Рычажно-зубчатые измерительные головки. Устройство. Принцип работы. Основные метрологические характеристики. Электронные индикаторы. Их особенности.



В настоящее время выпускают несколько моделей индикаторов с рычажно-зубчатым механизмом с ценой деления 0,5; 1,0 и 2,0 мкм, предназначенных для точных относительных измерений в небольших диапазонах. Индикатор на входе имеет один - два элементарных рычажных механизма, а на выходе одну-две зубчатых передачи. В качестве контактных звеньев рычажных переда используют шар-плоскость или цилиндр-цилиндр, изготовленных из закаленной стали или твердого сплава.

Рычажно-зубчатые измерительные приборы

К приборам с рычажно-зубчатой передачей относятся рычажно-зубчатые измерительные головки, рычажные скобы, рычажные микрометры и т.д. Эти приборы предназначены для относительных измерений наружных поверхностей.

Рис. 8.14. Рычажно-зубчатая измерительная головка (а) и ее схема {б): 1 – спиральная пружина; 2 – пружина; 3 – направляющие втулки; 4 – измерительный стержень; 5 — арретир; 6 и 8 – рычаг; 7– зубчатое колесо (триб)

Рычажно-зубчатые измерительные головки

Рычажно-зубчатые измерительные головки (рис. 8.14) отличаются от индикаторов часового типа наличием наряду с зубчатой передачей рычажной системы, позволяющей увеличить передаточное число механизма и тем самым повысить точность измерений. При перемещении измерительного стержня 4 в двух точных направляющих втулках 3 поворачивается рычаг б, который воздействует на рычаг 8, имеющий на большем плече зубчатый сектор, входящий в зацепление с зубчатым колесом (трибом) 7. На оси триба установлена стрелка с втулкой, связанная со спиральной пружиной 1, выбирающей зазор. Измерительное усилие создается пружиной 2. Для арретирования измерительного стержня служит арретир

 Электронные индикаторы. Их особенности. Классификация. Применяемые преобразователи. Основные метрологические характеристики.

Сравнительно недавно начали выпускать электронные индикаторы оснащенные как правило инкрементными преобразователями. Достоинство таких индикаторов состоит в том, что они имеют цифровой отсчет и большие диапазоны измерений. Цифровой отсчет удобен по сравнению с отсчетом по двум аналоговым шкалам механических индикаторов часового типа. Также электронный индикатор в отличие от механического, не требует настройки на нуль с помощью концевых мер. Его настройка на нуль производится нажатием кнопки -0- в любом месте диапазона измерений.

В электронных индикаторах применяют бесконтактные преобразователи: емкостные, индуктивные, фотоэлектрические. В них соблюдается принцип Аббе, что повышает точность измерений.

Электронные индикаторы выпускают ведущие зарубежные фирмы: «Митутоя» (Япония); «Махро» (Германия); «Teza» (Швейцария).

Электронные индикаторы выпускают по международному стандарту ISО 463-2006, с учетом требований стандарта ISО 14978-2006. Электронные индикаторы выпускают трех типов: инкрементные емкостные и индуктивные преобразователи.

Инкрементные преобразователи измеряют приращение измеряемой координаты, при перемещении измерителя (отсюда их название increment- приращение).

Подобные преобразователи, благодаря возможности интерполирования результатов измерения, относительно периода шкалы измерителя, обладают высокой разрешающей способностью.

Инкрементные емкостные преобразователи отличаются небольшой мощностью потребляемой для считывания информации со шкалы. Поэтому емкостные преобразователи удобны для применения в измерительных системах с жесткими ограничителями на потребляемую мощность (штангенциркуль, микрометр и др.).

В корпусе электрического индикатора расположена микропроцессорная схема и ЖК дисплей с цифровым отсчетам. Высота цифр дисплея составляет 7-9мм. На корпусе индикатора имеются две кнопки вкл/откл, установка нуля. Установка нуля возможна в любом месте диапазона измерений, некоторые модели имеют дополнительную функцию: сортировка по размерам, кодовый выход на внешнее устройство.

