Оптико-механические и оптические приборы

Точность отсчета можно повысить без увеличения габаритов и массы прибора, используя оптическое плечо.

Наиболее распространенный оптико-механический прибор – это оптиметр.

Оптиметр– оптико-механический сравнительный прибор. Его работа основана на принципе оптического рычага и явленияавтоколлимации.

В основу принципа автоколлимации положено свойство объекта превращать пучок расходящихся лучей, исходящих из источника света, расположенного в фокусе объектива, в пучок параллельных лучей и затем собирать этот пучок, отраженный плоским зеркалом, в том же фокусе объектива.

Или автоколлимационными системами называются системы, проектирующие изображение шкалы при помощи зеркала в плоскость самой шкалы.

1 – измерительный стержень; 2 – пружина; 3 – окуляр; 4 – отражение;

5 – шкала; 6 –боковое зеркало; 7 – источник света; 8, 9 – линзы; 10 – нижнее зеркало; 11 – шарнир;

Рисунок 14 – Измерительная головка оптиметра

Измерительная головка оптиметра представляет собой Г-образную трубку, на одном конце которой находится окуляр 3, а на другом – измерительный стержень 1, заканчивающийся вправленным в него закаленный шариком, упирающимся в зеркало 10 оптиметра. Зеркало, укрепленное на шарнире 11, пружиной 2 постоянно прижимается к измерительному стержню (измерительное усилие составляет 2 Н).

Свет от внешнего источника 7 с помощью бокового зеркала 6 направляется в щель, где освещает шкалу 5 прибора. Отражение шкалы через систему призм 8 и линз 9 направляется на нижнее зеркало10, находящееся в контакте с измерительным стержнем и от него – в окуляр 3. Перемещение измерительного стержня приводит к повороту зеркала, а следовательно, к перемещению отражения 4, видимого в окуляр 3 оптиметра.

Шкала прибора неподвижна и в окуляр невидима, перемещается только отражение шкалы в зависимости от положения измерительного стержня и нижнего зеркала.

Положение отражений шкалы определяется относительно указателя в форме треугольника со стрелкой, расположенного в центре поля, видимого в окуляр. При перемещении измерительного стержня отражение шкалы перемещается относительно указателя вверх или вниз.

Цена деления оптиметра 0,001 мм, предел показаний прибора ±100 делений, или ±0,1 мм.

Головку оптиметра можно использовать только в сочетании с тяжелой стойкой.

В зависимости от измерения различают вертикальный и горизонтальный оптиметры.

Вертикальный оптиметр настраивают так же, как и микрокатор, который также используется с тяжелой стойкой.

Горизонтальный оптиметр более универсален. Его можно использовать как для наружных, так и для внутренних измерений.

1 – массивное основание; 2 – направляющая; 3 – кронштейны; 4 – микровинт;

5 – пиноль; 6 – сменный наконечник; 7 – предметный столик; 8 – трубка;

9 –оптическое устройство;

Рисунок 15 – Горизонтальный оптиметр

К массивному основанию 1 прикреплена направляющая 2, на которой установлены передвижные кронштейны 3, фиксируемые в нужном положении стопорными винтами. На левом кронштейне закреплена пиноль 5 с микровинтом 4, перемещающим стержень со сменным наконечником 6, торец которого является одной из измерительных поверхностей. На правом кронштейне закреплена измерительная головка оптиметра, трубка 8 которого предназначена для соединения с кронштейном. оптическое устройство 9 устанавливают под углом, удобным для выполнения измерений. Измерительный стержень головки оптиметра является второй измерительной поверхностью.

При измерении наружных размеров блок концевых мер, необходимых для настройки, устанавливают на предметный столик 7, помещенный на основании 1. В процессе измерения на предметный столик устанавливают измеряемую деталь.

Для измерения внутренних размеров горизонтальный оптиметр снабжают

специальными рычажными приспособлениями – измерительными дугами.

Рисунок 16 – Оптиметр вертикальный

К оптическим приборам относятся инструментальные микроскопы, рисунок которого представлен на рисунке 17.

1 – микрометрический винт; 2 – стол; 3 – объектив; 4 – рифленое кольцо;

5 – тубус; 6 – отсчетный микроскоп; 7 – визирный окуляр; 8 – прилив;

9 – кронштейн; 10 – маховичок; 11 – стойка; 12 – стопорный винт; 13 – ось;

14 – маховик; 15 – основание;

Рисунок 17 – Инструментальный микроскоп

Инструментальные микроскопыпредназначены для измерения углов и линейных размеров резьбовых калибров, метчиков, резьбовых фрез, шаблонов, фасонных резцов и др.

На литом чугунном основании 15 имеются направляющие, по которым на шариковых опорах перемещается стол 2 в двух взаимно перпендикулярных направлениях. Стол перемещается двумя микрометрическими винтами 1 в пределах 0…25 мм. Чтобы увеличить предел измерения прибора в продольном направлении (до 75 мм у ММИ и до 150 мм у БМИ), между концом микровинта и измерительным упором стола микроскопа вставляют концевую меру необходимого размера.

