Лабораторная работа по дисциплине «Метрология» для ОФ ПГУТИ

Лабораторная работа 3 ИЗМЕРЕНИЕ РАЗМЕРОВ ИЗДЕЛИЙ УНИВЕРСАЛЬНЫМ ИЗМЕРИТЕЛЬНЫМ МИКРОСКОПОМ УИМ-23 Цели и задачи Ознакомление с устройством и метрологическими характеристиками универсального измерительного микроскопа УИМ-23; изучение порядка настройки микроскопа; приобретение практических навыков измерения проекционным методом (теневая проекция в проходящем свете) и методом осевого сечения с применением ножей. Задания 1. Изучить устройство универсального микроскопа УИМ-23 и подготовить его к работе. 2. Провести измерения заданного изделия проекционным методом и методом осевого сечения с применением ножей. 3. Сделать заключение о пригодности изделия. Средства измерения, объекты измерения: универсальный измерительный микроскоп УИМ-23; принадлежности к микроскопу; техническое описание и инструкция по эксплуатации микроскопа; изделия для измерения. Назначение и отличительные особенности микроскопа УИМ-23 Микроскоп предназначен для измерения линейных и угловых размеров различных изделий в прямоугольных и полярных координатах. В частности, на приборе можно измерить всевозможные резьбовые изделия, режущий инструмент, профильные шаблоны и лекала, кулачки, конусы, метчики, резьбонарезные гребенки и др. Кроме того, на микроскопе можно измерять диаметры малых отверстий. Универсальный измерительный микроскоп УИМ-23 (УИМ-200Э) отличается от микроскопа УИМ-21 усовершенствованной системой визирования и отсчета продольных и поперечных перемещений с применением экранов. Повышение точности и упрощения отсчета достигается с помощью (вместо спиральных микрометров) оптических микрометров. В приборе УИМ-23 вместо штриховых окулярных головок используются сменные кассеты, что обеспечивает высокую технологичность и упрощает эксплуатацию прибора. Встроенная специальная призма заменяет головку двойного изображения ОГУ-22. Компоновка экранов и управляющих механизмов позволяет оператору работать сидя, что повышает производительность измерения. В оптическую схему системы УИМ-23 входят четыре системы: визирная, угловая отсчетная, отсчетная продольного и поперечного перемещения кареток. Пучок света от лампы 13 через конденсор 12 и сменную оптическую систему (кассету), состоящую из объектива и зеркала, наклоненного под углом 45° к оптической оси визирного микроскопа, освещает телецентрическим пучком измеряемую деталь, расположенную в предметной плоскости. Изображение измеряемой детали проецируется объективом через пентапризму 9 и защитные стекла 8 в плоскость стеклянной пластины 7 со штриховыми линиями, которая может поворачиваться на угол 360°. Коллектив 6 и проекционный объектив 5 проецируют изображение измеряемой детали вместе с сеткой пластины посредством зеркальной системы 4, 3 на экран 2. Отверстия бесконтактным методом измеряют с помощью специального оптического устройства перфлектометра 16, состоящего из сетки, зеркала, установленного под углом 45° к оси объектива. Перед измерением отверстий вместо призмы 9 вводится призма 1, а сменная оптическая система 11, 14, 15 заменяется перфлектометром. При этом объектив 17 проецирует изображение перекрестия на образующую измеряемого отверстия детали, установленной в предметной плоскости. Отражаясь от образующей отверстия, изображение перекрестия сетки объективом визирного устройства 10 проецируется в призму 1, где разделяется на два изображения. Эти изображения окрашиваются светофильтрами в два цвета (голубой и оранжевый) и проецируются в плоскость стеклянной пластины 7 со штриховыми линиями. Оптическая схема угловой отсчетной системы состоит из осветительной и проекционной частей. В осветительной части свет от лампы 1 проходит через конденсор 2, коллектив 3, стеклянный лимб 4 с ценой деления 1° (от 0 до 360°), установленный в штриховой угломерной кассете визирной системы. Затем пучок света попадает в проекционную часть, состоящую из объектива 5, проецирующего изображение круговой шкалы в плоскость неподвижной минутной шкалы 6. Объективом 7 и зеркальной системой 8, 9 изображение шкал проецируется на экран 10. Миллиметровая шкала 9 оптической схемы освещается системой, состоящей (рис. 3.5) из лампы 1, линз 2, 3, 6, 7 и призм 4, 5, 8. Изображение штрихов шкалы 9 объективом 10, призмой 11, плоскопараллельной пластиной 12 проецируется в плоскость, совмещенную с подвижной круговой шкалой 13 (с ценой деления 0,001 мм) и неподвижной линейной шкалой 14 (с ценой деления 0,1 мм). При наклоне пластины 12 вращается микрометровая шкала 13. Далее совмещенное изображение шкал проецируется линзами 15, 16 и зеркальной системой 17, 18 на экран 19. В комплект универсального