73015

ИЗМЕРЕНИЕ НАРУЖНЫХ И ВНУТРЕННИХ РАЗМЕРОВ ДЕТАЛЕЙ НА ОПТИМЕТРАХ

Лабораторная работа

Физика

Цель работы: ознакомиться с принципом автоколлимации; изучить устройства и принцип работы оптиметровой трубки; изучить конструкцию вертикального и горизонтального оптиметров; приобрести практические навыки измерения внутренних и наружных размеров с помощью оптиметров.

Русский

2014-12-03

2.5 MB

11 чел.

Лабораторная работа № 9

ИЗМЕРЕНИЕ НАРУЖНЫХ И ВНУТРЕННИХ РАЗМЕРОВ ДЕТАЛЕЙ НА ОПТИМЕТРАХ

Цель работы: ознакомиться с принципом автоколлимации; изучить устройства и принцип работы оптиметровой трубки; изучить конструкцию вертикального и горизонтального оптиметров; приобрести практические навыки измерения внутренних и наружных размеров с помощью оптиметров.

Приборы и инструменты: вертикальный оптиметр; горизонтальный оптиметр; плоскопараллельные концевые меры со струбциной.

Задание: измерить диаметры цилиндрических деталей (или калибров) и дать заключение об их годности.

Общие сведения.

Оптиметры относятся к рычажно-оптическим приборам, в которых повышение точности отсчета и точности измерений достигается благодаря использованию в кинематической схеме прибора сочетания механической передачи с оптическим автоколлимационным устройством так называемого оптического рычага. Оптиметры бывают вертикальные (рис. 1) и горизонтальные (рис. 4).

Рис.1.

В схеме этих приборов использован принцип автоколлимации – это свойство объектива превращать пучок расходящихся лучей из точечного источника света, расположенного в фокусе объектива, в пучок параллельных лучей, которые после отражения плоским зеркалом, пройдя через объектив, собираются в том же фокусе объектива.

Основной частью оптиметра является оптиметровая трубка (рис. 2) , принцип работы которой легко уяснять по схеме прибора (рис. 3). Из законов оптики известно, что если источник света расположен в фокальной плоскости линзы, то по выходе из неё лучи пойдут параллельным пучком. Если плоскость зеркала 2 на пути параллельных лучей будет расположена перпендикулярно оптической оси линзы, то лучи отразившись от зеркала, вновь соберутся в той же точке О фокальной плоскости ТТ (рис. 3 а). Если же при перемещении измерительного стержня 1 (рис. 3 б) зеркало 2 повернется относительно опоры 3 на некоторый угол , то это вызовет отклонения отраженных лучей на угол  пройдя через объектив N, опять соберутся в фокальной плоскости в точке, смещенной относительно источника на величину .

Рис.2. Трубка оптиметровая.

а)

б)

Рис.3. Упрощенная оптическая схема трубки оптиметровой.

Из схемы видно, что величина смешения измеренного наконечника равна , где  – расстояние между осью измерительного стержня и осью вращения. Величина , откуда передаточное отношение:

; (1)

отсюда:

 (2)

где  – малое плечо рычага;  - удвоенное фокусное расстояние объектива N, выполняющее роль большого плеча рычага.

Конструкция оптиметровой трубки представлена на рис. 2. Пучок лучей от внешнего источника света направляется зеркалом 1 в щель, находящуюся в корпусе трубки, преломляется в трехгранной призме 2 и проходит через шкалу с 200 делениями. Шкала нанесена на прозрачную пластину 3, находящуюся в общей фокальной плоскости объектива 5 и окуляра 8. Штрихи шкалы расположены по разные стороны относительно главной оптической оси. Лучи, пройдя через светлые промежутки между штрихами, преломляются на 90° призмой полного внутреннего отражения 4, затем проходят объектив 5 и, отразившись от зеркала 6, вновь собираются в фокальной плоскости объектива 5 со смещением в горизонтальном направлении относительно главной оптической оси на матовом участке пластины 3, где нанесен штрих-указатель 9. Поэтому при перемещении измерительного стержня 7 наблюдателю кажется, что шкала перемещается, в поле зрения, хотя в действительности перемещается её изображение относительно штрих-указателя.

Так как у оптиметров фокусное расстояние  равно 200 мм, расстояние  – равно 5 мм и интервал деления шкалы С равен 0,08 мм, то в соответствии с вышестоящей формулой (1) передаточное отношение прибора будет равняться:

.

