Контрольні запитання та завдання

1. Класифікація механічних і оптико-механічних вимірювальних засобів.

2. Метрологічні характеристики важільних скоб та мікрометра, мініметра і оптиметра.

3. Відносний метод вимірювання, його суть і застосування.

4. Методики налагоджування важільної скоби та мікрометра, мініметра і оптиметра на заданий номінальний розмір.

5. Застосування механічних і оптико-механічних вимірювальних засобів для вимірювання, сортування і дефектування деталей.

Лабораторно-практична робота №7 вимірювання розмірів і форми деталей та шорсткості їх поверхонь

Мета роботи - ознайомлення з будовою і принципом роботи мікроскопів і придбання практичних навичок з налагодження та вимірювання деталей на мікроскопах.

Загальні відомості

Мікроскопи інструментальні належать до групи оптико-механічних вимірювальних засобів, які призначені для вимірювань у прямокутній і полярній системах координат лінійних і кутових розмірів.

Мікроскоп інструментальний складається з візирного мікроскопа, яким фіксують точки на вимірюваному предметі, і стола, який слугує для встановлення заданого предмета. Взаємне зміщення цих двох вузлів здійснюють за допомогою відлікових пристроїв, які виконано у вигляді мікрометрів або відлікових мікроскопів.

Найбільш поширені такі типи цих мікроскопів:

1. Малий мікроскоп інструментальний ММИ.

2. Великий мікроскоп інструментальний БМИ.

3. Бінокулярний інструментальний мікроскоп БИМ.

4. Універсальні вимірювальні мікроскопи УИМ-21; УИМ-22; УИМ-23; УИМ-24; УИМ-25.

Ціна поділки шкали мікроскопів – 0,005...0,0005 мм; кутомірної головки – 1^/; ноніуса кругового стола – 3^/. Гранична похибка відліку ±0,003...0,001 мм. Метод вимірювання мікроскопами – безконтактний.

Інструментальний мікроскоп БМИ (рис. 37) складається з основи 1, освітлювача 2, стола 3, стояка 4, кронштейна 5, окулярної головки 6, тубуса 7, об’єктива 8, гвинта нахилу стояка 9, круглого поворотного стола 10, мікрометричних головок (поздовжнього переміщення 11 і поперечного переміщення стола 12).

Рис. 37. Інструментальний мікроскоп БМИ

Плоскі вироби під час вимірювання встановлюють на скло стола, а циліндричні і конічні – у центрах або у V-подібних призмах.

Контур виробу розглядають через окуляр 1 окулярної головки (рис. 38, а). Зображення контуру деталі проектується на штрихову пластинку (рис. 38, б), розміщену в корпусі 3 окулярної головки. Поворот штрихової пластини здійснюють рукояткою 5. Кут повороту визначають за круговою шкалою, освітченою дзеркальцем 4, і спостерігають через кутомірний окуляр 2.

Рис. 38. Окулярна головка (а) і зображення контуру деталі (б).

Оптичну схему мікроскопа БМИ зображено на рис. 39.

Світло лампи 1 освітлювача направляють через конденсатор 2, світлофільтр 3, діафрагму 4, дзеркало 5, лінзу 6 і предметне скло 10 на вимірюваний об’єкт. Тіньовий контур об’єкта проектують об’єктивом 7 на площину сітки 11 окулярної головки. Зображення розглядають через окуляр 12. Кут повороту сітки 11 визначають за кутовою шкалою лімба 14 з відліковим пристроєм 13. Позиція 8 – поворотна призма, 9 і 10 - захисні скла.

Межі вимірювання в напрямах: поздовжньому – 150 мм; поперечному – 50 мм; вертикальному – 100 мм. Ціна поділок шкал: для вимірювання довжини – 0,005 мм, кутомірної головки – 1^/, ноніуса стола – 3^/. Найбільший діаметр виробу: у центрах – 85 мм; у призматичних опорах – 130 мм. Збільшення мікроскопа: 10^х, 15^х, 30^х, 50^х.

Шорсткість поверхонь деталі вимірюють безконтактним і контактним методами.

До безконтактних слід зарахувати: метод світлового перерізу, тіньової проекції, метод із застосуванням растрів тощо.

Принципову схема методу світлового перерізу зображено на рис. 40. Освітлена вузька щілина проектується мікроскопом А₁ на поверхні Р₁ і Р₂, утворюючи сходинку висотою Н. Зображення щілини на поверхні Р₁ займає положення S^´₁, а на поверхні Р₂ – положення S^´₂. У полі зору мікроскопа А₂ зображення щілини матиме вигляд світлової сходинки. Розмір сходинки є мірою висоти нерівностей. О₁ і О₂ – об’єктиви мікроскопів А₁ і А₂. До приладів побудованих на методі світлового перерізу, відносять: ПСС, ПСС-2, МИС-11.

