Гидроизоляция 

Оптические измерительные приборы и их назначение. Оптические измерительные приборы. Назначение, достоинства и недостатки. Способы измерения полного светового потока

В способе бесконтактного оптического измерения размещают объект между источником лазерного излучения и фотоприемником, измеряют мощность лазерного излучения Р, сравнивают ее с заданным уровнем Р 0 , осуществляют оптическую развертку лазерного излучения в пучок параллельных лучей в зоне нахождения объекта и определяют размер объекта по величине тени от объекта на фотоприемнике, корректируя время экспозиции фотоприемника по величине разности (Р 0 -Р). Устройство для осуществления способа включает лазер, светоделительную пластину, короткофокусную цилиндрическую линзу, выходную цилиндрическую линзу, коллимирующую линзу, ПЗС, блок обработки информации, фотоприемное пороговое устройство. Технический результат - повышение точности измерений. 2 н. и 2 з.п. ф-лы, 1 ил.

Рисунки к патенту РФ 2262660

Изобретение относится к измерительной технике, в частности к бесконтактным оптическим средствам измерения геометрических размеров различных объектов.

Известен способ бесконтактного оптического измерения размеров объектов, называемый также теневым, который заключается в размещении исследуемого объекта между лазером и многоэлементным фотоприемником, развертке лазерного излучения в пучок параллельных лучей в зоне расположения объекта и определении размера объекта по величине тени, отбрасываемой им на фотоприемник. Устройства, реализующие известный способ, - лазерные теневые измерители - состоят из источника лазерного излучения, системы линз, формирующей из первоначального луча путем оптической развертки пучок параллельных лучей, и многоэлементного фотоприемника, подключенного к блоку обработки информации. Количество незасвеченных пикселов на фотоприемнике на линейке ПЗС определяет размер объекта (1, 2).

Использование оптической развертки позволяет применить для непрерывного считывания информации многоэлементный фотоприемник на линейке ПЗС и осуществить съем информации в течение одного кадра, длительность которого регулируется в широких пределах, вплоть до 0,1 мкс. Это обстоятельство дает возможность использовать лазерные теневые измерители для измерения параметров объектов, движущихся с большой скоростью.

В качестве прототипа заявляемого технического решения выбран способ бесконтактного оптического измерения размеров объектов, заключающийся в размещении исследуемого объекта между лазером и фотоприемником, оптической развертке лазерного излучения в пучок параллельных лучей в зоне расположения объекта и определении размера объекта по величине тени от объекта на фотоприемнике. Устройство, реализующее известный способ, состоит из источника лазерного излучения, линзовой системы оптической развертки, многоэлементной фотодиодной линейки, схемы обработки информации и компьютера (3).

Недостатки известного способа и устройства, с помощью которого реализуется способ, обусловлены следующим. Точность измерения при использовании известного способа зависит, прежде всего, от точности определения границ контура исследуемого объекта. Дифракционные эффекты приводят к тому, что переход от света к тени на поверхности фотоприемника характеризуется определенной протяженностью, которая для используемых на практике фотоприемников на линейке ПЗС составляет, как правило, несколько пикселов. Размытость границы между светом и тенью снижает точность определения размеров объекта, причем влияние этого фактора будет тем больше, чем меньше размер объекта.

Как было показано выше, размер объекта определяется количеством незасвеченных (затемненных) пикселов на линейке ПЗС. Затемненным считается пиксел, видеосигнал с которого меньше определенного порога.

Можно показать, что размер детали будет определяться количеством пикселов, на которых напряжение U t больше порогового U пор

где Е max - максимальная мощность лазерного излучения;

r - текущий радиус лазерного пучка на линейке ПЗС;

r о - радиус лазерного пучка в точке с плотностью мощности излучения в е 2 раз меньшей, по сравнению с интенсивностью в центре;

Т экс - время экспозиции;

RC - параметр, характерный для конкретной линейки ПЗС.

Из выражения (1) следует, что размер объекта зависит как от мощности лазерного излучения, так и от времени экспозиции.

За время экспозиции число пикселов, на которых U t U пор, будет определяться мощностью лазерного излучения, так как освещенность каждого пиксела и, следовательно, скорость нарастания заряда на нем зависит от мощности лазерного излучения. Как следствие, определяемый размер объекта будет зависеть от величины мощности лазерного излучения. Поэтому в известном лазерном измерителе при флуктуациях мощности точность определения размера объекта снижается.

Задача, решаемая изобретением, - повышение точности измерений.

Указанная задача решается тем, что в способе бесконтактного оптического измерения размеров объектов, заключающемся в размещении объекта между источником лазерного излучения и фотоприемником, оптической развертке лазерного излучения в пучок параллельных лучей в зоне расположения объекта и определении размера объекта по величине тени от объекта на фотоприемнике, измеряют мощность лазерного излучения Р, сравнивают ее с заданным уровнем Р о и по величине (Р о -Р) осуществляют корректировку времени экспозиции фотоприемника. Устройство для осуществления способа, содержащее источник лазерного луча, средства оптической развертки лазерного луча, фотоприемник, подключенный к первому входу блока обработки информации, и объект, расположенный между источником лазерного луча и фотоприемником, снабжено светоделителем, размещенным между источником лазерного луча и средствами оптической развертки, и фотоприемным пороговым устройством, выход которого подсоединен ко второму входу блока обработки информации. Средства оптической развертки лазерного луча выполнены в виде цилиндрических линз, а светоделитель - в виде полупрозрачной пластины.

Изобретение иллюстрируется чертежом, где схематически изображено устройство, с помощью которого реализуется заявляемый способ. Оно включает лазер 1, светоделительную полупрозрачную пластину 2, средства оптической развертки лазерного луча, состоящие из короткофокусной цилиндрической линзы 3 и выходной цилиндрической линзы 4, коллимирующую линзу 5, фотоприемник на линейке ПЗС 6, соединенный с первым входом блока обработки информации 7, и фотоприемное пороговое устройство 8, подключенное ко второму входу блока 7 и представляющее собой фотоприемник со схемой сравнения. Светоделительная пластина 2 и фотоприемное пороговое устройство 8 образуют канал корректировки времени экспозиции. Светоделительная пластина 2 расположена под углом к траектории луча лазера 1 для того, чтобы обеспечить отвод части мощности излучения на фотоприемное пороговое устройство 8. Измеряемый объект 9 размещается между линзами 4 и 5.

Заявляемый способ осуществляется следующим образом. Излучение лазера 1 попадает на светоделительную пластину 2. Часть излучения отклоняется пластиной 2 на фотоприемное пороговое устройство 8, а остальная часть проходит в оптическую систему линз 3 и 4, осуществляющих развертку излучения в пучок параллельных лучей. В результате исследуемый объект 9 засвечивается плоским лучом и на фотоприемнике 6 формируется изображение объекта, соответствующее тени, отбрасываемой объектом 9 на поверхность фотоприемника 6. В блоке 7 происходит обработка сигнала изображения и определение размера объекта 9. В пороговом устройстве 8 осуществляется сравнение части мощности лазерного излучения, поступившей на устройство 8, с пороговой величиной, соответствующей заданной мощности излучения. Если величина мощности отлична от заданной, на выходе порогового устройства 8 будет формироваться разностный сигнал, поступающий на второй вход блока 7. В соответствии с величиной поступившего сигнала блок 7 осуществляет корректировку времени экспозиции фотоприемника 6. Если фактическая мощность лазерного излучения больше заданной, блок 7 уменьшает время экспозиции, если меньше - увеличивает.

Как следствие, регулировка времени заряда пикселов даже в условиях флуктуации мощности лазерного излучения обеспечивает высокую точность измерений.

Таким образом, заявляемые способ и устройство за счет корректировки времени экспозиции в зависимости от мощности лазерного излучения обеспечивают - по сравнению с устройством-прототипом - повышение точности измерения размеров объектов.

ЛИТЕРАТУРА

1. А.З.Венедиктов, В.Н.Демкин, Д.С.Доков, А.В.Комаров. Применение лазерных методов для контроля параметров автосцепки и пружин. Новые технологии - железнодорожному транспорту. Сборник научных статей с международным участием, часть 4. Омск 2000, с.232-233.

2. V.N.Demrin, D.S.Dokov, V.N.Tereshkin, A.Z.Venediktov. Optical control of geometrical dimensions for railway cars automatic coupling. Third Internat. Workshop on New Approaches to High-Tech: Nondestructive Testing and Computer Simulations in Science and Engineering. Proceedings of SPAS, Vol. 3. 7-11 June 1999, St. Petersburg, p. А17.

3. В.В.Анциферов, М.В.Муравьев. Бесконтактный лазерный измеритель геометрических размеров роликов подшипников. Новые технологии - железнодорожному транспорту. Сборник научных статей с международным участием, часть 4. Омск 2000, с.210-213 (прототип).

ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ

1. Способ бесконтактного измерения размеров объектов, заключающийся в размещении объекта между источником лазерного излучения и фотоприемником, оптической развертке лазерного излучения в пучок параллельных лучей в зоне расположения объекта, и определении размера объекта по величине тени от объекта на фотоприемнике, отличающийся тем, что измеряют мощность лазерного излучения Р, сравнивают ее с заданным уровнем Р о и по величине (Р о -Р) осуществляют корректировку времени экспозиции фотоприемника.

2. Устройство для бесконтактного оптического измерения размеров объектов, содержащее источник лазерного луча, средства оптической развертки лазерного луча, фотоприемник, подключенный к первому входу блока обработки информации, и объект, расположенный между средствами оптической развертки лазерного луча и фотоприемником, отличающееся тем, что оно снабжено светоделителем, размещенным между источником оптического излучения и средствами оптической развертки и оптически связанным с фотоприемным пороговым устройством, выход которого подсоединен ко второму входу блока обработки информации.

