Специальные приборы для измерения линейных и угловых величин

ной грани призмы 1, частично - от ее боковых сторон и направля­ ются этой же пластиной в объектив 5, собирающий их в фокальной плоскости.

Благодаря тому, что количество отражений в одном плече интер­ ферометра отличается в нечетное число раз от количества отражений во втором плече, интерферометр реагирует на поперечные смещения источника света в плоскости, перпендикулярной ребру призмы. Призма имеет небольшую пирамидальность, поэтому интерфери­ рующие лучи расходятся под некоторым постоянным углом в плос­ кости, проходящей через ребро призмы перпендикулярно к ее гипотенузной поверхности. Когда источник света находится в этой плос­ кости, в поле зрения прибора наблюдают интерференционные поло­ сы постоянной ширины, расположенные перпендикулярно к ребру призмы. Смещение источника света изменяет наклон полос, который для выбранной точки может быть определен по числу полос.

6. ИЗМЕРЕНИЕ ШЕРОХОВАТОСТИ ПРОФИЛЬНЫМ МЕТОДОМ ПРИБОРАМИ ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНОГО ПРЕОБРАЗОВАНИЯ ПРОФИЛЯ

В настоящее время широко распространены и выпускаются се­ рийно контактные (щуповые приборы) профилографы и профилометры системы М.

Профилограф - прибор, регистрирующий координаты профиля. Обычно регистрируют с помощью электрометрического записы­ вающего прибора.

Контактным прибором профилометром системы М называется контактный (щуповой) прибор, служащий для измерения шерохова­ тости поверхности по системе М.

М-профилографы и профилометры относятся к контактным прибо­ рам, т. е. к таким, в которых информация поступает от ощупывающего исследуемый профиль щупа (алмазной иглы, имеющей очень неболь­ шой радиус кривизны вершины, чтобы касаться дна впадин неровно­ стей при ощупывании. Радиусы кривизны щупов выбираются из ряда 2+2, 5±1, 10*2,5 мкм по ГОСТ 9017-59).

Взависимости от эксплуатационного назначения профилографы

ипрофилометры подразделяют на 2 типа в зависимости от эксплуа­ тационного назначения:

2 0 0

А - для номинально-прямолинейных профилей; Б - одной или нескольких номинально-непрямолинейных форм

профилей.

В зависимости от параметров метрологических характеристик профилографы и профилометры каждого типа делятся на две группы:

I - для исследования и лабораторных работ повышенной точности; II - для измерений в процессе послеоперационного контроля. Допускается конструктивное объединение профилографа и про-

филометра в одном приборе. Одной из самых основных характери­ стик профилографов является увеличение, с которым регистрируют координаты профиля поверхности.

Vv - вертикальное увеличение (масштаб преобразования коорди­ нат профиля в направлении перемещения щупа, нормальном к нор­ мальному профилю поверхности).

V„ - горизонтальное увеличение (масштаб преобразования коор­ динат профиля в направлении перемещения щупа вдоль номиналь­ ного профиля поверхности).

Значения Vv во много раз больше значений V„. По ГОСТ 19299-73 диапазон значений вертикальных увеличений для профилографов всех типов должен быть от 100х до 500000х, а горизонтальных уве­ личений - от 10х до 10000х.

Таким образом, профилограммы не определяют действительного положения точек исследуемого профиля, а как бы «сплющены» в горизонтальном направлении.

6.1. Профилографы и профилометры, выпускаемые серийно

Заводом «Калибр» выпускались следующие модели профило- граф-профилометров: 201, 202, 252.

На приборах моделей 201 и 202 можно измерять шероховатость поверхности по интегральному параметру Ra, значения которого определяют по шкале (при использовании в качестве профилометров) или записывают профилограмму поверхности на бумажную ленту в прямоугольных координатах (режим профилографа).

