Специальные приборы для измерения линейных и угловых величин

6.2.2. Приборы теневого сечения

Принцип действия приборов теневого сечения - как и у прибо­ ров светового сечения, только здесь рассматривается тень искрив­ ления неровностями профиля поверхности, которая создается но­ жом, прикладываемым к исследуемой поверхности.

Приборы теневого сечения предназначены для измерения грубых

Рис. 118. Принципиальная схема прибора теневого сечения

Свет от источника S освещает щель С, которая проецируется на исследуемую поверхность PP. К вершинам неровностей этой по­ верхности под утлом 60° к оптической оси микроскопа приклады­ вают режущей кромкой нож К. Тень, создаваемая ножом, искривля­ ется неровностями профиля. Эту картину рассматривают в окуляр, см. рис. 119.

2 1 0

Высота изображения неровностей / равна действительной высоте неровностей h, см. рис. 119.

раллельная пластина 9. Отраженные от зеркала 1 1 и проверяемой поверхности 6 пучки лучей снова про­ ходят микрообъективы 7 и 10 и с помощью полупрозрачной пласти­ ны 8 направляются на объектив 13, который дает в фокальной плос­ кости окуляра 1 2 изображение проверяемой поверхности и систему интерференционных полос на ней, возникающих в тех местах по­ верхности, где разность хода двух интерферирующих пучков лучей равна целому числу полуволн (так же, как при проверке плоскостно­ сти стеклами для интеренференционных измерений). Каждая интер­ ференционная полоса соединяет точки поверхности с одинаковой разностью хода интерферирующих лучей.

Если бы контролируемая поверхность была идеально плоской и гладкой, то на ней возникли бы прямые параллельные интерференци­ онные полосы. Наличие на поверхности микронеровностей вызывает изменение хода лучей и искривление полос. Интерференционные по­ лосы с большим увеличением воспроизводят микропрофиль контро­ лируемого участка поверхности. Высоту неровностей определяют, из­ меряя винтовым окулярным микрометром искривление полос. Наблю­ даемая в окуляр интерференционная картина может быть сфотографи­ рована с помощью объектива 15, дающего действительное изображе­ ние в плоскости 16. Зеркало 14 при этом выводят из хода лучей.

При измерении неровностей типа ступенек с вертикально на­ правленными боковыми поверхностями непрерывность полос мо­ жет быть нарушена, вследствие чего становится невозможным най­

211

ти продолжение полосы на другом уровне. В этом случае выключа­ ют светофильтр и измерения производят в белом свете по выде­ ляющейся на общем фоне ахроматической полосе.

Микроинтерферометр МИИ-4 (рис. 126, б) имеет массивное ос­ нование 6 , на котором установлен столик 1 , перемещаемый в двух взаимно перпендикулярных направлениях микрометрическими вин­ тами 8 . Проверяемую деталь 7 устанавливают на столик исследуе­ мой поверхностью вниз, после чего винтом 4 производят фокуси­ ровку. Поворот корпуса 9 и винта 10 позволяет менять ширину и направление интерференционных полос.

Искривление интерференционных полос измеряют с помощью окулярного микрометра 3. Интерференционная картина может быть сфотографирована с помощью камеры 5 для последующего увели­ чения и тщательных измерений. Головка 11 управляет шторкой, закрывающей интерференционное зеркало, и позволяет рассматри­ вать исследуемую поверхность без интерференционных полос. Низковольтная осветительная лампа мощностью 9 Вт расположена в корпусе 2 , который вынесен наружу с целью уменьшения нагре­ вания прибора.

6.2.3. Растровые микроскопы

Принцип основан на измерении искривленных муаровых полос К, см.рис. 120, получаемых в результате наложения двух растров, которые воспринимаются в виде сплошных линий. Расстояние Т зависит от значения шага растров 1 и углов 9 между направлением штрихов.

I

0

2 -sin—

2

Если у одного из растров шаг неравномерен, то смещение (ис­ кривление) муаровых полос будет наблюдаться только в зоне, где нарушена равномерность шагов, т. е. где шаги растров больше или меньше нормального (см. рис. 1 2 0 ).

2 1 2

систему 2 на поверхность 3 под углом а, а оптическая система 4 создает изображение исследуемой поверхности вместе со спроеци­ рованными на нее штрихами исходного растра в плоскости растра сравнения 5.

Рис. 121. Схема, положенная в основу растровых приборов для измерения неровностей; а - вид спереди; б - вид сбоку

В местах, где штрихи растра проецируют на склоны неровностей исследуемой поверхности, обращенные к проецируемому щупу, расстояние между соседними штрихами /,' меньше, чем нормаль­

2 1 3

ный шаг /д, а на противоположных склонах эти расстояния (Г2) бу­ дут больше /д (см. рис. 122). Измерение расстояний пропорцио­

нально высотам неровностей.

Цена муаровой полосы С, т. е. неплоскостность, соответствую­ щая искривлению в одну муарову полосу, зависит от шага Г0 ис­ ходного растра в плоскости исследуемой поверхности, угла проек­ ции а, угла наблюдения у, угла наклона « плоскости изображения 3' относительно исследуемой поверхности, угла <р между нормалью NO к плоскости 3' и плоскостью АОВ, проходящей через оптиче­ ские оси проецирующей и наблюдательной систем (см. рис. 1 2 1 ).