3. Устройство по п.2, отличающееся тем, что средства оптической развертки лазерного луча выполнены в виде цилиндрических линз.

4. Устройство по п.2, отличающееся тем, что светоделитель выполнен в виде полупрозрачной пластины.

К рычажно-оптическим приборам относятся оптиметры и измерительные пружинно-оптические головки.

Оптиметры . Оптиметры разделяются на вертикальные (ОВО – с окуляром и ОВЭ с проекционным экраном) и горизонтальные (ОГО и ОГЭ). Последние применяются для измерения как наружных, так и внутренних размеров. Наиболее распространены вертикальные оптиметры (рис. 23,а ) с ценой деления 0,001 мм и погрешностью показаний ±0,0002 мм , применяемые для измерения наружных размеров (концевых мер, калибров-пробок и особо точных изделий).

Рис. 23. Вертикальный оптиметр(а), принцип действия

трубки оптиметр (б)

Основной отсчетной частью прибора является трубка оптиметра, построенная по рычажно-оптической схеме. Принцип действия трубки оптиметра показан на рис. 23, б. Лучи света 1 направляются зеркалом 2 в щель трубки и, преломляясь трехгранной призмой 3 , проходят через шкалу, нанесенную на пластинке 4 . Затем пучок лучей проходит через призму полного отражения 5 и, отразившись от нее под прямым углом, попадает в объектив 6 , а потом на зеркальце 7 . Зеркальце 7 пружиной 8 прижимается к измерительному стержню 9 , а при перемещении измерительного стержня зеркальце поворачивается вокруг оси, проходящей через центр шарика 10 . Угол поворота зеркальца зависит от наклона зеркальца 7 . На рис. 23, б показан ход одного падающего луча (сплошной линией) и отраженного (штрих - пунктирной линией). Угол между этими лучами равен 2 .

Отраженный пучок лучей объективом превращается в сходящийся пучок лучей, который дает изображение шкалы. Установка трубки прибора по блоку концевых мер заключается в совмещении нулевого штриха шкалы с неподвижным указателем. При перемещении из измерительного стержня на 1 мкм изображение шкалы смещается в поле зрения на 1 деление по отношению к неподвижному указателю.

Измерительные пружинно-оптический головки . Эти приборы имеют сокращенное название – оптикаторы. В них используется пружинный принцип действия микрокатора, только к завитой спиральной пружине прикреплена не стрелка, а зеркальце, на которое падает луч света и отражается на стеклянную шкалу, где появляется изображение указательного штриха. Выпускаемые пружинно-оптические головки, обозначаемые ОП, имеют присоединительный диаметр 28 мм и предназначены для точных линейных измерений при закреплении в стойках тяжелого тина. Измерительные головки имеют поворот шкалы для точной настройки на размер и указатели поля допуска в виде цветных шторок на пути светового луча (зайчика) окрашивающих его в зеленый или красный цвет. Пружинно-оптические головки выпускаются долемикронные (модели 01П, 02П и 05П) и микронные (П1, П2 и П5) с увеличенным интервалом между делениями шкалы для облегчения отсчета.

Пневматические длиномеры низкого и высокого давления .

Работа пневматических измерительных приборов – длиномеров основана на свойстве истечения воздуха с постоянным давлением из небольшого отверстия, называемого соплом. Шкалы пневматических приборов градуируют не в единицах давления, а в линейных единицах (например, в мкм ). Такая градуировка позволяет непосредственно отсчитывать отклонения размеров проверяемых деталей от размера образцовой детали или меры, по которым настроен прибор и определять отклонения от правильной геометрической формы изделий. На заводах применяют два вида приборов: приборы низкого давления, основанные на изменении давления воздуха (рис. 24,а ), и поплавковые (ротаметры), основанные на изменении расхода воздуха (рис. 24,б ).

Рис. 24. Пневматические длиномеры:

а – с жидкостным регулятором давления; б – поплавковый прибор;

в – пробка в отверстии (разрез)

Приборы низкого давления выпускаются с двумя и большим количеством шкал для одновременного или раздельного измерения двух и более размеров. На рис. 24,а показан прибор с двумя отсечными шкалами и измерительной пробкой с образцовым кольцом для установки прибора на нуль. Пределы измерения можно менять от 0,02 до 0,20 мм , так как они зависят от размеров сопл, которые применяются в приборе. При пределе измерения 0,02 мм предельная погрешность показаний равна 0,0005 мм , а при наибольшем пределе измерения 0,20 мм погрешность соответственно равна 0,005 мм.

Наиболее распространены поплавковые пневматические длиномеры (рис. 24,б).

