42231

ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ КОНТРОЛЬ ФОРМЫ ПОЛИРОВАННЫХ ПОВЕРХНОСТЕЙ

Лабораторная работа

Физика

Если контролируемую поверхность детали совместить с измерительной поверхностью эталона то при несоответствии их формы образуется воздушный промежуток который можно рассматривать как пластинку толщиной h с показателем преломления n=1. Число колец любого но одного цвета характеризует разность стрелок прогиба поверхности детали и эталона. Форма интерференционных колец в сечении параллельном их направлению воспроизводит профиль воздушного зазора между поверхностями детали и эталона. Если кривизна поверхности детали меняется плавно кольца...

Русский

2013-10-27

945 KB

10 чел.

- 18 -

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 2

ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ КОНТРОЛЬ ФОРМЫ ПОЛИРОВАННЫХ ПОВЕРХНОСТЕЙ

Цель работы - изучение интерференционных методов контроля формы полированных поверхностей и практическое измерение формы поверхности с помощью пробных стекол и на интерферометре ИТ-70.

Основные положения

Контроль формы точных полированных поверхностей основан на использовании явления интерференции света, возникающей в воздушном зазоре между контролируемой поверхностью и эталонной, радиус кривизны которой соответствует заданному чертежом радиусу.

Если контролируемую поверхность детали совместить с измери-тельной поверхностью эталона, то при несоответствии их формы образуется воздушный промежуток, который можно рассматривать как пластинку тол-щиной h с показателем преломления n=1. Разность хода лучей света с длиной волны , падающих на пластинку под углом и отраженных повер-хностями, ограничивающими зазор, равна . При падении света по нормали к поверхности . Если разность хода кратна четному числу , будет иметь место усиление света, если нечетному - ослабление. В зазоре, толщина h которого неодинакова, разность хода лучей различна. При широком источнике света можно наблюдать чередующиеся интерференционные кольца, локализованные на поверхности воздушного зазора. Кольца располагаются там, где величина зазора одинакова, поэтому их называют кольцами равной толщины. При наблюдении в белом свете видны цветные кольца, в монохроматическом - темные и светлые. При пере-ходе от кольца к кольцу одинакового цвета, толщина воздушного проме-жутка меняется на . Число колец любого (но одного цвета) характеризует разность стрелок прогиба поверхности детали и эталона. Отступление радиуса кривизны контролируемой поверхности от заданного (эталона) называют общей  ошибкой и обозначают знаком N. Форма интерферен-ционных колец, в сечении параллельном их направлению, воспроизводит профиль воздушного зазора между поверхностями детали и эталона. Если кривизна поверхности детали меняется плавно, кольца имеют вид парал-лельных окружностей (или дуг). Типичны следующие виды общих ошибок формы поверхностей (рис.4):

- « бугор » - условное название ошибки, при которой толщина зазора на краю больше, чем в центре (рис.4a);

- « яма » - условное название ошибки, при которой толщина зазора в центре больше, чем с краю (рис.4б).

а.«Бугор»  б.«Яма»

Рис.4. Типы общей ошибки

Рис.5. Определение величины общей ошибки

Если общая ошибка мала (N < 1), то вместо колец интерференции появляется равномерно окрашенная картина. По ее цвету судят о величине ошибки: красный цвет - N 1/2 , синий - N  1/4 , желтый - N  1/8. Для более точного определения величины таких ошибок, между контро-лируемой и измерительной поверхностями создают воздушный клин. Тогда интерференционная картина приобретает вид полос. О величине N общей ошибки судят по отношению стрелки прогиба H полосы к расстоянию H между соседними полосами одного цвета (рис.5) - красными при наблю-дении в белом свете, темными - в монохроматическом.

Нерегулярность формы контролируемой поверхности в различных зонах называют местной ошибкой. Типичные ошибки: «местная яма» (рис.6а), «местный бугор» (рис.6б), «приподнятый край» (рис.6в), «завал» (рис.6г), «астигматизм» (рис.7). Астигматизм - условное название ошибки, при которой кривизна контролируемой поверхности неодинакова по абсо-лютной величине в двух взаимно-перпендикулярных направлениях. Вели-

чину астигматизма оценивают сравнением с картинами контрольной таблицы.

