Лабораторная работа по дисциплине «Метрология» для ОФ ПГУТИ

Лабораторная работа 2 ИЗМЕРЕНИЕ УГЛОВЫХ РАЗМЕРОВ ГОНИОМЕТРОМ Цели и задачи Ознакомление с устройством и метрологическими характеристиками гониометра ГС-5; изучение порядка настройки гониометра; приобретение практических навыков измерений угловых размеров. Задания 1. Изучить устройство гониометра ГС-5 и подготовить его к работе. 2. Провести измерения заданного изделия. 3. Сделать заключение о пригодности изделия. Объекты измерения, средства измерения: микрометры; гониометры ГС-5; принадлежности: струбцина, боковики, прижимы; набор угловых мер; изделия для измерения. Гониометры это оптико-механические приборы, предназначенные для измерения углов, цилиндричности призм, углов оптических клиньев и т. д. Измерение на гониометре заключается в сравнении значения измеряемого угла со значением угла, воспроизводимого штрихами лимба. Точность измерения углов на гониометре ГС-5 составляет 5″. Гониометр нормально работает при температуре воздуха в помещении +20 ± 2°С и относительной влажностью не более 80 %. Устройство и принцип действия прибора Оптическая схема гониометра состоит из автоколлимационной зрительной трубы, коллиматора и отсчетного устройства. Зрительная труба и коллиматор являются телескопическими системами с внутренней фокусировкой. Коллиматор состоит из лампы 1, сетки 2 и объектива 3, 4. Зрительная труба состоит из объектива 5, 6, сетки 7 и окуляра 8. В фокусе объектива 3, 4 находится сетка 2, поэтому коллиматор дает параллельный пучок лучей. В фокусе зрительной трубы расположена сетка 7, поэтому лучи, выходящие из зрительной трубы, также параллельны. Объективы трубы и коллиматора одинаковы по конструкции. Отсчетное устройство состоит из матового стекла 9, конденсатора 10, светофильтра 11, призм 12, 14, 17, 18, 21, 27, стеклянного лимба 13, линз 15, 16, 19, 20, 26, 28; пары неподвижных клиньев 22, 23, разделительного блока 24, шкалы оптического микрометра 25 и окуляра 29. Световой поток от лампы 1 через матовое стекло 9, конденсор 10, светофильтр 11 и призму 12 освещает участок лимба 13. На поверхности лимба нанесена шкала, имеющая 1080 делений. Цена деления равна 20 ‘. Оцифровка произведена через 1’. Изображение штрихов лимба через призменный блок 14, 17 линзами 15, 16 проецируется на диаметрально противоположный участок лимба. Изображения штрихов двух диаметрально противоположных участков лимба через призмы 18, 21 и линзы 19, 20 передается на оптический микрометр и разделительный блок 24, который делит изображение на прямое и обратное. Между призмами 21 и блоком 24 помещены две пары клиньев 22, 23 оптического микрометра, с помощью которого можно как свести, так и развести изображения штрихов диаметрально противоположных участков лимба. Пройдя через клинья, изображение штрихов лимба попадает на разделительный блок 24, шкалу оптического микрометра 25, жестко соединенную с клиньями, линзу 26, призму 27 и микроскоп, состоящий из линзы 28 и окуляра 29. Шкала микрометра рассчитана таким образом, что при перемещении ее на 600 делений, верхнее изображение штрихов лимба смещается относительно нижнего на 10 ‘. Каждое деление шкалы соответствует 1/600. В левом большом окне наблюдаются изображения диаметрально противоположных участков лимба и неподвижный вертикальный индекс для отсчета градусов, в правом окне – деления шкалы оптического микрометра и горизонтальный индекс для отсчета минут и секунд. Число градусов определяется по прямому верхнему изображению шкалы лимба по ближайшей видимой слева от вертикального штриха цифре. Число десятков минут равно числу интервалов, включенных между верхней цифрой и цифрой на нижней обратной шкале, отличающейся на 180°. Минуты отсчитываются па шкале микрометра в правом окне по левому ряду чисел, десятки секунд – в том же окне по правом ряду чисел. Число единиц секунд равно числу делений между штрихами, соответствующими отсчету десятков секунд, и неподвижным горизонтальным индексом. Прибор состоит из следующих основных узлов: зрительной трубы 8 (рис. 2.2), коллиматора 3, основания 15 с осевой системой и столиком. Конструкция зрительной трубы и коллиматора аналогичны. Фокусировка зрительной трубы и коллиматора производится маховичками 4 и 19 по шкалам 7 и 22 с индексами «∞» и ценой деления 1 мм (рис. 2.3). Штурвалы 5 и 20, расположенные под объективами труб, предназначены для юстировки визирных осей по вертикали. Окулярные устройства крепятся к трубам резьбовыми кольцами 2 и 18. Коллиматор имеет спектральную щель 1, зрительную трубу с автоколлимационным окуляром – кубом 17. Лимб гониометра и окулярные сетки освещаются лампой, размещенной в подсветке 14. Зрительная труба 8 cо стойкой, в которой смонтирован микроскоп и оптический микрометр 27 крепятся на алидаде 11. Коллиматор 3 установлен на стойке 16, закрепленной на основании 15. В средней части основания имеется прецизионная ось, на которой установлен