Приборы для контроля линейных и угловых мер
Линейные штриховые меры контролируются визуально на компараторах либо на точных интерферометрах.
Рис. 1. Компараторы: а — поперечный; б — продольный с последовательным размещением шкал; в—продольный с параллельным размещением шкал
Рис. 2. Принципиальная схема интерференционного компаратора
Для контроля прецизионных штриховых мер используются точные устройства, принцип действия которых основан на интерференционном способе измерения. Измерение шкал на интерференционном компараторе разрешает существенно расширить точность если сравнивать с измерением на простом компараторе, поскольку на нем может производиться компарирование как с образцовых шкал, так и шкал с концевой мерой. Неточность измерения отсчиты-вается в длинах светозой.волны.
При измерении шкал посредством концевой меры употребляется принцип интерференции двух световых потоков.
В базу универсального интерференционного компаратора положена схема двухлучевого компаратора Майкельсона (рис. 2, а), складывающегося из осветительного устройства, неподвижных зеркал, окуляра и 9 разделительной пластинки /. Концевая мера К и плоскость зеркала Б, жестко связанные-с подвижной кареткойи микроскопом, перемещается при помощи ходового винта в направлении хода лучей. Каретка при перемещении поворачивается в двух плоскостях.
Для устранения погрешности от поворотов каретки применяют интерференционную коррекцию, для чего из главного пучка света, падающего на разделительную пластинку, выделен пучок света, что запасными зеркалами направляется на дополнительное зеркало. Приобретаемая интерференционная картина помогает для коррекции поворотов каретки. Стол со штриховой мерой имеет плавное перемещение в пределах ±5 мм.
Отсчетная часть прибора складывается из отсчетного микроскопа, интерференционного и автоколлимационного индикатора . Интерференционный индикатор рекомендован для правильных измерений, а автоколлимационный — для менее правильных.
Параллельный пучок от коллиматора, отразившись от зеркала, разделяется на полупрозрачной пластинке. Отраженная часть света падает на плоскость Б зеркала и плоскость А концевой меры, притертой к зеркалу Б. Отразившись от плоскостей А и Б и пройдя пластинку, луч попадает в наблюдательный окуляр.
Подвижное зеркало интерференционного индикатора жестко связано с кареткой, и при ее перемещении довольно начального положения (зафиксированного в окуляре интерференционного индикатора) приведёт к смещению тёмной интерференционной полосы, по размеру которого с высокой точностью возможно выяснено смещение каретки со штриховой-мерой.
Автоколлимационный индикатор соединен с кареткой штифтом, влияющим на поворотное зеркало. Перемещение каретки фиксируется по шкале в окуляре. Наблюдатель винтом совмещает бабку, на которой укреплено тубус и зеркало микроскопа, и нулевой штрих штриховой меры.
После этого, перемещая каретку с концевой мерой до появления интерференционной картины от плоскости и зеркала А концевой меры, устанавливает нулевую полосу на перекрестке окуляра. Затем бабку с микроскопом и зеркалом перемещают на протяжении оси штриховой меры до появления интерференционной картины от плоскости зеркала. Опять совмещают нулевую полосу с перекрестием окуляра.
Наряду с этим бабка переместится на размер, равный длине концевой меры. В случае если промежуток от нулевого штриха до соответствующего Штриха равен размеру концевой меры, то штрих шкалы совместится с перекрестием окуляра микроскопа.
В случае если же перекрестие не сходится с соответствующим штрихом меры, то каретку перемещают винтом до совпадения штриха окулярной сетки микроскопа со штрихом меры, а разность между соответствующим концевой интервалом и длиной меры штриховой меры отсчитывают по индикаторам. Совместив с перекрестием окуляра микроскопа 11 нулевую полосу интерференционной картины от плоскости и зеркала А концевой меры и нулевой штрих штриховой меры, перемещают бабку с укрепленными на ней микроскопом и зеркалом до совмещения нулевой полосы интерференционной картины от зеркала с перекрестием окуляра микроскопа.
При равенстве промежутка от нулевого до соответствующего штриха штриховой меры размеру концевой меры штрих совместится с .перекрестием окуляра. При отклонении промежутка штриховой меры от размера концевой меры каретку со штриховой мерой перемещают до перекрестия штриха окуляра и совмещения меры микроскопа, а разность отсчитывают по интерференционному либо автоколлимационному индикаторам.
В продольном компараторе с параллельным-размещением контролируемой и образцовой мер для правильной коррекции перемещения рабочего органа используется двухлучевой интерферометр. Компаратор складывается из подвижной каретки, на которой расположены два микроскопа и два зеркала. Эти зеркала совместно со светоразделительной вспомогательными зеркалами и пластинкой разрешают замечать интерференцию двух пучков в белом свете.
Аттестуемую меру устанавливают на каретку параллельно образцовой мере так, дабы первые штрихи обеих мер были бы совмещены с оптической осью микроскопов. Посредством регулировочных винтов поворачивают в маленьких пределах зеркала , пока в поле зрения окуляра не покажется интерференционная картйна. Зафиксировав в окуляре тёмную интерференционную полосу, перемещают каретку совместно с микроскопами на размер деления образцовой шкалы.
В случае если в ходе настройки из-за непараллельности направляющих изменится положение микроскопов, то из поля зрения окуляра провалится сквозь землю зафиксированная интерференционная полоса, которая восстанавливается при повороте зеркала. После этого перемещением рабочего органа посредством винта доводят штрих поверяемой шкалы до совмещения с оптической осью другого микроскопа. Рабочий орган со штриховыми мерами имеет свободу перемещения в маленьких пределах.
Размер перемещения контролируется интерференционным индикатором. Контроль нужно повторить.
Рассмотренные устройства не смогут быть обширно применены в условиях серийного производства и для автоматизации процесса измерения, поскольку они не разрешают исключить наблюдателя в ходе визирования.
В целях увеличения производительности контрольных операций активно используются автоматические контрольно-устройства и измерительные приборы. В этих устройствах, выстроенных на принципе поперечного либо продольного компаратора, активно применяются фотоэлектрические микроскопы, в которых оптимальное, сочетание оптических, механических и электронных устройств разрешает всецело автоматизировать процесс измерения.
Для автоматической аттестации линейных штриховых мер длиной до 200 мм помогает интерференционный компаратор с источником монохроматического излучения. Лампа, охлаждаемая дистиллированной водой, возбуждается генератором высокой частоты. Свет от источника конденсором фокусируется на входную щель, расположенную в фокальной плоскости объектива.
Для выделения света одной волны в схеме предусмотрен светофильтр. Из объектива свет параллельным пучком зеркалом направляется на разделительную пластину, которая пропускает часть света на зеркала. Зеркало находится на запасном каретке, а зеркало — на рабочем органе, на котором в котировочном приспособлении находится контрольная шкала. Шкала устанавливается так, дабы нулевой штрих ее размешался по оси фотоэлектрического микроскопа.
Отраженные от зеркал лучи, пройдя разделительную пластину, интерферируют, образуя полосы равной толщины, каковые запасными зеркалами направляются в объектив коллиматора, а после этого на фотоэлектрические преобразователи, расположенные за щелями. Интерференционную картину возможно замечать в окуляр, для чего употребляется откидное зеркало. Преобразователи, перемещённые относительно друг друга на 1/4 шага помогают для преобразования световой энергии в электрическую.
При перемещении рабочего органа от реверсивного электродвигателя на фотоэлементах будут модулироваться электрические сигналы, каковые радиотехнической измерительной совокупностью преобразовываются в дискретно-цифровую форму. Реверсивный двигатель перемещает каретку на ход грубо, а правильное перемещение осуществляется механизмом узких подач с пьезоэлектрическим элементом. Дискретные импульсы по окончании формирователя поступают в реверсивный декатронный счетчик.
Для определения направления перемещения каретки употребляется схема Брайнина, по которой для осуществления реверса нужно иметь два сигнала, перемещённых по фазе на 90°. С целью этого применяют полупрозрачную пластинку, которая разделяет световые лучи на две части, направляя их на фотоэлементы. Сдвиг потоков относительно щелей создают юстировкой зеркала.
Точность отсчета увеличивается за счет применения индикатора дробных частей интерференционной полосы. В качестве индикатора помогает электронно-лучевая трубка, на которую от фотоэлектрических преобразователей поступает два синусоидальных сигнала, перемещённых относительно друг друга на 90°. Принцип определения дробных частей основан на измерении фазы геометрической суммы двух синусоидальных сигналов.
Так как размер входных диафрагм влияет на точность работы прибора, то рекомендуется ширину щели брать равной половине ширины полосы.
Рис. 3. Принципиальная схема автоматического интерференционного компаратора
В фотоэлектрическом компараторе контролируемая и примерная меры устанавливаются на столе, перемещение которого по направляющим станины осуществляется электродвигателем неотёсанной передачи. Каретка с фотоэлектрическими микроскопами, механизмом узкой подачи, двумя совокупностями компенсации измерительных импульсов и с устройством относительного ‘отсчета положения штрихов образцовой и поверяемой мер закреплена на станине на плоских пружинах.
Совокупности компенсации складываются из электродвигателя, управляемого знаком с микроскопа, датчика и редуктора. С датчика сигнал поступает на фотоэлектрический микроскоп для поворота компенсационной пластины.
Рис. 4. Фотоэлектрический компаратор для аттестации штриховых мер
В ходе аттестации посредством механизма неотёсанной подачи рабочий орган перемещается на ход контролируемой меры, а механизмом узкой подачи каретка И перемещаете» , пока штрих образцовой меры не установится на оптической оси фотоэлектрического микроскопа. Разность длин образцовой и поверяемой мер фиксируется посредством сумматора.
Прибор может трудиться без механизма узкой подачи, для чего плоскопараллельные пластинки обоих микроскопов нужно поворачивать.
При отключенном механизме узкой подачи и периодическом прохождении светового луча поперек штрихов шкалы на фотоэлементах появляются импульсы тока. В случае если погрешности изготовления контролируемой меры отсутствуют, импульсы появляются через однообразные промежутки времени при прямом и обратном прохождении световых лучей штриха. Наличие разности времени между импульсами характеризует погрешность штриховой меры.
Импульсы тока через электронные блоки поступают на электродвигатели, управляющие датчиками и редукторами, а это ведет к трансформации токов, поступающих с компенсирующих блоков и с обмоток, расположенных на плоскопараллельных пластинках микроскопов. Пластинки поворачиваются на утол, пропорциональный размеру неточности, которая фиксируется сумматором. После этого цикл измерения повторяется.
Фотоэлектрический компаратор, у которого измеряемая и примерная шкалы находятся параллельно и близко друг от друга имеет меньшую длину. Влияние перекосов при перемещении салазок компенсируется электронной схемой. Примерная и поверяемая штриховые меры, расположенные на рабочем органе, освещаются проходящим светом от источника.
Сигналы с фотоэлектрических микроскопов поступают в формирователи импульсов, а после этого в логическую схему обработки данных, которая запускается По сигналу с формирователя. Логическая схема разрешает выяснить символ неточности и подает сигнал в блок измерения промежутков времени и цифровой индикации. В совокупности имеется автоматическое печатающее устройство для записи на бумажной ленте результатов измерения.
Помимо этого, предусмотрены устройство для преобразования временного параметра в амплитуду, устройство и электрический переключатель полярности регистрации и аналоговой индикации. Для устранения влияния на итог измерения перекосов при перемещении каретки помогает устройство коррекции перекосов. Совокупность питается от сети через блок печатания с элементами обслуживания и управления.
Рис. 5. Принципиальная схема фотоэлектрического компаратора с параллельным размещением мер
Учитывая важность неприятности автоматизации контроля штриховых мер, многие компании стремятся создать автоматические устройства. При разработке устройств как правило употребляются измерительные совокупности со счетом интерференционных либо муаровых полос в двухлучевых интерферометрах либо растровых датчиках. Диапазон измеряемых перемещений в интерференционных устройствах по большей части определяется источниками излучения.
Существующие изотоп-излучатели разрешают аттестовать штриховые меры длиной не более 200 мм. В качестве источника излучения сейчас используют оптические квантовые генераторы. Для правильной установки рабочего органа по штриху поверяемой шкалы используют фотоэлектрический микроскоп, а для контроля размера перемещения каретки помогает интерферометр Керстера с электрическим счетно-вычислительным устройством.
Итог контроля воображают на перфорированной ленте, на которой записаны сведения о влажности и температуре воздуха и давление в момент контроля.
В компараторе компании СИП (Швейцария), служащем для поверки штриховых мер длиной до 1 м, сравниваемые меры в ходе всего контроля остаются неподвижными, а два фотоэлектрических микроскопа установлены на подвижной каретке. В этом компараторе употребляется импульсный ‘фотоэлектрический микроскоп, разрешающий осуществлять контрольные операции с погрешностью не более 0,1 мкм. На точность измерения воздействуют непостоянство положения диафрагмы микроскопа, изменение ширины ее изображения, наличие вторичных отражений и смещение центра сканирования ее изображения щели.
Фотоэлектрические компараторы с микроскопами компании «Иоганнес Хайденхайн» (Франция), созданные в Федеральном физико-техническом университете, подобны по принципу действия компаратору компании СИП и имеют погрешность измерения, не превышающую ±0,16 мкм. На таком же принципе трудится компаратор, созданный на народном предприятии «Сезимово усти» (Чехословакия).
Существует пара визуальных устройств для контроля круговых штриховых мер. Процесс контроля на этих устройствах изнурителен и требует большое количество времени, исходя из этого конечно рвение ученых создать автоматические контрольные устройства, разрешающие определять ошибки диаметров и угловые ошибки без участия наблюдателя.
Принцип работы этих устройств основан на фотоэлектронных способах измерения отличия размещения штрихов на контролируемой и образцовой мерах.
При визуальном контроле круговая штриховая мера устанавливается на бесшкальный либо со шкалой стол измерительной автомобили. Для аттестации употребляются’ две пары микроскопов-микрометров, контролируемая мера устанавливается в юстировочном приспособлении, разрешающем нивелировать ее довольно оптической оси микроскопов-микрометров.
Чтобы не было влияния на точность аттестации эксцентриситета установки поверяемой шкалы нужно отсчет снимать по двум диаметрально противоположным штрихам. Погрешности штриха возможно отыскать аналитическим способом в зависимости от угловых погрешностей, но расчеты трудоемки, и для определения погрешностей диаметра с нужной точностью требуется большое количество времени. Исходя из этого в практике аттестации круговых мер погрешности диаметров не определяют, а создают измерение угловых погрешностей в некоторых угловых секторах.
В Ленинградском университете правильной оптики и механики созданы устройства, служащие для контроля лимбов с компенсацией погрешностей делений примерного лимба.
Вращение вала, находящегося в подшипниках качения, от электромотора передается примерному и поверяемому лимбам. У примерного лимба находятся две считывающие совокупности ССХ и СС2, складывающиеся из лампы накаливания, конденсора, сетки, микрообъективов и фотоэлектрического умножителя. Сетка складывается из штрихов, подобных штрихам примерного лимба, и помогает для устранения случайной составляющей погрешности штрихов примерного лимба.
Вторая считывающая совокупность, расположенная через 180° довольно первой, предназначена для компенсации погрешности от эксцентриситета примерного лимба и части систематической составляющей погрешности штрихов.
При вращении вала световые потоки модулируются и на фотоэлементах появляются импульсы фототока, каковые направляются для суммирования в устройства УУ. В. конструкцию введена совокупность обнаружения «установочного эксцентриситета ИУ, имеющая импульсную лампу, конденсор и микрообъектив, что освещает участок центрирующей окружности, концентричной штрихам лимба. Освещенный участок масштабным преобразователем МП проецируется в виде синусоиды, фаза и амплитуда которой отраажает направление и размер установочного эксцентриситета, на фотопленку регистрирующего участка РУ.
Рис. 6. Установка для контроля лимбов с компенсацией погрешностей
Суммарное напряжение поступает на вход преобразователя П, где отсекаются опорные напряжения, каковые по окончании усиления и деления поджигают импульсную лампу. Эта лампа через конденсор и микрообъектив проецирует участок контролируемого лимба на масштабный преобразователь.
В случае если в момент вспышки лампы, характеризующей угловое положение штрихов лимба, штрих измеряемого лимба займет определенное положение относительно оси ИУ, то вспышка лампы от следящего сигнала осветит второй штрих лимба. В случае если измеряемый лимб имеет погрешности, то распознанная разность посредством масштабного преобразователя проецируется на плоскость фотопленки. Отсчет погрешности производится от нулевой линии, которая образуется на пленке особой оптической совокупностью.
На пленке фиксируются две кривые, одна из которых характеризует погрешность штрихов, а вторая — появляется из-за эксцентриситета. Определение погрешности штрихов не представляется,сложным. В приборе употребляется дорогостоящий примерный лимб.
Контроль лимбов осуществляется фотоэлектрическими микроскопами способом сравнения размещения делений на контролируемом и примерном лимбах. Для этого на столе прибора в особых юстировочных приспособлениях закрепляют примерный и контролируемый лимбы, так что пояски их делений распе-лагаются концентрично оси вращения.
Фотоэлектроческие микроскопы устанавливают над лимбами так, что микроскопы находятся над диаметрально противоположными штрихами примерного лимба, а микроскопы— под соответствующими штрйхами поверяемого лимба. Лимбы в приспособлениях нивелируются в целях обеспечения перпендикулярности осей фотоэлектрических микроскопов к плоскости лимба, на которой нанесены деления.
В начальный момент микроскоп располагают над нулевым градусным штрихом образцовой шкалы, а поворотом плоскопараллельной пластинки сервомоторомустанавливают оптическую ось микроскопа на штрих, расположенный под углом 180°. Для этого напряжение с фотоэлементов микроскопов для проверки точности их установки по окончании усиления подается на электронный коммутатор, а после этого на однолучевой осциллограф, на экране которого возможно замечать две осциллограммы с противоположных микроскопов.
Поворотом от сервомотора плоскопараллельной пластинки получают совмещения осциллограмм. Совпадение осциллограмм показывает на то, что оптические оси микроскопов находятся по противоположным штрихам примерного лимба. После этого подключаются последовательно к измерительному устройству микроскопы.
Вращением оси сервомотора плоскопараллельной пластинки получают совпадения штриха поверяемого лимба с осью микроскопа. Сигнал об угле поворота пластинки, пропорциональной угловой неточности поверяемого лимба, подается по окончании усиления в усилителе на измерительное устройство. Затем сервомотор поворотом коррекционной пластинки переводит изображение штриха в диафрагму микроскопа. Сигнал, пропорциональный углу рассогласования, подается на измерительное устройство.
Среднее из отсчетов по шкале измерительного устройства разрешает выяснить неточность диаметра. После этого подается команда на серводвигатель, что поворачивает рабочий орган с лимбами на угол, заданный программой опробования, и процесс повторяется.
Рис. 7. Схемы автоматических устройств для контроля лимбов
Помимо этого, осуществлять контроль лимбы возможно на бесшкальных автомобилях (рис. 7, б), для чего испытательный лимб закрепляется на столе автомобили в котировочном приспособлении. Два близлежащие штриха объективом проецируются в плоскость выходных щелей микроскопа. Щели посредством особого контрольного устройства устанавливаются относительно друг друга на расстоянии, равном правильному расстоянию между штрихами.
У щелей находятся два фотоэлемента, включенных в измерительную совокупность.
При контроле по сигналу со следящей совокупности включается серводвигатель и поворачивает рабочий орган с поверяемым лимбом на одно деление. В момент заполнения штрихом левой щели знаком с фотоэлемента по окончании усиления в усилителе отключается серводвигатель и подается команда на включение серводвигателя, что поворачивает плоскопараллельную пластинку , пока соседний штрих поверяемого лимба не установится в правой щели микроскопа.
Угол поворота, пропорциональный неточности контролируемого лимба, фиксируется в особом печатающем устройстве либо возможно сосчитан на измерительном устройстве. Для контроля штриховых мер возможно использовать цифровые двух- и трехкоординатные измерительные автомобили, среди них и автомобили с программным управлением.
