10.8. Средства измерений и контроля с оптическим и оптико-механическим преобразованием

Оптико-механические измерительные приборы находят широкое применение в измерительных лабораториях и в цехах для измерения размеров калибров, плоскопараллельных концевых мер длины, точных изделий, а также для настройки и проверки средств активного и пассивного контроля. Эти приборы основаны на сочетании оптических схем и механических передач.

Оптико-механические измерительные приборы. К таким приборам относятся: пружинно-оптические измерительные головки (оптикаторы), оптиметры, ультраоптиметры, длиномеры, измерительные машины, интерферометры и ряд других приборов.

Оптиметр состоит из измерительной головки, называемой трубкой оптиметра и вертикальной или горизонтальной стойки. В зависимости от вида стойки оптиметры подразделяют на вертикальные (например, ОВО–1 или ИКВ) (рис.10.28, а) и горизонтальные (например, ОГО–1 или ИКГ) (рис.10.28, б). Выпускаются также горизонтальные и вертикальные проекционные оптиметры (ОГЭ–1 или ОВЭ–02). У последних отсчет результата измерения производится по шкале, проецируемой на экран. Вертикальные оптиметры предназначены для измерений наружных размеров деталей, а горизонтальные – для измерения как наружных, так и внутренних размеров.

В оптической схеме оптиметров использованы принципы автоколлимации и оптического рычага.

Для контроля сложных корпусных деталей, деталей значительных длин, измерения расстояний между осями отверстий, лежащих в одной или разных плоскостях, контроля параметров плоских профильных шаблонов в прямоугольных и полярных координатах предназначаются одно-, двух- и трехкоординатные измерительные машины. Двух- и трехкоординатные измерительные машины позволяют получать цифровой отсчет с автоматической выдачей результатов измерений на ЭВМ с последующим применением полученных программ в станках с ЧПУ для обработки аналогичных деталей (обработка по моделям).

Оптические измерительные приборы. Эти приборы находят применение в измерительных лабораториях для абсолютных и относительных измерений бесконтактным методом различных изделий сложного профиля (резьб, шаблонов, кулачков, фасонных режущих инструментов) и малых габаритных размеров, для точных измерений длин, углов, радиусов. К наиболее распространенным оптическим измерительным приборам относятся: микроскопы (инструментальный, универсальный, проекционный), проекторы, оптические длинномеры и угломеры, делительные головки, столы и др.

10.9. Средства измерений и контроля волнистости и шероховатости.

Измерения и контроль параметров волнистости и шероховатости поверхностей относятся к линейно – угловым измерениям, однако измеряемые величины здесь очень малы. На производстве измерению подлежат высоты неровностей от 0,025 мкм и шагов – начиная с 2 мкм. В последнее время в некоторых отраслях промышленности достигнуто определение субмикронеровностей с высотой 0,05 Á (1 ангстрем =10 м) и с шагом 2 Á. Точность измерения, естественно, должна быть в несколько раз выше требуемой точности выполнения геометрических параметров деталей.

Большое значение шероховатости и волнистости поверхности деталей для эксплуатации узлов и механизмов обусловило возникновение большого разнообразия методов и средств оценки параметров микронеровностей.

Наиболее простым методом контроля шероховатости поверхностей деталей в цеховых условиях является метод сравнения с образцами визуально или на ощупь (рис.10.29). Образцы в соответствии с межгосударственным стандартом ГОСТ 9378–93(“Образцы шероховатости поверхности (сравнения). Общие технические условия”) (ИСО 2632-1–85, ИСО 2632-2–85) изготавливаются из тех же материалов, что и контролируемые детали и обрабатываются теми же методами. Кроме того, форма образцов и основное направление неровностей поверхности должны соответствовать определенным указаниям.

