Если у вас возникли сложности с курсовой, контрольной, дипломной, рефератом, отчетом по практике, научно-исследовательской и любой другой работой - мы готовы помочь.
Предоплата всего
Подписываем
Лабораторная работа №7
ИЗМЕРЕНИЕ ШЕРОХОВАТОСТИ ПОВЕРХНОСТИ НА МИКРОИНТЕРФЕРОМЕТРЕ ЛИННИКА МИИ-4
1. НАЗНАЧЕНИЕ
МИКРОИНТЕРФЕРОМЕТР ЛИННИКА МИИ-4 предназначается для ви зуальной оценки, измерения и фотографирования высоты неровностей тонкооб работанных поверхностей.
Микроинтерферометр применяется в лабораториях научно-исследователь ских и учебных институтов и промышленных предприятий, занимающихся вопросами чистоты обработки поверхностей.
Микроинтерферометры изготавливаются в исполнении У категории 4.2, т.е. для работы в макроклиматических районах с умеренным климатом в лабораторных помещениях при температуре воздуха от +10 до +35°С, и в исполнении Т категории 4.2, т.е. для работы в макроклиматических районах как с сухим, так и с влажным тропическим климатом в лабораторных помещениях при температуре воздуха от+10 до +45°С.
2. ТЕХНИЧЕСКИЕ ДАННЫЕ
Пределы измерения высоты неровности, мкм от 0,1 до 0,8
Увеличение, крат:
при визуальном наблюдении с винтовым окулярным микрометром МОВ-1-16х и
симметричным окуляром 15х 500
Поле зрения, мм:
при визуальном наблюдении с винтовым
окулярным микрометром МОВ-1-16х 0,32
с симметричным окуляром 15х 0,37
Объектив:
фокусное расстояние, мм 6,16
апертура 0,65
Предметный столик:
пределы перемещения в двух взаимно-
перпендикулярных направлениях, мм 0-10
пределы поворота, градус 0-360
Цена деления шкал барабанов микрометри-
ческих винтов столика, мм 0,005
Пределы перемещения интерференционной
головки по вертикали для фокусировки, мм ±1,5
Цена деления шкалы барабана микрометрии-
ческого винта для фокусировки, мм 0,003
Источник света — лампа накаливания СЦ80 (8 в, 9 вт). Питание лампы производится через понижающий трансформатор от сети переменного тока напряжением 220 в.
Габаритные размеры прибора, мм 340x300x380
Масса, кг 24
3. УСТРОЙСТВО И РАБОТА МИКРОИНТЕРФЕРОМЕТРА
3.1. РАБОТА МИКРОИНТЕРФЕРОМЕТРА
3.1.1. Принцип действия
Принцип и схема микроинтерферометра МИИ-4 впервые были разработаны и применены для исследования качества тонкообработанных поверхностей академиком В.П.Линником.
Принцип действия микроинтерферометра основан на явлении интерференции света.
На практике для получения двух систем волн, способных интерферировать, пользуются разделением пучка лучей, исходящих из одной точки источника света, на два пучка.
В микроинтерферометре МИИ-4 в качестве разделяющей системы используется наклонная плоско параллельная пластинка, имеющая полупрозрачное светоделительное покрытие. Половину падающего на нее света пластинка отражает, половину пропускает, вследствие чего образуются две системы волн, способных интерферировать. В результате интерференции двух систем волн в фокальной плоскости окуляра наблюдаются интерференционные полосы.
Разность хода интерферирующих лучей от центра поля к краям увеличивается и проходит все значения: 0; λ/2; 3/2 λ; 2 λ и т.д., где λ, — длина волны света. В точках поля, где разность хода равна λ, 2λ,, 3λ. и т.д., в результате интерференции пучков получаются светлые полосы, а в точках, где разность хода равна λ/2, 3/2λ, 5/2λ и т. д. — темные полосы.
При вынутом окуляре в плоскости зрачков выхода микроинтерферометра наблюдаются два изображения источника света.
Форма интерференционных полос, направление и интервал между ними зависят от положения зрачков выхода микроинтерферометра относительно друг друга. При изменении взаимного расположения зрачков и расстояния между ними соответственно изменяются интервалы между интерференционными полосами и направление полос. Интервал между полосами Δ определяется по формуле
Δ = λ/ω
где λ — длина волны света;
ω — угловое расстояние между двумя изображениями источника света при рассматривании их из данной точки поля интерференции.
Микроинтерферометр МИИ-4 позволяет изменять расстояние между изображениями источника света и их взаимное расположение.
