3.3.6. Проекторы

Проекционные измерительные приборы (проекторы) позволяют проектировать на экран увеличенные контуры проверяемого изделия. Они изготавливаются с большим увеличением (до 200^) и широко применяются в лабораториях и цехах для измерения и контроля элементов различных микромодульных изделий, деталей сложной формы и малых размеров. При этом отклонения размеров от допустимых определяются различными методами:

1) сравнением контура контролируемой детали, проектируемого в увеличенном масштабе на экране проектора образцовым контуром, изображенном на экране в том же масштабе;

2) сравнением контура изображения детали с двойным контуром (полем допуска), вычерченным по предельным размерам детали;

3) измерением отклонений с помощью микрометрических отсчетных устройств проектора.

Оптическая схема проектора изображена на рис. 14. Свет от источника 1, помещенного в фокусе конденсатора2, параллельным пучком следует к объективу 4. Между конденсатором и объективом располагается контролируемый объект 3. Из объектива свет поступает на экран 5, на котором наблюдается увеличенное действительное и обратное изображение контролируемого объекта. При данном фокусном расстоянии увеличение предмета, определяемое отношением х₁/х (см. рис. 14), ограничивается габаритами прибора и размерами экрана. Чем больше поле зрения, тем меньше увеличение проектора, и наоборот.

Рис. 14. Принципиальная оптическая схема проектора

Проекторы общего назначения предназначаются для непосредственных и сравнительных измерений в прямоугольных и полярных координатах линейных размеров (углов) разнообразных изделий сложного профиля. К этой группе относятся: большой проектор БП с увеличением 10^, 20^ и 50^, диаметр экрана –600 мм, максимальный размер деталей, закрепляемых на столе, составляет по длине 330 мм, по диаметру 150 мм; часовые проекторы ЧП с увеличением 10^, 20^, 50^, 100^ и 200^, размер экрана 560460 мм. Выпускаются также проекторы специализированного назначения (для массового контроля однотипных изделий).

3.3.7. Приборы и методы интерференционных измерений длины, оценки шероховатости поверхности и толщины неметаллических покрытий

На интерференции света основаны чувствительные и точные методы и средства линейных измерений [3, 4].

Как известно, в результате сложения когерентных световых лучей при определенных условиях возникают линии усиленного и ослабленного света – интерференционные полосы равной толщины и равного наклона. Полосы равной толщины наблюдаются при использовании прозрачных клинообразных пластин. В них интерференционные полосы располагаются параллельно ребру клина в местах одинаковой толщины, а переход от одной полосы к другой соответствует изменению оптической толщины пластины на половину длины световой волны /2. Полосы равного наклона наблюдаются в плоскопараллельных пластинах: появляются концентрические интерференционные кольца равного наклона. Поэтому при измерении линейных размеров и отклонений от плоскостности используется явление интерференции в плоскопараллельных и клинообразных стеклянных пластинках, в качестве меры при этом служит длина световой волны, а измерительными средствами являются либо непосредственно стеклянные пластинки, либо различные интерференционные приборы (интерферометры, микроскоп Линника и другие), в которых используются такие пластинки.

Непосредственное применение плоских стеклянных пластинок позволяет произвести проверку плоскостности шлифованных поверхностей изделий. Для этого к ребру поверхности под небольшим углом прикладывается стеклянная пластинка (рис. 15,а,б). При постоянных углах наклона потока монохроматических световых лучей и воздушного клина часть лучей будет отражаться от поверхностей стеклянной пластинки, а часть от проверяемой поверхности. От высоты воздушного клина зависит разность хода лучейS₁иS₂. Если она равна нулю или четному числу полуволн, то в соответствующих местах будут видны темные полосы; а нечетному – светлые полосы. Каждая полоса характеризует высоту воздушного клина в месте ее расположения. Расстояние между серединами двух соседних темных (светлых) полос в интерференционной картине называют шириной интерференционной полосы (обознач.в). На рис. 15,бпоказаны интерференционные полосы (0, 1, 2, 3, 4, 5, 6) и соответственно значения высот воздушного клина над ними (1/2; 2/2; 3/2; ...; 6/2). Четкие интерференционные картины получаются лишь при малых толщинах воздушных клиньев; при толщинах, больших 2 мкм, картина будет расплываться. На плоской поверхности интерференционные полосы параллельны, а на поверхностях с кривизной (выпуклость, вогнутость) они имеют стрелу прогибаf(рис. 15,в). Отклонение от плоскостности исследуемой поверхности вмикрометрах определяется соотношением . Немонохроматический свет создает цветные полосы. В этом случае за ширину полосы принимают расстояние между серединами двух соседних полос одинакового цвета.

С помощью стеклянной пластинки, расположенной на отшлифованной правильной сферической поверхности (рис. 15,г), можно найти значениеhпо интерференционной картине в виде концентрических колец: h=п/2 (где п – число колец).