Метрологические характеристики электрических индикаторов с инкрементным емкостным преобразователем:

- диапазон измерений: 5,0; 10,0; 12,5; 25,0; 30,0; 50,0; 100,0; 150 мм;

- измерительное усилие: 0,7-2,2Н;- предельно допустимая погрешность показаний: при дискретности отсчета 1мкм-4мкм; для дискретного отсчета 10 мкм-10мкм;- воспроизводимость для дискретного отсчета 1мкм-2мкм; для дискретного 10мкм-2мкм;- гистерезис для дискретного отсчета 1мкм-0,3мкм; 10мкм-0,3мкм.

Индуктивные индикаторы имеют линелизованную выходную характеристику и измерительный стержень, установленный на насыпных шариках. Индуктивные индикаторы имеют хорошие метрологические характеристики, но более сложную конструкцию и более высокую цену. Выпускают несколько моделей электронных индикаторов с индуктивными преобразователями с дискретностью отсчета 0,5; 1; 5; 10 мкм с диапазонам измерения ± 2мм, с предельно допустимой погрешностью показаний 0,25-0,5% от диапазона измерений.Фирма «Teza» выпускает несколько моделей индикаторов с фотоэлектрическим инкрементным преобразователем рис.37.

Поверку метрологических характеристик индикаторов осуществляют двумя способами:- с помощью концевых мер длины 1-го, 2-го классов;- на горизонтальном компараторе.

Компаратор снабжен подвижным столиком на шариковых беззазорных направляющих. Более точным образцовым аттестованным средством измерения, показание которых сравнивают с показаниями поверяемого индикатора при совместном перемещении измерительных стержней индикатора и образцового средства.Второй способ более производительнее и не требует высокой квалификации контролера.

 

8. Индикаторы бокового действия (ИБД). Рычажно-зубчатые ИБД, устройство и принцип работы. Электронный ИБД с цифровым отсчетом. Основные метрологические характеристики.

ИБД называют так потому, что они измеряют изменение размера, не как все прочие индикаторы воздействуют вдоль сои шпинделя, а с помощью рычага, при воздействии на измерительный наконечник сбоку                      (перпендикулярно оси). Во многих случаях это очень удобно и ИБД применяют для измерения в трудно доступных местах и главным образом для контроля радиального и торцевого биения. Поэтому ИБД имеет небольшой диапазон измерений.

Оригинальность конструкции ИБД в том, что измерительная цепь состоит из двух последовательно расположенных рычагов зубчатой передачи и стрелки с циферблатом. Поэтому их называют рычажно зубчатыми индикаторами. Первый рычаг выполнен ломающимся на оси поворота. На правом плече первого рычага, расположен измерительный наконечник твердосплавный или рубиновый шарик. Это плечо установлено на оси фрикционно, позволяя поворачивать рычаг в удобное для измерения положение. Возможный угол поворота рычага составляет 270о.

На этой же оси жестко закреплено второе плечо рычага, которое передает перемещение измерительного наконечника, второму рычагу, на конце которого имеется зубчатый сектор. Зубчатый сектор связан с зубчатой передачей, которая передает изменение размера на стрелку. Оси рычагов и зубчатых колес устанавливаются в агатовых опорах или на шарикоподшипниках.

Индикатор бокового действия предназначен для относительных измерений. Измерительное усилие от 0,1 до 0,15. При измерении необходимо иметь ввиду, что при повороте измерительного рычага меняется передаточное отношение всего механизма. Следует следить за тем, чтобы ось измерительного рычага была перпендикулярна направлению измерения. Если это невозможно, в результат измерения следует внести поправку, зависящую от угла между рычагом и направленным измерениям. Но это вносит большую неопределенность в результат измерения. Выпускаются электронные индикаторы бокового действия с цифровым отсчетом. Этот индикатор имеет рычажную передачу, но зубчатая передача заменена бесконтактной индуктивной системой. Кроме того, электрический ИБД имеет функцию нахождения max и min, что удобно при измерении.

ИБД имеет небольшой диапазон измерений ±0,25 до ±0,4 мм. Цена деления или дискретность цифрового отсчета составляет 0,01мм, иногда 0,001мм, но это избыточно, т.к. ИБД не обеспечивает микронной точности. Погрешность равна 10мкм, наибольшая погрешность при измерении в одном направлении. Гистерезис равен 3 мкм. ИБД изготавливают согласно DIN 2270. Поверку метрологических характеристик индикаторов осуществляют двумя способами:

- с помощью концевых мер длины 1-го, 2-го классов;

- на горизонтальном компараторе.