Рис. 39. Оптична схема Рис. 40. Схема методу

мікроскопа світлового перерізу

Принцип тіньової проекції є видозміненим принципом світлового перерізу, в якому межа між світлом і тінню створюється лезом ножа.

Представником приладів тіньової проекції є ПТС-1.

Суть растрового методу вимірювання шорсткості поверхні полягає в розглядуванні досліджуваної поверхні в мікроскопі і одночасному накладанні на зображення муарової картини. Із скривлення муарових смуг роблять висновок про величину нерівностей. Представником приладу з растровим методом вимірювання є ОРИМ-1.

Представниками інтерференційних приладів для вимірювання шорсткості поверхні є мікроінтерферометри (МИИ-4; МИИ-9; МИИ-10; МИИ-12).

Подвійний мікроскоп МИС-11 (рис. 41) складається з основи 4, предметного стола 3, який фіксують стопорним гвинтом 2. На стояку 11 закріплено кронштейн 10 з полозками 8, на яких закріплено два мікроскопи: мікроскоп спостереження 6 і проекційний 14. Для переміщення полозок слугує гвинт 9, а для мікрофокусування – гвинт 7. У проекційному мікроскопі є прямолінійна щілина, яка освітлюється. Зображення щілини проектують на поверхню деталі 4 і розглядають мікроскопом спостереження, спорядженим окулярним мікрометром 5 і окуляром із 15 – кратним збільшенням.

Освітлюючий тубус споряджено регулювальним кільцем 15 і гвинтом 16. Переміщення стола здійснюють мікрометричними головками у двох взаємно перпендикулярних напрямках. Кронштейн 10 переміщують по стояку за допомогою гайки 13 і закріплюють стопорним гвинтом 12.

Межі вимірювання висоти нерівності R_Z від 80 до 1,6 мкм. Похибка приладу від ±4 до ±24%. Збільшення мікрооб’єктива – 5,8^х...34,5^х. Загальне збільшення приладу – 87^х...517^х.

До контактних приладів для вимірювання шорсткості поверхонь належать щупові (профілометри і профілографи).

До індуктивних приладів належать: моделі 201, „Калибр-ВЭИ”, 240, 252 і 261; знаходяться в експлуатації, але вже не випускаються інструментальною промисловістю профілометри КВ-7, ПЧ-2, ДБ-1.

Рис. 41. Подвійний Рис.42. Вимірювання зовнішнього

мікроскоп МИС-ІІ і внутрішнього діаметрів різьби.

Зазначимо, що у виробничих умовах широко розповсюджений метод контролю шорсткості поверхні порівнянням виробу з атестованою деталлю або із стандартним зразком шорсткості. Цей метод не дає числової оцінки шорсткості, але дозволяє робити якісну оцінку візуально (на око) або на дотик (нігтем), з допомогою лупи чи спеціального мікроскопа поверхню деталі порівнюють з поверхнею зразка (еталону).

Обладнання, матеріали та інструмент

1. Мікроскоп великий інструментальний БМИ.

2. Подвійний мікроскоп МИС-ІІ.

3. Плоско-паралельні кінцеві міри довжини.

4. Еталони шорсткості поверхні.

5. Різьбовий калібр-пробка, деталі з різьбовою поверхнею.

6. Плакати, таблиці граничних розмірів та відхилень діаметрів різьб і калібрів на їх виготовлення.

Послідовність виконання роботи

інструментальним мікроскопом

Підготовку мікроскопа (див. рис. 37) до вимірювання і вимірювання на ньому здійснюють у такій послідовності:

1. Перевіряють правильність положення осі центрів (при базуванні деталі на центри).

2. Встановлюють деталь у центри для подальшого контролю.

3. Досягають чіткого зображення профілю деталі в окулярі мікроскопа (переміщенням поворотного стола 3, тубуса 7 і об’єктива 8).

4. Поворотом гайки 5 оптичного лімба (див. рис. 38) суміщують нуль рухомої шкали кутомірного окуляра з нулем нерухомої шкали мікроскопа.

5. Суміщують горизонтальну лінію штрихової пластини з віссю контрольованої деталі або з її зовнішнім діаметром (поворотом столика мікроскопа) і стопорять поворотний столик.

