Устройство и принцип действия вертикального оптиметра кратко

Обновлено: 02.07.2024

Оптикатор (ГОСТ 10593-74) (рис. 8.17) построен на том же принципе, что и микрокатор, но лишен основных его недостатков. На скрученной бронзовой ленте 4 закреплено зеркальце 3, которое отражает на шкалу 2 изображение штриха метки 7. Штриховая метка, освещаемая через конденсор 8 лампочкой 1, проектируется объективом 6 на зеркальце, находящееся в его фокусе. При перемещении измерительного стержня 5 и раскручивании ленты по шкале перемещается изображение штрихового указателя. Отражаемый от зеркальца луч света отклоняется на угол, вдвое больший при одинаковом угле раскручивания среднего сечения ленты. Чувствительность оптикатора в два раза больше, чем чувствительность микрокатора, а погрешность в пределах всей шкалы не превышает 0,4 мкм.

Опртиметр

Оптиметр (ГОСТ 5405-75) состоит из измерительной головки, называемой трубкой оптиметра, и вертикальной или горизонтальной стойки. В зависимости от вида стойки оптиметры подразделяют на вертикальные (например, ОВО-1, или ИКВ) (рис. 8.18, а) и горизонтальные (например, ОГО-1, или ИКГ) (рис. 8.18, б). ЛИЗ выпускает также горизонтальные и вертикальные проекционные оптиметры (ОГЭ-1 или ОВЭ-02). У последних отсчет результата измерения производится по шкале, проецируемой на экран. Вертикальные оптиметры предназначены для измерений наружных размеров деталей, а горизонтальные - для измерения как наружных, так и внутренних размеров.

В оптической схеме оптиметров использованы принципы автоколлимации и оптического рычага.

Рис. 8.18. Оптиметр: а- вертикальный; б-горизонтальный

Рис. 8.19. Оптическая схема оптиметра: 1 - окуляр; 2 - зеркало; 3 - трехгранная призма; 4 - стеклянная пластинка; 5 - призма полного отражения; 6 - измерительный стержень; 7 - зеркало поворотное; 8 - объектив

Принцип действия оптиметра

Принцип действия трубки оптиметра показан на рис. 8.19. Лучи от источника света направляются зеркалом 2 в щель трубки и, преломляясь трехгранной призмой 3, проходят через шкалу, имеющую 200 делений, нанесенных на плоскость стеклянной пластинки 4. Пройдя шкалу, луч попадает на призму полного отражения 5 и, отразившись от нее под прямым углом, направляется на объектив 8 и зеркало 7. Качающееся зеркало пружиной прижимается к измерительному стержню 6. При перемещении стержня 6, опирающегося на измеряемую деталь, зеркало 7 поворачивается на угол а вокруг оси, проходящей через центр опорного шарика, что вызывает отклонение отраженных от зеркала 7 лучей на угол 2а.

Отраженный пучок лучей объективом превращается в сходящийся пучок, который дает изображение шкалы. При этом шкала смещается в вертикальном направлении относительно неподвижного указателя на некоторую величину, пропорциональную измеряемому размеру. Изображение шкалы наблюдается в окуляр 1, как правило, одним глазом, что утомляет контролера. Для обеспечения отсчета на окуляр надевают специальную проекционную насадку, на экране которой можно наблюдать изображение шкалы обоими глазами.

а) – внешний вид; б) – оптическая схема трубки оптиметра.

Вертикальный оптиметр (рис. 2.7.) состоит из измерительной трубки оптиметра с окулярным отсчетным устройством и стойки типа С II.

Световой поток от внешнего источника, отразившись от зеркала 3 (рис. 2.7. б), через призму 2 освещает шкалу, нанесенную на левой стороне окулярной сетки 4, которая находится в фокальной плоскости объектива 6. Сеткой называется стеклянная пластина, на которой нанесены штрихи, цифры шкала и т.д. Призма 5 поворачивает ход лучей на 90 о , чтобы удобнее было наблюдать.

Световой поток проходит через объектив и, отразившись от зеркала 7, даёт обратное расположение шкалы в правой части окулярной сетки, на которой нанесен указатель. Зеркало связано с измерительным стержнем 9. При отклонении зеркала, вызванного перемещением стержня, изображение шкалы на окулярной сетке смещается относительно указателя.

