Дипломная работа: Измерительный контроль

Погрешность измерения в основном оказывает влияние непостоянство атмосферного давления на измеряемой поверхности (перепад давления в одну миллионную от нормального атмосферного давления создает разность уровней на открытой поверхности воды 0.01 мм).

2.5.2 Метод сообщающихся сосудов

Метод сообщающихся сосудов реализован в специальных измерительных средствах, получивших название гидростатические уровни (рис.13).

рис.13.

Уровень состоит из двух и более измерительных головок (рис.14) – резервуаров, соединенных между собой гибкими шлангами. Измерительная головка(рис.13 и14) представляет собой небольшой закрытый резервуар, в верхней части которого установлена микропара 1, которая в принципе представляет собой специальную конструкцию микрометрического глубиномера.

В нижней части головки имеют канал для соединения между собой с помощью шлангов 3 (рис.13). Измерительные головки вместе с нижним шлангом образуют систему сообщающихся сосудов. С помощью верхних шлангов 2 создается воздушная сеть для изолированной системы с одинаковым давлением в резервуарах.

рис.14.

При измерении с помощью двух головок одну из них располагают в какаой-либо точке измеряемой поверхности, а вторую переставляют в другие измеряемые точки поверхности и каждый раз снимают отсчет по обоим микровинтам. Длина измеряемых поверхностей до 12 и до 24 м.

Погрешность измерения не превышает обычно ±0.01 мм.

2.6 Измерение отклонений от плоскостности с помощью оптико-механических приборов

Принцип измерения плоскостности с помощью оптико-механических приборов заключается в использовании луча света в качестве прямой линии и измерений либо положения этой прямой, либо положение точек профиля от этой прямой.

2.6.1Измерение отклонений от плоскостности коллимационным и автоколлимационным методами

Автоколлиматоры и коллиматоры применяются для измерения плоскостности шаговым методом и методом оптического визирования.

При измерении шаговым методом (рис.15.) на проверяемую поверхность накладывают подставку с двумя опорами, на которой укреплено плоское зеркало 1; автоколлиматор 2 устанавливают рядом с проверяемой поверхностью. Ось автоколлиматора должна быть перпендикулярна к зеркалу и находиться на одной высоте с осью зеркала. В этом случае отраженное от зеркала изображение марки автоколлиматора (прозрачное перекрестие на темном поле или др.) занимает осевое положение в поле зрения окуляра.

При перемещении подставки с зеркалом по проверяемой поверхности отклонения от плоскостности вызывают наклоны зеркала, в результате чего изображение марки смещается. Измеряя смещение изображения марки, определяют отклонения точек профиля проверяемой поверхности. Зеркало перемещают каждый раз на расстояние, равное расстоянию между опорами подставки.

рис.15 Измерение отклонений от плоскостности коллимационным методом.

При измерении методом оптического визирования автоколлиматор используют как простая зрительная труба, а вместо зеркала применяется визирная марка (освещенное перекрестие), устанавливаемая в отдельных точках проверяемой поверхности. Смещение перекрестия вызываемые отклонениями от плоскостности, отсчитываются по шкале окуляр-микрометра автоколлиматора.

рис.16 Измерение отклонений от плоскостности автоколлимационным методом

При использовании коллиматора визирную трубу прибора устанавливают рядом с проверяемой поверхностью, а по поверхности перемещают подставку с коллиматором или марку.

2.6.2 Измерение отклонений от плоскостности методом визирования

Принцип измерения плоскостности методом визирования заключается в измерении расстояния от реальной (истинной) поверхности до оптического луча (до оси зрительной трубы).

На методе визирования основан специальный прибор, который называется оптической струной (рис.17).

рис.17.

Оптическая струна состоит из марки I зрительной трубы, включая визирную трубу II и наблюдательный телескоп III. Точечная марка I состоит из лампы 1, нить которой изображается коллектором 2 на точечной диафрагме 3. Марка снабжена пятью точечными диафрагмами для работы на разных расстояниях. Визирная труба состоит из сферического объектива 4 и наблюдательного микроскопа III, снабженного двумя сменными микрообъективами и двумя окулярами с перекрестиями и круговыми сетками. Призма 7 предназначена для измерения направления лучей с целью удобства работы. Изображение диафрагмы 3 точечной марки I с тем или иным увеличением в зависимости от расстояния проектируется объективом 4 в предметную плоскость микроскопа III, микрообъектив 5 которого переносит изображение в плоскость окулярной сетки 8, где его рассматривает оператор через окуляр 6.

Плоскопараллельная пластина 9 является оптическим компенсатором, ее наклоны позволяют измерять смещение точечной диафрагмы 3 с оптической оси.