Прибор модели 201 (рис. 112) предназначен для измерения не­ ровностей поверхностей, геометрические профили которых пред­ ставляют собой прямые линии, т. е. на плоскостях, на образующих гладких цилиндров и конусов и т. д. Прибор относится к типу А1.

201

Рис. 112. Профилограф-профилометр модели 201:

1 —шкала, по которой отсчитывают параметр Ra, 2 - электронный блок; 3 - преобразователь; 4 - мотопривод; 5 - стойка; 6 - записывающий прибор; 7 - основание; 8 - столик

Прибор модели 202 относится к приборам типа Б1. С его помо­ щью можно измерять не только неровности прямолинейных, но и криволинейных профилей. В комплект прибора входят устройства и приспособления, позволяющие измерять неровности на поверхно­ стях радиусом закругления от 4 до 80 мм, на выпуклых и вогнутых поверхностях шариков и роликов диаметром от 1 до 25 мм, а также эвольвентный профиль с модулем от 3 мм и выше.

Возможно измерять шероховатости малых отверстий диаметром от 3 мм и пазов от 3 мм.

Принцип действия приборов моделей 201 и 202 основан на пре­ образовании индукционным методом колебаний ощупывающей по­ верхность иглы в колебания напряжения.

На рис. 113 представлена схема приборов моделей 201, 202, 240 без записывающего устройства.

Магнитная система преобразователя состоит из сдвоенного 111образного сердечника 4 с двумя катушками 3. Катушки и две поло­ вины первой обмотки дифференциального трансформатора 6 обра­ зуют мост, питающийся от генератора звуковой частоты 5.

2 0 2

Рис. 113. Блок-схема приборов моделей 201, 202 и 240 (без записывающего устройства)

При движении алмазной иглы 1, ощупывающей неровности по­ верхности, начинает колебаться якорь 2 относительно опоры 10. При этом меняются воздушные зазоры между якорем и сердечником, а следовательно, и токи в плечах моста. На выходе дифференциального трансформатора 6 возникают напряжения, пропорциональные величи­ нам неровностей, усиливаемые электронным блоком 7. На выходе блока подключают показывающий прибор 8 или записывающий 9.

Принципиальное отличие прибора 252 от 201 и 202 заключается в наличии цифрового отсчитывающего устройства (вместо шкаль­ ного), на котором можно отсчитывать не только значения параметра Ra, но и ряд других величин. А именно: число шагов неровностей по средней линии п (зная длину трассы ощупывания, можно легко определить значение параметра Sm); высоту наибольшего выступа Н пах и глубину наибольшей впадины Я,™, (сумма этих величин дает параметр Rm)i), относительную опорную длину профиля tp на стан­ дартных уровнях сеченияр.

Техническая характеристика профилографа-профилометра модели 201

2 0 3

Техническая характеристика профилографа-профилометра

Техническая характеристика профилографа-профилометра модели 252

Параметры шероховатости поверхности, определяемые по пока­ зывающему устройству:

Ra - среднее арифметическое отклонение профиля; Нта ~ высота наибольшего выступа профиля;

Н,mn - глубина наибольшей впадины профиля; tp - относительная опорная длина профиля;

п - число шагов неровностей в пределах длины трассы ощупы­ вания (по базовой линии).

2 0 4

Линейные колебания иглы преобразуются в электрические сиг­ налы преобразователем, представляющим собой механически управляемую лампу - механотрон (рис. 115), подвижный анод ко­ торого посредством тонкой мембраны 1 связан со щупом 2. На щуп укреплена алмазная игла 3 радиусом закругления 10 мкм. Механо­ трон вставлен в корпус 5, на передней части которого расположена твердосплавная опора 4. Механотрон вставлен в корпус посредст­ вом кольца 8 со штырем 7, упирающимся в лунку винта 6 под уси­ лием пружины 11. Такая конструкция крепления позволяет регули­ ровать положение механотрона для точной установки щупа относи­ тельно опоры. Положение щупа регулируется и фиксируется вин­ тами 14, упирающимися в кольцо 10. Снизу механотрон закрыт крышкой 9. Преобразователь соединен со штоком привода вилкой разъема 13 и зафиксирован штифтом 12.