Рис. 15. Интерференционные измерения плоскости шлифованных поверхностей

При непосредственном применении стеклянных пластин можно производить сравнительные технические измерения длин, например, поверку размеров плоскопараллельных концевых мер. Исходная и поверяемая меры притираются рядом к стеклянной пластине 1(рис. 16,а). На свободные поверхности накладывают стекло2 и создают воздушный клин. Разность высотh определяется по значениямвсмещенияf(рис. 16,б) и длины волны. В интерферометрах получение когерентных колебаний осуществляется разделением светового луча от источника света на несколько частей с помощью специальных оптических приспособлений, например, посеребренных полупрозрачных пластин. Лучи одновременно отражаются от них и проходят сквозь них, а после отражения от зеркал, вновь соединяясь, дают интерференционную картину. По принципу разделения световых лучей, участвующих затем в интерференции, интерферометры бываютдвухлучевыеимноголучевые.

16. Сравнительный интерференционный метод измерения длины

Контактный интерферометрпредназначен для измерения линейных размеров сравнительным методом. Его действие основано на принципе двухлучевой интерференции света. Основным узлом прибора (рис. 17,а) – собственно интерферометром, является трубка1с переменной ценой деления шкалы 0,05…0,2 мкм. 0стальные узлы (основание3, стойки2, измерительный стол4и др.) служат для перемещения установки интерференционной трубки и измеряемого изделия друг относительно друга. В зависимости от этого приборы делятся на вертикальные и горизонтальные. Оптическая схема контактного интерферометра изображена на рис. 17,б. Лучи от источника света1направляются конденсором2 через интерференционный монохроматический светофильтр3 на полупосеребренную разделительную пластину4. Одна часть лучей отражается от полупрозрачной поверхности пластины4 к зеркалу8и, отразившись от него, возвращается к пластине4. Вторая проходит сквозь пластину4, компенсирующую пластину5,отражается от зеркала6, укрепленного на измерительном стержне7, и возвращается также к пластине4, где и накладывается на первую часть лучей, прошедшую другим путем. Пластина5создает одинаковые оптические условия для хода обеих частей луча, разделенного пластиной 4. Рабочая поверхность пластины 4 ограничена щелью 9, а нерабочая – разделена светопоглощающим экраном 10, установленным по линии симметрии щели 9. В такой оптической схеме образуется воздушный клин между немного наклоненным зеркалом 8 и мнимым изображением зеркала 6, которое получается с помощью объектива 11. Поэтому лучи, отраженные зеркалами 6 и 8, частично проходящие в объектив 11, при небольшой разности их хода интерферируют в плоскости пластины 12, на которой нанесена шкала 17 (рис. 17,в). Эту шкалу вместе с интерференционными полосами наблюдают через окуляр 13. Окуляр можно перемещать вокруг оси 14. Это позволяет рассматривать необходимый участок шкалы через середину окуляра (для исключения хроматической аберрации). Зеркало 6 механически соединено с измерительным стержнем 7, который контактирует с измеряемым изделием 15, установленным на столике 16. Поэтому перемещение измерительного стержня и зеркала 6 вызывает перемещение интерференционной картины в поле зрения окуляра 13. Указателем этого перемещения служит одна черная ахроматическая полоса 18 (рис. 17,в) интерференции белого света (с обеих ее сторон будет несколько цветных полос убывающей интенсивности), появляющаяся при выключенном светофильтре 3. Если светофильтр 3 введен в световой поток, то в поле зрения появятся одноцветные полосы 19 монохроматического цвета, четко разделенные черными линиями. Каждому интервалу между полосами соответствует половина длины волны света, пропускаемого светофильтром. Градуировку шкалы прибора в пределах 0,05…0,2 мкм производят по длине волны  монохроматического света (обычно зеленый светофильтр  = 0,550 мкм).

а)	б)
в)

Рис. 17. Контактный интерферометр:

а – общий вид; б – оптическая схема; в – шкала

Направление и ширину интерференционных полос можно регулировать наклоном зеркала 8, поворот которого осуществляется регулировочными винтами.

Предельная погрешность показаний интерферометра определяется по формуле

,

где – погрешность измерения длины волны, мкм;n– отсчет по шкале;С– цена деления шкалы.

Непосредственно по шкале прибора можно производить измерения в пределах 0,2 мм (толщины пленок, проволочек и т.д.). На вертикальном интерферометре измеряют наружные размеры плоских, цилиндрических изделий размером до 250 мм сравнительным методом, диаметры шариков, цилиндров. На горизонтальном можно также производить измерение отверстий от 13,5 мм и линейных размеров до 500 мм.

Интерференционный микроскоп В.П. Линника предназначен для контроля шероховатости поверхности.