«интерференционным методом. 1. Цель работы. Изучить физическую сущность интерференционного метода; познакомиться с требованиями ГОСТ 6507-90 «Микрометры. Технические условия», МИ 782-85 ...»

Определение отклонений от плоскостности и параллельности

измерительных поверхностей гладких микрометров и рычажных скоб

интерференционным методом .

1. Цель работы .

Изучить физическую сущность интерференционного метода; познакомиться с

требованиями ГОСТ 6507-90 «Микрометры. Технические условия», МИ 782-85

«Микрометры с ценой деления 0,01 мм. Методика поверки », ГОСТ 11098-75

«Скобы с отсчетным устройством. Технические условия», МИ 1919-88 «Скобы

рычажные. Методика поверки»; изучить виды и назначение стеклянных пластин, методы работы с ними; определить отклонения от плоскостности и параллельности измерительных поверхностей гладких микрометров и рычажных скоб; обработать результаты измерений; дать заключение о соответствии микрометров и скоб требованиям соответствующих стандартов .

2. Применяемые приборы и оборудование .

1. Плоская стеклянная пластина нижняя ПИ60;

2. Плоскопараллельные стеклянные пластины ПМ –15 (набор);

3. Микрометр МК 25-2 ГОСТ 6507-90;

4. Скоба СР 25 ГОСТ 11098-75

3. Общие сведения .

Интерференционные методы измерения основываются на волновой природе света. Основной характеристикой волны является ее длина (рис. 1). Человеческий глаз различает лишь небольшую часть длин волн от = 0,3 мкм до = 0,95 мкм .

Совокупность этих волн образует видимый спектр. Совместное действие всех длин волн видимого спектра вызывает ощущение белого света, длина волны которого при расчетах принята равной 0,6 мкм .

Две волны, имеющие одинаковую длину, могут соединяться в одну результирующую волну. Это явление называется интерференцией волн. В результате сложения световых волн происходит либо усиление светового потока, либо его ослабление, что зависит от взаимного положения световых волн, т.е. от разности фаз .

Две волны находятся в одинаковой фазе, если их вершины и впадины совпадают. Сложение таких волн, дает новую волну с увеличенной амплитудой, что сопровождается усилением светового потока .

Сложение двух волн имеющих одинаковую амплитуду, но сдвинутых по фазе на полволны, дает результирующую волну, амплитуда которой равна нулю, что дает ослабление светового потока .

Явление интерференции световых волн, используется как для измерения отклонений размеров плоскопараллельных концевых мер длины и отклонений от их плоскостности, так и для определения отклонений от плоскостности и параллельности измерительных поверхностей различных приборов .

При проведении измерений наибольшее распространение получил технический (относительный) интерференционный метод. В его основе лежит разделение пучка света посредством воздушного клина, образованного поверхностями стеклянной пластины и поверяемой поверхности (рис.2). В результате такого разделения лучи будут интерферировать из-за возникшей разности длин их хода и при монохроматическом (однородном) источнике света, на поверяемой поверхности появятся чередующиеся темные и светлые полосы. В белом свете будут видны цветные полосы, возникающие в результате разложения света при прохождении через стеклянную пластину .

При переходе от одной полосы к аналогичной следующей, толщина воздушного клина возрастает на величину. Следовательно, для того, чтобы подсчитать толщину воздушного клина (т.е. величину отклонения от плоскостности) над какой-нибудь точкой поверхности, необходимо сосчитать число полос одного цвета от места касания стеклянной пластины с поверяемой поверхностью до данной точки и умножить на половину длины волны используемого света. Для белого света =0,3 мкм .

На рис. 3-5 приведено увеличенное изображение картины интерференционных полос (колец) при различных формах отклонений от плоскостности измерительной поверхности микрометра. Во всех приведенных случаях отсчет полос (колец) равен 2 .

На рис. 3 измерительная поверхность представляет собой сферу и интерференционные кольца б и в ограничены окружностям (контакт в точке а) .

Кольцо г так же, как и полосы г и е на рис. 4 и г и ж на рис. 5 во внимание не принимаются, поскольку они расположены от края измерительной поверхности на расстоянии менее 0,5 мм .

На рис. 4 контакт стеклянной пластины с измерительной поверхностью микрометра также осуществляется в одной точке, однако радиус кривизны измерительной поверхности в сечении Х-Х больше, чем в сечении. Здесь кольцо б считается первой полосой, а полосы в и д принимаются за одну полосу (кольцо), поскольку при большей измерительной поверхности микрометра эти полосы соединились бы .

На рис. 5 контакт стеклянной пластины с измерительной поверхностью микрометра, которая представляет собой цилиндрическую поверхность, осуществляется по линии а. Здесь полосы ограничены прямыми линиями и так же, как полосы в и д в предыдущем случае, каждая пара полос (б-д и в-е) считается соответственно одной полосой .

Если по обе стороны от точки (линии) контакта будет наблюдаться неодинаковое число полос, то отсчет полос производится на той стороне, где число видимых полос будет больше .

4. Виды и назначение стеклянных пластин .

два типа плоских стеклянных пластин для

4.1.Существует интерференционных измерений: нижние и верхние. Наибольшее отклонение от плоскостности при измерении стеклянными пластинами не более 2 мкм (6-7 полос) .