Для этого объектив О1: (рис. 1) смешается с оптической оси. При смещении объектива, например, на величину а, изменяется расстояние между зрачками выхода (Т\Т2 = 2а), в которые проектируется изображение источника света, а следовательно, изменяется и интервал между полосами
Если объектив О1, смещенный с оптической оси, поворачивать вокруг этой оси, то один из зрачков будет описывать окружность вокруг другого; в этом случае полосы в поле зрения будут поворачиваться.
В отъюстированном микроинтерферометре при работе в монохроматическом свете в поле зрения должны быть видны чередующиеся черные и светлые полосы.
Два интерференционных светофильтра, с помощью которых получается монохроматический свет, пропускают соответственно желтую и зеленую части спектра. Без светофильтра наблюдается интерференционная картина в белом свете.
Как видно из приведенной выше формулы, интервал между полосами Δ зависит от длины волны; каждой длине волны соответствует определенный интервал. Поэтому в белом свете полосы для разных длин волн не совпадают друг с другом, за исключением нулевой полосы, определяющей ось симметрии интерференционной картины. Таким образом, интерференционная картина в белом свете имеет следующий вид: в центре наблюдается белая ахроматическая полоса, по обеим сторонам которой находятся две черные полосы с цветными каймами, и дальше по три-четыре цветные полосы с каждой стороны. Переход от одной светлой (или темной) полосы к другой светлой (или темной) полосе соответствует изменению разности хода интерферирующих лучей на одну длину волны.
В поле зрения микроинтерферометра наблюдаются одновременно интерференционные полосы и исследуемая поверхность. Перемещение исследуемой поверхности S2 вверх или вниз на какую-либо малую величину вызывает изменение хода луча на двойную величину перемещения поверхности, так как свет проходит это расстояние дважды.
Изменение хода луча в одной ветви микроинтерферометра вызовет изменение разности хода интерферирующих лучей, в результате чего полосы в поле зрения сместятся. При смещении исследуемой поверхности на величину, соответствующую половине длины световой волны λ/2, полосы в поле зрения сместятся на один интервал между ними.
Если на исследуемой поверхности имеется бугор или впадина, то в этом месте меняется разность хода и, следовательно, полосы смещаются. Так, например, высота неровности на поверхности 0,275 мкм вызовет искривление полосы в поле зрения микроинтерферометра на величину всего интервала между полосами (на одну полосу). При измерении величину искривления выражают в долях интервала между интерференционными полосами. Зная длину волны света, можно получить высоту неровности в микрометрах или долях миллиметра.
С помощью микроинтерферометра МИИ-4 можно достаточно точно измерить величину искривления, составляющую 0,1 интервала между полосами, что соответствует высоте неровности, равной λ/2*0,1 = 0,05λ.
При λ = 530 нм наименьшая высота неровности, которую возможно изме рить на микроинтерферометре, составляет 0,05 х 0,53 = 0,0265 мкм.
При измерении высоты неровности на цилиндрических деталях в поле зрения наблюдаются две системы интерференционных полос, расположенных симметрично относительно образующей цилиндра. При установке сферических объектов в поле зрения наблюдаются кольца. Вид поля зрения при установке цилиндрических объектов показан на рис.2, сферических объектов — на рис.3.
3.1.2. Оптическая система
Оптическая схема микроинтерферометра показана на рис. 4. Нить лампы накаливания 1 проектируется коллектором 2 в плоскость апертурной диафрагмы 3. В фокальной плоскости проекционного объектива 4 помещена полевая диафрагма 5, которая изображается объективом 4 в бесконечности.
После проекционного объектива параллельный пучок лучей попадает на разделительную пластинку 5, на одной стороне которой нанесено светоделительное покрытие. Разделительная пластинка делит падающий на нее пучок света пополам: одну половину она отражает, другую — пропускает.
Пучок лучей, отраженный от пластинки 6, собирается в фокусе объектива 7 на исследуемой поверхности, после отражения от которой снова проходит через объектив 7, пластинку б и собирается в фокусе объектива 5, где наблюдается изображение исследуемой поверхности. Зеркало 9 направляет пучки лучей в визуальный тубус.
Второй пучок лучей, пройдя через разделительную пластинку 6, падает на компенсатор 10, после чего собирается в фокусе объектива 11 на эталонном зеркале 12, отразившись от которого, снова проходит через объектив 11, компенсатор 10 и падает на разделительную пластинку 6. При этом часть лучей проходит через пластинку 6 и не участвует в образовании изображения, а другая часть лучей отражается от пластинки 6 и интерферирует с лучами первой ветви микроинтерферометра, образуя резкое изображение интерференционных полос в бесконечности. Это изображение объективом 8 переносится в фокальную плоскость окуляра 13.