Принцип действия этих приборов основан на изменении расхода воздушного потока в конической стеклянной трубке. Воздух от источника питания с давлением 300-600 кПа (3-6 кгс/см 2 ) проходит через отстойник, фильтр и редукционный стабилизатор 1, выравнивающий давление воздуха, затем поступает в коническую стеклянную трубку 2. рабочее давление воздуха может колебаться от 70 до 200 кПа (от 0,7 до 2 кгс/см 2 ). При настройке прибора добиваются, чтобы металлический легкий поплавок 3 (масса менее 1 г ) находился во взвешенном состоянии на отметке 0 шкалы 4 . при измерении деталей в зависимости от изменения зазора (рис. 24, в ) между выходным соплом и поверхностью измеряемого изделия (см. рис. 24,б ) меняется расход воздуха, а следовательно, и положение поплавка устанавливается относительно отметок шкалы 4. при большом зазоре расход воздуха больше, и поплавок 3 поднимается, при меньшем зазоре расход меньше, и поплавок опускается. Цена деления зависит от градуировки и настройки прибора и может быть равна 1-2 мкм и даже долям микрометра.

Перед измерением диаметров отверстий с помощью пневматического прибора пробку специальной конструкции вводят в образцовое кольцо и, регулируя подачу воздуха с помощью винта 5, устанавливают поплавок 3 в трубке 2 в нулевое положение. Если размер отверстия проверяемой детали будет отличаться от размера образцового кольца или блока из плиток, поплавок покажет отклонение от размера.

Повертывая пробку в проверяемом отверстии на 90, 180 и 270° в одном и разных сечениях по оси детали, можно определить отклонения деталей от правильной геометрической формы.

Пневматические приборы особенно незаменимы при определении диаметров и отклонений формы у отверстий, особенно глубоких и несквозных, а также отверстий небольшого диаметра.

Калибры

При массовом выпуске изделий, когда на заводе ежедневно вынуждены измерять детали по одному и тому же размеру, широко применяются инструменты жесткой конструкции – предельные калибры (рис. 25): пробки для контроля отверстий (рис. 25,а,б ) и скобы для контроля валов (рис. 25,в,г ). Калибры не имеют отсчетных устройств для определения размеров, с их помощью можно только установить, выполнен ли действительный размер детали в пределах допуска или нет. Для этого калибры изготавливают по предельным размерам проверяемой детали. Одна сторона пробки (удлиненная) будет иметь номинальный размер и называться проход ной ПР, а другая сторона пробки (укороченная) будет иметь номинальный размер наибольшего отверстия. Эта сторона пробки называется непроходной и обозначается НЕ, она может входить только в деталь, имеющую завышенный размер отверстия. Такие детали бракуются.

Процесс контроля деталей заключается в простой сортировке их с помощью двух предельных калибров на три группы: годные детали, размер которых находится в пределах допускаемого (ПР проходит; а НЕ не проходит); брак исправимый, когда размер вала больше допустимого, а размер отверстия меньше допустимого (ПР не проходит); брак неисправимый, когда размер у вала занижен, а у отверстия завышен (НЕ проходит).

Калибры, которыми пользуются рабочие и контролеры ОТК для проверки деталей, называются рабочими калибрами; их типы, размеры и технические условия стандартизованы.

Рис. 25. Калибры.

а – двухсторонняя пробка, б – односторонняя пробка, в – двухсторонняя скоба,

г – предельная регулируемая скоба


Калибры для отверстий до 50 мм изготавливают в виде полных пробок (рис.25,а ), для отверстий свыше 50 до 100 мм могут применяться как полные пробки, так и неполные (рис. 25,б ), а свыше 100 мм – только неполные. Для больших размеров свыше 360 мм вместо пробок применяют сферические нутромеры.

Калибры-скобы для валов чаще всего применяют односторонние предельные целые или двусторонние листовые (рис. 25,в ). Для валов с размерами от 100 до 360 мм применяют односторонние предельные скобы со вставными губками (рис. 25,г ). На калибры наносятся следующие обозначения (маркировка): номинальный размер контролируемой детали, обозначение поля допуска детали и класса точности (квалитета), цифровые величины предельных отклонений детали в миллиметрах, обозначение сторон калибра – проходная ПР и непроходная НЕ, товарный знак завода-изготовителя. Для проходных калибров в стандартах предусмотрены допуски на изготовление и износ, а на непроходные - только допуски на изготовление. Стандартные отклонения на изготовление и износ калибров отсчитываются от предельных размеров валов и отверстий; для проходных скоб – от наибольшего предельного размера вала, а для проходных пробок от наименьшего предельного размера отверстия; для непроходных калибров, наоборот – от наименьшего размера вала и наибольшего размера отверстия.

СТ СЭВ 157-75, «Калибры гладкие для размеров до 500 мм . Допуски», предусматривает особый порядок определения предельных (исполнительных) размеров проходных калибров, Z и Z 1 – это отклонения середины поля допуска на изготовление проходных калибров (Z для отверстия и Z 1 для вала) относительно наименьшего размера отверстия и наибольшего предельного размера вала ; Н и Н 1 – допуски на изготовление проходных и непроходных калибров (для отверстия Н и вала Н 1 ); Y и Y 1 – допустимые выходы изношенного калибра за границу поля допуска (отверстия Y и вала Y 1 ).