Отсюда следует, что при перемещении измерительного стержня на 1 мм изображение шкалы переместится по отношению к неподвижному указателю на 80 мм.

Отсчет по шкале производится через окуляр с 12-кратным увеличением, следовательно, общее увеличение трубки составит .

Наблюдаемый через окуляр интервал деления шкалы будет равен . Отсюда следует, что цена деления шкалы будет равна, .

Вертикальный оптиметр.

Вертикальные оптиметры предназначены для измерения только наружных размеров. У них оптиметровая трубка 12 (см. рис. 1) при помощи кронштейна 2 крепится на стойке 1, а сам кронштейн опирается на кольцо 4, которое навернуто на резьбу стойки. Вращением кольца кронштейн с оптиметровой трубкой можно грубо установить относительно столика 10 и стопорить винтом 3. Для точной установки столик перемещается в вертикальном направлении при помощи гайки 8 и крепится винтом 6. Для установки плоскости столика 6 перпендикулярно оси измерительного стержня 11 служат два винта 9, расположенные ниже столика. При выполнении работы винты 9 не вращать, так как установка столика произведена заранее.

В данной работе применяется вертикальный оптиметр ИКВ с пределом измерений по шкале ±0,1 мм, пределом измерения 0 – 180 мм, измерительная сила равна 50 – 200 Н, допускаемая погрешность показаний составляет ±0,5 мкм.

Горизонтальный оптиметр.

Рис.4. Горизонтальный оптиметр.

Горизонтальный оптиметр универсальнее вертикального, так как дает возможность производить как наружные, так и внутренние измерения.

Как видно из рис. 4, на массивное основание 15 установлен вал 17, по которому перемещаются кронштейны 10 и 19. В правом кронштейне укрепляется оптиметровая трубка 8, а в левом – пиноль 2. Измеряемая деталь, блок из концевых мер или струбцина 31 укрепляются на столике специальными прижимами 30 (рис. 5).

Для установки детали или блока мер в нужном положении относительно измерительных наконечников стол может перемещаться в трех взаимно перпендикулярных направлениях и вращаться около вертикальной и поперечной горизонтальных осей. Вертикальное перемещение осуществляется вращением маховичка 16, а фиксация – винтом 14. Величина вертикального перемещения стола может быть ограничена упорами, которые закрепляются винтами 12. Поперечное перемещение стола производится вращением рукоятки 9. Продольное перемещение верхней части стола 5 происходит свободно благодаря установке его на шариковых направляющих («плавающий стол).

«Плавающий стол» дает возможность изменять расстояние от пиноли, т.к. «жесткий столик» фиксировал бы расстояние относительно стола, что недопустимо. Покачивание стола около горизонтальной оси производится эксцентриком за рукоятку 13, а фиксирование его – винтом 11. Поворот стола около вертикальной оси осуществляется рукояткой 18.

Наружные поверхности на горизонтальном оптиметре измеряются наконечниками оптиметра 6 и регулируемого стержня пиноли 4 (рис. 4), а внутренние поверхности - наконечниками 27 и 28 дуг, которые надеваются на оптиметровую трубку и пиноль (рис. 5). Дуги оптиметра состоят из кронштейнов 21 и 24, в верхней точке которых подвешены Л – образные измерительные рычаги 22 и 23; направляющих шарикоподшипников и пружин, заключенных в кронштейнах. Дуга оптиметровой трубки 24, в отличие от дуги пиноли 21, снабжена арретиром 25. Грубая установка кронштейнов 10 и 19 производится от руки путем перемещения их вдоль вала. Точная установка наконечника пиноли осуществляется

микрометрическим винтом 1 с фиксацией его винтом 3.

Рис.5. Горизонтальный оптиметр приспособленный для измерения внутренних размеров.

Пределы измерения горизонтального оптиметра, при измерении наружных размеров – от 0 до З00 мм, внутренних размеров - от 13 до 150 мм. Пределы измерения по шкале прибора составляют ±100 мкм.

Порядок выполнения работы на вертикальном оптиметре для измерения наружных размеров.

1. По чертежу измеряемой детали или маркировке на ней определяются наибольший и наименьший предельные размеры.