микроскопа входят центровые бабки, плоский стол СТ-1, стол СТ-23 для измерения отверстий бесконтактным методом, объективы с увеличением 1; 1,5; 3 и 5х, бинокулярная насадка ОГУ-23, кассеты с профилями резьб и радиусов закруглений, комплекты измерительных ножей. По особому заказу поставляются следующие специальные приспособления: круглый стол СТ-25 для угловых измерений и измерений в полярных координатах; стол с высокими центрами СТ-2 для измерения элементов цилиндрических и резьбовых изделий с наибольшим диаметром до 250 мм; измерительная бабка ИБ-25 для измерения углов поворота изделий, закрепленных в центрах; призматические опоры ОП-23 для установки деталей большой длины; объектив с увеличением 9х. На универсальных микроскопах измерения проводят проекционным методом (теневая проекция в проходящем свете), методом осевого сечения с применением ножей, а также в отраженном свете при освещении сверху с помощью специального осветительного рефлектора, установленного на нижней части объектива. При измерении цилиндрических изделий следует обращать внимание на выбор оптимальной диафрагмы осветительного устройства, которая, как было отмечено выше, существенно влияет на погрешность измерения. Для гладких цилиндрических деталей диаметр диафрагмы выбирают по наружному диаметру, а для резьбовых – по среднему диаметру резьбы. Изделия плоской формы и отверстия измеряют с наибольшим значением диафрагмы. При измерении методом осевого сечения плоскость измерения определяют с помощью измерительных ножей (ГОСТ 7013–73). Рабочий размер ножа определяют как расстояние, измеренное в перпендикулярном направлении от измерительной кромки до середины штриха. Ширина штриха у ножей составляет 0,003–0,004 мм. Ножи устанавливают в ножедержателях на специальной планке, которую с помощью винтов с Т-образными пазами крепят в пазах продольной каретки. Толщину планки и высоту ножа выбирают по высоте так, чтобы измерительная кромка ножа точно совпадала с осевым сечением измеряемого цилиндра. Нож к измеряемому изделию подводят осторожно, чтобы не повредить измерительную кромку ножа, до момента появления небольшого зазора между кромкой и измеряемой поверхностью изделия. Далее лезвие медленным перемещением поперечной каретки от микровинта приводят в соприкосновение с изделием без просвета. При измерении методом осевого сечения штриховую линию сетки угломерной головки или кассеты наводят на тонкий штрих ножа, что по сравнению с наведением на теневой контур при проекционном методе значительно повышает точность измерения. Штрихи от лезвия ножа наносят на расстоянии 0,3 и 0,9 мм. На таком же расстоянии от средней штриховой линии сетки угломерной головки нанесены четыре штриховые линии. Прямые ножи применяют при измерении диаметров цилиндрических изделий, плоских изделий, углов и диаметров конусов. Измерение длин на примере резьбового изделия проекционным методом Перед измерением резьбового изделия тщательно прочищают резьбу щеткой, смоченной в чистом бензине. Измеряют наружный диметр резьбовых изделий аналогично измерению диаметров гладких цилиндров. Подготавливают прибор к измерению средних диаметров также, как и к измерению гладких цилиндров. Для этого устанавливают наивыгоднейший диаметр диафрагмы по таблице, фокусируют на резкость изображение профиля центров и, установив измеряемый резьбовой калибр в центре, наклоняют колонку на угол подъема резьбы. Вращая сетку угломерной головки, устанавливают центральную (среднюю из пяти) штриховую линию параллельно образующей профиля резьбы и перемещением каретки продольного или поперечного хода совмещают их; при этом вторая штриховая линия, перпендикулярная к первой, должна делить измеряемую сторону резьбы примерно пополам. Совместив штриховую линию с профилем резьбы, снимают отсчет по шкале поперечного хода. Перемещают каретку поперечного хода рукой до появления в поле зрения диаметрально противоположной параллельной образующей профиля и закрепляют каретку, после чего наклоняют колонку визирной системы в обратную сторону (на тот же угол подъема резьбы). Действуя только микрометрическим винтом каретки поперечного хода, вновь совмещают штриховую линию сетки угломерной головки с образующей профиля резьбы; при этом сетка должна быть установлена параллельно образующей измеряемой стороны профиля. Второй отсчет снимают также по шкале поперечного хода. Разность отсчетов и есть средний диаметр измеряемой резьбы. Полученный результат может иметь погрешность вследствие возможного перекоса оси Б резьбы относительно оси А измерения. Для исключения этой погрешности измеряют средний диаметр по противоположной образующей профиля того же витка и получают второй результат измерения среднего диаметра также с погрешностью от перекоса, но с обратным знаком. Суммируя среднее арифметическое измеренных средних диметров резьбы по правому – Дср.