Для калибров с размерами более 180 мм предусмотрены еще величины компенсаций погрешности контроля калибрами, обозначаемые для отверстий и для вала.


К атегория:

Слесарно-инструментальные работы

Оптические измерительные приборы

В конструкции измерительной машины кроме трубки оптиметра, в которой использован принцип оптического рычага, также находят применение и другие оптические устройства, лежащие в основе конструкций ряда оптических измерительных приборов. Такие приборы получили название оптических измерительных приборов.

Оптические измерительные приборы построены на принципе исследования человеческим глазом увеличенного теневого изображения измеряемого предмета. К числу таких измерительных приборов относятся, широко применяемые в инструментальном производстве, инструментальный и универсальный микроскопы и проекторы.

Инструментальный микроскоп модели ИТ служит для измерения сложных профилей инструмента. Он состоит из оптической головки, передвигаемой вверх и вниз по стойке, стола с салазками, перемещаемых на шариках в продольном и поперечном направлениях, основания и осветительного приспособления. Стойка может при необходимости повертываться вокруг горизонтальной оси. Грубая установка оптической головки по высоте производится от руки, точная - винтом, а ее закрепление в установленном положении - винтом. Два микрометрических устройства служат для отсчета поперечного и продольного перемещения стола. Видимая на столе микроскопа рамка с центрами предназначена для закрепления деталей.

Принцип работы инструментального микроскопа состоит в следующем. От источника света лучи идут сквозь специальное устройство, называемое диафрагмой и регулирующее количество проходящего света. Отражаясь в зеркале, они проходят прозрачную пластинку мимо расположенного на столе изменяемого предмета и следуют дальше в объектив, увеличиваю-м размеры рассматриваемого контура. В дальнейшем, четыре раза преломляясь в трех призмах, лучи выходят перпендикулярно к матозому стеклянному экрану, на котором нанесены темные штрихи, и становятся видными в окуляре. В окуляре можно видеть освещенный контур измеряемого предмета, увеличенный в 30 раз.

Рис. 1. Инструментальный микроскоп.

На штриховом экране для сравнения с профилем измеряемого предмета нанесены различные профили, линии и шкалы как линейные, так и угловые. Поворачивая экран вокруг оси его вращения, можно совмещать линии этого экрана с отдельными частями профиля предмета и отсчитывать углы поворота экрана, а следовательно, размеры и углы измеряемого предмета.

Процесс измерения на описываемом приборе состоит из следующих операций:
а) установка предмета до совпадения измеряемой части профиля с определенной линией или профилем экрана;
б) перемещение предмета или экрана до совпадения второй части профиля с той же линией или профилем на экране;
в) отсчет по экрану или микрометрическим устройством произведенного перемещения предмета от одной линии экрана до другой.

При измерении углов весь процесс осуществляется с помощью оптической головки микроскопа, а при измерении длины роль оптической головки ограничивается только контролем точности установки детали и перенесением размеров; отсчет производится по микрометрическим устройствам.

Рис. 2. Оптическая схема микроскопа.

Микроскоп имеет сменные объективы с увеличением в десять, пятнадцать и тридцать раз. Его штриховые экраны также сменные.

Микроскоп имеет и специальный экран для измерения резьб, а также угломерный экран.

Рис. 3. Угломерный экран: а - общий вид: б - поле зрения бокового микроскопа А и окуляра.

В средней части угломерного экрана расположены две взаимноперпендикулярные риски, с которыми может совмещаться контур измеряемого предмета. По всей окружности экрана нанесена угловая шкала от 0 до 360° с делениями через каждый градус. Шкала рассматривается через боковой микроскоп А, в котором кроме градусной шкалы видны деления с интервалом в две минуты. Шкала бокового микроскопа с отсчетом 121°38’ показана на рис. 3, б.

Точность проверки угловых величин на инструментальном микроскопе составляет + 1-2’, а линейных измерений + 0,005 мм. Чтобы обеспечить необходимую точность, нужно получить максимальную резкость изображения. Это достигается соответствующей регулировкой диафрагмы и правильной установкой оптической головки по высоте.

Универсальный измерительный микроскоп (типа УИМ -21) представляет собой комбинацию инструментального микроскопа и оптической измерительной машины. Он дает возможность проверять детали значительных диаметров и длины (размеры 200 X ЮО) и точнее определять линейные размеры с помощью оптических устройств. Линейная точность отсчета на его шкалах составляет 0,001 мм, угловая Г.

Универсальный микроскоп состоит из станины с вертикальной -тойкой для закрепления головки, снабженной штриховыми и угломерными экранами, стола, перемещающегося в поперечном направлении, каретки с центровыми бабками, передвигаемой в продольном направлении, оптических устройств, фиксирующих величину перемещения каретки и стола, и наконец, осветительного устройства.

Рис. 4. Отсчет

Рис. 5. Отсчет линеиных перемещении в универсальном микроскопе.

