Лабораторная работа № 6
ОПРЕДЕЛЕНИЕ КЛАССА ОБРАБОТКИ РАЗЛИЧНЫХ ПОВЕРХНОСТЕЙ С ПОМОЩЬЮ ДВОЙНОГО МИКРОСКОПА МИС-11
Оборудование: 1. Двойной микроскоп МИС-11.
2. Набор исследуемых образцов.
3. Осветитель.
Цель работы: Овладеть методикой определения класса чистоты исследуемой поверхности.
ТЕОРИЯ
В
основе явления интерференции лежат
волновые свойства света. Интерференционная
картина - это результат сложения двух
волн от когерентных источников, когда
в одних местах наблюдается усиление
света, а в других - ослабление, при этом
колебания вектора
лежат
в одной плоскости.
Явление интерференции положено в основу принципа действия двойного микроскопа МИС-11. Двойной микроскоп МИС-11 предназначается для проверки качества наружных поверхностей деталей путем измерения высоты неровностей микропрофиля в пределах 0,8 - 40 мкм по методу академика В. П. Линника.
Общее увеличение прибора с окулярным
винтовым микрометром 88,158,269,517Х
Линейное поле зрения 1,8; 1; 0,6; 0,3 мм
Цена деления шкалы барабана окулярного
винтового микрометра 0,01 мм
Пределы перемещения предметного столика в двух
взаимно-перепендикулярных направлениях 0 - 10 мм
Цена деления шкал барабанов
микрометрических винтов столика 0,01 мм
Источник света - лампа накаливания
Питание - через РНШ от сети переменного тока 95 В.
Принцип действия мис-11
Двойной микроскоп представляет собой систему двух микроскопов - наблюдательного и проецирующего. Предметные точки объективов обоих микроскопов совмещены: оси микроскопов составляют 90, причем биссектриса этого угла совпадает с нормалью к измеряемой поверхности.
Если освещенная щель S проецируется микроскопом на поверхность Р1, имеющую ступеньку Р2 высотой h (направление падения лучей показано стрелками), то изображение щели S займет на поверхности Р1 положение S1', на ступеньке Р2 – положение S2' (рис. 1,а).
а б
Рис. 1
В поле зрения наблюдательного микроскопа изображение щели будет подобно показанному на рис. 1,б. Величина b смещения изображения S2" по отношению к изображению S1" служит мерой высоты ступеньки h.
Принципиальная
оптическая схема микроскопа показана
на рис. 2а, где А1
– проецирующий микроскоп; А2
– наблюдательный микроскоп; 2
– угол 90
между осями микроскопов; Р1
– измеряемая поверхность; О1
и О2
– объективы микроскопов (одинаковые);
предметные точки объективов совпадают
между собой и с измеряемой поверхностью
Р1;
S
– узкая освещенная щель, лежащая
перпендикулярно к плоскости рисунка
на оси А1;
К – окулярный микрометр. Лучи, отраженные
от поверхностей Р1
и Р2
в точках S1'
и S2',
являются когерентными и, следовательно,
при наложении будут давать интерференционную
картину.
а
б
Рис. 2
Объектив О1 создает изображение S1' щели S на измеряемой поверхности Р1 в виде узкой светящейся линии, перпендикулярной к плоскости рисунка. Объектив О2 создает в плоскости окуляра К изображение S1", а также узкого участка поверхности Р1, на котором располагается изображение щели S1'. Например, на измеряемой поверхности имеется ступенька Р2 высотой h, часть пучка света, отраженная от поверхности ступеньки Р2, кажется выходящей из светящейся линии S2'. В поле зрения окулярного микрометра изображение S2" сместится относительно изображения S1" в плоскости рисунка на величину b (рис. 1 б).
b = N m, (1)
где b – расстояние между S1 S2 (рис. 1б);
m – расстояние между S1 S2 (рис. 2б);
N – увеличение объектива О2.
Из рис. 2, б видно, что
Cos
45=
, (2)
откуда
b
=
N
h. (3)
Величина b смещения изображения S пропорциональна высоте ступеньки h. Если на измеряемой поверхности имеются впадины или выступы, каждая неровность вызывает искривление изображения щели, пропорциональное величине неровности и соответствующее её направлению. При этом увеличение размеров (в плоскости окуляра) по глубине равно N , а вдоль профиля равно N (увеличению объектива микроскопа).
Таким образом, измерив высоту изображения профиля b поверхности, можно вычислить реальную высоту профиля по формуле:
h
=
. (4)
Пределы величин, измеряемых с помощью двойного микроскопа, ограничиваются, с одной стороны, его разрешающей силой, с другой - глубиной изображения микроскопа. Как известно, оба фактора обуславливаются, главным образом, апертурой применяемых объективов. Поэтому для применения различных высот неровностей следует пользоваться разными объективами.
О
птическая
система прибора показана на рис. 3.
Рис. 3.
Лампа 1 через светофильтр 2 посредством конденсора освещает щель 4, которая находится в фокальной плоскости системы дополнительных линз 5 и изображается объективом 6 в его предметной плоскости, совмещаемой с измеряемой поверхностью. Объектив 7 с дополнительной линзой 8 дает изображение участка измеряемой поверхности и расположенного на нем изображения щели в плоскости сетки 9 окуляра 10.
Микроскоп имеет массивное основание 11 (рис. 4), на котором установлена колонка 12. На колонке с помощью подвижного кронштейна 13 укреплен держатель 14 тубусов: проектирующего микроскопа 15 и наблюдательного микроскопа 16. В нижнюю часть каждого тубуса ввинчиваются объективы 6 и 7.
В верхней части проектирующего микроскопа установлен патрон с лампой 1 (рис. 3), который при регулировке освещения можно передвигать и в нужном положении зажимать винтом 17 (рис. 4). Лампа осветителя питается через трансформатор, находящийся внутри прибора. Накал лампы регулируется ручкой 18. В верхней части наблюдательного микроскопа установлен окулярный винтовой микрометр для визуальных измерений.
Перемещая гайку 20 по резьбе колонки, можно установить держатель 14 тубусов вместе с микроскопами на любой высоте и в нужном положении закрепить винтом 21. Для фокусировки микроскопов на объект служат барашек 22 грубой подачи и барабан 23 микрометрического механизма.
Для установки и перемещения изучаемых объектов прибор имеет предметный столик 24, который вместе с объективом в двух взаимноперпендикулярных направлениях с помощью микрометрических винтов 25 поворачивается вокруг вертикальной оси и фокусируется стопорным винтом 26.
Для измерения поверхностей различных классов чистоты к прибору прилагаются пары сменных объективов: 6-7, 28, 29, 30. Все объективы рассчитаны на длину тубуса "бесконечность".