Вимірювання параметрів різьбового калібра–пробки: зовнішнього і внутрішнього діаметрів різьби (калібра-пробки):

1. Суміщують мікроголовкою 12 (див. рис. 37) горизонтальну лінію штрихової пластини з виступами різьби (положення І, див. рис.42) і за ноніусом механізму поперечного переміщення стола зчитують значення заміру.

2. Переміщують столик з деталлю до суміщення виступів різьби з протилежного боку з горизонтальною лінією (положення ІІ, рис. 42) і за ноніусом механізму поперечного переміщення стола зчитують значення заміру.

Зовнішній діаметр різьби (d) дорівнює різниці відліків (І і ІІ положень, рис.42).

Методика заміру внутрішнього діаметра різьби (d₁) аналогічна заміру зовнішнього діаметра (d).

Внутрішній діаметр різьби (d₁) дорівнює різниці відліків (ІІІ і ІV положень, рис. 42);

середнього діаметра різьби:

1. Поворотом гайки оптичного лімба 5 мікроскопа (див. рис.38) суміщують вертикальну пунктирну лінію штрихової пластини з лівого боку профілю різьби (положення І, рис. 43) і за лімбом механізму поперечного переміщення стола зчитують значення заміру.

2. Переміщенням стола мікроскопа (рис. 37) мікрометричною головкою 12 суміщують пунктирну лінію з правим боком профіля різьби (положення ІІ, рис. 43) і зчитують значення заміру.

Середній діаметр різьби (d₂^л) дорівнює різниці відліків (І і ІІ положень, рис. 43).

Рис. 43. Вимірювання середнього діаметра різьби.

Аналогічно вимірюють середній діаметр d₂^п.

Середній діаметр різьби (d₂^п) дорівнює різниці між відліками (положення ІІІ і ІV, рис. 43).

Дійсний середній діаметр різьби можна підрахувати за формулою:

;

кроку різьби:

1. Поздовжнім переміщенням столика і поворотом гайки оптичного лімба суміщують вертикальну пунктирну лінію пластини з лівим боком профілю крайнього правого витка (положення І, рис. 44) і за лімбом механізму поздовжнього переміщення стола зчитують значення першого заміру.

Рис. 44. Вимірювання кроку різьби

2. Переміщують стіл до суміщення пунктирної лінії з лівим боком профілю крайнього лівого витка різьби (положення ІІ рис.44) і за лімбом механізму поздовжнього переміщення стола зчитують зазначення другого заміру (положення ІІ).

Різниця між першим і другим відліками дорівнює n кроків різьби по лівому боці профілю (Р_n1).

3. Аналогічні вимірювання виконують і для правого боку профілю різьби (положення ІІІ і ІV, рис.44), де визначають n кроків різьби по правому боці профілю Р_n2.

Середній крок різьби підраховують за формулою:

;

половини кута профілю різьби:

1. Поворотом гайки оптичного лімба 5 (див. рис. 38) суміщують нуль рухомої шкали з нулем нерухомої шкали кутомірного окуляра мікроскопа.

2. Поздовжнім і поперечним переміщенням столика і повором гайки оптичного лімба 5 суміщують вертикальну пунктирну лінію штрихової пластини з лівим боком профілю різьби (положення І, рис. 45) і за шкалою кутової окулярної головки зчитують кут |^α/₂ |₁.

3. Поперечним переміщенням стола суміщують пунктирну лінію з цим же профілем з протилежного боку профілю різьби (положення ІІ, рис.45) і за шкалою кутової окулярної головки зчитують кут | ^α/₂ | ₂.

Рис. 45. Вимірювання кутів профілю різьби

Аналогічні заміри виконують і для правого боку кута профілю різьби (положення ІІІ і ІV, рис. 45), де визначають кути |^α/₂ |₃ і |^α/₂ |₄. Половину кута профілю лівого і правого боків визначають за формулами:

; .

Відхилення половини кута профілю в різьбі підраховують за такою формулою:

.

Визначення параметрів шорсткості поверхні

Шорсткість поверхонь можна визначити контактним і безконтактним методами або шляхом порівнювання стандартних зразків шорсткості з поверхнею досліджуваної деталі.

При вимірюванні шорсткості поверхні користуються регламетованими документами на параметри шорсткості поверхні, зокрема ДСТУ 2413-94. Характерний профіль (рельєф) поверхні деталі зображено на рис. 46 у вигляді профілографи, одержаної внаслідок вимірювання.