На стойке (рис. 2.7.а) имеется предметный стол 7, который в горизонтальное положение устанавливается вращение микровинтов 8. В вертикальном направлении стол перемещается в пределах нескольких миллиметров вращением гайки 10 микрометрического механизма и фиксируется винтом 9.

Перпендикулярность оси измерительного стержня плоскости стола проверяют при надетом на стержне плоском измерительном наконечнике с помощью плоскопараллельной концевой меры длины размером приблизительно 10 мм. При фиксированном положении измерительной трубки выполняют ряд измерений, устанавливая меру относительно наконечника в положениях 1, 2, 3 и 4 (рис. 2.8.).

Рис. 2.8. Установка стола оптиметра перпендикулярно оси

Если плоскость наконечника не параллельна плоскости стола, то показания оптиметра при различных положениях меры будут отличаться одно от другого. Вращением микровинтов 8 (рис. 2.6.а) стол устанавливают так, чтобы во всех четырёх положениях меры показания были одинаковы.

Корпус 2 оптической головки с кронштейном 11 монтируются на штативе с массивным основанием 14. Внутри неподвижного корпуса головки находится подвижный измерительный стержень 6. В корпусе 5 размещены осветитель 1 и оптическая система с отсчётным устройством и окуляром 3.

2.2.2. Порядок выполнения лабораторной работы

Определить погрешности формы наружной поверхности цилиндра:

в продольном сечении – отклонение профиля продольного сечения;

на заданный размер в поперечном сечении – отклонение от круглости;

комплексного показателя цилиндрической поверхности – отклонение от цилиндричности.

Рекомендации по измерению

1. По точностным характеристикам детали, заданных преподавателем, определить допуск детали и требуемые значения показателей отклонения от круглости, отклонения от параллельности продольного сечения, цилиндричности по табл. П 2.4.4. – П 2.4.6.

2. Выставить измерительный прибор по концевым мерам на номинальный диаметр детали;

3. Для измерения применить метод поперечных сечений. На наружной поверхности детали маркером или карандашом нанести требуемые поперечные сечения (отступив 20 мм от торцов цилиндра) т требуемые продольные сечения, равномерно распределив их по периметру. Количество сечений определить согласно табл. В точках пересечения провести измерения размеров. Пример разбивки вала представлен на рис. 2.8.

Результат измерения занести в табл. 2.7.

Рис. 2.8. Схема обхода точек

№ продольного сечения	№ поперечного сечения	Показания прибора, мкм	Размер детали
I

5. Рассчитать диаметры поверхности цилиндра во всех измеренных сечениях. Результаты расчета занести в соответствующие столбцы таблицы. При расчете диаметров необходимо учитывать знак (плюс или минус) отклонений стрелки шкалы.

6. По полученным опытным данным построить эскизы продольного и поперечного сечений.

7. При выявлении частных случаев для круглости (овальность, огранка), для отклонения профиля продольного сечения (конусность, бочкообразность, седлообразность), для расчёта данных показателей воспользоваться формулой

Значения показателей рассчитать во всех продольных и поперечных сечениях и занести в табл. 2.8. Для сравнения расчётных показателей с табличными выбираем максимальные, рассчитанные по сечениям.

8. Определить отклонение от цилиндричности как разность между наибольшим и наименьшим размерами из всех измерений.

9. Максимальные значения показателей отклонения от круглости, параллельности продольного сечения, цилиндричности сравнить с табличными значениями, соответствующими требованиям точности детали.

10. Начертить эскиз детали с указанием отклонений формы.

11. Сделать вывод о годности детали.

Показатель, мм	Сечение	Расчётные значения	Показатель, мм	Сечение	Расчётные значения
Круглости TFK	I	Профиль продольного сечения TFP	I
II	II
III и т.д.	III и т.д.
Максимальный показатель	Максимальный показатель

Пример расчета показателей

Дано: вал ñ40h11. Уровень геометрической точности – нормальный (60% допуска на размер). Длина вала L = 55 мм.

1. Определяем допуск на размер: Td = 0,16 мм.

2. Определяем допуски в радиальном направлении: отклонения от круглости TFK, профиля продольного сечения TFP, цилиндричности TFZ согласно уровню геометрической точности (табл. П 2.4.3.).

3. Проводим измерения, согласно методике. Данные измерений по 30 точкам представлены в табл. 2.9.