2.7 Выбор метода контроля плоскостности

По проведенному обзору методов и приборов контроля плоскостности можно сделать выводы.

В основу методов и приборов, применяемых в настоящее время для высокоточного контроля плоскостности, положены механические и оптические принципы. Однако только оптические приборы и методы могут обеспечить высокую точность контроля плоскости и поверхностей большого протяжения.

Механические методы в основном применяются в машиностроении и станкостроении.

При контроле плоскостности с помощью поверочных плит погрешность измерения имеет большой разброс. Она обусловлена не только отклонением формы контролируемой поверхности, но и состоянием поверхности поверочной плиты.

При контроле плоскостности с помощью уровня основными недостатками метода является большая чувствительность к температурным колебаниям.

Оптические методы измерения плоскостности имеют широкое распространение и отличаются универсальностью и надежностью контроля.

Оптические методы контроля плоскостности можно разделить на оптико-механические и оптико-электронные методы.

К оптико-механическим относят измерение отклонений от плоскостности коллимационным и автоколлимационным методам, метод визирования.

Оптико-электронные методы осуществляются с помощью визуальных и фотоэлектронных автоколлиматоров. Оптико-электронными называются приборы, позволяющие получать информацию о геометрических параметрах, пространственном положении и энергетическом состоянии излучающего объекта с помощью энергии излучения, преобразованной в электрический сигнал с последующей его отработкой и регистрацией. Информация об исследуемых объектах переносится оптическим излучением, а первичная обработка сопровождается преобразованием энергии оптического излучения в электрическую при помощи приемника оптического излучения.

Оптико-электронные приборы и методы являются на сегодняшний день самыми перспективными.

Таким образом, по проведенному обзору методов и приборов контроля было разработано оптико-электронное устройство для измерения контроля плоскостности поверхностей. За основу устройства был выбран плоскомер, так как у этого прибора высокая точность измерений, большая протяженность проверяемых поверхностей, надежность в работе и простота в эксплуатации. Измерение отклонений от плоскостности разработанного устройство выполняется шаговым методом контроля. Сущность шагового метода заключается в последовательном измерении смещения отдельных точек проверяемой поверхности относительно предыдущей точки.

При шаговом методе контроля выбор базы зависит от конструкции прибора. При использовании шагового мостика со щупом за базу принимают горизонтальную плоскость, проходящую через начало координат, находящуюся в точке А (рис.18).

рис.18

Оси X и Y лежат в этой плоскости, а Z перпендикулярна к ней. Проверяемую поверхность изделия устанавливают грубо в горизонтальном положении.

Шаговый мостик передвигается по прямым ADи DC (с окончанием измерения в точке С), а затем по прямым ABи BC (то же с окончанием в точке С).

Значения всех точек шагового измерения подсчитываются по формуле(1)

Zi= (1)

Pi- текущие показания измерительного прибора при шаговом измерении;

i - любая из точек (на которые опираются ножки шагового мостика).

После нахождения всех точек сетки контролируемой поверхности заносят в таблицу и приступают к построению графиков в трех координатах, а затем к построению прилегающей плоскости.

3. РАЗРАБОТКА ФУНКЦИОНАЛЬНОЙ СХЕМЫ УСТАНОВКИ

Рис.19 Функциональная схема установки для контроля плоскостности.

Разработанное устройство для измерения отклонения от плоскостности представляет собой систему для контроля величины расстояния от образцовой плоскости до контролируемой плоскости, с целью нахождения погрешности формы этой плоскости.

Функциональная схема установки для контроля плоскостности показана на рис.19.

Устройство для измерения отклонения от плоскостности включает в себя устройство для создания образцовой плоскости и измерительного устройства.

Устройство для создания образцовой плоскости, согласно техническому заданию, должен работать в видимом диапазоне для того чтобы положение этой плоскости можно было контролировать визуально.

Устройство для создания образцовой плоскости состоит из: источника излучения, полевой диафрагмы, светоделительной призмы, объектива, пента-призмы и окуляра.

В качестве источника излучения используется лазерный светодиод, который работает в видимом диапазоне.

Полевая диафрагма используется для формирования пучка лучей.

Светоделительная призма используется для разделения визуального и измерительного канала.

Объектив используется для формирования параллельного пучка лучей.

Вращающаяся пента-призма нужна для сканирования плоскости.

Окуляр используется для наблюдения светового пятна на фотоприемнике.

Измерительное устройство состоит из: приемника излучения, штатива и перемещающихся направляющих, установленных на макроповерхностях и щупа.

Приемник излучения прикреплен на штатив.

В качестве приемника излучения используется координатный фотоприемник.

