Измерительный контроль (стр. 3 из 13)

2.5 Гидравлические методы измерения плоскостности

Принцип измерения заключается в сравнении плоскости, образованной поверхностью жидкости, которая всегда располагается в горизонтальном положении, с проверяемой поверхностью.

2.5.1 Метод свободно налитой жидкости

Метод свободно налитой жидкости заключается в том, что на проверяемую поверхность устанавливают резервуар с жидкостью (рис.12).

рис.12.

Вместе с резервуаром в свободные места на измеряемую поверхность устанавливают стойку с закрепленной на нее микропарой, у которой конец микровинта сделан в виде иглы. Вращением микровинта измеряют размер по микропаре при соприкосновении иглы с поверхностью жидкости (момент касания замечают по изгибу мениска или по замыканию электрической цепи). По разновидности отсчетов в разных точках плоскости судят о положении одной точки поверхности относительно другой.

Погрешность измерения в основном оказывает влияние непостоянство атмосферного давления на измеряемой поверхности (перепад давления в одну миллионную от нормального атмосферного давления создает разность уровней на открытой поверхности воды 0.01 мм).

2.5.2 Метод сообщающихся сосудов

Метод сообщающихся сосудов реализован в специальных измерительных средствах, получивших название гидростатические уровни (рис.13).

рис.13.

Уровень состоит из двух и более измерительных головок (рис.14) – резервуаров, соединенных между собой гибкими шлангами. Измерительная головка(рис.13 и14) представляет собой небольшой закрытый резервуар, в верхней части которого установлена микропара 1, которая в принципе представляет собой специальную конструкцию микрометрического глубиномера.

В нижней части головки имеют канал для соединения между собой с помощью шлангов 3 (рис.13). Измерительные головки вместе с нижним шлангом образуют систему сообщающихся сосудов. С помощью верхних шлангов 2 создается воздушная сеть для изолированной системы с одинаковым давлением в резервуарах.

рис.14.

При измерении с помощью двух головок одну из них располагают в какаой-либо точке измеряемой поверхности, а вторую переставляют в другие измеряемые точки поверхности и каждый раз снимают отсчет по обоим микровинтам. Длина измеряемых поверхностей до 12 и до 24 м.

Погрешность измерения не превышает обычно ±0.01 мм.

2.6 Измерение отклонений от плоскостности с помощью оптико-механических приборов

Принцип измерения плоскостности с помощью оптико-механических приборов заключается в использовании луча света в качестве прямой линии и измерений либо положения этой прямой, либо положение точек профиля от этой прямой.

2.6.1Измерение отклонений от плоскостности коллимационным и автоколлимационным методами

Автоколлиматоры и коллиматоры применяются для измерения плоскостности шаговым методом и методом оптического визирования.

При измерении шаговым методом (рис.15.) на проверяемую поверхность накладывают подставку с двумя опорами, на которой укреплено плоское зеркало 1; автоколлиматор 2 устанавливают рядом с проверяемой поверхностью. Ось автоколлиматора должна быть перпендикулярна к зеркалу и находиться на одной высоте с осью зеркала. В этом случае отраженное от зеркала изображение марки автоколлиматора (прозрачное перекрестие на темном поле или др.) занимает осевое положение в поле зрения окуляра.

При перемещении подставки с зеркалом по проверяемой поверхности отклонения от плоскостности вызывают наклоны зеркала, в результате чего изображение марки смещается. Измеряя смещение изображения марки, определяют отклонения точек профиля проверяемой поверхности. Зеркало перемещают каждый раз на расстояние, равное расстоянию между опорами подставки.

рис.15 Измерение отклонений от плоскостности коллимационным методом.

При измерении методом оптического визирования автоколлиматор используют как простая зрительная труба, а вместо зеркала применяется визирная марка (освещенное перекрестие), устанавливаемая в отдельных точках проверяемой поверхности. Смещение перекрестия вызываемые отклонениями от плоскостности, отсчитываются по шкале окуляр-микрометра автоколлиматора.

рис.16 Измерение отклонений от плоскостности автоколлимационным методом

При использовании коллиматора визирную трубу прибора устанавливают рядом с проверяемой поверхностью, а по поверхности перемещают подставку с коллиматором или марку.