2. Согласно номинальному размеру и значениям верхнего и нижнего отклонений подсчитывается размер блока концевых мер для установки прибора на нуль. В том случае, когда величина допуска размера не превышает предела измерения по шкале прибора, блок концевых мер может быть равен номинальному размеру. В противном случае размер блока концевых мер должен равняться среднему допускаемому значению проверяемой величины, т.е. необходимо учесть значение верхнего и нижнего отклонений.

3. Составить блок концевых мер и по нему настроить прибор на нуль. Для этого, убедившись, что столик 10 (рис. 1) находится в крайнем нижнем положении, установить на него блок концевых мер. Проверить, чтобы кронштейн 2 опирался на кольцо 4, переместить кронштейн 2 вместе с оптиметровой трубкой так, чтобы между измерительным наконечником 11 плоскостью меры остался зазор 0,5 – 1 мм; закрепить кронштейн на стойке стопорным винтом 3. Освободить стопорный винт 6 столика 10 и, наблюдая в окуляр за показанием оптиметра, вращать гайку 8 по часовой стрелке, поднимая стол до тех пор, пока нулевой штрих шкалы не совпадет с неподвижным штрихуказателем. Закрепить стол винтом 6.

Проверить стабильность установки, для чего несколько раз нажать и отпустить арретир 5. Если при этом показание оптиметра изменится более чем на 0,2 мкм, необходимо проверить крепление стопорных винтов и снова установить шкалу на нуль.

Нажать на арретир и снять блок мер со столика.

4. Измерить деталь, для чего нажать на арретир и установить её на столик под измерительный наконечник. При этом деталь необходимо прижимать к столику так, чтобы образующая измеряемой поверхности плотно прилегала к плоскости столика. Для определения действительных отклонений деталь необходимо перемещать или перекатывать по столику прибора. Отсчет по шкале прибора производить в момент соответствующий максимальному показанию; при этом обратить внимание на знак отклонения.

Измерение диаметров должно производиться не менее чем в трех сечениях, перпендикулярных оси (два крайних и одно среднее), и в каждом сечении – в двух взаимно перпендикулярных направлениях.

Показания прибора занести в таблицу отчета.

5. Дать заключение о годности измеряемого размера и определить погрешности формы.

Порядок выполнения работы на горизонтальном оптиметре для измерения внутренних размеров.

I. См. порядок работы на вертикальном оптиметре, п. 1.

2. То же, п. 2.

3. Набрать блок концевых мер. Боковички 29, 26 притереть к блоку и зажать в струбцину 31 (рис. 5).

4. Столик 5 опустить в крайнее нижнее положение и поставить его примерно горизонтально. Дуги оптиметра 21, 24 сблизить до соприкосновения. Струбцину 31 укрепить на столике оптиметра прижимом 30 так, чтобы боковички 29, 26 располагались симметрично оси столика.

5. Поднимать столик 5 (рис. 4) вращением маховика 16 до тех пор, пока измерительные наконечники дуг 27, 28 (рис. 5) не установятся между боковичками 26 и 29. Закрепить столик винтом 14.

6. Раздвинуть кронштейны 10, 19 до соприкосновения измерительных наконечников с боковичками. В этом положении закрепить их винтами, расположенными сзади в нижней части кронштейнов.

7. Отпустить прижим 30, крепящий струбцину 31. От руки установить «плавающий столик» в продольном направлении так, чтобы он был симметричен относительно нижней части стола. В этом положении стола закрепить струбцину прижимом.

8. Настроить оптиметр на нуль, т.е., изменяя положение стола, найти кратчайшее расстояние между измерительными плоскостями боковичков. Для этого необходимо при отпущенном винте 3, наблюдая в окуляр оптиметра, вращать микрометрический винт 1 по часовой стрелке до появления шкалы в поле зрения. Убедившись, что стопорный винт 11 отпущен, следя за показаниями шкалы, вращать стол за рукоятку 18 вокруг вертикальной оси до положения, при котором показания оптиметра будут минимальны. Затем, продолжая наблюдать за показаниями шкалы, покачивать столик за рукоятку 13, чтобы добиться положения, при котором показания оптиметра также будут минимальны. В этом положении закрепить столик винтом 11. Вращая микровинт 1, установить оптиметр на нуль.