Таким образом, изображения интерференционных полос и исследуемой поверхности получаются в фокальной плоскости окуляра и налагаются друг на друга.
При вынутом окуляре наблюдаются два изображения апертурной диафрагмы 5, которые являются зрачками выхода системы; от их положения относительно друг друга зависят форма и положение полос, а также интервал между ними.
Для работы с монохроматическим светом, т.е. светом определенной длины волны, микроинтерферометр снабжен двумя интерференционными светофильтрами 14, которые включаются и выключаются из хода лучей перемещением направляющей. Светофильтры отличаются друг от друга своими характеристиками.
При фотографировании на микроинтерферометре зеркало 9 выключается из хода лучей и свет, пройдя через гомаль 15 и отразившись от зеркала 16, падает на поверхность матового стекла или фотопленку 17.
3.2. УСТРОЙСТВО МИКРОИНТЕРФЕРОМЕТРА
Микроинтерферометр МИИ-4 имеет круглое основание 18 (рис. 5), на котором может быть установлена фотокамера 19 или рамка 20 с матовым стеклом. К верхнему торцу основания привинчена полая цилиндрическая колонка 21, на которой установлен предметный столик 22. При помощи двух микрометрических винтов 23 столик можно перемещать в двух взаимно перпендикулярных направлениях, величину перемещения столика отсчитывают по шкалам барабанов винтов. Столик можно также поворачивать вокруг вертикальной оси и стопорить винтом 24.
В колонке 21 под углом 70° к вертикальной оси расположен визуальный тубус 25, в отверстие которого устанавливают прикладываемый к микроинтер ферометру симметричный окуляр 16х.
Для измерения величины искривления интерференционных полос на наружный диаметр тубуса вместо окуляра устанавливают винтовой окулярный микрометр 26 (MOB-1-16х).
На тубусе имеется кольцо 27, вращением которого можно вводить в оптическую систему или выводить из нее зеркало 9 (см. рис. 4) визуального тубуса. При визуальном наблюдении или измерении зеркало 9 должно быть введено в оптическую систему, а при фотографировании выведено.
Фокусировка микроскопа на объект осуществляется перемещением интерференционной головки при вращении микрометрического винта 28 (см. рис. 5). Величина вертикального перемещения интерференционной головки может быть отсчитана по шкале барабана микрометрического винта.
Интерференционная головка укреплена на внутреннем стакане микроинтерферометра. Она состоит из левой, средней и правой частей.
Левая часть головки включает в себя фонарь 29 с винтами 30 (для центрировки лампы) и трубку 31, в которую вмонтирована осветительная часть системы. В трубке установлена горизонтально выдвигающаяся пластинка 32 с тремя отверстиями. В двух крайних отверстиях этой пластинки закреплены светофильтры разных характеристик (зеленый или желтый) для получения монохроматического света, среднее отверстие, свободное, используется при работе в белом свете. Вращением кольца 33 с накаткой изменяется диаметр отверстия апертурной диафрагмы.
В среднюю часть интерференционной головки ввинчен объектив 7 (см. рис. 4). В корпусе средней части установлены разделительная пластинка б и компенсатор 10. Рукоятка 34 (см. рис. 5) служит для включения шторки. При включенной шторке лучи не попадают в объектив И (см. рис. 4); в этом случае на микроинтерферометре можно работать как на металлографическом микроскопе. На торце рукоятки 34 (см. рис. 5) нанесена стрелка, указывающая положение шторки.
В правой части головки установлены объектив 11 (см. рис. 4) и эталонное зеркало 12. Эта часть имеет устройство для изменения ширины и направления интерференционных полос. Ширина полос изменяется вращением винта 35 (см. рис. 5) вокруг его оси. Изменение направления полос производится этим же винтом путем вращения его вокруг оси интерференционной головки. Винт 36 служит для смещения интерференционных полос в поле зрения микроскопа.
4. ПОРЯДОК УСТАНОВКИ И ПОДГОТОВКА К РАБОТЕ
Перед работой на микроинтерферометре нужно вынуть резиновые прокладки, находящиеся между столиком и интерференционной головкой, а также между интерференционной головкой и корпусом микроинтерферометра.
Микроинтерферометр должен быть установлен в помещении, где нет вибраций или вибрации минимальны. Для уменьшения влияния вибраций рекомендуется под основание микроинтерферометра подложить амортизатор (губчатую резину толщиной 10—20 мм).
