретируя его, и опустить его в точку L_д.

15. Отклонение номинальной длины в точке L_д измерительной меры от образцовой определяют по черной полосе, как по стрелке читают по шкале показание прибора, которое записывают в графу L_д отчетного бланка (см. приложение П).

16. Провести измерение отклонения от плоскопараллельности концевой меры:

– измерить отклонение от номинальной длины меры, устанавливая последовательно меру под измерительный наконечник точками L₁, L₂, L₃, L₄;

– отcчитанные отклонения L₁, L₂, L₃, L₄ записать в соответствующие графы отчетного бланка;

– подсчитать величину отклонения от плоскопараллельности n_n измеряемой меры, выбрав из числа измеренных отклонений  L_д, L₁, L₂, L₃, L₄ два отклонения, имеющие наибольшую алгебраическую разность; подсчитать ее величину и записать в графу n_n.

17. Сравнить полученное значение отклонения от плоскопараллельности с данными в аттестате.

2.2.8.8 Оформление отчета по работе

Отчет оформляется в соответствии с п. 1.4. Отчет по экспериментальной части включает все необходимые данные в соответствии с формой бланка (см. приложение П).