Как проверяются измерительные плитки
Как проверяются измерительные плитки
Для проверки правильности размеров и гладкости плоскостей особо точных калибров, в частности, плиток, недостаточно точности, обеспечиваемой рычажными и обыкновенными оптическими приборами. Здесь нужна точность до 0,00001 миллиметра и выше. Эта исключительная точность достигается с помощью приборов, в устройстве которых также использованы законы оптики, а именно законы интерференции световых волн. Такие приборы называются интерферометрами.
Из тех сведений об измерительных плитках, которые приведены выше, мы уже знаем, что мерительные поверхности плиток должны представлять собой правильные плоскости, и фактическое расстояние между мерительными поверхностями должно точно равняться проставленному на плитке числу, выражающему величину этого расстояния в миллиметрах.
На практике, однако, редко удается удовлетворить все эти требования. Всегда случаются отклонения от идеальной точности. Величина допускаемых отклонений рассчитывается заранее. Производство плиток налаживается таким образом, чтобы не выходить за пределы этих отклонений, величины которых выражаются десятитысячными долями миллиметра.
100-миллиметровая плитка может иметь отклонение от размера в одну или в другую сторону не больше чем на 0,6 микрона, т. е. это отклонение должно приближаться к длине волны красного луча света из солнечного спектра. Чем меньше размер плитки, тем меньше и допускаемое отклонение. В плитках длиной в 70 миллиметров допускается отклонение не больше 0,45 микрона, т. е. примерно на величину длины волны фиолетового луча света. Самое малое отклонение для наименьших размеров не превышает 0,2 микрона. Наряду с допусками на неточность размера существуют еще допуски на отклонение от параллельности. Эти допуски еще меньше. Наибольший равен 0,4 микрона, наименьший — 0,1 микрона.
Для улавливания таких микроскопических длин применяют различные системы интерферометров.
Устройство промышленных интерферометров основано на той же схеме, что и прибор, которым измеряли длину метра в длинах световых волн. Но вместо волны какого-либо {172} одного одноцветного луча света (как красный цвет спектра кадмия) в промышленных интерферометрах используется весь спектр определенного источника света. Это значит, что на измеряемой длине наблюдаются интерференционные полосы от каждого одноцветного луча, участвующего в спектре данного источника света. Расстояние между каждой соседней парой одноцветных полос соответствует известной нам длине волны данного одноцветного луча света.
Измеряемые плитки устанавливаются одной мерительной поверхностью на переставной столик интерферометра таким образом, чтобы интерференционные полосы наблюдались на проверяемой поверхности. Получается ряд строго параллельных и прямых или криволинейных световых полос со свойственным каждой полосе особым цветом. При проверке плиток на неровность поверхности их устанавливают, регулируя положение столика прибора таким образом, чтобы кромка испытуемой поверхности воспринимала какой-либо один из лучей, окрашивалась в один цвет, например в фиолетовый. Тогда все точки поверхности испытуемой плитки, находящиеся на этом же уровне (или весьма близкие к нему в пределах длины волны фиолетового луча), будут тоже окрашены в фиолетовый цвет.
Все приподнятые точки будут последовательно окрашены полосами следующих за фиолетовым спектральных цветов. Если поверхность имеет неровности, то возвышения и впадины рельефно выделяются вследствие окраски их в разные цвета.
Полосы располагаются по кругу, по точкам поверхности, находящимся на одном и том же уровне; им соответствуют одинаковые длины волн и эти точки одинаково удалены от источников света. Поэтому все они и окрашиваются каким-либо одноцветным лучом.
При контроле готовых плиток встречается необходимость установить факт полной гладкости (плоскостности) поверхности плитки. Для этого достаточно слегка приподнять на подставке край плитки, чтобы испытуемая поверхность освещалась пучком разных одноцветных лучей под некоторым углом. Если поверхность плоска, то полосы будут прямыми и параллельными друг другу, в противном случае полосы будут в большей или меньшей степени искривлены. Этим способом контроля улавливаются отклонения, выражаемые долями микрона.
{173}
{174}
Проверка плиток на параллельность ее поверхностей: а — плитка установлена так, что плоскость одной из испытуемых поверхностей совпадает с одним из одноцветных лучей и окрашивается им; б — окраска той же поверхности после поворота плитки на 180° вокруг ее вертикальной оси изменилась: поверхность окрасилась не одним (тем же) цветом, а рядом различных одноцветных и параллельных полос; это означает, что испытуемая поверхность не параллельна нижней поверхности плитки, расположенной в плоскости стола; в и г — поверхности плитки параллельны друг другу — после поворота плитки окраска поверхности не изменилась
Проверка поверхности плиток на неровность и плоскостность: а — световые одноцветные круги на выпуклой поверхности; б — световые одноцветные круги на вогнутой поверхности; в — световые одноцветные круги на неровностях поверхности; г и д — прямые и параллельные одноцветные полосы на правильных плоских поверхностях
Пользуясь интерферометром, легко также установить, отклоняются ли мерительные поверхности плитки от взаимной параллельности. Плитка устанавливается на столик прибора, положение которого регулируется таким образом, чтобы одна из испытуемых поверхностей располагалась в плоскости направления одного из лучей.
Проверка плиток на правильность размера: а — образцовая плитка установлена так, что плоскость ее верхней поверхности совпадает с каким-либо одним лучом; б — проверяемая плитка устанавливается на том же столе рядом; если размер плитки правилен, верхняя ее поверхность будет окрашиваться тем же лучом; если размер плитки больше (или меньше), чем размер образцовой, то верхняя поверхность окрасится другим лучом. Величина отклонения определяется числом параллельных полос на боковой поверхности проверяемой плитки (если она больше) или образцовой плитки (если проверяемая плитка меньше); в и г — размер проверяемой плитки равен размеру образцовой
После этого плитка поворачивается на 180 градусов вокруг своей вертикальной оси. Если испытуемая поверхность параллельна нижней, расположенной в плоскости стола, то после поворота окраска ее не изменится. Если же поверхности непараллельны, то после поворота на испытуемой поверхности образуется ряд параллельных полос. Число этих полос дает возможность определить в долях микрона величину отклонения мерительных поверхностей от параллельности.
Для проверки правильности размера пользуются интерферометром, но уже с помощью образцовой плитки.
Образцовая плитка устанавливается так, чтобы ее верхняя поверхность лежала в плоскости направления одного какого-либо луча, {175} а сравниваемая плитка устанавливается на том же столе рядом. Если размер ее правилен, то верхняя поверхность будет находиться в той же плоскости и окрашиваться тем же лучом. Если же размер проверяемой плитки больше, чем размер образцовой, то верхняя поверхность окажется окрашенной в другой цвет. По числу полос на боковой поверхности плитки определяют величину разности размеров. Если бы испытуемая плитка оказалась меньше образцовой, то в этом случае величину разности размеров можно было бы определить по числу полос на боковой поверхности образцовой плитки.
Создание интерферометра явилось еще одной ступенью на пути к завоеванию точности, так как дало возможность определять длины, выражаемые в миллимикронах, в миллионных долях миллиметра.
* * *
Много побед одержано советскими учеными-специалистами измерительной техники. Их высокие достижения и послужили тем фундаментом, на котором удалось создать еще более удивительные автоматические контрольные устройства и включать их сначала в автоматические линии станков, а вскоре после этого в строй чудесных установок завода-автомата.