Верхнюю часть стола с предметным стеклом можно поворачивать относительно основания для совмещения линии измерения с направлением продольного и поперечного перемещения стола.

К основанию микроскопа на оси 13 крепится стойка 11, по которой перемещается кронштейн 9 с тубусом 5. Стойка 11 при помощи маховичка 14 может наклоняться вокруг оси 13 в обе стороны на угол до 12,5º, что необходимо для измерения резьб.

Микроскоп фокусируют маховичком 10, перемещающим кронштейн 9 вверх или вниз. После грубой настройки кронштейн стопорят винтом 12. Для точной настройки используют рифленое кольцо 4, при вращении которого тубус передвигается по направляющим относительно кронштейна. В нижней части тубуса установлен объектив 3, в верхней части – сменная окулярная угломерная головка ОГУ-21(сменная) с визирным окуляром 7 и отсчетным микроскопом 6. Все головки дают 10-кратное увеличение изображения измеряемой детали.

В комплекте микроскопа имеется проекционная насадка типа НП-7, на экране которой можно получить изображение, наблюдаемое в окуляре. Крепят насадку в отверстие прилива 8.

Средний диаметр резьбы можно также измерить и на вертикальном длинномере, который представлен на рисунке 18.

По массивной стойке 6 вращением гайки 5 кронштейн 2 может устанавливаться на требуемой высоте и закрепляться винтами 1, 4. В кронштейне при опущенном винте 12 свободно движется измерительный шпиндель 11, опускающийся под собственным весом и поднимаемый за гирьку 9. На одном конце шпинделя укреплен измерительный наконечник 10. Второй конец шпинделя при при помощи стальной ленты 18 и блочной системы соединен с противовесом, помещенным в масляной ванне, внутри полого цилиндра 20 для того, чтобы шпиндель поднимался и опускался плавно и без ударов. Вес измерительного шпинделя уравновешивается противовесом. Измерительное усилие регулируется плоскими разновесами 19, надеваемыми

на выступ верхней части шпинделя. В измерительном шпинделе помещается миллиметровая шкала. Окулярный спиральный микрометр расположен в корпусе отсчетного микроскопа 17. На основании прибора 7 укреплен ребристый столик 8, предназначенный для измерения плоских и цилиндрических деталей.

1 – винт; 2 – кронштейн; 3 – осветитель; 4 – винт; 5 – гайка; 6 – стойка;

7 – основание; 8 – столик; 9 – гирька; 10 – измерительный наконечник;

11 – измерительный шпиндель; 12 – стопорный винт; 13 – колесико;

14 – окуляр; 15 – винт; 16 – головка; 17 – отсчетный микроскоп;

18 – стальная лента; 19 – разновес; 20 – цилиндр.

Рисунок 18 – Вертикальный длинномер

Для измерения шероховатости поверхности по параметру R_Zна наружных плоских и цилиндрических поверхностях применяется двойной микроскоп МИС-11, который представлен на рисунке 19.

Действие микроскопа основано на бесконтактном методе светового сечения, заключающемся в том, что при освещении поверхности пучком лучей, направленным к данной поверхности под некоторым углом α, граница света и тени на поверхности наблюдается в виде ломаной линии, сходной с профилем микронеровностей поверхности

а) – изображение щели (деформированное); б) – устройство микроскопа;

1 – корпус; 2 – кронштейн; 3 – винт; 4 – осветительный микроскоп;

5 – визуальный микроскоп; 6 – окулярный микрометр; 7 – винт осветительного тубуса; 8 – винт для микрофокусировки; 9 – контролируемая деталь; 10 – стол; 11 – кольцо для регулирования ширины щели; 12 – гайка для установки кронштейна; 13 – стопорный винт; 14 – винт для фиксации стола; 15 – стойка; 16 – траверса; 17 - окуляр

Рисунок 19 – Двойной микроскоп

Двойной микроскоп состоит из массивного основания на котором укреплена колонна 15, несущая кронштейн 16 с тубусами микроскопа 17 и осветителя 11. По колонне кронштейн перемещается гайкой 12, а фиксируется в нужном положении винтом 13. При помощи кремальеры 3 и микрометрического механизма 8 (точная установка) тубусы могут быть передвинуты по высоте. Предметный поворотный столик 10 микроскопа может перемещаться микровинтом 18 в двух взаимно перпендикулярных направлениях.

Цена деления барабана окулярного микрометра – 0,01 мм.

Более совершенной моделью среди оптико-механических приборов являются универсальные микроскопы УИМ-21 и УИМ-23, которые предназначены для измерения длин, углов, элементов резьб, зубчатых передач, конусов и различных профилей изделий и представлены на рисунках 20 и 21.

1 – окулярная головка; 2 – станина; 3 – стол; 4 – направляющие; 5 – бабка; 6, 7 – головки; 8 – направляющие; 9 – каретка; 10, 11 – винты; 12, 13 – микровинты; 15, 16 – отсчетные микроскопы; 17 – кронштейн; 18 – колонка; 19 – винт;

20 – головка; 21 – кольцо; 22 – головка; 23 – шкала (углы наклона); 24 – окуляр; 25 – маховик; 26 - окуляр

Рисунок 20 – Универсальный измерительный микроскоп УИМ-21

Методы измерений – проекционный и осевого сечения в прямоугольных и полярных координатах.