лимб и алидада. Алидада поворачивается относительно оси прибора и установленного на ней лимба грубо от руки и точно микровинтом 25 при зажатом винте 26. Лимб может вращаться вместе с алидадой при включенном механизме 12. Включается и выключается лимб для совместного или раздельного вращения с алидадой рычажками 9 и 10. Лимб и алидаду в совместное вращение приводят при измерении углов методом повторений. При неподвижной алидаде лимб имеет два самостоятельных движения: относительно алидады и столика и вместе со столиком 21. Самостоятельно вращают лимб относительно столика и алидады с помощью штурвала 13 в тех случаях, когда проводят измерения отдельными частями лимба. Лимб со столиком в совместное вращение приводят «грубо» от руки и точно микрометрическим винтом 24. Столик 21 может вращаться самостоятельно вокруг оси при неподвижном лимбе и алидаде, вместе с лимбом относительно алидады и зрительной трубы и вместе с лимбом и алидадой. Для правильной установки измеряемого предмета (в положение, перпендикулярное к оптической оси зрительной трубы) предусмотрен наклон столика в двух взаимно перпендикулярных направлениях посредством винтов 6 и 23. Углы на гониометрах измеряют двумя способами – автоколлимационным и отражением. При совмещении перекрестия сетки трубы с его автоколлимационным изображением, полученным от первой грани призмы (положение 1 трубы), снимают отсчет А1 по лимбу. Поворачивают трубу в положение 2, находят автоколлимационное изображение от второй грани, снимают второй отсчет А2. Угол призмы α определяют как разность между 180° и значением измеренного на гониометре угла β:α = 180° – β, где β = А1 –А2; α – искомый угол призмы. При измерении угла призмы методом отражения используют коллиматор и зрительную трубу с обычным окуляром (рис. 2.5). Измеряемую призму располагают на столике. Между коллиматором 1 и зрительной трубой 2 устанавливают угол 30–80°. На коллиматор вместо окуляра устанавливают спектральную щель. Наблюдая в трубу, вручную поворачивают столик, а затем микровинтом совмещают изображение щели коллиматора с соответствующей (вертикальной) нитью перекрестия сетки трубы. При этом видимая ширина щели должна быть больше в 2–3 раза толщины штриха сетки. Закрепив столик в этом положении, снимают отсчет А1. Повернув столик до совмещения изображения щели, полученной от второй грани, с нитью перекрестия сетки трубы, снимают второй отсчет А2. Угол призмы α определяют как разность между 180° и значением измеряемого на гониометре угла γ: α =180° – γ, где γ = А1 – А2; α – искомый угол призмы. Погрешности измерения угла на гониометре обусловлены случайными ошибками, такими как ошибка совмещения автоколлимационного или коллимационного изображения перекрестия с сеткой нитей окуляра; ошибка наведения σн; ошибка совмещения штрихов лимба с оптическим микрометром отсчетного микроскопа σс и ошибка установки измеряемой детали на столе гониометра σу. Использование данной формулы позволят точнее определить суммарную погрешность. Измерение заданного угла 1. Устанавливаем измеряемую деталь на столик. 2. Между коллиматором и зрительной трубой устанавливаем угол 30–80°. 3. На коллиматор устанавливаем вместо окуляра спектральную щель. 4. Наблюдая в трубу, поворачиваем столик вручную, а затем микровинтом совмещаем изображения щели коллиматора с соответствующей нитью перекрестия сетки трубы. 5. Закрепляем столик и снимаем первый отсчет А1. 6. Поворачиваем столик до совмещения изображения щели, полученного от второй грани с нитью перекрестия сетки трубы и снимаем второй отсчет А2. 7. Определяем измеряемый угол как α =180° – γ. Применение данного способа измерения угла позволяет получить результат с требуемой точностью. Порядок выполнения работы 1. Ознакомиться с данными методическими указаниями к работе и рекомендуемой литературой. 2. Изучить устройство и принцип действия гониометра ГС-5. 3. Ознакомиться с заданием. 4. Подготовить прибор к работе. 5. Подготовить изделия к измерению. Рабочие поверхности протереть спиртом или бензином. 6. Выполнить измерение заданного угла на изделии. 7. Сделать выводы о годности изделий. 8. Оформить отчет по предлагаемой форме. Содержание отчета 1. Указать цели и задачи работы, задания. 2. Кратко описать используемые измерительные средства и их метрологические характеристики. 3. Привести результаты измерений. 4. Сделать выводы о годности измеряемого объекта. Контрольные вопросы и задания 1. Опишите устройство гониометра ГС-5. 2. Назовите принципы работы гониометров. 3. Какие существуют способы измерения углов на гониометрах? 4. Как измерить угол коллимационным способом? 5. Как измерить угол способом отражения? 6. Что называется погрешностью измерения углов? 7. Что называется точностью измерений? 8. Какие условия должны соблюдаться при измерениях на гониометрах? 9. Какова погрешность гониометра ГС-5 при измерении углов? 10. Какие измерения производят на гониометрах?