Теоретичний матеріал до теми 8. Лекція 13 "Оптико-механічні прилади. Конструкція та принцип дії"

1. Конструкція та принцип дії оптиметра

Оптиметри належать до важільно-оптичних вимірювальних прила­дів. Робота оптиметра заснована на принципі автоколімації. В основу цього принципу покладено властивість об’єктива перетворювати пучок променів, що виходять з джерела світла, розташованого в фокусі об’єктива, у пучок паралельних променів, а потім збирати цей пучок, від­битий від дзеркала, у тому самому фокусі об’єктива. Оптичну систему оптиметра вмонтовано в трубку, зігнуту під прямим кутом (рис. 1.1, а і б). Промені світла від джерела світла (електричної лампочки) 7 з допомогою дзеркала 6 спрямовуються на тригранну призму 5, проходять через неї і потрапляють на шкалу, нанесену на плоску скля­ну пластинку 4. Ця шкала зміщена в горизонтальному напрямі відносно головної оптичної осі. На шкалі є ±100 поділок довжиною 0,08мм

Рисунок 1.1 - Вертикальний оптиметр (а) і його схема (б): 1 - вимірювальний стержень; 2 - пружина; 3 - окуляр; 4 - скляна пластинка з шкалою;

5 - тригранна призма; 6 - дзеркало; 7 - джерело світла: 8 - призма;

9 - об’єктив; 10 - дзеркало; 11 - вісь; 12 - трубка опти­метра; 13 - відвідний важіль (аретир)

Пучок променів проходить на шкалу 4, потім через заломну призму 8 і об’єктив 9 на дзеркальце 10, яке може відхилятися під дією вимірюваль­ного стержня 1, нижній кінець якого дотикається до вимірюваного виро­бу. Промені, які відбилися від дзеркала 10, проходять через об’єктив і заломну призму на шкалу 4 із зміщенням у вертикальному напрямку від­носно головної оптичної осі. Величина зміщення відбитої шкали у верти­кальному напрямку, що спостерігається в окулярі 3 приладу, залежить від кута нахилу дзеркала 10. Розмір цього переміщення оцінюють відносно нерухомого покажчика. За переміщенням шкали спостерігають через окуляр 3. Дзеркало 10 з’єднане з вимірювальним стержнем 1 пружиною 2, яка створює вимірювальне зусилля. В трубці оптиметра передавальне число становить 80. Це означає, що при переміщені вимірювального стержня 1 на 1мкм зображення шкали переміститься на 80 мкм, але оскільки відлік провадиться через 12-кратний окуляр, то загальне збільшення трубки оптиметра буде не 80, а 960 (80 × 12 = 960). Таким чином, переміщення вимірювального стержня на 0,001мм викличе зміщення зображення шкали на одну поділку, дов­жина якої в полі окуляра становить 0,96мм (0,08 × 12 = 0,96). Ціна поділ­ки шкали трубки оптиметра становить 0,001мм, а межі вимірювання за шкалою ±0,1мм. Зображення шкали спостерігають через окуляр, як правило одним оком, що втомлює контролера. Для полегшення відліку на окуляр встано­влюють спеціальну проекційну насадку, на екрані якої можна спостеріга­ти зображення шкали двома очима. Похибки принципової схеми оптиметра внаслідок її недосконалості становлять 0,01 мкм, а загальні похибки оптиметра, що зумовлені неточ­ністю виготовлення, складання і юстирування, можуть досягти 0,3 мкм

Юстирування – операція, що полягає у зміненні взаємного розташуван­ня деталей і вузлів вимірювального приладу шляхом спеціально передбаче­них в конструкції приладу юстирувальних пристроїв з метою забезпечення вимог щодо точності, встановлених технічними умовами

Трубка оптиметра є головною частиною приладу. Якщо її встановити на вертикальному стояку, то це буде вертикальний оптиметр (рис. 1.1, а), а якщо на горизонтальному стояку – то горизонтальний оптиметр

2. Особливості застосування оптиметра

Оптиметри застосовуються при вимірюваннях, які вимагають високої точності, наприклад, вимірювання калібрів, переатестація кінцевих мір довжини. Вертикальний оптиметр призначений для вимірювання зовнішніх розмірів, а горизонтальний – для вимірювання як зовнішніх, так і внутрі­шніх розмірів Оптиметри, як і інші вимірювальні головки, мають одну вимірювальну поверхню - вимірювальний наконечник, тому їх викорис­товують з іншими приладами, найчастіше з стояками (рис. 1.1)

Перед початком вимірювання прилад потрібно налагодити на нуль за блоком кінцевих мір довжини або за еталонною деталлю. Розмір блока повинен дорівнювати номінальному розміру вимірюваної деталі,  при цьому нульова позначка зображеної шкали повинна збігатися з покажчи­ком. Після цього натисканням на аретир 13 підіймають вимірювальний стержень 1, видаляють блок мір і замість нього на предметний столик встановлюють вимірювану деталь так, щоб при відпущеному аретирі 13 вимірювальний наконечник дотикався до її поверхні. Повільно переко­чуючи деталь (якщо деталь циліндричної форми) по предметному столи­ку, визначають найбільше (вправо) відхилення стрілки, яке буде відпові­дати відхиленню розміру деталі від номінального його значення. Дійсний розмір деталі визначають як алгебричну суму номінального розміру, за яким був встановлений мініметр на нуль, і відліку за шкалою оптиметра з урахуванням знаку відхилення стрілки від нульового її поло­ження