Контрольні питання

1. На якій теорії ґрунтується принцип дії інтерференційних ЗВТ?

2. Які джерела світла використовують для інтерференційних ЗВТ?

3. Поясніть правила визначення розмірів і відхилень за допомогою інтерференційних засобів вимірювання.

4. Перелічіть ЗВТ, у яких використовують інтерференцію світла.

5. Розміри та відхилення форми поверхонь яких виробів вимірюють шляхом інтерференції світла?

6. Яку чутливість і точність забезпечують інтерференційні ЗВТ?

7. Для яких вимірювань використовують лазери?

8. Охарактеризуйте лазерний калібратор.

9. Яку точність вимірювання забезпечують лазерні калібратори та від чого вона залежить?

10. Що таке голографічна інтерферометрія?

11. Поясніть принцип дії фотоелектричних ЗВТ.

12. Для чого використовують вимірювальні растри?

13. Перелічіть фотоелектричні ЗВТ.

14. Поясніть принцип дії первинних струнних перетворювачів і ЗВТ.

15.Яку точність забезпечують струнні вимірювальні

5. Вимірювання та контроль параметрів шорсткості поверхні

Кількісну оцінку параметрів шорсткості поверхонь виробів роблять безконтактним способом за допомогою оптичних засобів вимірювання (мікроскопів, мікроінтерферментів тощо) та контактним способом засобами вимірювання з голчастими вимірювальними головками (профілометрами, профілографами тощо).

Рис.5.1. Схема безконтактного оптичного профілометру.

Завдяки оптичним засобам вимірювання визначають параметри шорсткості R_г і R_тах у межах від 0,1 до 320 мкм, S і S_m— від 0,001 до 6,3 мм, а за допомогою голчастих профілографів і профілометрів залежно від типу вимірювального засобу — параметри R_л від 0,008 до 100 мкм, R_г і R_тах від 0,025 до 250 мкм, S і S_т від 0,03 до 12,5 мм і_р від 0 до 100% .

У безконтактних оптичних вимірювальних засобах, принцип дії яких полягає у вимірюванні параметрів шорсткості за проекцією світлового перерізу досліджуваної поверхні за допомогою нахиленого світлового плоского променя (рис.5.2), світловий промінь проходить від джерела світла 1 через діафрагму 2 з вузькою щілиною, конденсор 3 і проектує світлу смужку поверхні 4 за допомогою об'єктиву 5 у фокальну площину окуляра 6.

Рис.5.2.Оптична схема мікроскопа, а - щілина.

Висоту мікронерівностей знаходять за допомогою окуляра-мікрометра. Отримують світлову криву нерівностей поверхні (з тінями від виступів), розміри якої визначають за прозорою шкалою мікрометра.

Принцип дії інтерферометрів полягає у використанні інтерференції світлових променів, відбитих від зразкової та вимірюваної поверхонь. Форма інтерференційних смуг залежить від виду та висоти нерівностей поверхонь. Зображення поверхні разом з інтерференційними смугами розглядають в окуляр інтерферометра (рис.5.3), а висоту нерівностей її профілю R (чи інші параметри шорсткості поверхні) визначають за співвідношенням викривлення інтерференційних смуг а до ширини їх інтервалу b як

(5.1)

Рис.5.3. Зображення поверхні в окулярах інтерферометра.

Для довжини хвилі джерела світла  = 0,550 мкм, R= 0,275·a/b. Значення а і b визначають наближено або за допомогою окулярного мікрометра.

Принцип дії растрових мікроскопів полягає в утворенні муарових смуг від накладання зображень елементів двох періодичних структур (слідів оброблення та дифракційних ґраток), а мікронерівності поверхонь визначаються ступенем спотворення муарових смуг.

У контактних засобах вимірювання шорсткості поверхонь за допомогою голчастих головок для визначення параметрів нерівностей використовують вертикальні коливання голки 1 (гострого алмазного наконечника), що рухається по досліджуваній поверхні (рис.5.4). Ці коливання передаються коромислу 4, що може хитатися на опорі 3 і змінювати проміжок (магнітний опір) в обох колах магнітопроводу 7 диференційного трансформатора. Це зумовлює відповідні електричні імпульси в електричних мотках 6, що живляться від джерел електричного струму 2 і 5 з частотою 10 000 с-¹.

