9.4. Оптические средства измерения шероховатости

Для измерения шероховатости оптическим способом применяют приборы светового сечения типа МИС-11 и ПСС-2, микроинтерферометры типа МИИ-4, МИИ-9, МИИ-11, МИИ-12, растровые измерительные микроскопы типа ОРИМ-1 и др. При выборе метода и типа прибора необходимо учитывать возможность контроля предписанного чертежом параметра, пределы измерения, допускаемые отклонения контролируемого параметра, погрешность измерения и прибора, форму, размеры и материал детали и другие факторы.

Наибольшее распространение из бесконтактных методов получили методы светового сечения, теневой проекции, метод с применением растров, микроинтерфереционные методы.

Принципиальная схема метода светового сечения приведена на рис. 9.3, а. Луч света от источника 1 через узкую щель 2 и объектив 3 первого (проектирующего) микроскопа проектируется на измеряемую поверхность, которая имеет микронеровности высотой h. В поле зрения второго микроскопа, ось которого расположена под углом 90⁰ к оси проектирующего микроскопа, изображение щели будет иметь вид световой ступеньки, т. к. от измеряемой поверхности отражаются два луча (от верхней и нижней частей шероховатости). Эти лучи через объектив 4 и пластину со шкалой 5 попадают в окуляр 6. Размер световой ступеньки в окуляре служит мерой высоты неровности h.

Принцип теневой проекции представляет собой видоизмененный принцип светового сечения, в котором граница между светом и тенью создается острием ножа.

Сущность растрового метода измерения шероховатости поверхности состоит в том, что измеряемая поверхность рассматривается в микроскоп и одновременно на изображение поверхности накладывается муаровая картина, получаемая в результате переналожения штрихов исходного и рабочего растров. По искривлениям муаровых полос в зависимости от шероховатости поверхности судят о величине неровности.

При микроинтерференционном методе измерения шероховатости измеряемая поверхность рассматривается в микроскоп и одновременно на изображение поверхности накладываются интерференционные полосы, которые искривляются в зависимости от шероховатости поверхности. По искривлению интерференционных полос определяют высоту неровностей.

Двойной микроскоп МИС-11 служит для измерения шероховатости по параметру Rz. Характеристика прибора:

пределы измерения неровностей Rz: 80-1,6 мкм;

погрешность прибора: от +4 до +24 %;

увеличение микрообъектива: 5,8^X; 10,6^X; 18^X; 34,5^X;

числовая апертура: 0,13; 0,30; 0,37; 0,50;

общее увеличение прибора: 87^X; 157^X; 270^X; 517^X;

линейное поле зрения: 1,95; 1,08; 0,64; 0,33 мм.

Пределы измерений определяют выбором соответствующих объективов. Принцип действия двойного микроскопа основан на методе светового сечения.

Рис. 9.3. Двойной микроскоп МИС-11

Двойной микроскоп МИС-11 (рис. 9.3, в) имеет осветительный тубус 7 и микроскоп 1 , закрепленный в корпусе 4. Салазки корпуса перемещается по кронштейну 6 маховиком 5 для предварительной установки на резкость. Точная фокусировка осуществляется микроподачей 3. Винтом 9 изображение щели переводят на середину поля зрения окуляра. Кольцом 8 регулируют ширину щели. Измерения проводят окулярным микрометром 2 . Стол 12 перемещается винтами 10 и поворачивается в горизонтальной плоскости при освобожденном винте 11.

Интерференционный микроскоп МИИ-4 предназначен для визуальной оценки, измерения и фотографирования высоты неровностей точно обработанных наружных поверхностей изделий. Пределы измерений по параметрам Rz и Rmax составляют 0,8 - 0,1 мкм, а по параметрам S и Sm - 0,25 - 0,02 мм. Увеличение прибора при визуальном наблюдении-500^X, при фотографировании-290^X; поле зрения-0,32 мм. Проверяемая поверхность освещается белым и монохроматическим светом. Вариация показаний для всех классов шероховатости не превышает 0,04 мкм.

В основу схемы измерения на этом приборе заложено явление интерференции, образующейся в результате сложения световых лучей, отраженных от измеряемой поверхности и от образцового зеркала, поверхность которого можно считать практически гладкой.

Микроинтерферометр МИИ-4 (рис.9.4) имеет массивное основание 7, на котором установлен стол 1 с микрометрическими винтами 3. Изделие 2 укладывают на стол проверяемой поверхностью вниз. Винтом 6 фокусируют прибор. Поворотом корпуса 4 и винта 5 изменяют ширину и направление интерференционных полос.

Рис. 9.4. Микроинтерферометр МИИ-4

Головка 10 закрывает интерференционное зеркало шторкой, что позволяет рассматривать поверхность без интерференции. Искривление интерференционных полос измеряют окулярным микрометром 9 . Камера 8 служит для фотографирования.