Компаратор снабжен подвижным столиком на шариковых беззазорных направляющих. Более точным образцовым аттестованным средством измерения, показание которых сравнивают с показаниями поверяемого индикатора при совместном перемещении измерительных стержней индикатора и образцового средства.

Второй способ более производительнее и не требует высокой квалификации контролера.

9. Инкрементные преобразователи (ИП). Их виды. Достоинства и недостатки.

В 40-х -50-х г. прошлого века, при линейных измерениях начали применять механические индуктивные головки, пневматические и индуктивные приборы. Это был большой прогресс в технике измерений, но одновременно стали понятны ограничители их возможностей: небольшой диапазон измерений, нелинейность характеристик.Начали разрабатывать и выпускать инкрементные преобразователи (ИП), которые измеряют небольшие приращения измеряемой координаты, при перемещении измерителя и суммируют их, получая величину перемещения. Преимущество таких преобразователей: принципиальное отсутствие нелинейности характеристики и неограниченные диапазоны измерений. ИП начали выпускать и разрабатывать давно, но их качество и точность ограничивало отсутствие необходимых технологий и материалов и недостаточно развитая электроника.

Разработки современных ИП способствовали развитию координатных измерений (например КИМ) и появление станков с ЧПУ, так же развитие электроники, вычислительной техники и появление новых технологий.

Сейчас все технологические и конструктивные препятствия преодолены и ИП выпускают построенных на разных принципах действия. Причем современные ИП имеют высокую точность и большие диапазоны измерений.

В настоящее время выпускают и широко применяют в измерительной технике и на станках с ЧПУ, несколько типов ИП: оптоэлектронные, емкостные, индуктивные и магнитные.

Сравнительные данные

Технология Преимущество Недостатки
Оптоэлектронные Точность менее 1 мкм Большая потребляющая мощность
Магнитные Напечатанная шкала Недостаточная линейность
Емкостные Линейность 0,2% от шага Т Чувствительность к влажности
Индуктивные Линейность 0,2% от шага Т Влияние емкости

Электронные индикаторы выпускают трех типов: инкрементные емкостные и индуктивные преобразователи.

Инкрементные преобразователи измеряют приращение измеряемой координаты, при перемещении измерителя (отсюда их название increment- приращение).

Подобные преобразователи, благодаря возможности интерполирования результатов измерения, относительно периода шкалы измерителя, обладают высокой разрешающей способностью.

Инкрементные емкостные преобразователи отличаются небольшой мощностью потребляемой для считывания информации со шкалы. Поэтому емкостные преобразователи удобны для применения в измерительных системах с жесткими ограничителями на потребляемую мощность (штангенциркуль, микрометр и др.).

10. Емкостные инкрементные преобразователи. Устройство преобразователя. Принцип действия. Основные метрологические характеристики.

Емкостной инкрементный преобразователь состоит из гибкой линейки и съемника, выполненных из фольгированного диэлектрического материала. Линейка представляет собой многослойную гибкую ленту с нанесенным на ней фольгированным слоем. На изнаночной стороне нанесен клей и линейка (лента) приклеивается к стеклянной пластине, закрепленной неподвижно на корпусе индикатора или его механизма. На фольгированном слое, выполнены прямоугольные штрихи (электроды). Ширина прямоугольных электродов и промежутков между ними, обычно одинакова и определяет чувствительность и точность измерительной системы. На стержне индикатора расположена небольшая считывающая шкала (съемник), с электродами, нанесенными на фольгированном слое, наклеенном на стеклянную пластину. Индуктивные индикаторы имеют линелизованную выходную характеристику и измерительный стержень, установленный на насыпных шариках. Индуктивные индикаторы имеют хорошие метрологические характеристики, но более сложную конструкцию и более высокую цену. Выпускают несколько моделей электронных индикаторов с индуктивными преобразователями с дискретностью отсчета 0,5; 1; 5; 10 мкм с диапазонам измерения ± 2мм, с предельно допустимой погрешностью показаний 0,25-0,5% от диапазона измерений.

