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

соответствующие действительным координатам оси отверстия. Измерительный стержень 2 может перемещаться по оси z в направ­ ляющей втулке 5. Отсчет,обеих координат производится абсо­ лютным методом но двум цифровым табло 4. Значения координат могут автоматически фиксироваться в протоколе измерений при

помощи электрической цифронечатающей машинки или регистрироваться путем про­ бивки перфорации в бумаж­ ной ленте. Перфоленту вводят в считывающее устройство, позволяющее автоматически сравнивать результаты изме­ рений с заданными значе­ ниями обеих координат от-

Рис. 35. Растровые измерительные системы:

а — общий вид трехкоординатной измерительной машины; б — схема растрового отсчетного устройства; g — система МВТУ

верстия, которые заранее введены в память считывающего ус­ тройства. Результаты сравнения (относительный метод измерения) читаются на цифровом табло 4 и автоматически печатаются на машинке. Если результат измерений выходит за границы поля допуска, то запись отклонений в этом случае производится крас­ ным цветом (при этом срабатывает также сигнальное звуковое

112

устройство). Полученная перфолента может быть использована в качестве программы на металлообрабатывающих станках с про­ граммным цифровым управлением.

Отсчетпую систему можно устанавливать на нуль в любом положении измерительного стержня относительно осей х, у и с.

На описанной машине также производят размотку или сверле­ ние отверстий по заданным координатам их осей. Для отсчета перемещений измерительного стержня по каждой из координат используют сопряжение двух растров (рис. 35, б) в сочетании с источником света и фотоэлементом. Один из растров (измеритель­ ный 1) кренится на подвижной части машины, второй (индикатор ный 2) — на неподвижной. Оба растра имеют 200 штрихов на 1 мм длины. Растры 1 и 2 расположены на расстоянии 0,01 мм. При этом штрихи короткого растра 2 находятся иод малым углом ср к штри­ хам растра 1. В местах наложения штрихов растра 2 на промежутки между штрихами растра 1 образуются затемнения (муаровые полосы). Шаг Т муаровых полос (расстояние между двумя сосед­ ними полосами) зависит от угла ф и величины шага t штрихов растров.

При перемещении подвижной части машины с закрепленным на ней растром 1 относительно неподвижного растра 2 муаровые по­ лосы перемещаются в направлении, перпендикулярном к направ­ лению движения растра 1.

Отношение

АТ 1 „

называется коэффициентом увеличения перемещения.

Если по одну сторону описанной растровой системы поместить источник света, а но другую фотоэлемент, перед которым поставить щелевую диафрагму, то при движении растра 1 муаровые полосы периодически затемняют щель и диафрагме. При этом изменяется ток в фотоэлементе, который связан с цифровым счетчиком коли­ чества пройденных муаровых полос. По показаниям счетчика можно определить величину перемещения растра 1. При изменении направления движения растра происходит автоматическое пере­ ключение работы счетчика со сложения импульсов на вычитание.

Ыа рис. 35,в показана растровая измерительная система (создан­ ная А. В. Мироненко) для высокоточных измерений линейных раз­ меров и перемещений подвижных частей машин и приборов. Прин­ цип ее действия основан на преобразовании светового потока, проходящего через две растровые решетки — измерительную Раз и индикаторную Рш.

Измерительную решетку закрепляют на подвижной части прибора или станка (например, на пиноли длиномера или на столе координатно-расточного станка), положение или перемещение которой измеряется. Измерительную головку с индикаторной ре-

113

теткой устанавливают на неподвижной части прибора или станка. В головке размещены осветитель, состоящий из лампы накалива­ ния Л'и конденсора К (свет проходит через щель 1Ц), объектив О, фотодиод ФД и электромагнитный механизм ЭМ, служащий для отсчета перемещений измерительной решетки в диапазоне одного шага. Расстояние между двумя соседними штрихами решетки (т. е. ее шаг) равно 0,1 мм.

Электрическая схема измерительной системы содержит точную ТС и грубую ГС ступени отсчета, блок индикации БИ и источники питания (на схеме не показаны). Точная ступень предназначена для отсчета сотых, тысячных и десятитысячных долей миллиметра. Эта ступень содержит усилитель У, демодулятор Д, нуль-органы НОг, Н 02, НОя и коммутаторы Кг, К2, К3.