При работе на микроинтерферометре наблюдатель не должен быть обращен лицом к окну или сильному источнику света, так как при этом его глаз ослепляется ярким посторонним светом, вследствие чего снижается контрастность изображения.
Перед эксплуатацией прибор должен быть заземлен, для чего в трансформаторе 37 предусмотрен болт 38.
В помещении, где установлен микроинтерферометр, не должно быть резких колебаний температуры.
Питание лампы (8в, 9 вт) микроинтерферометра производится через трансформатор напряжением переменного тока 220 в. В одном корпусе с трансформатором помещается реостат, рукояткой 39 которого можно изменять яркость горения лампы. На трансформаторе имеется выключатель 40 лампы. Трансформатор выпускается включенным на напряжение 220 в.
5. ПОРЯДОК РАБОТЫ
5.1. НАСТРОЙКА МИКРОИНТЕРФЕРОМЕТРА
Включить лампу и положить на столик микроинтерферометра объект исследуемой поверхностью вниз (к объективу).
Произвести настройку освещения, для чего перемещением патрона установить нить лампы так, чтобы ее изображение было резко видно в зрачке объектива; изображение нити лампы и зрачок объектива хорошо видны при вынутом окуляре; с помощью центрировочных винтов 30 отцентрировать изображение нити лампы относительно зрачка объектива, апертурная диафрагма при этом должна быть полностью открыта.
Вставить окуляр в переходную втулку 41, которую установить на тубус микроинтерферометра.
Повернуть рукоятку 34 так, чтобы стрелка на ней стояла вертикально.
С помощью микрометрического винта 28 сфокусировать микроинтерферометр на исследуемую поверхность.
Поворотом рукоятки 34 включить правую часть интерференционной головки (стрелка на рукоятке должна быть в горизонтальном положении); при этом в поле зрения должны быть видны интерференционные полосы.
С помощью микрометрического винта 28 добиться наиболее резкого изображения полос и исследуемой поверхности. Если при резкой фокусировке на объект наиболее резкие и контрастные интерференционные полосы получились не в центре поля зрения, то следует отвернуть контргайку 42 и, вращая винт 36., привести полосы в центр поля зрения. Затем проверить фокусировку по исследуемой поверхности и закрепить винт 36 контргайкой 42. Винтом 36 и контргайкой 42 разрешается пользоваться только в случае, описанном выше; в других случаях трогать винт и контргайку не рекомендуется. Для получения большей контрастности полос нужно поворотом кольца 33 несколько уменьшить отверстие апертурной диафрагмы.
Вращением винта 55 вокруг его оси установить необходимый для работы интервал между полосами.
Поворотом винта 35 вокруг оси интерференционной головки установить интерференционные полосы перпендикулярно к штрихам на исследуемой поверхности.
Для работы с монохроматическим светом включить один из светофильтров перемещением до упора пластинки 32.
На рис. 6 показан вид поля зрения при установленном образце 13-го класса чистоты
5.2. ИЗМЕРЕНИЕ ВЫСОТЫ НЕРОВНОСТИ
Измерение глубины канавок (следов от инструмента) можно производить двумя способами: на глаз и с помощью винтового окулярного микрометра.
При правильной настройке микроинтерферометра в его поле зрения должны быть видны одновременно исследуемая поверхность и интерференционные полосы, изогнутые в местах, где проходят канавки или царапины, причем интерференционные полосы должны быть ориентированы перпендикулярно к направлению царапин или рисок.
При измерении глубины царапины или риски на глаз следует определить, на какую долю интервала между полосами или насколько интервалов изгибается полоса в месте прохождения царапины.
При работе с белым светом глубина царапины или риски определяется по следующей формуле:
Н=0,27ΔN мкм,
при работе с монохроматическим светом — по формуле
Н=1/2λΔN мкм,
где Н — глубина канавки;
ΔN — величина изгиба полосы в долях интервала;
λ — длина волны света, указанная в паспорте.
Для измерения с помощью винтового окулярного микрометра МОВ-1-16* следует установить его на тубус микроинтерферометра до упора, затем повернуть так, чтобы одна из нитей перекрестия совпала с направлением интерференционных полос, а другая — с направлением царапин на исследуемой поверхности (рис.7). После этого закрепить винтовой окулярный микрометр зажимным винтом.
Для определения величины неровности необходимо измерить величину интервала между полосами, величину изгиба полос и вычислить высоту неровности.