Высокая точность линейных перемещений стола и каретки гарантируется двумя микроскопами, установленными на станине прибора. В окуляре любого из них глаз видит изображение, показанное в окружности на рис. 4. Это изображение есть результат одновременного рассматривания через окуляр подвижной и неподвижной пластинок, установленных в микроскопе, и шкалы, находящейся на каретке или столе микроскопа. Пластинки и шкала изготовлены из стекла и освещены снизу электрической лампочкой.

Во время передвижения стола шкала с делениями перемещается вместе со столом и кареткой и дает возможность отсчитывать величину передвижения в миллиметрах. Перемещение в десятых долях миллиметра отсчитывается по делениям стеклянной неподвижной пластинки, установленной в микроскопе. Отсчет сотых и тысячных Долей производится по шкале подвижной пластинки. Для этой цели поворотом подвижной пластинки устанавливают одну из пар спиральных линий так, чтобы миллиметровое деление, видимое на 8* рис. 56, оказалось по середине между рисками этой пары спиральных линий. Сумма показаний шкал, т. е. количество миллиметров, видимых на фоне спиральных линий, количество десятых долей на поперечном указателе неподвижной пластинки и сотые, и тысячные, приходящиеся против этого поперечного указателя, дадут точное положение стола или каретки по отношению к оси микроскопа.

лов и линейных размеров и устроены так же, как, устроен угломерный экран инструментального микроскопа. Вторые окуляр и экран служат для определения правильности углов профиля, высоты, притуплений и закруглений у резьбы. Этот

экран представляет собой стеклянный диск с профилями резьбы различных систем и шагов. Совмещая профили экрана с теневым изображением исследуемой под микроскопом резьбы, оценивают правильность ее выполнения.

Проекторами называют оптические измерительные приборы, дающие увеличенное изображение профиля исследуемого предмета на экране. Эти приборы очень производительны и характеризуются точностью отсчета до 5 мк, а увеличение измеряемого профиля в приборах составляет 10, 20 и 50, в зависимости от силы сменного объектива.

Большой проектор модели БП, схема работы которого показана на фигуре, состоит из проектирующего устройства, объектива зеркала и экрана. Источник света, помещенный в проектирующем устройстве, посылает лучи света, которые попадают на край детали и частично задерживаются. Прошедшие же контур детали лучи попадают в объектив и идут дальше на отражательное,устройство (зеркало), а затем попадают на экран, где и образуют увеличенное теневое изображение контура проверяемого предмета, видимое иа светлом фоне. Теневое изображение может быть сравнено с вычерченным на прозрачной бумаге или экране изображением того контура, который следует выполнить у детали. Результаты измерения могут быть получены не только в виде тени, но и в виде чисел. Для этой цели экран снабжается двумя взаимноперпендику-лярными рисками, а стол - микрометрическими, поворотными устройствами и соответствующими нониусами.

Рис. 6. Схема действия проектора.

При работе на проекторе следует учитывать, что слишком большое увеличение, хотя и дает большую точность, все же ослабляет резкость изображения. Поэтому здесь выбирают такое увеличение, которое позволит четко наблюдать профиль измеряемого предмета.


Из их числа наиболее распространены оптиметры вертикальные и горизонтальные. Эти приборы используют для относительных измерений с применением блоков концевых мер длины.

Измерительное устройство - трубка оптиметра, основанная на сочетании принципа автоколлимации с качающимся зеркалом.

В основу принципа автоколлимации положено свойство объектива превращать пучок расходящихся лучей в пучок параллельных лучей, а затем собирать этот пучок, отраженный плоским зеркалом, в том же фокусе объектива.

Рис. 6.12. Ход лучей в оптической системе: а - при расположении на главной оптической оси; б - при смещении источника света относительно главной оптической оси; в - при отражении от плоскости зеркала, расположенного под углом

Если источник света О (рис. 6.12, а) находится в фокусе объектива, то луч, совпадающий с главной оптической осью, пройдет объектив без преломления, а остальные лучи после преломления в объективе пройдут параллельно главной оптической оси. Встретив на пути зеркальную плоскость, перпендикулярную к главной оптической оси, лучи отразятся от нее и вновь соберутся в фокусе объектива О.

Если источник света О расположен не в фокусе объектива, а в фокальной плоскости на расстоянии а от главной оптической оси (рис. 6.12, б ), то параллельные лучи, выйдя из объектива и встретив на своем пути зеркало, расположенное под углом 90° к главной оптической оси, отразятся от него под углом у к этой оси, пройдут через объектив и сойдутся в точке О", симметричной точке О.

Если же источник света расположен в фокусе объектива, но зеркальная плоскость находится под углом а к главной оптической оси (рис. 6.12, в), то лучи, отразившись, пройдут под углом 2сх к главной оптической оси и, преломившись в объективе, сойдутся в точке Оотстоящей от точки О на расстоянии t = Ftg2a.

В конструкции трубки оптиметра используют все описанные схемы.

Рис. 6.13.

  • 1 - шкала; 2 - призма; 3 - зеркало; 4 - призма; 5 - объектив;
  • 6 - зеркало; 7 - неподвижная опора; 8 - измерительный стержень

Оптическая схема трубки оптиметра показана на рис. 6.13.

Лучи света от источника направляются осветительным зеркалом 3 и призмой 2 на шкалу 1, на которой нанесено ±100 делений с интервалом с = 0,08 мм, расположенную в общей фокальной плоскости объектива 5 и окуляра. Пройдя через шкалу, лучи попадают в призму 4 и, преломившись под углом 90°, проходят через объектив 5. Выйдя из объектива параллельным пучком, лучи отразятся от зеркала 6 и возвратятся в фокальную плоскость объектива со смещением в горизонтальном направлении относительно главной оптической оси. Горизонтальное смещение используют для того, чтобы наблюдать изображение шкалы отдельно от самой шкалы. Зеркало 6 имеет три точки опоры: две неподвижные 7 и одну подвижную - измерительный стержень 8.

Перемещение измерительного стержня 8 на величину S вызовет поворот зеркала 6 на угол а, что повлечет за собой поворот отраженных от зеркала лучей на угол 2а. При этом изображение шкалы в общем случае переместится в вертикальном направлении относительно неподвижного индекса на величину t. В оптиметре используется оптический рычаг, малым плечом которого является расстояние а от точки опоры качающего зеркала 6 до оси измерительного стержня 8, большим - фокусное расстояние объектива F. Особенность оптического рычага - передаточное отношение равно удвоенному отношению его плеч:

где S - перемещение измерительного стержня, равное atgcx.

У оптиметра F = 200 мм и плечо а = 5 мм. Если принять из-за малости углов tg2a = 2а и tga = а, то

т.е. при перемещении измерительного стержня на 1 мкм изображение шкалы переместится на интервал деления (с = 80). Величина k = 80 - собственное передаточное отношение рычажно-оптической системы оптиметра. Общее передаточное отношение оптиметра при 12-крат- ном увеличении окуляра

Предназначен для измерения линейных и угловых размеров методом непосредственной оценки.

В современной практике измерения чаще всего применяют микроскоп малой модели типа ИТ и большой модели БМИ.


Рис. 6.14.

  • 1 - основание; 2 - микрометрический винт поперечного перемещения; 3 - винт поворота стола; 4 - рамка с центрами; 5 - центр; 6 - тубус;
  • 7 - съемная окулярная головка; 8 - винт (маховичок); 9 - колонка; 10 - стопорный винт; 11 - ось вращения колонки; 12 - осветительное устройство; 13 - винт наклона колонки; 14 - микрометрический винт продольного перемещения; 15 - стол; 16 - рукоятка

Видимый интервал деления с" собственно составит 960 мкм. Следовательно, цена деления оптиметра

Инструментальный микроскоп малой модели (рис. 6.14) состоит из основания прибора 1, колонки 9, съемной окулярной головки 7, тубуса 6, передвигающегося вверх и вниз по колонке 9, стола 15, имеющего поперечное и продольное перемещение с помощью микрометрических винтов 2 и 14 соответственно и осветительного устройства 12.

Колонка 9 может поворачиваться вокруг горизонтальной оси 11 с помощью винтов 13, отклоняясь от вертикального положения в обе стороны на 10°. Грубое перемещение тубуса по колонке проводится от руки. Он фиксируется в любом положении стопорным винтом 10. Для точной установки по высоте служит маховичок 8.

Продольное и поперечное перемещение стола отсчитывают по шкалам микрометрического винта, аналогичного микрометру. Предел измерения по микровинтам - 25 мм. Предел измерения в продольном направлении можно увеличить, перемещая стол рукояткой 16, дополнительно на 50 мм за счет блока концевых мер, устанавливаемого между специальными упорами. Пределы измерения по угловой шкале 0-360°.

На столе микроскопа помещается рамка 4 с центрами 5 для установки цилиндрических деталей с центровыми отверстиями. Для измерения бесцентровых деталей рамка снимается, и тогда применяется V-образная призма. Плоские детали устанавливают непосредственно на столе, который может в незначительных пределах поворачиваться вокруг оси винтом 3 в основном при настройке прибора.

В инструментальном микроскопе применяется съемная универсальная окулярная головка 7, имеющая два окуляра - визуальный Б и отсчета угловых величин А. В окуляре Б наблюдаются изображение теневого контура измеряемого объекта и штриховая сетка, нанесенная на стеклянном диске, который вращается при помощи специального маховика. Угол поворота штриховой сетки отсчитывается по шкалам (видимым в окуляре А): подвижной градусной и неподвижной минутной с ценой деления 1 минута.

Интерферометры, основанные на использовании явления интерференции световых волн, подразделяют на контактные и бесконтактные, вертикальные и горизонтальные.

Контактные интерферометры выпускают с переменной ценой деления от 0,05 до 0,2 мкм. Перед измерением прибор настраивают на цену деления г. Для этого задают цену деления произвольным количеством полос К в монохроматическом свете и определяют количество делений шкалы т, в которые надо уложить К полос, чтобы получить заданную цену деления. Рекомендуется при цене деления 0,05; 0,1 и 0,2 мкм выбирать число К = 8; 16 и 32 соответственно:

где X - длина световой волны (обычно замаркирована на интерферометре).

Применяют интерферометры в основном для поверки концевых мер и для точных измерений.

Рис. 6.15.

  • 1 - лампа; 2 - конденсор; 3 - диафрагма; 4 - светофильтр;
  • 5 - зеркало; 6 - пластина; 7 - объектив; 8 - полость сетки;
  • 9 и 10 - окуляр; 11 - компесатор; 12 - зеркало

Оптическая схема трубки интерферометра показана на рис. 6.15. Свет от лампы 1 направляют конденсором 2 через диафрагму 3 на полупрозрачную разделительную пластину 6. Часть света пройдет через пластину 6, компенсатор 11 на зеркало 12 и, отразившись от зеркала, вернется снова на пластину 6. Другая часть пучка света направится на зеркало 5 и после отражения тоже возвратится к пластине. Встретившись на пластине 6, обе части пучка света интерферируют при небольшой разности хода. Объектив 7 проецирует в полость сетки 8 интерференционные полосы, которые вместе с нанесенной на сетке шкалой наблюдаются через систему окуляра 9 и 10. При включении светофильтра 4 наблюдается интерференционная картина, черная полоса которой служит указателем при отсчете по шкале.

Известны три группы оптических измерительных приборов.

1. Приборы с оптическим способом визирования и механическим (или др., но не оптическим) способом отсчёта перемещения;

2. Приборы с оптическим способом визирования и отсчёта перемещения;

3. Приборы, имеющие механический контакт с измеряемым объектом, с оптическим способом определения перемещения точек контакта.

Из приборов первой группы распространение получили проекторы для измерения и контроля деталей, имеющих сложный контур, небольшие размеры (например, шаблоны, детали часового механизма и т.п.). В машиностроении применяются проекторы с увеличением 10, 20, 50, 100 и 200, имеющие размер экрана от 350 до 800 мм по диаметру или по одной из сторон. Т. н. проекционные насадки устанавливают на микроскопах, металлообрабатывающих станках, различных приборах. Инструментальные микроскопы (рис. 1) наиболее часто используют для измерения параметров резьбы. Большие модели инструментальных микроскопов обычно снабжаются проекционным экраном или бинокулярной головкой для удобства визирования.

Инструментальные микроскопы наиболее часто используют для измерения параметров резьбы. Большие модели инструментальных микроскопов обычно снабжаются проекционным экраном или бинокулярной головкой для удобства визирования.

Инструментальный микроскоп: 1 - головка со штриховой продольной сеткой; 2 - стойка; 3 - микропара; 4 - стол для установки детали.

Наиболее распространённый прибор второй группы - универсальный измерительный микроскоп УИМ, в котором измеряемая деталь перемещается на продольной каретке, а головной микроскоп - на поперечной. Визирование границ проверяемых поверхностей осуществляется с помощью головного микроскопа, контролируемый размер (величина перемещения детали) определяется по шкале обычно с помощью отсчётных микроскопов. В некоторых моделях УИМ применено проекционно-отсчётное устройство. К этой же группе приборов относится компаратор интерференционный.

Приборы третьей группы применяют для сравнения измеряемых линейных величин с мерами или шкалами. Их объединяют обычно под общим назв. компараторы. К этой группе приборов относятся оптиметр,оптикатор,измерительная машина, контактный интерферометр, оптический длиномер и др. В контактном интерферометре (разработан впервые И. Т. Уверским в 1947 на заводе «Калибр» в Москве) используется интерферометр Майкельсона (см. в ст. Интерферометр), подвижное зеркало которого жестко связано с измерительным стержнем. Перемещение стержня при измерении вызывает пропорциональное перемещение интерференционные полос, которое отсчитывается по шкале. Эти приборы (горизонтального и вертикального типа) наиболее часто применяют для относительных измерений длин концевых мер при их аттестации. В оптическом длиномере (длиномер Аббе) вместе с измерительным стержнем (рис. 2)перемещается отсчётная шкала. При измерении абсолютным методом размер, равный перемещению шкалы, определяется через окуляр или на проекционном устройстве с помощью нониуса.

Оптический длиномер: 1 - проекционное устройство; 2 - измерительный стержень; 3 - измеряемая деталь.

Апертура (лат. apertura - отверстие) в оптике - характеристика оптического прибора, описывающая его способность собирать свет и противостоять дифракционному размытию деталей изображения. В зависимости от типа оптической системы эта характеристика может быть линейным или угловым размером. Как правило, среди деталей оптического прибора специально выделяют так называемую апертурную диафрагму, которая сильнее всего ограничивает диаметры световых пучков, проходящих через оптический инструмент. Часто роль такой апертурной диафрагмы выполняет оправа или края одного из оптических элементов (линзы, зеркала, призмы).