На практике часто наблюдается сочетание ошибок краевой и цен-тральной зон («завал» и «местная яма», «приподнятый край» и «местный бугор» и др.).Для получения представления о форме всей поверхности и суждении о наличии или отсутствия на ней местных ошибок, размер контролируемой детали должен быть меньше эталона. Если деталь больше эталона, величина стрелки прогиба Nа  на диаметре dа  детали

(10)

где dэ - диаметр эталона; Nэ - стрелка прогиба (в интерференционных полосах) контролируемой поверхности на диаметре dэ эталона.

Эталоны применяются в виде так называемых пробных стекол - для непосредственного наложения их измерительной поверхности на контроли-руемую поверхность детали, и установленным в приборы (интерферометры) - для бесконтактных измерений.

Пробные стекла. Пробные стекла - эталоны плоской и сферической поверхностей заданного радиуса кривизны имеют диаметр до 130[мм]. Радиусы кривизны измерительной поверхности сферических пробных стекол нормализованы. Для каждого значения радиуса, в том числе и R=, в условиях серийного производств, изготавливается 3 пары пробных стекол:

РПС - рабочие пробные стекла для контроля поверхностей деталей.

КПС - контрольные пробные стекла для проверки поверхностей рабочих пробных стекол.

ОПС - основные пробные стекла для проверки контрольных стекол.

В условиях мелко серийного производства допускают наличие только РПС и ОПС.

Таблица 1

Сферические стекла с номинальными значениями радиусов R, [мм]

Плоские стекла R=

Класс

точности

от 0,5 до2

св.2 до 10

св.10 до 37,5

св. 37,5 до 250

св. 250 до 1000

св. 1000 до 40000

Допустимые отклонения от

пробных

Допустимые отклонения R ()

плоскости

стекол

[мкм]

% от номинальной величины R

N

1.

0,5

1,0

2,0

0,01

0,02

0,05

2.

1,0

3,0

5,0

0,03

0,05

0,07

3.

2,0

10,0

15,0

0,10

0,15

0,1

Сферические пробные стекла всех радиусов кривизны изготавливают парами - выпуклое и вогнутое. По точности формы измерительной поверх-ности пробные стекла разделяются на три класса. Допускаемые отклонения радиусов кривизны измерительных поверхностей сферических  ОПС от но-минальных значений R и от плоскостности плоских ОПС представлены в табл.1.

Интерферометр для контроля плоских поверхностей

Интерферометры для технологического контроля плоских поверх-ностей могут быть с зеркальным или линзовым объективом. Первые, в соответствии с размером зеркала, позволяют контролировать детали или блоки диаметром до 350 - 400 [мм], вторые, до 100 - 120 [мм]. В настоящей работе используется интерферометр ИТ-70 с линзовым объективом.

Оптическая схема прибора приведена на рис.8. Здесь светящееся тело 1 спектральной лампы СМР-1 конденсором 2 проектируется в плос-кость отверстия диафрагмы 4. В ход лучей вводится светофильтр 3. Свет, отраженный зеркалом 5 , попадает в объектив 6 коллиматора. На выходе из него параллельный пучок падает на эталон 7, проходит через него и попа-дает на контролируемую поверхность детали 8. Пучки света, отраженные поверхностями детали и эталона накладываются друг на друга и интер-ферируют. Картина интерференции при помощи светоделительной плас-тинки 9 проектируется в фокальную плоскость телескопической лупы, состоящей из объектива 10 и окуляра 11.Прибор может быть использован для наблюдения двух - и многолучевой картин интерференции. В последнем случае вместо эталона 7 вводят эталон 7 со светоделительным покрытием. При использовании двухлучевой интерференции отступление от плоскости может быть измерено с точностью порядка 0,1 полосы, при многолучевой - до 0,05 полосы. На интерферометре можно контролировать плоскопарал-лельность тонких (до 8 [мм]) пластин путем наблюдения в них полос равной толщины.

Рис.9. Общий вид ИТ-70

Интерферометр (рис.9) состоит из верхней А и нижней Б частей, стола С и пульта П зажигания. В верхнюю часть входит осветитель и все оптические детали схемы, кроме эталона. Лампу осветителя подключают через пульт зажигания в сеть переменного тока напряжением 220 вольт. Диафрагмы меняют поворотом диска Д. В нижнюю часть прибора входит узел эталонных пластин и предметный столик с рукоятками управления. Подъём и опускание столика производят рукояткой 1, а его наклон в двух взаимно-перпендикулярных направлениях - рукоятками 2. Величина подъё-ма столика может быть замерена по шкале 3. Все рукоятки управления расположены на внешнем корпусе прибора.