пр и левому– Дср.лев профилям витка, получим величину среднего диаметра Дср, свободную от погрешности из-за перекоса: При измерении внутреннего диаметра резьбы методика измерения и обработка результатов измерения производятся аналогично измерению среднего диаметра резьбы, но в этом случае измеряется расстояние от точки закругления линии профиля до точки закругления на диаметрально противоположной стороне профиля резьбы. Шаг резьбовых изделий измеряют также при установленном изделии в центре, совмещая одну из штриховых линий сетки угломерной головки с образующей теневого профиля резьбы так, чтобы ось штрихов соединялась с линией контура, и по шкале продольного хода снимают отсчет. Затем сдвигают каретку продольного хода на один или несколько шагов в зависимости от измерения отдельного шага или его средней величины, снимают отсчет по шкале продольного хода и вычисляют разность обоих отсчетов, которая определяет величину шага или сумму шагов вместе с погрешностью из-за перекоса осей резьбы и центров. Для исключения этой погрешности измеряют шаг или несколько шагов между теми же витками резьбы, но по другим образующим сторон профиля, т. е. разворачивают штриховую сетку параллельно второй образующей профиля, совмещая их и продолжают измерения. В результате второго измерения получаем величину шага или сумму шагов с погрешностью из-за перекоса, но на этот раз с противоположным знаком. Среднее арифметическое обоих результатов измерения будет свободно от погрешностей перекоса. Для того чтобы при измерении нескольких шагов избавиться от остаточных ошибок направляющих кареток и ошибки в высоте центров, повторяют измерения на другой стороне диаметра изделия. Измерение длин на примере резьбового изделия методом осевого сечения Способ наведения штриховой линии сетки угломерной головки на тонкую риску ножа исключает трудности и неточности, возникающие при ее наводке непосредственно на теневой контур изделия. Для облегчения наводки и повышения ее точности перекрестие сетки выполнено штриховыми линиями. При измерении необходимо следить за тем, чтобы риска ножа всей своей длиной располагалась как можно точнее посредине штрихов. Риски на ножах удалены от лезвия на следующие расстояния: на прямых ножах – на 0,3 мм; на левых и правых широких ножах – на 0,9 мм; на левых и правых узких ножах – на 0,3 мм. Если при измерении наводить на риски ножей одну и ту же штриховую линию сетки угломерной головки, перемещая при этом каретку поперечного хода, то по шкале поперечного хода получится отсчет, увеличенный на двойную величину (2а) расстояния от риски до лезвия ножа. Вычитать эту величину из каждого результата измерений было бы крайне неудобно, поэтому на штриховой сетке угломерной головки нанесены 4 добавочные линии, которые параллельны средней линии сетки, удалены от нее на расстояния 0,3 и 0,9 мм (при увеличении микроскопа 30х ) и имеют обозначения М1 и М2 соответственно. При измерении длин методом осевого сечения поступают следующим образом. После того, как ножи придвинуты к измеряемому изделию, совмещают одну из дополнительных штриховых линий с соответствующей ценой деления с риской ножа, при этом средняя штриховая линия должна совместиться с линией касания ножа и с контуром измеряемой детали, и снимают отсчет по шкале поперечного хода. Перемещая каретку поперечного хода, производят такую же наводку на противоположную сторону изделия, используя вторую штриховую линию, удаленную на такое же расстояние от средней штриховой линии, и снимают второй отсчет по той же шкале. При таком методе измерения величина перемещения каретки соответствует размеру изделия. При измерении элемента резьбы методом осевого сечения предварительно изделие в центрах располагают на специальных планках и фиксируют визирную систему на резкость изображения рисок ножей. Выбор ножей для измерения резьбы зависит от длины профиля. Узкие ножи применяют при шаге до 3 мм, широкие – при шаге от 3,5 до 6 мм. Затем укрепляют изделия в центрах. Для измерения шага резьбы перемещением каретки поперечного хода вводят одну сторону изделия в поле зрения микроскопа и подводят нож, установленный на планке, к одной из граней резьбы. (Правила установки ножей изложены в п. «Установка измерительных ножей»). Перемещая каретку продольного или поперечного хода, совмещают соответствующую штриховую линию сетки угломерной головки с риской ножа и снимают отсчет по шкале продольного хода. Затем перемещают каретку