Поперечные сечения, мм	I	II	III	IV	V
Продольные сечения, мм
-0,08	-0,06	-0,06	-0,10	-0,12
-0,10	-0,10	-0,08	-0,12	-0,13
-0, 15	-0,13	-0,10	-0,14	-0,14
-0,13	-0,12	-0,10	-0,15	-0,15
-0,12	-0,11	-0,09	-0,11	-0,12
-0,10	-0,09	-0,07	-0,09	-0,11

4. По данным таблицы строим характерные продольные и поперечные сечения (рис. 2.9.).

Рис.2.9. Характерные сечения продольные и поперечные по итогам

5. Определяем, что характерные сечения относятся к частным случаям.

Отклонение от круглости - овальность;

Отклонение профиля продольного сечения – бочкообразность.

6. Для расчетов показателей променяем формулу: Δ = (d_мах – d_min )/2 и проводим расчет в каждом продольном и поперечном сечении. Данные расчетов заносим в табл.2.10.

Показатель	Сечение	Расчетное значение	Показатель	Сечение	Расчетное значение
Круглость TFK	I	0,035	Профиль продольного сечения TFP	0,030
II	0,035	0,025
III	0,015	0,025
IV	0,030	0,025
V	0,020	0,015
0,02
Максимальный показатель	0,035	Максимальный показатель	0,03

7. Находим отклонение от цилиндричности TFZ = (d_max max – d_min min )/2

TFZ = -0,06 – (-0,15)/2 =0,045 мм

8. Сравниваем расчетные показатели отклонения от круглости

Профиля продольного сечения TFP = 0,03 мм, цилиндричности

9. Строим эскиз вала с табличными показаниями отклонений формы

10. Делаем вывод о соответствии вала точностным требованиям (соответствует).

Вертикальный оптиметр ИКВ предназначается для контактных измерений наружных линейных размеров методом сравнения измеряемого изделия с концевыми мерами 4 и 5-го разрядов (1 и 2-го классов), калибрами или деталями-образцами. В частности, на приборе можно производить измерения концевых плоскопараллельных мер длины, калибров, диаметров шариков, толщин листов, диаметров проволок и т. д.

длины (высоты) . 0-180 мм

диаметра 0-150 мм

по шкале ± 001 мм

Погрешность прибора для любого деления шкалы:

в интервалах от 0 до ±60 мкм . . . . ±0,0002 мм от 0 до ±100 мкм . . . . ±0,0003 мм Габаритные размеры прибора . . . . . . . . 300x300x500 мм Масса прибора . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . 18 кг

3. Принцип действия и оптическая схема вертикального оптиметра

В основу оптической схемы прибора положен принцип телескопической автоколлимационной трубы. Зеркало, которое служит для получения автоколлимационного изображения, связано с измерительным стержнем и при перемещении стержня отклоняется на соответствующий угол.

Наблюдаемое в поле зрения окуляра автоколлимационное изображение шкалы, расположенной в фокальной плоскости объектива, перемещается относительно неподвижного индекса; величина перемещения изображения шкалы пропорциональна величине перемещения измерительного стержня.

В вертикальном оптиметре линия измерения расположена вертикально. Контактной измерительной поверхностью служит поверхность наконечника, надеваемого на измерительный штифт трубки оптиметра. Измеряемое изделие крепится на предметном столике.

Отсчеты при измерениях производятся в процессе наблюдения в окуляр трубки оптиметра. При установке проекционной насадки шкала проектируется на экран (матовое зеленое стекло). Отсчеты по шкале и индексу, видимым на экране, могут производиться с расстояния нормального зрения (примерно 250 мм). Это облегчает работу и позволяет вести наблюдение одновременно нескольким наблюдателям.

Оптическая схема трубки оптиметра показана на рис. 1. В нее входят: зеркало 14, объектив 15, призма 16 полного внутреннего отражения, сетка 17 и окуляр 18. Осветительную систему составляют зеркало 19 в оправе и призма 20, установленная в рамке окуляра. Сетка 17 представляет собой стеклянную плоскопараллельную пластинку со шкалой и индексом, причем деления шкалы нанесены на одной половине пластинки, а индекс – на другой. Шкала со стороны окуляра закрыта призмой так, что через него можно видеть только индекс и изображение шкалы, отраженное от зеркала 14. Сетка установлена в фокальной плоскости объектив.

Рис. 1. Оптическая схема трубки оптиметра

Лучи света, отражаясь от зеркала 19, через призму 20 освещают шкалу; пройдя призму 16 и объектив 15, они параллельным пучком падают на зеркало 14, отражаются от него и снова попадают в объектив 15, проходят призму 16, сетку 17, окуляр 18 и попадают в глаз наблюдателя.