Отпустить стопорный винт 11, вращением рукояток 13 и 18 убедиться в том, что наименьшее показание при перемещении столика соответствует нулевому отсчету. При необходимости вновь установить оптиметр на нуль микровинтом 1. Зафиксировать пиноль винтом 3. При выполнении последующих приемов работы стопорный винт 3 и микровинт 1 не вращать.

Нажать арретир 25, опустить стол с помощью маховичка 16 и снять блок концевых мер.

9. Установить на стол измеряемую деталь. Нажав арретир 25, поднять стол и ввести измеряемые наконечники дуг в измеряемое отверстие. Добиться симметричного расположения "плавающего столика" в продольном направлении относительно нижней части стола. В этом положении закрепить деталь прижимом 30.

Перемещая стол перпендикулярно оси пиноли 2 за рукоятку 9, добиться максимального показания оптиметра. Не снимая отсчета, оставить стол в этом положении. Покачивая стол вокруг горизонтальной оси за рукоятку 13, найти минимальное показание оптиметра и только после этого произвести отсчет.

Измерение внутреннего диаметра должно производиться не менее чем в трех сечениях, перпендикулярных оси (два крайних и одно среднее), и в каждом сечении – в двух взаимноперпендикулярных направлениях.

Показания прибора занести в таблицу отчета. Дать заключение о годности измеряемого внутреннего диаметра и определить погрешности формы.

Контрольные вопросы

1. Устройство оптиметровой трубки. Принцип автоколлимации.

2. Определение передаточного отношения и цены деления оптиметра.

3. Правила измерения на горизонтальном и вертикальном оптиметрах.


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

11848. Арифметические сумматоры 59 KB
  Лабораторная работа №2 Арифметические сумматоры Теоретическое введение Арифметические сумматоры являются составной частью так называемых арифметикологических устройств ЛЛУ микропроцессоров МП. Они используются также для формирования физического адреса
11849. Логический элемент с тремя состояниями 68 KB
  Лабораторная работа №3 Логический элемент с тремя состояниями Теоретическое введение. Схема логического элемента с тремя состояниями заимствована из монографии и несколько модифицирована с учетом возможностей программы ЕWB. За основу взят базовый элемент сери...
11850. Мультиплексоры и демультиплексоры и их значение 62.5 KB
  Мультиплексоры и демультиплексоры Теоретическое введение. Назначение мультиплексоров от английского multiplex многократный коммутировать в заданном порядке сигналы поступающие с нескольких входных шин на одну выходную. У мультиплек
11851. Шифраторы (кодеры) и дешифраторы 55.5 KB
  Лабораторная работа №5 Шифраторы и дешифраторы Теоретическое введение Шифраторы кодеры используются чаще всего для преобразования десятичных чисел в двоичный или двоичнодесятичный код например в микрокалькуляторах в которых нажатие десятичной клавиши со
11852. Цифровой компаратор 81.5 KB
  Лабораторная работа №6 Цифровой компаратор Теоретическое введение Цифровые компараторы от английского compare сравнивать выполняют сравнение двух чисел А В одинаковой разрядности заданных в двоичном или двоичнодесятичном коде. В зависимости от схемного исп...
11853. Устройство контроля четности 67 KB
  Лабораторная работа №7 Устройство контроля четности Теоретическая часть Операции контроля четности двоичных чисел позволяет повысить надежность передачи и обработки информации. Ее сущность заключается в суммировании по модулю 2 всех разрядов с целью выяснени
11854. Модуляция и детектирование сигналов оптического диапазона 542.5 KB
  Тема: Модуляция и детектирование сигналов оптического диапазона Текст лекции № 20 по дисциплине: Теория электрической связи Модуляция и детектирование сигналов оптического диапазона Введение Волоконно-оптические линии связи ВОЛС имеют ряд преимущес...
11855. Характеристики модуляции сигналов оптического диапазона 683.5 KB
  Текст лекции № 21 по дисциплине: Теория электрической связи Характеристики модуляции сигналов оптического диапазона Введение Волоконнооптические линии связи ВОЛС имеют ряд преимуществ по сравнению с линиями связи на основе металлических кабелей. К ни
11856. Представление аналогового сигнала в цифровом виде 163.5 KB
  Текст лекции № 22 по дисциплине: Теория электрической связи Представление аналогового сигнала в цифровом виде Введение Цифровая обработка сигналов как направление развития науки и техники зародилась в 1950х годах. За прошедшие 50 лет благодаря успехам микро