Г - ! ' * + tffp ,tgy,cos<P

0 tga + tgy

90*-d

а)

I А

б)

Рис. 122. Проецирование растров: а - на гладкую поверхность; б - на поверхность, имеющую неровности

2 1 4

Рис. 123. Определение высоты неровностей на растровых микроскопах

Зная цену муаровой полосы и измерив ее искривление в долях полосы, можно определить высоту неровности

соответствующая искривлению полос.

Оптическая система растрового микроскопа ОРИМ-1 показана на рис. 124.

Нить лампы накаливания 4 расположена в фокусе коллектора 2. Выходящий из коллектора 2 параллельный пучок лучей, отражаясь от зеркала 1, направляется на исходный растр 6 . Штрихи растра 6 располагаются перпендикулярно плоскости рисунка и находятся в фокальной плоскости объектива 1 0 , куда помещена исследуемая поверхность 1 1 .

Наблюдательный микроскоп состоит из левой части объектива 1 0 и дополнительной линзы 1 2 и создает изображение исследуемой поверхности и проецированного на нее растра 6 в плоскости срав­ нения.

Картина муаровых полос, возникающая в плоскости растра срав­ нения 13, проходит через коллективную линзу 18, а затем может идти двумя путями:

1 ) в плоскость фотопленки 15 при отведенном в правое положе­ ние зеркале 14;

2 ) к зеркалу 14, находящемуся в левом положении, через объек­ тив 16 к зеркалам 17 и 22 (также находящимся в левом положении)

2 1 5

на плоскость сетки 23 окулярного микрометра 24. При отведенном вправо зеркале 2 2 картина передается на экран 2 1 через зеркала 20 и окуляр 19 с зеркалом 17.

Для повышения контрастности муаровых полос в систему введе­ ны светофильтр 5 и апертурная диафрагма 3.

XlS

Рис. 124. Оптическая схема растрового микроскопа ОРИМ-1

С помощью микроскопа ОРИМ-1 высоту неровностей можно измерить тремя способами: с помощью окулярного микрометра, по отпечаткам фотопленки и приближенно на экране. Все три способа сводятся к относительному измерению искажения муаровой полосы в долях расстояния между двумя соседними муаровыми полосами.

216

6.2.4. Интерферометры

Принцип действия интерферометров основан на интерференции света. Интерферометры позволяют измерить только небольшие высо­ ты неровностей (не превышающих « 1 мкм), так как при больших зна­ чениях интерференционная картина пропадает. Действие интерферо­ метров основано на следующей принципиальной схеме (рис. 125).

Рис. 125. Принципиальная оптическая схема интерферометров

Свет от источника L через конденсор К и диафрагму D делится на полупрозрачной пластине М на два когерентных пучка. Один из пучков падает через микрообъектив 0 \ на исследуемую поверх­ ность S], отразившись от которой снова попадает в объектив 0 \ и

2 1 7

фокусируется в плоскости В, являющейся фокальной плоскостью окуляра Ок.

Второй пучок проходит разделительную пластину М и микро­ объектив 0 2, падает на зеркало сравнения S2, наклоненное относи­ тельно оптической оси на небольшой угол (для объектива с увели­ чением 40х угол не более 3°). Объектив Ог проецирует изображение зеркала сравнения S2 также в плоскости В. В результате сложения этих когерентных пучков света в плоскости В возникают интерфе­ ренционные полосы, искривленные соответственно профилю ис­ следуемой поверхности.

2 1 8

Интерферометры предназначены для измерения неровностей, вы­ сота которых не превышает 1 мкм. Верхний предел измерения опре­ деляется в основном глубиной изображения интерферометра, зави­ сящей от апертуры объектива и увеличения прибора. Общее увели­ чение прибора должно быть не менее 500х и 700х, апертура объектива не менее 0,5 и 0,65 и линейное поле зрение не менее 0,32 и 0,2 мм.

Интерферометр МИИ-4 представляет собой сочетание интерфе­ рометра Майкельсона с микроскопом (см. рис. 126).

Нить лампы 1 проецируется конденсором 2, между линз которо­ го установлен светофильтр, в плоскость апертурой диафрагмы 3. Объектив 5 через полупрозрачную плоскопараллельную пластину 8 проецирует изображение диафрагмы 3 в плоскость зрачков входа двух одинаковых микрообъективов 7 и 10.

7. МЕТОДЫ И СРЕДСТВА ИЗМЕРЕНИЯ РЕЗЬБОВЫХ ДЕТАЛЕЙ

7.1. Измерение наружного диаметра

При измерении наружного диаметра применяют следующие ме­ тоды и средства измерения:

а) метод непосредственной оценки (вертикальный и горизон­ тальный длиномер; измерительную машину; рычажный микрометр с ценой деления 0,002; 0,005 и 0,01 мм; универсальный микроскоп); б) метод сравнения с мерой (вертикальный и горизонтальный оптиметр; настольный микрометр со стрелочным устройством с це­

ной деления 0 , 0 0 1 мм).

7.2. Измерение внутреннего диаметра

Внутренний диаметр резьбовых калибров-пробок измеряют на инструментальном или универсальном микроскопе проекционным методом или на проекторе типа БП. Риску окулярной сетки микро­ скопа наводят на точки, в которых прямолинейные участки профиля переходят в криволинейные (рис. 127, а), или на точки, ограничи­ вающие углубление внутреннего диаметра (рис. 127, б).

2 1 9