Средства измерений и контроля с оптическим и оптико-механическим преобразованием

Оптико-механические измерительные приборы. Эти приборы находят широкое применение в измерительных лабораториях и в цехах для измерения размеров калибров, плоскопараллельных концевых мер длины, точных изделий, а также для настройки и проверки средств активного и пассивного контроля. Эти приборы основаны на сочетании оптических схем и механических передач. К оптико-механическим измерительным приборам относятся: пружинно-оптические измерительные головки (оптикаторы), оптиметры, ультраоптиметры, длиномеры, измерительные машины, интерферометры и ряд других приборов.

Рис. 2.25. Оптиметр: а — вертикальный; б — горизонтальный

Рис. 2.26. Оптическая схема оптиметра:

7 — окуляр; 2 — зеркало; 3 — трехгранная призма; 4 — стеклянная пластинка; 5— призма полного отражения; 6 — измерительный стержень; 7 — зеркало поворотное; в — объектив

Оптиметр состоит из измерительной головки, называемой трубкой оптиметра, и вертикальной или горизонтальной стойки. В зависимости от вида стойки оптиметры подразделяют на вертикальные (например, ОВО-1, или ИКВ) (рис. 2.25, а) и горизонтальные (например, ОГО-1, или ИКГ) (рис. 2.25, б). Выпускают также горизонтальные и вертикальные проекционные оптиметры (ОГЭ-1 или ОВЭ-02). У последних отсчет результата измерения производится по шкале, проецируемой на экран. Вертикальные оптиметры предназначены для измерений наружных размеров деталей, а горизонтальные — для измерения как наружных, так и внутренних размеров.

В оптической схеме оптиметров использованы принципы автоколлимации и оптического рычага. Принцип действия трубки оптиметра показан на рис. 2.26. Лучи от источника света направляются зеркалом 2 в щель трубки и, преломляясь трехгранной призмой 3, проходят через шкалу, имеющую 200 делений, нанесенных на плоскость стеклянной пластинки 4. Пройдя шкалу, луч попадает на призму полного отражения 5 и, отразившись от нее под прямым углом, направляется на объектив 8 и зеркало поворотное 7. Качающееся зеркало пружиной прижимается к измерительному стержню 6. При перемещении стержня 6, опирающегося на измеряемую деталь, зеркало 7 поворачивается на угол а вокруг оси, проходящей через центр опорного шарика, что вызывает отклонение отраженных от зеркала 7 лучей на угол 2а. Отраженный пучок лучей объективом превращается в сходящийся пучок, который дает изображение шкалы. При этом шкала смещается в вертикальном направлении относительно неподвижного указателя на некоторую величину, пропорциональную измеряемому размеру. Изображение шкалы наблюдается в окуляр 1, как правило, одним глазом, что утомляет контролера. Для обеспечения отсчета на окуляр 1 надевают специальную проекционную насадку, на экране которой можно наблюдать изображение шкалы обоими глазами. Основные метрологические характеристики оптиметров см. в табл. 2.9.

Оптический длиномер (рис. 2.27, а) состоит из измерительной головки и вертикальной или горизонтальной стойки. Схема работы длиномера показана на рис. 2.27, б. Конструкция длиномера соответствует принципу Э.Аббе, т. е. основная шкала является продолжением измеряемой детали 3. В пиноли 5 закреплен измерительный наконечник 4, входящий в соприкосновение с измеряемой деталью 3. Сила тяжести пиноли 5 уравновешена противовесом 1, который перемещается внутри масляного демпфера 2. Пиноль 5 соединена с противовесом стальной лентой 9, перекинутой через блоки, причем измерительная сила длиномера определяется разностью масс пиноли 5 и противовеса 1. Эта сила регулируется с помощью грузовых шайб 8. Отсчеты по стеклянной шкале 6, освещаемой источником света S, производят с помощью отсчетного микроскопа 7 со спиральным нониусом.

В настоящее время все большее распространение получают длиномеры с цифровым отсчетом, на табло которых высвечивается непосредственно измеряемый размер.

Основные метрологические характеристики оптических длиномеров см. в табл. 2.9.

Наименование и тип прибора

Цена деления шкалы, мкм

Пределы измерений по шкале, мкм

Пределы допускаемой погрешности на любом участке шкалы в пределах 100 делений, мкм

Читайте также: