книги из ГПНТБ / Савенко, В. Г. Измерительная техника учеб. пособие

изображением зеркала 6, которое получается с помощью объектива И . Поэтому лучи, отраженные зеркалом 6 и 8,

рез окуляр 13. Окуляр можно перемещать вокруг оси 14. Это позволяет рассматривать необходимый участок шка­ лы через середину окуляра (для исключения хроматичес­ кой аберрации). Зеркало 6 механически соединено с из­ мерительным стержнем 7, который контактируется с изме­ ряемым изделием 15, установленным на столике 16. По­ этому перемещение измерительного стержня и зеркала 6

дет несколько цветных полос убывающей интенсивности), появляющаяся при выключенном светофильтре 3. Если светофильтр 3 введен в световой поток, то в поле зрения появятся одноцветные полосы 19 монохроматического цве­ та, четко разделенные черными линиями. Каждому интер­ валу между полосами соответствует половина длины волны света, пропускаемого светофильтром. Градуировку шкалы прибора в пределах 0,054-0,2 мкм производят по длине волны 7 монохроматического света (обычно зеленый све­ тофильтр 7 = 0 ,5 5 0 мкм).

Направление и ширину интерференционных полос мо­ жно регулировать наклоном зеркала 8, поворот которого осуществляется регулировочными винтами.

Предельная погрешность показаний интерферометра определяется по формуле

б = ± (0,03 ± 1,5пС ^ - j мкм,

где Д7— погрешность измерения длины волны, мкм;

п— отсчет по шкале;

С— цена деления шкалы [2].

Непосредственно по шкале прибора можно произво­ дить измерения в пределах ± 0 ,2 мм (толщины пленок, проволочек и т. д.) На вертикальном интерферометре из­ меряют наружные размеры плоских, цилиндрических из­ делий размером до 250 мм сравнительным методом, диа­ метры шариков, цилиндров. На горизонтальном можно

1 1 1

также производить измерение отверстий от 13,5 мм и линей­ ных размеров до 500 мм.

Интерференционный микроскоп В. П. Линника пред­ назначен для контроля шероховатости поверхности (см. §3 .8).

структором. Шероховатость поверхности рассматривает­

25 мм. По ГОСТ 2789—59 шероховатость поверхности для

ней линии «т»

Rz — в ы с о т а н е р о в н о с т е й (среднее расстояние ме­ жду находящимися в пределах базовой длины пятью выс­ шими точками выступов и пятью низшими точками впа­ дин, измеренное по линии, параллельной средней):

1 1 2

( ^ i - ) - h 3 + • • • + h 9) — (h 2 + h i — •+ h u )

По ГОСТ 2789—59 установлено 14 классов чистоты по­ верхности. Для классов ІЧ-5 и 13-7-14 оценку рекоменду­ ется производить по критерию Rz, а для классов 6-7-12— по критерию Ra. Максимальные числовые значения пара­ метров шероховатости R a лежат в пределах от 0,01 (14-й класс) до 80 мкм (1-й класс) и Rz от 0,05 до 320 мкм. В производственных условиях обычно приходится опреде­ лять класс чистоты обработанной поверхности и измерять шероховатость. При этом используются методы измерения шероховатости и визуального сравнения. Визуальное срав­ нение дает надежные результаты только для поверхно­ стей до 7-го класса чистоты. Для повышения надежности контроля шероховатости этим методом до 10-го класса применяются микроскопы для сравнения контролируемой поверхности с поверхностью образцовой шероховатости.

Шероховатость измеряют контактным методом с по­ мощью щуповых приборов (профилометров и профилографов) и бесконтактными оптическими приборами (двой­ ными микроскопами, микроинтерферометрами и др.).

При контактных методах измерения шероховатости поверхности по контролируемой поверхности перемещает­ ся алмазная или стальная игла (с радиусом закругления 1 -7-12 мкм). При этом она получает микроперемещения в направлении своей оси, соответствующие изменению про­ филя поверхностных неровностей. Эти микроперемещения усиливаются и регистрируются отсчетными устройствами.

и габариты. Измерительная головка, снабженная ощупы­ вающей иглой, перемещается по контролируемой поверх­ ности от руки с помощью микрометрического винта. Стрел­ ка прибора по шкале показывает высоту неровностей. По этим показаниям можно построить профилограмму и за­ тем по формулам найти значение Rz или /?а-

Профилографы позволяют автоматически получить увеличенную запись микропрофиля поверхности в виде профилограммы. Для этой цели прибор имеет специаль­ ное самопишущее устройство.