Рис.5.4.Схема контактного профілометра, профілографа.

Хитання коромисла перерозподіляє індуктивності, змінюючи відповідно вихідну напругу диференційного трансформатора, ам­плітуда якої характеризує висоту мікронерівностей вимірюваної поверхні, а частота (залежно від заданої швидкості протягування вимірювальної головки) — їх крок

Рис.5.5. Блок – схема механотронного профілометра.

Електричні сигнали підсилюються у блоці 8 і передаються у блок оброблення інформації 9, а далі — у записувальний чи показувальний блок 10.

Замість магнітно-індуктивного використовують також механотронні, п'єзоелектричні перетворювачі переміщень голки в електричні сигнали. Як показувальні та записувальні засоби використовують аналогові або цифрові прилади. Схема механотронного профілометра зображена на рис.5.5. У ньому алмазна голка закріплена на кінці вимірювального щупа, який за допомогою тонкої анодом механотрона 1. Вимірювальний щуп переміщають із заданою сталою швидкістю вздовж досліджуваної поверхні. Електричні сигнали з механотрона подають на підсилювач 2, випрямляч .3 інтегратор 4 та показувальний блок 5. Живлення всіх ланцюгів мохаотрона забезпечує блок 7, а реле часу 6 — частотну характеристику параметрів шорсткості, задаючи довжину трасування (робочого руху) щупа вимірювальної головки.

Для вимірювання шорсткості важкодоступних внутрішніх поверхонь застосовують імерсійно-репліковий інтерферометр, на якому вимірюють параметри шорсткості не самої досліджуваної поверхні, а її відбитка (репліки).

За стандартами еталон шорсткості поверхонь забезпечують за допомогою засобів, серед яких джерело монохроматичного випро­мінювання першого розряду (газовий лазер), мікроінтерферометр, пристрій для об'єктивного наведення, засоби вимірювання лінійних переміщень і зразкова міра шорсткості.

Оскільки і сам процес вимірювання і ЗВТ складні й дорогі, то їх використовують для вимірювання та контролю параметрів шорсткості тільки відповідальних за функціональним призначенням поверхонь на дібраних з окремих партій виробах. Шорсткість менш відповідальних поверхонь виробів не контролюють зовсім, або забезпечують шорсткість поверхонь відповідними технологічними способами та режимами оброблення.

Вимірювання та контроль параметрів шорсткості поверхонь є технічно складним завданням, оскільки до сьогодні відсутні прості та надійні засоби для вимірювання мікронерівностей поверхонь різної форми та величини із високою точністю. Через технічні труднощі перелічені вище засоби переважно дають умовні значення параметрів шорсткості або мають малу точність. Тому часто на практиці шорсткість поверхонь визначають за допомогою простіших та дешевих способів вимірювання, наприклад, порівнюючи їх візуально чи на дотик з еталонними зразками (ГОСТ 9378-93), виготовленими із заданих матеріалів, за допомогою заданих способів оброблення тощо.

Для підвищення точності визначення параметрів шорсткості поверхонь застосовують спеціальні щупи, порівнювальні мікроскопи та прозорі лінзи. На еталонні зразки шорсткості поверхонь наносять цифрові значення шорсткості, переважно за параметром R_а. Зразки шорсткості виготовляють як пластинки з розмірами 10x20 чи 15x30 мм і комплектують у набори за матеріалами, способами їх оброблення тощо. Для обмеженого асортименту ви­робів формують переносні набори типу блокнотів.

Якісну оцінку шорсткості поверхонь конструктори, технологи та кваліфіковані робітники виконують на підставі набутого виробничого досвіду. Часто параметри шорсткості визначають за способом отримання поверхонь виробів. Наприклад, за допомогою різання матеріалів поверхні отримують у 1-4 етапи оброблення (чорновий, напівчистовий, чистовий та кінцевий, яким може бути фінішний чи оздоблювальний етапи). Беручи до уваги, що параметр Е_а за стандартом може мати значення 0,008... 100 мкм і поділивши цей діапазон умовно на чотири піддіапазони за пара­метром шорсткості, наближено можемо прийняти такі значення параметра R_а для кожного з етапів оброблення: 10...100 мкм для чорнового, 1...10 мкм для напівчистового, 0,1...1 для чистового та 0,1.„0,01 мкм для кінцевого.