Фирма «Teza» выпускает несколько моделей индикаторов с фотоэлектрическим инкрементным преобразователем рис.37.

Поверку метрологических характеристик индикаторов осуществляют двумя способами:

- с помощью концевых мер длины 1-го, 2-го классов;

- на горизонтальном компараторе.

Компаратор снабжен подвижным столиком на шариковых беззазорных направляющих. Более точным образцовым аттестованным средством измерения, показание которых сравнивают с показаниями поверяемого индикатора при совместном перемещении измерительных стержней индикатора и образцового средства.

Второй способ более производительнее и не требует высокой квалификации контролера.

В корпусе электрического индикатора расположена микропроцессорная схема и ЖК дисплей с цифровым отсчетам. Высота цифр дисплея составляет 7-9мм. На корпусе индикатора имеются две кнопки вкл/откл, установка нуля. Установка нуля возможна в любом месте диапазона измерений, некоторые модели имеют дополнительную функцию: сортировка по размерам, кодовый выход на внешнее устройство.

Вся электрическая система питается от литеевой батарейки. Срок службы 20 тысяч часов. Индикаторы снабжены точной беззазорной направляющей скольжения измерительного стержня.

Электрические индикаторы выпускаются со степенью защиты от IP52 до IP67 (герметичные), по стандарту DINEN 60529.

Особенность инкрементных преобразователей в том, что их собственная погрешность практически не зависит от диапазона измерений, а зависит от дискретности линейки и качества их изготовления.

Метрологические характеристики электрических индикаторов с инкрементным емкостным преобразователем:

- диапазон измерений: 5,0; 10,0; 12,5; 25,0; 30,0; 50,0; 100,0; 150 мм;

- измерительное усилие: 0,7-2,2Н;

- предельно допустимая погрешность показаний: при дискретности отсчета 1мкм-4мкм; для дискретного отсчета 10 мкм-10мкм;

- воспроизводимость для дискретного отсчета 1мкм-2мкм; для дискретного 10мкм-2мкм;

- гистерезис для дискретного отсчета 1мкм-0,3мкм; 10мкм-0,3мкм.

 

18. Ультраоптиметры . Устройство. Принцип действия. Расчет передаточного отношения.

Ультраоптиметры построены по схеме автоколлимационного оптического умножителя, который усиливает отклоняющее действие оптической системы путем многократных отражений. На рис.48 изображена принципиальная схема оптического умножителя. Угол отклонения выходящего из умножителя луча от первоначального направления β = 4α. Он может быть определен построением и по формулеβ = 2Nα,где N — число отражений от подвижного зеркала;α - угол поворота подвижного зеркала. Вследствие введения оптического умножителя повышается чувствительность прибора, а цена деления уменьшается до 0,0002 мм три сохранении относительно небольших габаритов прибора.

Первый вертикальный оптиметр повышенной точности с ценой деления 0,2 мкм, выпущенный фирмой «Цейсс», был назван ультраоптиметром. Это название на производстве часто присваивают всем оптиметрам с ценой деления 0,0002 мм.

Принципиальное отличие схемы ультраоптиметра от рассмотренной выше схемы оптиметра заключается в разделении осветительной и зрительной систем прибора и двукратном отражении лучей от подвижного зеркала. На рис.56 приведена принципиальная схема ультраоптиметров фирмы Цейсс, применяемых для определения размеров образцовых концевых мер длины и особо точных деталей сравнением с концевыми мерами.

Рис.56. Схема ультраоптиметра

Источник света S через конденсор 1 освещает стеклянную пластинку 2, находящуюся в фокальной плоскости объектива 3. На пластинке 2 нанесена шкала, у которой имеются ±415 делений с интервалом а = 0,057 мм.

Поток параллельных световых лучей, выйдя из объектива 3 после трехкратного отражения от зеркал 4 и 6, преломляется в объективе 7, и на стеклянной пластинке 8 возникает изображение шкалы. На этой пластинке нанесен горизонтальный штрих-указатель, поэтому наблюдатель увидит через окуляр 9 указатель и изображение шкалы.

При перемещении измерительного стержня 5 на величину s зеркало 4 повернется на угол α, а направление лучей отклонится от первоначального направления на угол 4α и изображение шкалы переместится на величину t. Цена деления ультраоптиметра с=0,0002 мм, а пределы измерения по шкале составляют ±0,083 мм.

