книги из ГПНТБ / Якушев А.И. Взаимозаменяемость, стандартизация и технические измерения учебник

В основу передаточного механизма микрокатора положена скрученная бронзовая пружинная лента 3 (см. рис. 28, а). Одна ее половина завита вправо, другая — влево. Лента 3 правым концом прикреплена к пружинному угольнику 6’, а левым — к плоской пружине 2. Измерительный стержень 8, перемещаясь вверх, вызы­ вает поворот угольника 6', что приводит к растяжению ленты 3 и повороту прикрепленной к ней в середине стрелки 4 относитель­ но шкалы 5. Стрелка представляет собой тонкую стеклянную кони­ ческую трубочку диаметром 50—80 мкм, сбалансированную при помощи противовеса 1.

Рис. 28. Пружинные и пружинно-оптические измеритель­ ные приборы:

а — схема микрокатора; б — широкопредельный микрокатор; в — схема пружинно-оптической головки (оптикатора)

Измерительный стержень 8 подвешен к корпусу прибора на мембране 9 и пружинном угольнике 6. Измерительная сила создается пружиной 7.

Основные недостатки микрокаторов: неудобство отсчета пока­ заний ио слишком тонкой стрелке, вибрации стрелки, ее прили­ пание к шкале (при обтирании микрокатора сухой тряпкой воз­ никает статическое электричество, шкала электризуется и притя­ гивает стрелку).

Этих недостатков лишен созданный на базе микрокатора оптикагор, схема которого показана на рис. 28, в. В этом приборе пружинный передаточный механизм микрокатора совмещен с уве­ личивающей оптической передачей. Па ленте 6 вместо стрелки укреплено зеркальце 7. Пучок лучей от источника света 1 падает на него, проходя через конденсор 2, стеклянную пластинку 3 (с нанесенным на ней указательным штрихом) и объектив 4. Отра­ зившись от зеркальца, лучи попадают на стеклянную шкалу 8, на которой видно изображение (на световом круглом поле) ука­

101

зательного штриха, нанесенного на пластинку 3. При перемещении измерительного стержня 5 и раскручивании ленты 6 по шкале 8 перемещается световой зайчик с изображением штрихового ука­ зателя.

Ленинградский инструментальный завод выпускает фотоэлект­ рические многодиапазонные сортировочные датчики ДФМ, разра­ ботанные на основе оитикагоров. В этом случае пучок лучей, отразившись от зеркальца 7, попадает не только на шкалу 8 , но и на расположенные под ней фотосопротивления. Ширина каждого фотосоиротивления равна 1 мм; число фотосопротивлений — 50, что позволяет сортировать детали на 50 групп через 0,5; 1 или 2 мкм (при цене деления оптикатора ДФМ 0,5; 1,0 или 2,0 мкм соответственно).

Оптико-механические и оптические приборы. В одних прибо­ рах этого типа (измерительные машины, длиномеры, измеритель­ ные микроскопы, проекторы) повышение точности отсчета и точ­ ности измерений достигается благодаря значительному увеличе­ нию измеряемых объектов (или шкал); в других (оптиметры, уль­ траоптиметры) — сочетанием механических передаточных меха­ низмов с оптическим автокодлимационным устройством. Все эти приборы широко применяют в измерительных лабораториях и в це­ хах. Они выполняются как контактными (оптиметры, длиномеры, измерительные машины), так и бесконтактными (микроскопы, проекторы) и позволяют измерять размеры деталей но одной (оптиметры, длиномеры), двум (микроскопы, проекторы) или трем (универсальные измерительные микроскопы, специальные изме­ рительные машины) координатам.

Оптиметры выпускают с ценой деления 0,001 мм. В их кон­ струкции используется принцип автоколлимации —свойство объек­ тива ОБ превращать пучок расходящихся лучей, исходящих из точечного источника света О, расположенного в фокусе объектива ОБ, в пучок параллельных лучей, который после отражения плос­ ким зеркалом собирается в том же фокусе объектива (рис. 29 а, б).

Если источник света О расположить не в фокусе объектива, а в фокальной плоскости на расстоянии а от главной оптической оси (см. рис. 29, а), то один из лучей (центральный) пройдет по побочной оптической оси, а остальные, преломившись, пойдут параллельно побочной оптической оси. Встретившись с зеркальной плоскостью ЗП, перпендикулярной к главной оптической оси, лучи возвратятся параллельным пучком и, преломившись в объективе, соберутся в точке Ох, симметричной точке О и находящейся на расстоянии а по другую сторону от главной оптической оси.

Если же источник света расположен в фокусе объектива, а зеркальная плоскость находится иод углом а к главной оптической оси (рис. 29, б), то лучи, отразившись от зеркала, пойдут под углом 2а к главной оптической оси и, преломившись в объективе, сойдутся в точке 0 L, отстоящей от точки О на расстоянии t. В кон­ струкции трубки оптиметра используются обе описанные схемы.

102

В трубке, показанной на рис. 29, в, от источника света лучи направляются зеркалом 1 и призмой 2 на шкалу (на которой нане­ сено 200 делений). Шкала и указатель нанесены на плоскость

а

стеклянной пластинки 3, расположенной в общей фокальной плос­ кости объектива 5 и окуляра ОК по разные стороны относительно главной оптической оси — соответственно схеме, показанной на

103

рис. 29. а. Пройдя шкалу, луч попадает на призму 4 и, повернув на 90 , проходит через объектив б. Выйдя из объектива, луч отра­ зится от зеркала 6 и возвратится в фокальную плоскость объек­ тива со смещением в горизонтальном направлении относительно главной оптической оси. Горизонтальное смещение используется для того, чтобы наблюдать изображение шкалы отдельно от самой шкалы.

Изображение шкалы будет смещено и в вертикальном направ­ лении по отношению к главной оптической осп, так как с переме­ щением измерительного стержня 7, опирающегося на измеряемую деталь Д, изменится положение зеркала 6 на угол а,, что вызовет отклонение отраженных от зеркала лучей на угол 2а. При зтом

Рис. 30.'Вертикальный (а) и горизонтальный (б) оптиметры

изображение шкалы переместится в вертикальном направлении относительно неподвижного указателя на величину t (см. схему, показанную на рис. 29, б).

13 оптиметре используется принцип оптического рычага: малым плечом рычага является расстояние а от точки опоры качающегося зеркала 6 до оси измерительного стержня 7, большим — фокусное расстояние объектива F (см. рис. 29, г).

Трубка оптиметра устанавливается на вертикальной (верти­ кальный оптиметр) или на горизонтальной (горизонтальный опти­ метр) стоике (рис. 30). Вертикальный оптиметр типа ОВО-1 пли ПК В служит для измерения наружных размеров, горизонтальный оптиметр типа ОГО-1 или ИКГ — для измерения наружных и внутренних размеров.

Пределы измерения по шкале трубки оптиметра равны ±0,1 мм, а всего прибора (при измерении длины деталей): 0—180 мм у вер­ тикального и 0—350 мм у горизонтального оптиметра. Измери­ тельная сила равна 2 Н (^--200 Г). Предельные погрешности показаний оптиметров составляют от 0,3 до 0,07 мкм. Все виды

104

оптиметров предназначены для линейных измерений относительным методом.

Через окуляр трубки оптиметра приходится производить отсчеты но шкале, пользуясь одним глазом, что утомляет контро­ лера. Для облегчения отсчета на окуляр на/ювают проекционную насадку 1 (см. рис. 30, б), на экране 2 которой можно наблюдать изображение шкалы оптиметра двумя глазами.

В ГДР выпускают проекционные оптиметры, у которых отсчет результатов измерений производится на экране 5 (см. рис. 31).

зателя при смещении измерительного стержня 7 и наклоне зер­ кала 8. Аналогичные оптиметры типа ОГЭ-1 с ценой деления шкалы 0,001 мм выпускаются Ленинградским инструментальным заводом. Осваивается выпуск оптиметров ОВЭ-02 с ценой деле­ ния 0,2 мкм.

Переход от окулярных систем отсчета к экранным характерен для большинства оптических измерительных приборов. Оптичес­ кая схема экранных приборов значительно сложнее, чем окуляр­ ных, и стоимость их намного выше. Однако повышение стоимости прибора окупается большим удобством работы, меньшей утомля­ емостью и ростом производительности труда контролеров.

105

Приборы с оптическим рычагом (оптиметры) имеют небольшие пределы измерения по шкале (±100 мкм), поэтому их применяют только для относительных измерений. Необходимость настройки таких приборов на заданный размер по концевым мерам создает неудобства при измерениях, что особенно заметно при проверке малых партий деталей, которые требуют частой перенастройки приборов. Этого недостатка лишены оптические длиномеры, пред­ назначенные для абсолютных измерений в больших пределах (0—100 мм) с высокой точностью. У обычных длиномеров цена

деления равна 1 мкм, т. е. такая же, как и у оптиметров. У самых современных длиномеров цена деления доходит до 0,1 мкм, что превышает точность не только оптиметров, но и ультраоптиметров.

Рассмотрим принцип работы длиномера ИЗВ-1 (рис. 32, а). Его конструкция соответствует принципу Аббе, т. е. основная шкала 4 является продолжением измеряемого размера детали 1. Стеклянная шкала 4 имеет деления от 0 до 100 мм. В пиноли 3 закреплен измерительный наконечник 2. Сила тяжести пиноли уравновешена противовесом 8, перемещающимся внутри масля­ ного демпфера 9. Противовес с пинолью соединены гибкой стальной лентой 7, перекинутой через блоки. Измерительная сила прибо­ ра определяется разностью масс пиноли и противовеса. Она регу­

106

лируется при помощи грузовых шайб 6 (в пределах 75—250 сН). Особенностью длиномера является то, что измерительная сила остается постоянной на всем пределе измерения 0—100 мм.

Отсчеты по шкале 4, освещаемой источником света S, произ­ водятся при помощи отсчотного микроскопа 5 (спирального микро­ метра) со спиральным нониусом.

Спиральный нониус состоит из окуляра ОК и двух стеклянных пластинок, установленных одна над другой (рис. 32, б). Ла непо­ движной пластинке 1 нанесена шкала 2, имеющая десять штрихов с ценой деления 0,1 мм и расположенная в поле зрения окуляра. На пластинке 5 нанесена двумя эквидистантными линиями спи­ раль Архимеда 3 и круговая шкала 4, разделенная на 100 деле­ ний. Расстояние I между витками архимедовой спирали (шаг) равно интервалу деления (0,1 мм) шкалы 2 (см. рис. 32, в).

Одному обороту пластинки 5 (см. рис. 32, б), т. е. 100 делениям ее круговой шкалы, соответствует поступательное перемещение точки спирали вдоль радиальной прямой, равное одному шагу спирали. Таким образом, одному делению круговой шкалы будет

0 1

соответствовать отсчет, равный ^ = 0,001 мм.

В поле зрения микроскопа (см. также рис. 32, г) видны штрихи миллиметровой шкалы Mill (43, 46, 47), один из которых находится в зоне линейной шкалы 2, часть круговой шкалы 4 и дуги витков двойной архимедовой спирали 3. Для производства отсчета повора­ чивают пластинку 5 (при помощи конической зубчатой передачи 7, приводимой в действие головкой 6) до тех пор, пока дуги одного витка двойной спирали не расположатся симметрично около того штриха миллиметровой шкалы, который находится в пределах шкалы 2 (46 мм). Целые миллиметры отсчитывают по штрихам, обозначенным на миллиметровой шкале, десятые доли миллимет­ ра — по линейной шкале 2 (0,3 мм), сотые и тысячные доли — по круговой шкале 4 (0,062 мм). Отсчет с точностью до 1 мкм, пока­ занный на рис. 32, г, равен 46,362 мм (штрих 46 мм должен располагаться между дугами двойной спирали).

В настоящее время вместо длиномеров ИЗВ-1 выпускают более компактные длиномеры ИЗВ-2. Изготовляют также горизонталь­ ные длиномеры ИКУ-2, в которых устройство экранного типа ускоряет снятие отсчета.

На всех длиномерах возможны непосредственные (абсолютные) измерения в пределах 0—100 мм. Сравнительным методом можно измерять длины в пределах 0—250 мм для вертикальных и 0—

весь измеренный размер, который может быть автоматически отпе­ чатан на цифропечатающей машине, подключающейся к табло. Такие длиномеры выпускают с ценой деления 0,1; 0,2; 0,5 и

107

1,0 мкм; пределы измерения всего прибора от 0 до 100 мм при абсолютном измерении и от 0 до 200 мм при относительном.

Характерной особенностью развития современной измеритель­ ной техники является переход от экранных- к цифровым отенетным устройствам. Последние сложнее и дороже, но более удобны в работе (процесс измерения и записи результатов измерения фактически полностью автоматизирован), снижают утомляемость

иповышают производительность труда контролеров, а также позволяют непосредственно вводить цифровые результаты изме­ рений в электронную цифровую вычислительную машину (ЭЦВМ)

ив автоматическую систему управления производством (ACXIT),

6)

Рис. 33. Измерительные машины;

а — двухкоординатная; б — трехкоординатная (портальная); в — трехкоорди­ натная (измерительный наконечник перемещается по одной, а стол — по двум координатам)

связанную с учетом качества выпускаемой продукции. Примером такого прибора является длиномер, показанный на рис. 32, д.

Оптико-механическая промышленность выпускает одно-, двух- н трехкоординатные измерительные машины. Первые предназна­ чены для точных измерений длины, а также наружных и внутрен­ них диаметров абсолютным или относительным методами. Вторые позволяют измерять расстояния между осями отверстий, лежащих в одной плоскости, а также контролировать параметры плоских профильных шаблонов (измерения здесь осуществляются в прямо­ угольных и полярных координатах). Третьи служат для определе­ ния расстояний между осями отверстий, лежащих в разлых плос­ костях, а также для контроля корпусных деталей и объемных шаблонов.

Существуют двух- и трехкоординатные машины, у которых перемещения по всем проверяемым координатам осуществляет сам измерительный стержень (рис. 33, а — машина для измерения деталей весом до 400 кг; рис. 33, б — портальная машина для измерения более тяжелых деталей). Есть также машины, у кото­ рых измерительный стержень движется только по одной коорди­

108

нате, а сама измеряемая деталь, лежащая на столе машины, пере­ мещается имеете со столом но двум остальным координатам (рис. 33, в). Двух- и трех координатные измерительные машины явля­ ются новейшими средствами измерения, позволяющими получить цифровой отсчет с возможностью автоматической выдачи резуль­ татов измерения на цпфропечатающую манишку или на ЭЦВМ и в систему АСУП.

Существующие способы определения равстояний между осями отверстий заключаются в установке в отверстия цилиндрических оправок (или оправок с малой конусностью') и измерении рассто­ яний между ними; после итого рассчитывают межосевые расстоя­ ния с учетом диаметров оправок. Эти способы малопроизводитель­ ны и недостаточно точны. Процесс контроля межосевых расстоя­ ний значительно облегчается и ускоряется, а точность измерения повышается при использовании двухкоордтшатных измеритель­ ных машин. Например, время контроля одних и тех же деталей на двухкоординатной измерительной машине составляет 25—40% времени, необходимого для контроля при помощи оправок и универсальных измерительных средств. Еще большая зкономия времени (на GO—90%) достигается при контроле пространственно сложных корпусных детален на трехкоординатных измерительных машинах.

Оптико-механическая промышленность выпускает по ГОСТ 10875—G4 однокоординатные измерительные машины четырех типоразмеров: ЙЗМ-1, ИЗМ-2, ИЗМ-4 и ИЗМ-6 с пределами изме­ рения соответственно 1000, 2000, 4000 и 6000 мм. Устройство этих машин и принцип их действия одинаковы, конструктивно они различаются только длиной станин.

Измерительная машина типа ИЗМ (рис. 34, а, б) имеет жест­ кую станину 9, по направляющим которой могут перемещаться пинольная 1 и измерительная 5 бабки. Пинольная бабка 1 с уста­ новленной в ней трубкой 2 (типа, применяемой на горизонталь­ ном оптиметре) может перемещаться в пределах всей длины на­ правляющих станины 9, а измерительная бабка 5 с оптиметром 6 и отсчетным микроскопом 7 — только в пределах 100 мм. Предва­ рительно измерительную бабку устанавливают при помощи рееч­ ной передачи, а точно — микрометрическим винтом 8. К обеим бабкам на кронштейнах 11 и 17 присоединены две одинаковые опти­ ческие системы, состоящие из призм 12 и 16 и объективов 13 и 15, которые перемещаются вместе с бабками.

Па станине 9 находится дециметровая шкала, на которой через каждые 100 мм (т. е. через каждый дециметр) расположены отдель­ ные стеклянные пластинки 14 с нанесенными на них двойными штрихами с цифрой. Если верхний предел измерений машины равен 1000 мм (ЙЗМ-1), то таких дециметровых интервалов будет девять, если 2000 мм (ИЗМ-2), то девятнадцать, т. е. до полного верхнего предела измерений не хватает одного дециметра. Недо­ стающий дециметр заменяет стеклянная шкала 10 длиной 100 мм

109

с ценой деления 0,1 мм. В пииолыгой бабке 1 смонтирована низко­ вольтная лампа накаливания 18, служащая для освещения стек­ лянных пластин 14, над которыми устанавливается бабка. Лучи света, освещающие пластину со штрихами, отражаются в призме 16 в горизонтальном направлении .и, пройдя через объектив 15, идут параллельным пучком. Объектив 13 собирает параллельный пучок лучей, который, отразившись в призме 12, дает в плоскости стеклянной шкалы 10 изображение двойного штриха и номера

Рис. 34. Измерительная машина ИЗМ:

а — общий вид; б — схема; в — нулевой отсчет при настройке; г — отсчет при из­ мерении

стеклянной пластины 14, которые вместе с. делениями шкалы 10 наблюдаются в поле зрения микроскопа 7. Для установки изме­ ряемых объектов на машине служат регулируемые люнеты 3 (для длинных деталей) и универсальный столик 4 (для коротких деталей), аналогичный столику горизонтального оптиметра.

Измерения на машине относительным методом производят так же, как на горизонтальном оптиметре. Дециметровую шкалу 14, микроскоп 7 и шкалу 10 при этом не используют.

При абсолютных измерениях машину предварительно устана­ вливают на нуль. Для этого пинольную бабку 1 помещают над крайней правой стеклянной пластиной 14 (с цифрой 0), а изме­ рительную бабку 5 устанавливают при помощи микрометрического винта 8 так, чтобы изображение двойного штриха стеклянной

110