продольного хода до появления в поле зрения микроскопа витка резьбы, который необходимо измерить на один или несколько шагов, и устанавливают к соответствующей стороне профиля тот же нож. Снова наводят штриховую линию на риску ножа, исправляют непараллельность пунктирной линии перекрестия сетки относительно риски ножа и снимают второй отсчет по той же шкале. При установке ножа необходимо строго следить за тем, чтобы не сдвинулось или не повернулось изделие, так как это приведет к неправильному результату измерения. При перестановке ножа от витка к витку разность двух отсчетов по шкале продольного хода показывает измеренную величину шага. При перестановке ножа через несколько шагов разность двух отсчетов, деленная на число шагов, показывает среднюю величину шага резьбы. Для исключения возможной погрешности из-за перекоса резьбы в центрах шаг измеряют по правым и левым образующим сторон витка резьбы, как указано в п. «Измерение длин проекционным (теневым) методом», но с прикладыванием измерительного ножа к соответствующим сторонам профиля. Для исключения остаточной погрешности направляющих кареток, а также разности в высоте центров, измерения шага или нескольких шагов производят на диаметрально противоположных сторонах изделия. Для измерения среднего диаметра резьбы, соответствующий нож прикладывают к правой или левой стороне профиля и совмещают риску ножа с соответствующим пунктирным штрихом сетки, при этом перпендикулярная к ней линия сетки должна разделять измеряемую сторону резьбы примерно пополам. Первый отсчет снимают по шкале поперечного хода. Перемещают поперечную каретку до появления в поле зрения соответствующей стороны того же витка, прикладывают к ней тот же измерительный нож, совмещают риску ножа с соответствующим пунктирным штрихом сетки и снимают второй отсчет по той же шкале. Разность полученных отсчетов показывает измеренную величину среднего диаметра Dср.пр (Dср.лев), в которой будет содержаться и погрешность из-за перекоса. Чтобы получить полное представление о точности изготовления резьбового калибра не только проверяют различные витки резьбы, но и производят измерения не менее чем по двум сечениям (при повороте на 90°). П р и м е р и з м е р е н и я с р е д н е г о д и а м е т р а 1. По левой стороне профиля (ближайшей к наблюдателю) получены результаты 65,2622; 65,2623; 65,2626 мм, тогда среднее арифметическое составляет 65,2624 мм. По левой стороне профиля (удаленной от наблюдателя) получены результаты 31,3852; 31,3846; 31,3852 мм, тогда среднее арифметическое составляет 31,3850 мм. Разность отсчетов средних арифметических значений равна среднему диаметру по левой стороне профиля: Dср.лев = 33,8774 мм. ВНИМАНИЕ! После того как произведен первый отсчет для определения значения Dср, до конца измерения каретку продольного хода перемещать нельзя. 2. По правой стороне профиля (ближайшей к наблюдателю) получены результаты 65,2875; 65,2868; 65,2868 мм, тогда среднее арифметическое составляет 31,3850 мм. По правой стороне профиля (удаленной от наблюдателя) получены результаты 31,3845; 31,3858; 31,3846 мм, тогда среднее арифметическое составляет 31,3850 мм. Разность отсчетов средних арифметических значений равна среднему диаметру по правой стороне профиля: Dср.пр = 33,9020 мм. Далее поворачивают калибр на 90° и производят аналогичные измерения для определения значения Dср в данном сечении. Средний диаметр, измеренный по второму диаметральному сечению, равен 33,8886 мм. Окончательное значение среднего диаметра составляет 33,8897; 33,8886 мм, тогда среднее арифметическое – 33,8891 мм. Порядок выполнения работы 1. Ознакомиться с данными методическими указаниями, с техническим описанием и инструкцией по эксплуатации микроскопа УИМ-23 и рекомендуемой литературой. 2. Изучить устройство и принцип действия микроскопа. 3. Ознакомиться с заданием. 4. Подготовить прибор к работе. 5. Подготовить изделие к измерению. 6. Выполнить измерения изделия. 7. Сделать выводы о годности изделий по измеряемым параметрам. Содержание отчета 1. Указать цели и задачи работы, задания. 2. Описать используемые средства измерения и их метрологические характеристики. 3. Привести результаты измерений. 4. Сделать выводы о годности измеряемого изделия. Контрольные вопросы и задания 1. Расскажите об устройстве универсального измерительного микроскопа УИМ-23 и его принципиальных отличих от УИМ-21 и БМИ-1. 2. Опишите принцип работы универсального измерительного микроскопа УИМ-23. 3. В чем состоит преимущество измерения длин и углов методом осевого сечения перед измерением проекционным методом? 4. Расскажите об измерении отверстий бесконтактным методом.