Техническая характеристика профилометра модели 253

2 0 6

11

A - A

Рис. 115. Механотронный преобразователь прибора модели 253

6.2. Измерение шероховатости поверхности профильным методом приборами одновременного преобразования профиля

К настоящему времени разработаны только бесконтактные при­ боры одновременного преобразования профиля - контактные при­ боры являются перспективными.

На данный момент существует несколько типов приборов: ин­ терферометры (приборы типа МИЙ), приборы светового сечения (приборы типа ПСС), приборы теневого сечения (типа ПТС) и рас­ тровые приборы.

Все перечисленные приборы позволяют, используя тот или иной принцип одновременного преобразования профиля, наблюдать пре­ образованную и увеличенную картину сечения исследуемой по­ верхности и производить отсчет величин для определения парамет­ ров Rt, Sm.

6.2.1. Приборы светового сечения

Принцип действия приборов светового сечения основан на полу­ чении изображения профиля поверхности с помощью наклонно на­ правленных к поверхности лучей. Приборы позволяют измерить средние высоты неровностей (примерно от 80 до 0,8 мкм), которые

2 0 7

наиболее часто встречаются на деталях машин. Поскольку в конст­ рукции приборов светового сечения предусмотрены два микроско­ па, их часто называют двойными микроскопами.

Наиболее распространены двойные микроскопы МИС-11 и ПСС-2. Принципиальная схема метода светового сечения представлена на рис. 116, а. Освещенная узкая щель проецируется микроскопом на ступенчатую поверхность Рх - Р2- Направление падения света показано стрелками. Изображение светящейся щели на ступенчатой поверхности займет положение S2 на нижней части ступеньки Р2 и положение S\ на верхней части ступеньки. Отразившись от поверх­ ности, лучи падают в микроскоп наблюдения, расположенный под углом 90° к оси проецирующего микроскопа. В поле зрения микро­ скопа наблюдения изображение щели будет иметь вид, показанный на рис. 116, б. Смещение b изображения S" относительно S ” опре­

деляет высоту ступеньки h.

Рис. 116. Метод светового сечения

Оптическая схема двойного микроскопа приведена на рис. 117. Проецирующий микроскоп состоит из лампочки 1, защитного стекла 2, двухлинзового коллектора 3, цилиндрической щели 4, зеленого светофильтра 5, ахроматических линз 6 и 7 и сменного объектива 9.

2 0 8

Ширина щели 0,1 мм, длина 7 мм. Для компенсации кривизны изображения щель искривляется по цилиндрической поверхности радиусом 12,5 мм, вследствие чего эта размытость изображения щели при наблюдении в окуляр незначительна. Щель располагается перпендикулярно плоскости чертежа. Ахроматическая линза 7 яв­ ляется компенсационным выравнивателем. Коллектор 3 с ахрома­ тическими линзами 6 и 7 дает изображение нити лампы во входном зрачке объектива микроскопа, а щель с помощью этих линз и смен­ ных объективов изображается на исследуемой поверхности, на ко­ торой она рассматривается микроскопом наблюдения.

Так как микроскоп наблюдения наклонен под углом 45° к нор­ мали исследуемой поверхности, то смещение щели b будет пропор­ ционально не A, a h/sin45°, см. рис. 116, б.

В двойных микроскопах МИС-11 и ПСС-2 предусмотрены по че­ тыре сменных объектива, с помощью которых измеряют весь диа­ пазон значений высот неровностей.

Технические характеристики микроскопов МИС-11 и ПСС-2 различны, т. к. в ПСС-2 применены ахроматические объективы, по­ зволяющие значительно увеличить точность отсчета.

2 0 9