Нижние (опорные) пластины (рис. 6) служат для притирки к ним концевых мер при измерении, для оценки притираемости мер, для оценки плоскостности измерительных поверхностей инструментов и приборов. Нижние пластины имеют следующие размеры Д (мм): 60, 80, 100, 120 и соответствующие размеры Н (мм): 20, 25, 25, 30 .

Основным критерием точности изготовления пластин является отклонение от плоскостности рабочих поверхностей (табл. 1) .

4.2. Верхние пластины (рис. 7) служат для измерения плоскопараллельных концевых мер длины техническим интерференционным методом .

На верхней пластине делается скос под углом 10-120 с тем, чтобы получить ребро для установки по нему пластины в любом месте поверхности поверяемой меры при образовании воздушного клина .

4.3. Пластины плоскопараллельные стеклянные для поверки плоскостности и взаимной параллельности измерительных поверхностей микрометров и скоб производят четырех типоразмеров: ПМ 15, ПМ 40, ПМ 65, ПМ 90 (рис. 8) .

Отклонение от плоскостности измерительных поверхностей этих пластин в зоне 0,5 мм от края фаски до центра пластин не более 0,1 мкм .

Отклонение от параллельности измерительных поверхностей пластин не должно превышать:

Для ПМ 15 – 0,6 мкм Для ПМ 40 – 0,8 мкм ПМ 65 – 0,8 мкм ПМ 90 – 1,0 мкм .

Плоскопараллельные стеклянные пластины комплектуются наборами по четыре штуки. Размеры пластин в наборе подобраны таким образом, чтобы была возможность определить отклонение от параллельности измерительных поверхностей микрометра при повороте микровинта на каждую часть оборота (табл. 2) .

5. Требования к величине отклонений от плоскостности и параллельности измерительных поверхностей микрометров и скоб .

5.1. Допускаемые отклонения от плоскостности и параллельности плоских измерительных поверхностей микрометров установлены ГОСТ 6507-90 п. 2.1.1.4 и п.2. 2.1.1.5 (см. табл.3) .

При определении отклонения от параллельности и плоскостности на расстоянии 0,5 мм от краев измерительных поверхностей микрометров допускаются завалы .

5.2. Допускаемые отклонения от плоскостности и параллельности измерительных поверхностей скоб указанны в таблице 4 (по МИ 1919-88 п.4.6.) Допускаются завалы на расстоянии 0,2 мм от краев измерительных поверхностей для скоб с верхним пределом измерений до 50 мм и на расстоянии 0,5 мм – для скоб с верхним пределом измерений свыше 50 мм .

6. Порядок выполнения работы .

Действительное отклонение от плоскостности измерительных 6.1 .

поверхностей микрометра определить при помощи плоской или одной из плоскопараллельных стеклянных пластин .

6.1.1. Поместить стеклянную пластину на поверяемую поверхность. При этом добиться такого контакта, при котором наблюдается наименьшее число интерференционных полос .

6.1.2. Подсчитать число темных или светлых полос в монохроматическом свете, или число полос одного цвета в белом свете .

Произведение числа полос и значения половины длины волны света, используемого при измерении, даст величину действительного отклонения от плоскостности .

Принятое для расчетов значение половины длины волны белого света – 0,3 мкм. Подсчет полос следует производить, отступив от края измерительной поверхности 0,5 мм .

6.2. Аналогично определить отклонение от плоскостности измерительных поверхностей рычажной скобы (см. п. 6.1.1. и п. 6.1.2.), с той разницей, что подсчет полос произвести, отступив от края измерительной поверхности 0,2 мм для скоб с верхним пределом измерения до 50 мм, и 0,5 мм – свыше 50 мм .

6.3. Отклонение от параллельности плоских измерительных поверхностей микрометров, с верхним пределом измерения до 100 мм, определить, применяя набор из четырех плоскопараллельных стеклянных пластин, размеры которых отличаются друг от друга на значение, соответствующее оборота микрометрического винта .

6.3.1. Установить одну из пластин между измерительными поверхностями микрометра, используя для обеспечения контакта нормированное измерительное усилие трещотки или фрикциона .

6.3.2. Добиться такого положения пластины, при котором была бы наименьшая сумма полос на обеих измерительных поверхностях .

Произведение этой суммы и значения половины длины волны света даст одну из величин отклонения от параллельности измерительных поверхностей микрометра .

6.3.3. Повторить действия п. 6.3.1. и п. 6.3.2. с каждой из четырех пластин набора .

За действительное отклонение от параллельности измерительных поверхностей микрометра принять наибольшее из четырех произведений, определенных по п. 6.3.2 .

6.4. Интерференционным методом определяют отклонение от параллельности измерительных поверхностей рычажных скоб с верхним пределом измерения до 100 мм. Отсчет снимают при застопоренной гайке с помощью одной из плоскопараллельных стеклянных пластин набора .

6.4.1. Поместить пластину между измерительными поверхностями пяток так, чтобы показания скобы были равны 0. Добиться такого положения пластины, чтобы сумма интерференционных полос на обеих сторонах пластины была наименьшей .

Произведение этой суммы полос и значения половины длины волны используемого при измерении света даст величину действительного отклонения от параллельности измерительных поверхностей скобы .

6.5. Сравнить допускаемые значения отклонений от плоскостности и параллельности измерительных поверхностей микрометров и скоб с действительными. Дать заключение о соответствии средств измерения требованиям стандартов .

Таблица 3 - Допускаемые отклонения от плоскостности и параллельности измерительных поверхностей гладких микрометров.