Содержание работы

  1.  Используя эталоны с R = и R=-80,17[мм] проконтролировать форму трех плоских и сферических деталей. Определить вид («бугор», «яма») и величину общей ошибки N. Определить вид («местный бугор», «местная яма») и величину местных ошибок N.
  2.  Эти же детали проконтролировать на интерферометре ИТ-70. Определить общую N и местные N ошибки.
  3.   Сравнить результаты измерений и оценить точность контроля.

Методические указания и порядок выполнения работы

Контроль пробными стеклами

  1.  Тщательно промыть спиртом и протереть салфеткой измери-тельную поверхность эталона и контролируемую поверхность детали.
  2.  Беличьей кисточкой смахнуть с них пыль и осторожно опустить пробное стекло измерительной поверхностью на контролируемую повер-хность (или наоборот - в зависимости от соотношения размеров эталон - деталь и толщины последней). При этом пробное стекло должно скользить по детали (или наоборот - деталь по пробному стеклу) на тонкой воздушной подушке, находящейся в зазоре между совмещенными поверхностями. При малом усилии прижатия эталона к детали (или наоборот детали к эталону) должна появиться интерференционная картина, которая при несоответствии формы поверхности детали и эталона будет иметь вид колец или равно-мерную окраску. Отсутствие свободного скольжения эталона по детали (или детали по эталону) указывает на некачественную чистку измерительной и контролируемой поверхностей. Категорически запрещается притирать их друг к другу! Интерференционная картина будет искаженной, а поверх-ности повреждены (поцарапаны).
  3.  По числу N колец интерференции одного цвета (красных - при наблюдении в белом свете и темных - в монохроматическом) определить величину общей ошибки. Вид ошибки устанавливают по направлению пере-мещения колец при нажатии на середину пробного стекла (или детали). При ошибке «яма» кольца интерференции перемещаются от края к центру, при ошибке «бугор» - наоборот. Зарисовать интерференционную картину и занести её в таблицу.
  4.   Создав воздушный клин нажимом на край эталона (или детали) определить общую ошибку N по отношению стрелки прогиба полосы к расстоянию между соседними полосами одного цвета. Вид ошибки опре-деляется по направлению искривления полос относительно точки прижима. При ошибке «бугор» полосы расположены вогнутостью к точке прижима, при ошибке «яма» - выпуклостью. При нерегулярности формы полосы установить вид местной ошибки N. Найти величину этой ошибки. Зари-совать картину интерференции и занести её в таблицу 1.

Контроль на интерферометре

  1.  Тумблером на корпусе пульта зажигания включить лампу освеще-ния.
  2.  Включить освещение внутреннего пространства интерферометра тумблером, расположенным с правой стороны корпуса прибора.
  3.   Установить контролируемую деталь на столик прибора и поднять его вращением рукоятки 1 (см.рис.9) до получения зазора между эталоном и деталью равного примерно 1[мм].
  4.   Повернуть рукоятку 4 в правое положение, при котором объектив телескопической лупы выводится из хода лучей. С помощью рукояток 2, осуществляющих наклон столика, совместить автоколлимационное изобра-жение диафрагмы от измерительной поверхности эталона и контролируе-мой поверхности детали.
  5.   Включить внутреннее освещение прибора, поворотом рукоятки 4 в исходное положение, ввести в ход лучей телескопическую лупу.
  6.   Наблюдая в окуляр и регулируя наклон столика с деталью рукоятками 2, установить желаемый характер интерференционной картины (полосы или кольца), изменить ширину и направление полос. Поворотом диска Д с набором диафрагм отрегулировать яркость и контрастность интерференционной картины.
  7.   Найти величину общей ошибки двумя способами - по числу интерференционных колец и по отношению стрелки прогиба полосы к расстоянию между соседними полосами. Установить вид общей ошибки. Определить вид и величину местной ошибки. Результаты измерений общей и местной ошибок и наблюдаемые интерференционные картины, занести в таблицу 1.