Рис. 46. Профілографа шорсткості поверхні

В основу нормування та оцінки шорсткості поверхні покладено систему середньої лінії профілю т – система М, яка відповідає рекомендаціям ІSO і врахована в чинних стандартах РЕВ 638-77 та ГОСТ 2789-73. Згідно з ними для оцінки шорсткості поверхні передбачено висотні параметри R_а, R_Ζ і R_тах, крокові параметри S_m і S та параметр форми t_р. Крім цього, ГОСТ 2789-73 встановлює додаткові висотні параметри R_q і R_jn та параметри форми ∆_q і ∆_а, а також умовні позначення на кресленнях і схематичне їх зображення.

Середнє арифметичне відхилення профілю визначають за формулою:

,

де ι – базова довжина; n – число сумованих відхилень профілю; у – відхелення профілю від середньої лінії.

Висоту нерівностей профілю за десятьма точками підраховують за формулою:

,

де H max_і – висота і-го найбільшого виступу профілю; H min_і – глибина і-ї найбільшої впадини профілю; h max_і – відстань від вищої точки і-го найбільшого виступу до лінії, паралельної середній лінії; h min_і - відстань від нижчої точки і-ї найбільшої впадини до лінії, паралельної середній лінії.

Найбільшу висоту нерівностей профілю можна визначити за формулою:

R_max=H_max+ H_mіn ,

де H_max – глибина найбільшого виступу; H_min – глибина найбільшої впадини.

Середній крок нерівностей профілю визначають за формулою:

,

де n – число кроків у межах базової довжини; S_mi – крок нерівностей профілю.

Середній крок нерівностей по вершинах профілю визначають за формулою:

,

де n – число кроків нерівностей по вершинах у межах базової довжини l; S_i – крок нерівностей профілю по вершинах.

Відносну опорну довжину профілю підраховують за формулою:

,

де η_р – сума довжин відрізка в_і, що відпускаються на заданому рівні профілю деталі лінією, рівновіддаленою до середньої лінії у межах базової довжини.

де n – число довжин відрізків, що відтинаються лінією m_p, яка перетинає профіль (див. рис. 46).

Додаткові висотні параметри:

R_q – середнє квадратичне відхилення профілю;

R_jn – середнє значення висотного параметра профілю.

Додаткові параметри форми:

∆_q – середній квадратичний нахил профілю;

∆_а – середній арифметичний нахил профілю.

Послідовність виконання роботи

подвійним мікроскопом :

вимірювання шорсткості поверхні деталі.

1. Протерту тканиною деталь встановлюють на предметний столик 2 (див. рис. 41), потім за допомогою гвинта тонкого наведення 6 в окулярі подвійного мікроскопа наводять різкість зображення.

2. Поворотом барабана окулярного мікрометра і предметного столика суміщують горизонтальну лінію перехрестя окулярного мікрометра з вершинами мікронерівностей поверхні деталі (положення І, рис. 47) і на барабані зчитують числове значення першого заміру.

Рис. 47. Вимірювання шорсткості поверхні

3. Переміщенням барабана окулярного мікрометра суміщують горизонтальну лінію перехрестя з впадинами мікронерівностей поверхні деталі (положення ІІ, рис.47) і зчитують числове значення другого заміру.

4. Визначають різницю показів а на барабані другого заміру за формулою:

,

де b – величина зображення нерівностей профілю в площині сітки окуляра; – множник, обумовлений переміщенням перехрестя окулярного мікрометра під кутом 45º до вимірюваного об’єкта.

Висоту нерівностей підраховують за формулою:

де а – різниця показів, взята із барабана, мм; N – збільшеня об’єктива мікроскопа (5,9^х; 10,5^х; 18^х; 34,5^х кратн.).

Аби отримати висоту нерівностей профілю поверхні в мкм, необхідно величину а помножити на 10.

У такій же послідовності виконують 10 замірів у різних місцях деталі.

Висоту нерівностей профілю поверхні деталі за десятьма точками визначають за формулою:

,

де Н₁, Н₂ ... Н₅ – висота нерівностей профілю за кожним заміром;

5 – кількість нерівностей профілю.

5. За виміряним значеннями R_Ζ з таблиць встановлюють клас шорсткості досліджуваної поверхні деталі.

Зміст звіту

1. Заповнити звітну форму результату вимірювань (форма 7 – завдання І, ІІ).

2. Заповнити таблицю метрологічних характеристик інструментального мікроскопа БМИ і подвійного мікроскопа МИС-11 (форма 7).

3. Виконати оптичну схему мікроскопів БМИ і МИС-11.