Сигнал точной ступени с выхода фотодиода ФД через усилитель У поступает на демодулятор Д, в результате чего на его выходе при перемещении измерительной решетки образуется напряжение изменяющейся полярности. Положения измерительной решетки, при которых на выходе демодулятора напряжение отсутствует, принимаются за нулевые. Таким образом, образуется шкала нулевых положений перемещающихся частей прибора или станка. Величина тока в обмотках электромагнитного механизма изменя­ ется при помощи автоматически переключающихся шаговых ком­ мутаторов. При этом меняется магнитный поток в зазоре электро­ магнитной системы механизма ЭМ, а следовательно, якорь Я с индикаторной решеткой смещается в нулевое положение, сраба­ тывают нуль-органы и коммутаторы останавливаются. В этом положении на блоке индикации фиксируются показания отсчета доли шага решетки Р113 (три последние цифры; в нашем случае

0,0435).

Грубая ступень отсчета основана на методе считывания поло­ жения подвижных частей с кодовой шкалы КШ. Сигнал от фото­ диодов грубой ступени (на схеме они не показаны) подается на дешифратор ДШ, а с йего на блок индикации БИ. Первые четыре цифры индицируют целые миллиметры и десятые доли миллиметра (в нашем случае 186,1).

Таким образом, общий отсчет измеряемого размера или пере­ мещения подвижных частей измерительной системы на заданную величину определяется автоматически как разность показаний, соответствующих начальному и конечному положению движу­ щихся частей. Отсчет фиксируется на цифровом табло или на бумаге при помощи цифропечатающей машинки. На рис. 35, в зафиксировано конечное положение, соответствующее показанию

186,1435 мм.

Точность измерительной системы составляет от 0,1 до 1 мкм. В интерференционной измерительной системе компенсация в пределах половины длины волны света осуществляется за счет

смещения индикаторного зеркала. В МВТУ им. Баумана разрабо­ таны сканирующие компенсаторы повышенной точности магнито-

114

электрического типа, позволяющие интерполировать шаг и поло­ вину длины волны света с погрешностью до 0,001 части, что при

длине волны света 0,54 мкм составляет 2,7 А. Сконструирован также сканирующий компенсатор на базе телевизионной "переда­ ющей трубки, позволяющий получить быстродействие систем до 10 000 отсчетов.

Растровая измерительная система обладает большой универ­ сальностью. Она может быть применена для измерения малых и больших длин (до 1 м и более), измерения углов в диапазоне

щаяся возможность выхода на электронную цифровую вычислитель­ ную машину (ЭЦВМ) и цифровую пишущую машинку (ЦПМ) в цифровом коде. Измерительный сигнал может быть подан также на сервопривод для приведения подвижных частей станка в за­ данное положение при программном управлении.

Трехкоординатные измерительные машины начинают приме­ нять в единой комплексной автоматической системе, в которую входит ЭЦВМ, задающая программу работы одновременно не­ скольким металлорежущим станкам и самой измерительной ма­ шине. Детали, обработанные на станках, поступают на измери­ тельную машину. Результаты измерения поступают на ЭЦВМ, где они автоматически сопоставляются с заданными размерами, после чего в случае необходимости автоматически корректируется про­ грамма работы металлорежущих станков.

Интерферометры относятся к весьма точным оптико-механиче­ ским приборам. Они основаны на использовании явления интер­ ференции световых волн.

Интерферометры для линейных измерений делятся па контакт­ ные и бесконтактные. Контактные интерферометры, разработан­ ные И. Т. Уверским, выпускались московским заводом «Калибр» по ГОСТ 8290—57 с переменной (регулируемой) ценой деления от 0,05 до 0,2 мкм двух типов: вертикальные ИКПВ и горизонталь­ ные ИКПГ. Оба эти прибора имеют одинаковые интерференцион­ ные трубки (рис. 36).

Свет от лампы 1 направляется конденсором 2 через диафрагму 3 на полупрозрачную разделительную пластину 6. Часть лучей, пройдя через пластину 6 и компенсатор 11, отразится от зеркала 12, закрепленного на верхнем конце измерительного стержня 13, и через компенсатор 11 вновь вернется к пластине 6. Другая часть пучка света, отразившись от рабочей поверхности разделительной пластины 6, попадет на зеркало 5 и после отражения также воз­ вратится к пластине 6. Таким образом, на рабочей поверхности пластины 6 обе части пучка света интерферируют при небольшой

разности хода.

Объектив 7 проектирует интерференционную картину полос равной толщины в плоскость сетки 8. Интерференционные полосы

115

и нанесенная па сетку ткала наблюдаются через окуляр 10. Последний может поворачиваться на оси 9, обеспечивая возмож­ ность наблюдения необходимого участка шкалы через середину окуляра при минимальных оптических искажениях.