Передаточное отношение но аналогии с расчетам трубки оптиметра определяется из следующих соотношений:

У рассматриваемого оптиметра F1 = F2 = F = 355 мм; l = 5 мм, следовательно,

Увеличение лупы Гок — 18х., поэтому видимый наблюдателю интервал между изображениями двух соседних штрихов

Передаточное отношение с учетом увеличения окуляра

Предельная погрешность измерения концевых мер 3 и 4-го разряда на ультраоптиметре не превышает ±(0,l +2·10-3l1)мкм, где l1 — размер концевой меры в мм.

Погрешности проверенных интервалов шкалы не должны превышать ±0,15мкм для интервалов от 0до +40и от 0до -40мкм и ±0,25мкм для интервалов от 0до +80и от 0до -60мкм.

 

 

19. Оптические приборы. Интерферометры. Назначение. Их классификация. Устройство. Принцип действия. Расчет цены деления.

В оптических приборах используют физические явления интерференции света с получением полос равной ширины. Луч света (рис. 57), проходя через стеклянную пластину, на нижней плоскости В разделяется на два пучка. Первый (S1), отразившись от плоскости В, выходит вверх наружу; а второй (S2)проходит клин между плоскостями А и В, отражается от плоскости А, снова проходит через плоскость В и выходит наружу вместе с первым пучком. Путь луча S2 больше пути луча S1. Разность хода этих лучей зависит от высоты воздушного клина. Вследствие разности хода лучей они будут интерферировать, образуя чередующиеся светлые и темные полосы, параллельные ребру клина. Расстояние между серединами двух соседних темных или двух соседних светлых полос в интерференционной картине называют шириной интерференционных полос и обозначают буквой «b».

Рис. 57. Схема прохождения луча света

Интерференционные приборы основаны на использовании явления интерференции световых волн. Все интерферометры делятся на контактные и бесконтактные.

Контактные интерферометры, разработанные инженером И.Т. Уверским, выпускаются заводом «Калибр» по ГОСТ 8290-57 с переменной (регулируемой) пеной деления от 0,05 до 0,02 мкм двух типов: - вертикальные ИКПВ (рис. 58) и горизонтальные ИКПГ (рис. 59). Оба интерферометра имеют одинаковые интерференционные трубки, оптическая схема которых показана на рис. 60. Свет от лампы 1 направляется конденсором 2 через диафрагму 3 на полупрозрачную разделительную пластину 6. Часть света, пройдя через пластину 6 и компенсатор 11, отразится от зеркала 12, закрепленного на верхнем конце измерительного стержня 13, и через компенсатор 11 снова вернется к пластине 6. Другая часть пучка света, отразившись от рабочей поверхности разделительной пластины 6, направляется к зеркалу 5 и после отражения снова возвращается к пластине 6.

Рис. 60 Схема трубки интерферометра и поле зрения окуляра

Цену деления интерферометра изменяют поворотом зеркала 5 с помощью регулировочного винта. Для получения необходимой цены деления с задают k интерференционных полос и определяют соответствующее им число п делений шкалы по формуле

где /2 - половина длины волны используемого монохроматического света (указана на окулярной сетке прибора). Число k интерференционных полос рекомендуется выбирать в зависимости от цены деления по формуле k = 160с,

где с – цена деления, мкм.

Тогда .

Поверку цены деления шкалы производят аналогичным образом.

Вертикальный контактный интерферометр (рис. 58) имеет жесткие литые основание 4 и стойку 3, по направляющим которой перемещаться при помощи кремальеры 2 кронштейн 1, несущий трубку интерферометра 10. Винт 9 позволяет перемещать шкалу трубки в пределах ±10 делений. На трубке закреплен теплозащитный экран 8. Измерительный стол 7 может перемещаться в вертикальном направлении винтом микроподачи 6 и стопориться в установленном положении винтом 5.

Основное назначение контактных интерферометров – поверка концевых мер длины разрядов 2,3 и 4 и классов 0, 1 и 2. На контактных интерферометрах поверяют также размеры и форму особо точных изделий, например шариков степеней точности 01 и 02 по ГОСТ 3722-81 В настоящее время все более широкое применение находят лазерные интерферометры (рис. 61) - системы, используемые для проверки точностных характеристик технологического оборудования (станков, координатно-измерительных машин, подвижных механизмов).