2.6.2 Измерение отклонений от плоскостности методом визирования

Принцип измерения плоскостности методом визирования заключается в измерении расстояния от реальной (истинной) поверхности до оптического луча (до оси зрительной трубы).

На методе визирования основан специальный прибор, который называется оптической струной (рис.17).

рис.17.

Оптическая струна состоит из марки I зрительной трубы, включая визирную трубу II и наблюдательный телескоп III. Точечная марка I состоит из лампы 1, нить которой изображается коллектором 2 на точечной диафрагме 3. Марка снабжена пятью точечными диафрагмами для работы на разных расстояниях. Визирная труба состоит из сферического объектива 4 и наблюдательного микроскопа III, снабженного двумя сменными микрообъективами и двумя окулярами с перекрестиями и круговыми сетками. Призма 7 предназначена для измерения направления лучей с целью удобства работы. Изображение диафрагмы 3 точечной марки Iс тем или иным увеличением в зависимости от расстояния проектируется объективом 4 в предметную плоскость микроскопа III, микрообъектив 5 которого переносит изображение в плоскость окулярной сетки 8, где его рассматривает оператор через окуляр 6.

Плоскопараллельная пластина 9 является оптическим компенсатором, ее наклоны позволяют измерять смещение точечной диафрагмы 3 с оптической оси.

2.7 Выбор метода контроля плоскостности

По проведенному обзору методов и приборов контроля плоскостности можно сделать выводы.

В основу методов и приборов, применяемых в настоящее время для высокоточного контроля плоскостности, положены механические и оптические принципы. Однако только оптические приборы и методы могут обеспечить высокую точность контроля плоскости и поверхностей большого протяжения.

Механические методы в основном применяются в машиностроении и станкостроении.

При контроле плоскостности с помощью поверочных плит погрешность измерения имеет большой разброс. Она обусловлена не только отклонением формы контролируемой поверхности, но и состоянием поверхности поверочной плиты.

При контроле плоскостности с помощью уровня основными недостатками метода является большая чувствительность к температурным колебаниям.

Оптические методы измерения плоскостности имеют широкое распространение и отличаются универсальностью и надежностью контроля.

Оптические методы контроля плоскостности можно разделить на оптико-механические и оптико-электронные методы.

К оптико-механическим относят измерение отклонений от плоскостности коллимационным и автоколлимационным методам, метод визирования.

Оптико-электронные методы осуществляются с помощью визуальных и фотоэлектронных автоколлиматоров. Оптико-электронными называются приборы, позволяющие получать информацию о геометрических параметрах, пространственном положении и энергетическом состоянии излучающего объекта с помощью энергии излучения, преобразованной в электрический сигнал с последующей его отработкой и регистрацией. Информация об исследуемых объектах переносится оптическим излучением, а первичная обработка сопровождается преобразованием энергии оптического излучения в электрическую при помощи приемника оптического излучения.

Оптико-электронные приборы и методы являются на сегодняшний день самыми перспективными.

Таким образом, по проведенному обзору методов и приборов контроля было разработано оптико-электронное устройство для измерения контроля плоскостности поверхностей. За основу устройства был выбран плоскомер, так как у этого прибора высокая точность измерений, большая протяженность проверяемых поверхностей, надежность в работе и простота в эксплуатации. Измерение отклонений от плоскостности разработанного устройство выполняется шаговым методом контроля. Сущность шагового метода заключается в последовательном измерении смещения отдельных точек проверяемой поверхности относительно предыдущей точки.

При шаговом методе контроля выбор базы зависит от конструкции прибора. При использовании шагового мостика со щупом за базу принимают горизонтальную плоскость, проходящую через начало координат, находящуюся в точке А (рис.18).

рис.18

Оси X и Y лежат в этой плоскости, а Zперпендикулярна к ней. Проверяемую поверхность изделия устанавливают грубо в горизонтальном положении.

Шаговый мостик передвигается по прямым ADи DC (с окончанием измерения в точке С), а затем по прямым ABи BC (то же с окончанием в точке С).