Интерференционные полосы равной толщины образуются в ре­ зультате поворота зеркала 5 на небольшой угол относительно

трубки интерферометра позволяет регулировать измерительное усилие в пределах: в вертикальном положении — от 75 до 275 сН, в горизонтальном — от 10 до 210 сН.

Вертикальный контактный интерферометр (рис. 37) имеет жесткие литые основания 1 и стойку 10. По направляющей стойки может перемещаться при помощи кремальеры 9 кронштейн 8, несущий трубку 7 интерферометра. Винт 6 позволяет сдвигать шкалу трубки в пределах ± 1 0 делений. На трубке закреплен теплозащитный экран 5.Измерительный стол 4 может перемещаться

ввертикальном направлении винтом микроподачи 3 и стопориться

вустановленном положении винтом 2. Диапазон измерения вер­ тикального интерферометра — от 0 до, 150 мм.

Основное назначение контактных интерферометров — поверка концевых мер длины разрядов 2; 3 и 4 классов 0; 1 и 2. На них контролируют также размеры и форму особо точных изделий, например, шариков степеней точности 01 и 02 по ГОСТ 3722—60.

116

В настоящее время осваивается производство контактных интерферометров с экраном, значительно .облегчающим отсчет по шкале прибора. Экранные интерферометры (вертикальный — мо­ дели 250 и горизонтальный — модели 251) будут выпускаться

сценой деления от 0,02 до 0,2 мкм.

Впоследнее время в Англии, Швеции и других странах применяют бесконтактные интерферометры, в которых в ка­ честве источника света используется лазер, п связи с тем, что

лазер является когерентным ис­ точником света, появилась воз­ можность измерять абсолютным методом детали очень большого размера (до (10 м и более) с высо­ кой производительностью и точ­ ностью (цепа деления таких прибо­ ров составляет от 1,0 до 0,01 мкм; погрешность измерения составляет 0,5 мкм на 1 м). Схема бесконтакт­ ного лазерного интерферометра

полупрозрачной пластиной 3 делится на два потока. Один на­ правляется на неподвижное зеркало 2 и, отразившись от него, возвращается к пластине 3. Второй, проходящий сквозь пла­ стину 3, попадает на подвижный V-образный рефлектор 4, а от него — на неподвижное зеркало 8. Отразившись от зеркала 8 и рефлектора 4, пучок возвращается к пластине 3, где интерфе­ рирует с первым пучком.

Корпус 12 лазерного интерферометра смонтирован на крон­ штейне 10, связанном со станиной 7 станка или измерительного прибора. Рефлектор 4 закреплен на стойке 5, устанавливаемой на подвижном столе 6 станка или прибора, перемещение которого

117

I

нужно измерить. Величину перемещения стола 6 можно измерять в процессе его движения но количеству полос, сосчитанных ревер­ сивным счетчиком 11, с которым связан фотоэлектрический де­ тектор 9. Наибольшая скорость движения стола равна 9 м/мин. При помощи лазерных интерферометров проверяют двух- и трех­ координатные измерительные машины, микроскопы, прецизион­ ные станки и другие точные механизмы.

Инструментальные и универсальные микроскопы предназна­ чены для измерения $-глов и линейных размеров в прямоугольных и полярных координатах, основных параметров наружной резьбы

Рис. 39. Инструментальный микроскоп типа БМИ:

а— принципиальная схема; б — общий вид

урезьбовых калибров, метчиков, резьбовых фрез и других изде­ лий с резьбой. На микроскопах проверяют также изделия и ка­ либры сложных форм: шаблоны, фасонные резцы, вырубные штампы и т. п.

Измерения на микроскопах, как правило, производят бескон­ тактным методом в прямоугольных или полярных координатах.

Оптическая схема микроскопа показана на рис. 39, а. Измеряемая деталь А Б рассматривается через объектив ОБ микроскопа.

обратное и еще раз увеличенное окуляром изображение де­ тали А 2Б%.

Инструментальные микроскопы выпускаются по ГОСТ 8074—71 двух типов: ММИ — малый микроскоп инструментальный и БМИ —•большой микроскоп инструментальный (рис. 39, б).