Универсальный микроскоп УИМ-23 по устройству аналогичен УИМ-21 и отличается от него наличием проекционного приспособления, позволяющего наблюдать контур детали, штриховую сетку и деталь, отсчет по шкалам путем наблюдения их изображений не через окуляры, а на небольших, удобно расположенных экранах 15 и 16. На экране проекционного устройства 1 наблюдается изображение контура детали и совмещенные при измерении с линиями контура линии штриховой сетки.

1 – проекционное устройство; 15, 16 – экраны;

Рисунок 21 – Универсальный измерительный микроскоп УИМ-23

Лекция 3

Метрологические характеристики измерительных средств

Метрологическая характеристика средства измерения и контроля – это характеристика одного из свойств средства измерения, влияющая на результат измерения и его погрешность.

Основными нормируемыми характеристиками измерительных средств для технических измерений являются по ГОСТ 8.009-84:

- диапазон измерений– область значений измеряемой величины, для которой нормированы пределы погрешности прибора;

- диапазон показаний(измерений по шкале) – область значений шкалы, ограниченная ее начальным и конечными значениями;

- пределы измерения– наибольшее или наименьшее значение диапазона измерения;

- цена деления шкалы– разность значений величин, соответствующих двум соседним отметкам шкалы;

- длина (интервал) деления шкалы– расстояние между осями двух соседних отметок шкалы;

- чувствительность– свойство, отражающее способность реагировать на изменение измеряемой величины;

- стабильность– свойство, отражающее постоянство во времени метрологических показателей.

Основная метрологическая характеристика измерительного средства – это погрешностьизмерения – это отклонение результата измерения от истинного значения измеряемой величины.

Точность измерения– это качество измерений, отражающее близость их результатов к истинному значению измеряемой величины.

Для обобщенной характеристики точности средств измерения, определяемой пределами допустимых погрешностей, а также другими свойствами вводят понятие класс точности средств измерения. Классы точности средств измерения определяются в стандартах.

Основные метрологические характеристики инструментов представлены в таблице 4.

Таблица 4 – Метрологические характеристики инструментов

Наименование	Цена деления шкалы, мм	Дипазон показаний шкалы, мм	Предел измерения инструмента, мм	Предельная погрешность, мкм
Штангенциркуль типа ШЦ-I; ШЦТ-I ШЦ-II ШЦ-III	0,1 0,05 0,1	125 160 200 250 160 200 250	0…125 0…160 0…200 0…250 0…160 0…200 0…250	± 150…170 ± 50 ± 70 ± 70 ± 80
Микрометр гладкий типа МК для измерения наружных размеров	0,01	25	0…25 25…50 50…75 70…100 и т.д.	± 2,0 ± 2,5 ± 2,5 ± 2,0
Индикатор часового типа ИЧ, ИТ ИЧ	0,01 0,01 0,01 0,01		0…2 0…5 0…10 0…25	10 12 15 22

Каждое измерение осуществляется в конкретных условиях, которые характеризуются одной или несколькими физическими величинами: температурой, влажностью, давлением, плотностью, ускорением свободного падения и т. д.

ГОСТ 21964-76 делит все внешние воздействующие факторы на:

- климатические;

- электромагнитные;

- ионизирующие излучения;

- механические;

- термические;

- специальные среды.

Для средств измерений устанавливают единые нормальные условияизмерения, т.е. условия, характеризуемые совокупностью влияющих величин, при которых изменением результата измерений пренебрегают вследствие малости.

Значение физической величины, соответствующее нормальным условиям, называют нормальным значением влияющей величины (оно принимается за номинальное).

Номинальные значения влияющих физических величин:

- температура для всех видов измерений, º С (К) 20 (293);

- давление воздуха для линейных, угловых измерений, измерений массы, силы, света, измерений в спектроскопии, кПа (мм.рт.ст.) 101,3 (760);

- относительная влажность воздуха для линейных, угловых измерений, измерений массы, измерений в спектроскопии, % 58;

- плотность воздуха, кг/м³1,2;

- ускорение свободного падения, м/с²9,8.

Все средстваизмеренийделят на классы точности, которые дают их обобщенную метрологическую характеристику.

Классы точности присваиваются средствам измерений с учетом результатов государственных приемочных испытаний.

Обозначения классов точности наносятся на циферблаты, щитки и корпуса средств измерений, приводятся в нормативно-технических документах. Классы точности могут обозначаться буквами (М, С) или римскими цифрами (I,II,IIIи т.д.). Обозначение классов точности по ГОСТу 8.401-80 может сопровождаться дополнительными условными знаками:

- 0,5; 1,6; 2,5 и т.д;

- ^0,5√;

- ○ (кружок, в нем цифра 0,1, 0,4, 1,0 и т.д;

- 0,02/0,01

Лекция 4

Методы и средства контроля гладких цилиндрических соединений

Контроль– этопроцесс получения и обработки информацииоб объекте (параметре детали, механизма, процесса и т.д.) с целью определения нахождения параметров объекта в заданных пределах.