В стандарте установлены ряды номинальных значений параметра шероховатости Ra поверхности образца в зависимости от воспроизводимого способа обработки и базовой длины для их оценки. Так, для шлифования значения Ra варьируется от 0,050 до 3,2 мкм при базовой длине от 0,25 до 2,5 мм, а для точения и расточки – соответственно от 0,4 до 12,5 мкм при базовой длине 0,8 – 2,5 мм, для полирования – 0,006 – 0,2 мкм и 0,08 – 0,8 мм. Ширина образцов сравнения составляет не менее 20 мм а длина 20 – 50 мм. Образцами могут быть и готовые детали.

Однако глазомерная оценка и оценка на ощупь субъективны и может вызвать недоразумения. Особенно эти виды оценок затруднительны для точно обработанных деталей.

Для количественного определения параметров неровностей применимы бесконтактные и контактные методы измерения.

Наибольшее распространение из бесконтактных методов получили методы светового сечения, теневой проекции, метод с применением растров, микроинтерференционные, рефлектометрические методы, методы электронной микроскопии, сканирующей туннельной микроскопии и целый ряд других.

Считается, что средства измерения, реализующие метод светового сечения, позволяют измерять неровности поверхности высотой от 0,5 до 40 мкм с допустимыми погрешностями показаний по норме порядка 24 и 7,5 % соответственно.

Основным вариантом профильного метода измерения параметров микронеровностей поверхности является контактный (щуповой) метод. Сущность этого метода заключается в том, что остро заточенная игла, имеющая контакт с исследуемой поверхностью, приводится в поступательное перемещение по определенной трассе относительно поверхности (рис.10.30, а). Ось иглы 2 располагают по нормали к поверхности 3. Опуская во впадины, поднимаясь на ее выступы во время движения ощупывающей головки 1, игла начинает колебаться относительно головки, повторяя по величине и форме огибаемый профиль поверхности.

Механические колебания иглы преобразуются, как правило, в подобные им электрические колебания при помощи электромеханического преобразователя того или иного типа. Снятый с преобразователя сигнал после преобразования поступает либо на шкалу прибора (при профилометрировании), либо на записывающий прибор с соответствующим горизонтальным и вертикальным масштабах (при профилографировании). Соответственно, щуповые электромеханические приборы, предназначенные для измерения параметров шероховатости поверхности, называются

профилометрами, а такие же приборы для записи микронеровностей – профилографами. Комбинированные приборы, которые позволяют количественно определять и графически изображать микронеровности называются профилометрами-профилографами.

В зависимости от назначения установлены следующие типы профилометров-профилографов: 1 – для лабораторных работ (стационарные), 11 – цеховые (стационарно-переносные для контроля окончательно обработанных поверхностей), 111 – цеховые (портативные, предназначенные для межоперационного контроля).

Преимущественное распространение получили профилометры и профилографы, у которых в качестве преобразователя установлен индуктивный преобразователь. Это приборы моделей 201, 202, 240, 252 завода “Калибр”, “Телисарф-4” ( Великобритания), “Профикордер”(США) и другие.

В соответствии с этой схемой (рис.10.30, б) движение алмазной иглы 2 по микронеровностям в вертикальной плоскости вызывает соответствующее перемещение якоря 6 в индуктивной ощупывающей головке, а вместе с тем изменение воздушных зазоров между якорем 6 и двумя расположенными по обеим сторонам оси его качения катушками 4. К одной из катушек якорь приближается, что увеличивает ее индуктивность, а от другой он, в то же время, удаляется, что уменьшает ее индуктивность. Катушки и две половины первичной обмотки дифференциального входного трансформатора образуют мост, питание которого осуществляется от генератора 5 звуковой частоты (»5кГц). Одновременное, но противоположное изменение индуктивности катушек соответственно изменяет напряжение в измерительной диагонали моста, которое связано с величиной перемещения h ощупывающей иглы при ее механических колебаниях.

Измерение шероховатости производится путем ощупывания поверхности алмазной иглой с радиусом при вершине 10 мкм и фиксацией цифровых показаний на табло по параметрам Ra, Rz, Rmax, Rp, Sm, tp или воспроизведения профиля на электротермической бумаге в прямоугольных координатах.