2.4.4. Длинномеры

Для абсолютных измерений (вертикальных и горизонтальных) от 0 до 100 мм используют более массивные оптико-механические приборы - длинномеры.

Рис. 2.9. Вертикальный длинномер:

а - принципиальная схема; б - оптическая схема со спиральным нониусом; в - спиральный нониус; г - схема продольного растра с двумя решетками; д - схема растра с поперечными полосами

Вертикальный длинномер (рис. 2.9, а) состоит из предметного стола 1, на который устанавливают деталь Д, пиноли 3 с измерительным наконечником 2 и шкалой 4, отсчётного устройства 5, шайбы 6 для регулирования измерительного усилия и противовеса (ленты 7, груза 8 и демпфера 9). Отсчетное устройство может быть различным: с визуальным отсчетом по шкале спирального нониуса (типа ДВО, ГОСТ 14028-68), с визуальным отсчетом по шкалам, проецируемым на экран (типа ДВЭ и ДГЭ), с автоматическим цифровым отсчетом.

В длиномерах со спиральным нониусом (рис. 2.9, б) отсчетное устройство, кроме конденсора КД, объектива ОБ и окуляра ОК, имеет две стеклянные пластины. На неподвижной пластине нанесена шкала 11 с десятью штрихами и ценой деления 0,1 мм. На поворотной пластине 10 нанесены спираль Архимеда 13 и круговая шкала 12, имеющая 100 делений с ценой каждого 1 мкм. Для отсчета измеряемого размера детали с помощью ручки 15 и конической передачи 14 вращают круговую шкалу 10 до тех пор, пока штрихи двойной спирали не расположатся симметрично относительно соответствующего штриха миллиметровой шкалы 4 пиноли 8. Целые миллиметры отсчитывают по штрихам шкалы 4 (например 46 мм на рис. 5.9, в), десятые доли миллиметра - по шкале неподвижной пластины 11 (0,3 мм), сотые и тысячные доли миллиметра - по шкале круговой пластины 10 (0,062 мм).

Вертикальные и горизонтальные длинномеры имеют устройство с отсчетом измеряемой величины на экране с помощью оптического микрометра, что облегчает работу контролера. С помощью длинномеров можно выполнять абсолютные измерения в пределах 0 - 100 мм с измерительным усилием 2 - 2,5 Н. Погрешность отсчета, зависящая от контролируемой длины детали, не превышает 1 мкм.

Наиболее совершенными, но более сложными и дорогими являются цифровые отсчетные устройства, позволяющие выполнять дистанционный отсчет контролируемой величины. Преимущество этих устройств - высокая точность измерения в сочетании с возможностью автоматической регистрации результатов контроля, вычисления обобщенных характеристик на ЭВМ или введения результатов измерения в систему управления производственным процессом.

В длинномере, разработанном А.В. Мироненко, отсчетное устройство выполнено в виде растра с двумя решетками - измерительной, закрепленной на пиноли длинномера, и индикаторной, расположенной на корпусе прибора (рис. 2.9, г). Длина измерительного растра должна соответствовать пределам измерения, индикаторный растр может быть значительно короче. При наложении таких растров перемещении одного из них наблюдаются световые импульсы, частота которых определяется шагом растра q. Шаг растра q определяет и точность отсчета. Для увеличения передаточного отношения линии индикаторного растра располагают под некоторым углом  к линиям измерительного растра (рис. 2.9, д), образуя комбинационный растр с шагом G. При перемещении одного из растров в продольном направлении на шаг q комбинационные полосы перемещаются в поперечном направлении на шаг

G = q₁q₂/q (2.5)

где q = q₁ - q₂ - разность шагов растров.

Для подсчета полос и определения направления перемещения на растровую картину накладывают непрозрачную диафрагму со щелями, сдвинутыми, например, на величину G/4. При использовании реверсивного счетчика импульсов электрические сигналы, поступающие в определенном порядке от четырех фотоэлементов, складываются при прямом перемещении решеток растра и вычитаются при их обратном перемещении. Если при этом осуществить смещение (сканирование) щелей относительно комбинационных полос растра, можно по измеренному перемещению, соответствующему экстремальному значению светового потока, определить долю смещения измерительного растра в пределах одного шага.

Принцип действия отсчётного устройства растровой измерительной системы, основанной на нулевом методе, показан на рис. 2.10. Измерительная система имеет грубую и точную ступени отсчета. Грубая ступень позволяет выполнять отсчет целых и десятых долей миллиметра. Она имеет вид кодовой шкалы КШ, закрепленной вместе с измерительным растром на пиноли. Дорожки шкалы КШ образуют двоично-десятичный циклический код. Свет от конденсора КД, пройдя кодовую шкалу со щелью ЩЛ, попадает на фотодиоды матрицы, электрический сигнал с которых через усилители У2 - У5, детекторы Д2 - Д5 и нуль-органы НО2 - НО5 подается на блок индикации БИ.

Рис. 2.10. Схема отсчетного растрового устройства

Точная ступень служит для отсчета сотых, тысячных и десятитысячных долей миллиметра. Для этой же цели служит конденсор КД, растровое сопряжение Р_из - Р_ин диафрагмой и фотодиоды Ф. Сигнал с фотодиода через усилитель У1 и детектор Д1 поступает на нуль-орган НО1, который управляет преобразователем КТ и соответствующими разрядами цифр блока индикации БИ. Положения измерительного растра Р_из, при которых на выходе детектора напряжение отсутствует, принимают за нулевые. В результате при перемещении измерительного растра образуется шкала нулевых положений (с шагом 0,1 мм). Доли дополнительного смещения измерительного растра (в пределах шага 0,1 мм) определяются индикаторным растром путем его автоматического шагового смещения коммутатором КТ с помощью электромагнитного преобразователя ЭМ. При этом якорь Я и связанный с ним индикаторный растр смещаются до нулевого положения, что вызывает через нуль-орган НО1 и коммутатор КТ остановку растра. Это положение коммутатора фиксируется блоком индикации (цифры высших разрядов). Такие длинномеры имеют цену деления шкалы 0,1; 0,2; 0,5 и 1 мкм.