5.2.1. Измерение величины интервала между полосами
При работе с белым светом все измерения производятся по двум черным полосам. Величина интервала между полосами выражается числом делений шкалы барабана окулярного микрометра. Для большей точности измерения наводку нити перекрестия сетки окулярного микрометра лучше всего производить по середине, а не по краю полосы.
На рис. 8 показан вид узкой полоски поля зрения микроинтерферометра в увеличенном масштабе и указано правильное расположение горизонтального штриха перекрестия винтового окулярного микрометра при измерении.
Первый отсчет N1, производится по шкалам винтового окулярного микрометра при совмещении одной из нитей перекрестия подвижной сетки с серединой полосы; затем совмещают эту же нить перекрестия с серединой следующей полосы или, в случае работы с монохроматическим светом, с серединой какой-либо другой полосы и получают второй отсчет N 2; при этом необходимо заметить число интервалов между полосами n.
5.2.2. Измерение величины изгиба полос
Величину изгиба полос также выражают в делениях шкалы барабана винтового окулярного микрометра.
Одну из нитей перекрестия сетки микрометра совмещают с серединой полосы и по шкалам окулярного микрометра снимают отсчет N 3. Затем нить перекрестия совмещают с серединой той же полосы в месте изгиба и получают второй отсчет N4.
Величина изгиба полосы в долях интервала между полосами выражается формулой
5.2.3. Вычисление высоты неровности
При работе в белом свете искривление в одну интерференционную полосу соответствует высоте неровности на исследуемой поверхности, равной 0,27 мкм. В таком случае измеренная высота неровности H вычисляется по формуле
(мкм)
где Н — высота неровности;
N1 — первый отсчет при измерении интервала между полосами;
N2—..второй отсчет при измерении интервала между полосами;
N 3 — первый отсчет при измерении величины изгиба полосы;
N4 — второй отсчет при измерении величины изгиба полосы;
n— число интервалов между полосами.
Пример (см. рис- 8). При измерении интервала между полосами сняты отсчеты N1=5,67 и N2 = 6,40; n= 1; при измерении величины изгиба полосы получены отсчеты N3=5,67 и N4 = 7,36. Следовательно,
Для определения Hср необходимо снять с исследуемого участка поверхности целую серию замеров.
6. ПРАВИЛА ОБРАЩЕНИЯ С МИКРОИНТЕРФЕРОМЕТРОМ.
ХРАНЕНИЕ И ТРАНСПОРТИРОВАНИЕ
Микроинтерферометр является точным измерительным прибором, а потому требует бережного обращения. Необходимо предохранять микроинтерферометр от толчков и ударов, так как они могут нарушить юстировку микроинтерферометра.
В нерабочее время микроинтерферометр должен находиться под чехлом.
Не следует самим разбирать микроинтерферометр, вывинчивать отдельные его части и т.д. Всякая разборка приведет к разъюстировке микроинтерферометра и вызовет необходимость отправки его для ремонта в специальные мастерские.
Чтобы зеркало не покрывалось пылью, на окулярном тубусе микроинтерферометра всегда должен находиться винтовой окулярный микрометр или пылепредохранительный колпачок.
Если загрязнится объектив, его ни в коем случае нельзя вывинчивать. Следует смахнуть с него пыль тщательно промытой беличьей кисточкой, а затем протереть чистой батистовой или фланелевой салфеткой.
Пыль с поверхностей линз винтового окулярного микрометра следует удалять беличьей кисточкой. Жировые пятна удаляются чистой батистовой или фланелевой салфеткой, смоченной спиртом или эфиром.
Пыль с металлических частей микроинтерферометра нужно удалять чистой салфеткой.
Все подвижные части микроинтерферометра смазаны невысыхающей смазкой, поэтому смазывать их не нужно.
Допускается перевозка микроинтерферометра всеми видами закрытого транспорта.
|
КБТУ Кафедра ИФ |
Измерение шероховатости поверхности с помощью микроинтерферометра МИИ-4 |
Работа № 7 |
Задание: Измерить параметры и определить высоту шероховатости
|
Наименование прибора |
Цена деления |
Пределы измерения |
Допустимая погрешность |
|
|
прибора |
шкалы |
|||
Схема замера высоты гребешков
|
№ замера |
N1 |
N2 |
N3 |
N4 |
H |
|
1 |
|||||
|
2 |
|||||
|
3 |
|||||
|
4 |
|||||
|
5 |
|||||
|
Hср |
|||||
|
Работу выполнил |
Группа |
Работу принял |
Дата |