Бесконтактные (оптические) методы измерения шеро­ ховатости поверхности делятся на метод светового сече­ ния и интерференционные методы.

При методе светового сечения контролируемая поверх­ ность освещается узкой полосой света (световой плоско-

8)

стью). Контур профиля поверхности в виде линии пересе­ чения световой плоскости с контролируемой поверхно­ стью, искривленной микронеровностями (рис. 3.18,а), рас­ сматривается при значительном увеличении. Приборы,

В. П. Линника, микроскопы ПСС), так как они состоят из осветительного О и визуального В микроскопов (рис.

114

3.18,6). Изображение щелевой диафрагмы 1 (рис. 3.18в), расположенной в фокальной плоскости линзы 2, проекти­ руется объективом осветительного микроскопа на иссле­ дуемую поверхность 3, а объектив 4 визуального микро­ скопа проектирует изображение линии пересечения свето­ вой плоскости с исследуемой поверхностью в фокальную плоскость 6—6 окуляра 5. В плоскости 6—6 расположено отсчетное устройство (окулярный микрометр). Оптические оси микроскопов располагаются под углом 90° и наклоне­ ны под углом 45° к контролируемой поверхности. Наличие угла наклона к контролируемой поверхности приводит к искажению размеров высоты неровностей по сравнению с

их шагом (при угле 45°—в У 2 раза). Однако если све­ товую плоскость направить перпендикулярно к исследуе­ мой, то будет резкое ухудшение условия освещенности по­ ля зрения визуального микроскопа. При более острых уг­ лах (меньших чем'45°) между осью осветительного микро­ скопа и исследуемой поверхностью получается дополни­ тельное увеличение высоты неровностей, но и возникают большие погрешности при их измерении, так как при этом нельзя добиться одинаково резкой фокусировки изображе­ ния выступов и впадин неровностей.

В поле зрения окуляра микроскопа (рис. 3.18, г) на­ блюдается картина распределения шероховатостей на не­ котором участке базовой длины (из-за небольшого поля зрения). Высота неровностей определяется умножением разности отсчетов по шкале окулярного микрометра при совмещении горизонтальной нити перекрестья с выступа­ ми и впадинами неровностей на цену деления окулярного микроскопа. Картину шероховатостей на отдельных участ­ ках исследуемой поверхности можно фотографировать (с помощью фотонасадок).

Для измерения шероховатости 3—9-го классов к мик­ роскопу придаются несколько пар сменных микрообъекти­ вов. Погрешность показаний приборов зависит ѳт общего увеличения и составляет от 7,5 до 24% [13]. С помощью двойных микроскопов можно измерять толщину тонких прозрачных пленок.

При интерференционном методе измеряют шерохова­ тость поверхности 10—14-го классов. Для этого использует­ ся интерференционный микроскоп В. П. Линника. На кон­ тролируемой поверхности изделия оптическая система микроскопа образует интерференционные полосы. Из-за не­ ровностей поверхности интерференционные полосы искрив­

ляются соответственно профилю неровностей на рассмат­ риваемом через окуляр участке (рис. 3.19,а). С помощью окулярного микрометра определяются значения искривле­ ния интерференционных полос — а и интервал между од­ ноименными полосами — b на некотором участке интер­ ферограммы (рис. 3.19, б ) .

Высоту неровности Н можно определить так:

где X— длина световой волны источника света, применяе­ мого в приборе,

>*V V V *'^ ,M ^ A v, W S w \W V v ^ \4 ^ w ^ v ^ » « V /VW

/Л " 1ѵѵ\т\,-іЛ,ѴЧ^—чАаѵѵлЛл\луѵѵ.-~

'•ѵѴ'-ѵѵ-ѵ

«^Лм^Чѵ'-ѴѴл»Ѵ»Ч»^\Л/

»--/-Ѵ\уѴ//Ѵ'лТ-----^ v V - '^ r .-^

--•/Лѵ^'^Ѵ'-Ѵ’^'Ѵл*

о;

Параметр Rz определяется после измерения ординат пяти высших и пяти низших точек от линии, параллельной средней линии профиля.