Координатным фотоприемником называется фотоприемник, по выходному сигналу которого определяют координаты светового пятна на фоточувствительной поверхности.

Разработанное устройство для измерения отклонения от плоскостности работает следующим образом.

Перед проверяемой деталью устанавливается устройство для создания образцовой плоскости, а на измеряемую поверхность измерительное устройство. Перед проведением измерения необходимо провести согласование образцовой плоскости и контролируемой по расположению в пространстве, по относительному заклону и начальному смещению. В качестве образцовой плоскости выбирается плоскость, полученная вращением луча относительно перпендикулярной ему оси, т.е. надо отрегулировать положение приемника таким образом, чтобы луч проходил через три точки находящиеся на максимальном расстоянии. После этого производится измерение отклонения от плоскостности. Измерение отклонения от плоскостности производится шаговым методом.

Свет от источника излучения коллимируется объективом и пройдя сканирующую систему, попадает на приемник излучения. Измерительная система перемещается вдоль контролируемой поверхности. Приемник излучения измеряет смещение щупа относительно базовой плоскости. При отсутствии отклонения от плоскостности проверяемой поверхности световое пятно будет находиться в центре координатной площадки фотоприемника. Если отклонение от плоскостности присутствует, то произойдет наклон измерительного устройства. В результате световой луч, прошедший через устройство для создания образцовой плоскости, сместится на величину ∆. На координатной площадке фотоприемника световое пятно будет смещено относительно центра.

Сигналы, приходящие на две половинки фотодиода (верхнего и нижнего), преобразуются в ток и проходят согласующий усилитель. После согласующего усилителя у нас имеется пульсирующее напряжение, величина которого зависит от смещения луча относительно координатной системы приемника и величины потока. После согласующих усилителей сигнал идет на арифметическое устройство, которое вырабатывает сигнал суммы (Uc) и сигнал разности (Uр) первичных сигналов. Решающий аналогово–цифровой преобразователь преобразовывает аналоговую величину в цифровую, цифровой код который пропорционален отношению Up ∕ Uc. На индикаторе выдается цифра пропорциональная величине линейного смещения.

Снимаются показания с индикатора.

Измерение производится методом сравнения с образцовой плоскостью. Сначала рассчитывается прилегающая плоскость (2), а относительно нее реальные точки (3) .

 (2)

= (3)

где ∆-отклонение от плоскостности;

- среднее значение прилегающей плоскости;

- текущие показания измерительного прибора при шаговом измерении;

- значения всех точек шагового измерения;

- количество измерений.

После нахождения всех точек сетки контролируемой поверхности заносят в таблицу и приступают к построению графиков в трех координатах, а затем к построению прилегающей плоскости.

4.ГАБАРИТНЫЙ РАСЧЕТ ОПТИЧЕСКОЙ СХЕМЫ

Оптическая схема устройства для контроля плоскостности состоит из источника излучения, полевой диафрагмы, объектива, светоделительной призмы, которая используется для разделения визуального и измерительного канала, окуляра, пента-призмы и фотоприемного устройства. Оптическая схема показана на рис.20.

Принцип работы оптической схемы измерительного канала.

Свет от источника излучения 1 освещает полевую диафрагму 2, находящуюся в фокальной плоскости объектива 5. Полевая диафрагма является плоскостью предмета. Объектив 5 формирует параллельный пучок лучей и, пройдя через сканирующую систему 6, в виде пента-призмы вращающейся вокруг вертикальной оси, попадает на приемную площадку фотоприемника 7. На приемной площадке фотодиода у нас находится плоскость изображения.

Принцип работы оптической схемы визуального канала.

Свет от источника излучения 1 освещает полевую диафрагму 2, которая формирует пучок лучей. Пучок лучей выходящий из полевой диафрагмы попадает на светоделительную призму 3, которая используется для разделения светового пучка на два канала (визуального и измерительного канала). Пучок лучей, отражаясь от зеркальной поверхности светоделительной призмы под углом 90˚, попадает в окуляр 4.Для того чтобы глаз мог рассмотреть изображение предмета, необходимо иметь на выходе окуляр. Окуляр находится в фокальной плоскости объектива 5. Окуляр используется для наблюдения светового пятна на фотоприемнике 7.

Источником излучения 1 является лазерный диод марки ОР-651 с мощностью непрерывного излучения 5 мВт в спектральном диапазоне 650 нм, изготовленных на основе высокоэффективных InGaALP квантоворазмерных гетероструктур. Основные оптические и электрические характеристики приведены в таблице 2.

Таблица 2.

Оптические и электрические характеристики (Т= 25˚С):

Лазерный диод предназначен для создания направленного пучка лучей, который освещает

Страницы: 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7