118

Микроскоп имеет литое чугунное основание 13, на котором на шариковых направляющих установлен стол 2, перемещающийся в двух взаимно перпендикулярных направлениях при помощи микрометрических винтов 1 с ценой делений 0,005 мм и пределами измерения 0—25 мм. Установив между концом микровинта и из­ мерительным упором на столе микроскопа концевую меру соответ­ ствующего размера, кратного 25 мм, пределы измерения увели­ чивают в продольном направлении до 75 мм у микроскопов ММИ

пдо 150 мм у микроскопов БМИ.

Сцелью точного совмещения линии измерения с направлением продольного или поперечного перемещения стола его верхнюю часть с предметным стеклом можно поворачивать (у БМИ на 360°)

истопорить в нужном положении. Угол поворота стола опреде­ ляют по нониусу с величиной отсчета 3'. Предметное стекло, вста­ вленное в центральную часть верхнего стола, дает возможность при освещении снизу наблюдать в микроскоп контур изделия (при измерениях теневым методом).'

Тубус 5 микроскопа с объективом 3 установлен в кронштейне 9, перемещающемся по вертикальным направляющим стойки 11. Последняя при помощи маховичка 14 может наклоняться вокруг оси 13 на 12,5° в обе стороны для установки микроскопа под уг­ лом подъема измеряемой резьбы. Угол наклона определяют по шкале маховичка 14. Ось 13 наклона стойки 11 совпадает с осью центров, устанавливаемых на столе микроскопа при измерении тел вращения (бабка с центрами является обязательной принадлеж­ ностью микроскопа). Для фокусирования микроскопа служит маховичок 10, перемещающий кронштейн 9. Установленное поло­ жение фиксируется винтом 12. Микроскопы типа БМИ имеют ме­ ханизм точного фокусирования: вращая рифленое кольцо 4, тубус микроскопа смещают по цилиндрическим направляющим кронштейна. Сверху на тубусе микроскопа крепится сменная угломерная окулярная головка ОГУ-21 с визирным 7 и отсчетным 6 микроскопами или револьверная (профильная) окулярная го­ ловка ОГР-23, либо головка двойного изображения ОГУ-22. Каж­ дая из этих головок имеет десятикратное увеличение. Прилив 8 предназначен для крепления проекционной насадки тина HII-7, на экране которой получается изображение, обычно наблюдаемое

вокуляр микроскопа 7. Поскольку микроскопы ММИ и БМИ яв­ ляются монокулярными (с одним окуляром), то наблюдение воз­ можно только одним глазом.

Вновых разработках инструментальных микроскопов много

внимания уделяется сокращению времени переналадки прибора, повышению производительности контроля и созданию больших удобств для контролера. На рис. 40, а показан бинокулярный инструментальный микроскоп, в котором имеются стеклянные продольная (150 мм) и поперечная (75 мм) шкалы, светлые изобра­ жения штрихов которых вместе с нониусом наблюдаются на тем­ ном фоне экранов 10 и 14. Стол 2 может свободно перемещаться

119

в продольном и поперечном направлениях, что используется для грубой установки. Точно его устанавливают при помощи механиз­ мов микропередачи 1 и 9. Такая система перемещения стола, став­ шая возможной благодаря применению стеклянных шкал, значи­ тельно сокращает затраты времени на измерения. Маховички 7 гру­ бой и точной установки тубуса микроскопа по высоте выполнены соосными, что облегчает настройку. Величину перемещения ту­ буса по вертикали можно отсчитывать но шкале 5 с величиной от­ счета ио нониусу 0,1 мм. Стопку микроскопа можно наклонять при помощи маховичка 11 на ±15°, причем угол наклона отсчитывается

Рис. 40. Инструментальные микроскопы:

а — бинокулярный с экранными шкалами; б — с цифровым отсчетом

в окне 12, а вертикальное положение стойки фиксируется при за­ горании цветной лампочки 13.

Микроскоп снабжен бинокулярным тубусом 3 для наблюдения обоими глазами. Его можно наклонять, выбирая удобное поло­ жение при работе сидя. Над тубусом смонтирован постоянный эк­ ран 4. Переход от визуального наблюдения к проекционному про­ изводят поворотом рукоятки 6. Окулярные сотки 8 с изображением профилей резьбы, дуг окружностей и т. п. выполнены в виде плоских рамок, вставляемых в микроскоп за несколько секунд.

Еще более совершенным является микроскоп с цифровым от­ счетом, показанный на рис. 40, б. К пульту 1 этого микроскопа можно подключать цифропечатающую машинку или перфорацион­ ное устройство

Универсальные микроскопы по принципиальному устройству и назначению аналогичны инструментальным. Они отличаются

120