Интерференционные микроскопы (микроинтерферомет­ ры) В. П. Линника имеют различные конструктивные раз­ новидности. Их принципиальные оптические схемы иден­ тичны (рис. 3.19,в). От источника света 1 лучичерез конденсор 2, диафрагму 3 и линзу 4 попадают на полупроз­ рачную пластину 5 и разделяются на два когерентных лу­ ча, одну из которых, отражаясь от посеребренного слоя,

116

направляется через объектив 6 на контролируемую по­ верхность 7, находящуюся в фокальной плоскости объек­ тива 6. Отразившись от контролируемой поверхности, луч проходит обратный путь и попадает в объектив 8. Второй луч света проходит через посеребренный слой пластины 5, пластину 9 (она служит для уравнивания длины хода в стекле двух интерферирующих лучей), объектив 10 и со­ бирается на зеркале 11, расположенном в его фокусе. От­ разившись от зеркала 11, второй луч также попадает в объектив 8. Оба луча собираются в фокусе объектива 8 на зеркале 12, где и возникает интерференционная карти­

Ширину и направление интерференционных полос можно изменять, смеш.ая объектив 10 перпендикулярно его опти­ ческой оси.

ГЛАВА 4. МЕТОДЫ И ПРИБОРЫ

ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ УГЛОВ

§ 4.1. КЛАССИФИКАЦИЯ ИЗМЕРЕНИЙ УГЛОВЫХ ВЕЛИЧИН

Измерение углов, также как и линейных размеров, яв­ ляется распространенным видом технических измерений. При этом используются разнообразные методы.

При методе сравнения с жесткими одномерными образ­ цовыми угловыми мерами определяют значения отклоне­ ния измеряемого угла от угловой меры.

При тригонометрическом методе определяют углы кос­ венно, измерением линейных величин и использованием тригонометрических функций.

При гониометрическом или методе непосредственного измерения определяют углы прибором, имеющим угломер­ ную шкалу.

Интерференционный метод применяется при высокоточ­ ных измерениях (например, при калибровке эталонных многогранников). Предельная погрешность результата из­ мерений угла равна~0,2", Метод имеет узкую область применения [2].

117

(мм/м). Так, например, прямоугольный треугольник с ка­ тетами 1 м и 0,01 мм имеет один из углов 2", т. е. наклон линии к горизонтали в 2" соответствует уклону 0,01 мм/м.

Углы конусов характеризуются конусностью: отноше­ нием разности диаметров в двух поперечных сечениях к рас­ стоянию между сечениями.

§ 4.2. СРАВНИТЕЛЬНЫЙ МЕТОД ИЗМЕРЕНИЯ УГЛОВ

Измерение углов этим методом производится сравнени­ ем контролируемых углов с угловыми мерами — угольни­ ками и угловыми шаблонами (ГОСТ 2875—62). Для отсче­ та разности углов используются световая щель, отсчетное устройство рычажно-механических приборов и пятна крас­ ки при припасовке. Оценка угла по световой щели (просве­ ту) между сторонами измеряемого угла и угловой меры ведется после установления значения наибольшего просве­ та. Так, например, на рис. 4.1, а показано измерение угла изделия Я с помощью угольника У. Изображено два ва­ рианта, когда угол изделия больше и меньше прямого уг­ ла а угольника У. Отклонение угла изделия от угла уголь­ ника определяется по отношению просвета Д к длине сто­ роны Я.

Просветы со значением до 30 мкм устанавливаются по образцам просвета, а свыше 30 мкм — с помощью щупов. Образцы просвета образуются из микрометрового набора концевых мер, доведенного бруска с широкой рабочей по­ верхностью и лекальной линейки (рис. 4.1,6).

При оценке разности углов по размеру светового про­ света погрешность измерения зависит от длины образую­ щей угла Я и от метода измерения А; например, при изме­ рении с помощью образца просвета и Я — 10+200 мм по­ лучают предельную разность углов образцовой меры и измеряемого изделия соответственно от + 4 0 до ± 2 " .

Просвет Д можно определять с помощью отсчетного прибора. На рис. 4.1, в показано измерение угла изделия Я с помощью призматической угловой плитки У, имеющей угол а. Отклонение от угла а определяется по значению Д, измеренному отсчетным прибором (оп).

Контроль углов методом сравнения производят также по заранее изготовленным угловым шаблонам: изделия в

1І8

процессе изготовления подгоняются и контролируются по шаблону без просвета, или с местными просветами, величи­ на которых нормируется по ширине и длине. В некоторых случаях для контроля применяют предельные шаблоны,

рабочие углы у которых отличаются друг от друга на вели­ чину поля допуска угла изделия.

Контроль углов конических изделий осуществляют с по­ мощью калибров, выполненных в виде конических пробок и втулок. Они имеют идентичные формы и размеры, сопря­

і 19