Лазерный интерферометр и схожие по принципу действия системы используются на европейских и мировых предприятиях уже более 25 лет.

Лазерный интерферометр HPJ-3D был создан в 2011г. и представляет собой устройство в котором внедрены последние наработки и технические решения в области лазерных измерений.

Область применения лазерных интерферометров:-измерение геометрии машин. -плоскостные измерения.-измерение параллельных осей. -угловое позиционирование.-измерение вибраций.-измерение прямолинейности.

-измерение перпендикулярности.-измерение малых углов.-измерение очень быстрых передвижений.-измерение в вакууме.автокалибровка указателей резервуара.

 

20. Оптические однокоординатные приборы, предназначенные для линейных измерений методом сравнения с помощью штриховых мер длины. Катетометры. Классификация. Устройство. Принцип действия. Основные метрологические характеристики. Трансверсальная сетка.

Схемы измерения линейных размеров оптическими приборами с помощью штрихов, представлены на рис. 62.

Рис 62. Схема измерения оптическими приборами

Штриховая меры представляет собой стеклянную шкалу изготовленную намного точнее, чем металлическая штриховая мера, что дает возможность получать отсчет от 0,01 до 0,001мм. Штрихи основной шкалы переносятся в плоскость, промежуточное изображение в котором расположено отсчетное устройство (трансверсальная сетка, спиральный окулярный микрометр, оптический микрометр и т.д.).Катетометры служат для измерения длины вертикальных отрезков, находящихся на некотором расстоянии от измерителя и недоступных для непосредственного измерения другими средствами.Катетометр представляет зрительную трубу, установленную горизонтально, которая может перемещаться вдоль колонки со шкалой, с трубой жестко связан микроскоп. Подвижная часть уравновешивается противовесом. Шкала освещается специальным осветителем. Для установки колонки в вертикальное положение она закреплена на треножнике с подъемными винтами, на котором установлен уровень. Зрительная труба фокусируется на объект с помощью насадных линз и механизма фокусировки.Технические данные катетометра КМ-6.- Пределы удаления от объекта 340-969мм,- Пределы измерения 0+400мм.- Увеличение трубы 20,5;12,8 х- Увеличение микроскопа 62,5 х- Цена деления шкалы 1мм

Катетометры трансверсальной сетки.Катетометры предназначены для бесконтактного измерения вертикальных и горизонтальных координат, расположенных в местах труднодоступных для непосредственного измерения. Принцип их действия основан на сравнении измеряемой длины с миллиметровой шкалой, закрепленной в стойке, путем двух точек объекта между которыми находится исконный размер. Микроскоп расположен на перемещаемой каретке , а в каретке так же закреплена масштабная сетка растового типа. Она построена по принципу поперечного масштаба ГОСТ 13495, применяемый для определения расстояний на топографических картах и планах.Высота сетки соответствует интервалу миллиметровой шкалы, разделена с обеих сторон на 10 частей. Эти деления соединены светлыми наклонными полосками со смещенной на одно деление с одной стороны. По ширине, сетка так же разделена на 10 равных частей, соединенных с верхними вертикальными полосками.Размер до 0,001 мм, может быть отсчитан на глаз, при многократном отсчете. В соответствии с ГОСТ19719 катитометр должен изготавливаться двух типов:

В- для измерения вертикальных координат.

У- универсальный с приспособлением для измерения горизонтальных координат.Предел измерения следует выбирать из ряда с предпочтительными размерами 160 мм, 320 мм, 630 мм, 1250 мм.Цена деления отсчетного устройства: 0,01 мм.Допустимая погрешность катетометров, при измерении по образцовым шкалам не должны превышать ±( 10+ L/100) мкм, от 40 до 320 мм. ± ( 10+ L/50) мкм по шкале более 320 мм. L- расстояние от переднего торца объектива трубы, до объекта измерения в мм.


Дата добавления: 2019-07-17; просмотров: 3139; Мы поможем в написании вашей работы!

Поделиться с друзьями:






Мы поможем в написании ваших работ!