Таблица 1

Номер

детали

Картина интерференции, характеризующая отступление поверхности от эталона

Вид и величина общей ошибки

Вид и величина местной ошибки

в кольцах

в полосах

N

Вид

N

Вид

Содержание отчета

Отчет должен содержать:

  1.  Краткую теоретическую часть.
  2.  Оптическую схему интерферометра с ходом лучей.
  3.   Таблицу с результатами измерений.

Выводы по результатам измерений с объяснением полученных интерференционных картин.

Контрольные вопросы

  1.  Как определить вид и величину ошибки контролируемой повер-хности (общая, местная) при наблюдении  картин интерференции в кольцах и полосах?
  2.  Типы и назначение пробных стекол, применяемых в серийном производстве оптических деталей.
  3.  Классы точности ОПС. Единицы измерения, в которых задают до-пускаемые отклонения R сферических ОПС  и допускаемые отклонения от плоскостности плоских ОПС.
  4.  Точность контроля формы поверхности на интерферометре и пробными стеклами.
  5.  Почему повышается точность измерений при использовании многолучевой интерференции?
  6.  Как рассчитать ошибку форы поверхности детали, если её размер больше  эталона?

Литература

  1.  Кузнецов C.М., Окатов М.А. Справочник технолога -оптика - Л. Машиностроение, Ленинградское отд., 1983г.
  2.  Семибратов М.Н. Технология оптических деталей. - М. Машино-строение, 1978г.
  3.  Краткая теоретическая часть методических указаний стр.8.


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

7152. Прямоугольные и пирамидальные дешифраторы 959.5 KB
  Прямоугольные и пирамидальные дешифраторы Пирамидальные дешифраторы строятся обычных на двухходовых элементах, где число входных переменных больше двух. Дешифратор наращивается каскадно, путем добавления в дешифратор дополнительных каскадов. Пирамид...
7153. Древнейшие культуры на территории России. Культура Киевской Руси. Культура России нового времени 141.5 KB
  Древнейшие культуры на территории России. Культура Киевской Руси. Русская культура XIII–XVII вв. Культура России нового времени: а) реформы I четверти ХVIII в. и культура б) основные достижения культуры России в ХIХ в. ...
7154. Синхронизированный RS-триггер 662 KB
  Синхронизированный RS-триггер Синхронизированные RS-триггеры могут строится на элементах Особенностью этих триггеров является, то что они имеют дополнительный вход управлений который называется - синхронизированный в отсутствии сигнала....
7155. Серебряный век русской культуры (кон. ХIХ в.-нач. ХХ в.). 3. Тенденции развития современной социокультурной ситуации в России 378 KB
  Серебряный век русской культуры (кон. ХIХ в.-нач. ХХ в.). Культура советского периода: достижения и проблемы (1917–середина 1980-х гг.). Тенденции развития современной социокультурной ситуации в России (1980-е  гг.-н...
7156. Дисперсия в волоконных световодах 295 KB
  Дисперсия в волоконных световодах. В световодах при передачи импульсных сигналов после прохождения некоторого расстояния импульсы искажаются, расширяются и наступает момент, когда соседние импульсы перекрывают друг друга. Данное явление в теории све...
7157. Автоматизированные системы научных исследований 1015.5 KB
  Автоматизированные системы научных исследований. Некоторые сведения из математического анализа. Геометрический смысл производной...
7158. Отечественная история от возникновения Древнерусского государства до первой русской революции 187 KB
  Возникновение Древнерусского государства Нет точных сведений, когда было образовано Древнерусское государство. Источников информации не сохранилось. Единственный источник, который нам дает хоть какое-то представление о тех временах - Повесть...
7159. Тепловой расчёт парового котла ДЕ-25-14 ГМО 487.5 KB
  Общие сведения о котлах ДЕ 1..25. Газомазутные котлы ДЕ конструкции котельного завода г. Бийска и ЦКТИ предназначены для выработки насыщенного или слабо перегретого пара с абсолютным давлением 14 кгс/см2 или 24 кгс/см2, паропроизводительностью 1 4...
7160. Формы и виды инфляции, причины ее возникновения 172.43 KB
  Введение Деньги - один из основных феноменов экономической жизни выступают в качестве реальной связи хозяйствующих субъектов государства. Нет ничего удивительного в том, что теории денежного обращения посвящали свои труды, выдающиеся мыслители...