Прилади для лінійних вимірювань - 7
Гоніометри є найбільш точними оптичними приладами для безконтактного вимірювання кутів і призначені для вимірювання кутів між плоскими гранями, що добре відбивають світлові промені. Вимірювання кутів можливе як на непрозорих, так і прозорих тілах. Вимірювання кутів на гоніометр здійснюється абсолютним методом, тобто. шляхом порівняння з точно градуйованим лімбом (круговій шкалою). При порівнянні використовується коліматор і зорова труба (або автоколіматор), а також відліковий пристрій.
Оптична система гоніометра складається з двох частин – спостережної та відлікової. Спостережна система призначена для точної фіксації взаємного положення грані кута, що вимірюється, і вузлів гоніометра. Спостережна система включає коліматор і зорову трубу.
Коліматор – оптичний пристрій для одержання пучків паралельних променів. Коліматор складається з об'єктива, у фокальній площині якого вміщено непрозору діафрагму з вузькою щілиною. Щілина висвітлюється за допомогою освітлювача. Об'єктив та діафрагма укріплені в зачорненій зсередини трубі. Паралельний пучок променів, що виходить іе коліматора, задає в просторі деякий базовий напрям, щодо якого відраховуються кути, що вимірюваються. Коліматор з освітлювачем жорстко закріплений на підставі приладу, навколо осі якого мають можливість повертатися алідада з зорової трубою та предметний столик, на якому встановлюють деталі, що вимірюваються.
У гоніометрі зорова труба служить для фіксації у просторі напрямку збігається з оптичною віссю труби. Найпростіша зорова труба Кеплера складається з об'єктиву, окуляра, сітки з перехрестям.
Об'єктив – це звернена до об'єкта частина оптичної системи, яка формує дійсне зображення об'єкта. Окуляр– це звернена до ока спостерігача частина оптичної системи, яка служить візуального розгляду дійсного зображення, сформованого об'єктивом.
У загальній фокальній площині об'єктива та окуляра встановлена сітка з перехрестям, яка й забезпечує можливість не тільки спостерігати віддалені об'єкти, а й визначати напрямки на них. Так, зображення віддаленого об'єкта вийде в центрі перехрестя лише в тому випадку, якщо напрямок на об'єкт збігається з головною оптичною віссю зорової труби. Поєднання зображення спостережуваного об'єкта з перехрестям є наведенням осі труби на об'єкт. Фокусування на різкість різно видалених об'єктів спостереження здійснюється за допомогою додаткової лінзи, що розсіює, встановленої між об'єктивом і окуляром. Переміщенням цієї лінзи вдається наводити в передню фокальну площину окуляра зображення об'єктів по-різному віддалених від спостерігача при незмінній довжині труби.
Сутністьавтоколімаціїполягає в об'єднанні в одному приладі коліматора і зорової труби. Автоколіматор (рис. 7.5.1) використовується для того, щоб з високою точністю встановлювати плоскі поверхні, що відбивають перпендикулярно його оптичної осі. Автоколіматор є зоровою трубою зі спеціальним окуляром, який називається автоколімаційним. Часто використовують автоколімаційний окуляр-куб із двома сітками.
1 – освітлювач; 2 – об'єктив; 3 – окуляр; 4 – око спостерігача
Автоколіматор (рис. 7.5.2) складається з об'єктиву 2, світлодільного кубика 3, склеєного з двох прямокутних призм, причому, в площині склеювання одна з гіпотенузних граней напівпрозора (на неї нанесений тонкий шар алюмінію). За кубиком у фокальнійплощині окуляра встановлена скляна пластинка з перехрестям 4 (Вигляд Б), а далі окуляр 5. Між освітлювальною лампою і кубиком встановлена в строго фокальної площині об'єктива 5, друга скляна пластинка 6, на якій на шарі алюмінію прокреслений прозорий хрест.
Якщо перед автоколіматором встановити плоску поверхню, що відбиває 1 перпендикулярно оптичної осі автоколіматора, то зображення світиться хреста сітки 6 збігається з перехрестям сітки 4. При відхиленні відбиває площини 1 зображення світиться хреста буде зміщуватися. При вимкненому освітлювачі автоколіматор можна використовувати як зорову трубу. Сучасні гоніометри в основному забезпечені автоколіматором.
Поворотом столика з деталлю при нерухомій зоровій трубі або алідади (поворотного візирного пристосування) з зорової трубою при нерухомому столику встановлюють таке взаємне положення деталі і зорової труби, щоб промінь світла відколіматора, відбившись від грані деталі, пішов по осі деталі, пішов по осі зорової труби. При використанні автоколімаційного окуляра зорової труби роблять установку грані деталі перпендикулярно до осі зорової труби, при такому положенні відбитий промінь повертається по осі труби (коліматор у цьому випадку не використовується). Послідовно наводячи трубу різні грані деталі, визначають кути взаємного повороту деталі і зорової труби по відліковій системі приладу.
Відлікова система включає лімб (кругову шкалу від 0 до 360°) і оптичну систему, що забезпечує зчитування одночасно по двох діаметрально протилежним сторонам лімба. У відлікову систему входить оптичний клиновий мікрометр, що дозволяє отримувати малу ціну поділу приладу тапоєднувати між собою зображення з двох діаметральних сторін лімба у полі зору відлікового мікроскопа.
У процесі виміру лімб повертається разом із столиком, а оптична система пов'язана з алідадою. Конструкцією гоніометра передбачена можливість незалежного повороту лімба щодо столу і повороту його спільно з алідадою. Незалежний поворот лімба використовується при налаштуванні та у разі потреби вимірювання кута на різних ділянках лімба (наприклад, для усереднення похибок шкали лімба).
Випускаються гоніометри з межами похибки, що допускається±0,3“,±1″,±2″,±3″ і±5″.Ціна поділу шкали лімба в залежності від точності гоніометра становить10′або20′,а шкали відлікового оптичного мікрометра –0,5″та1″. Зазначені значення похибки нормуються за середні значення з трьох наведень на кожну грань, що становить один прийом вимірювання. На похибку виміру кутів за допомогою гоніометрів впливають випадкові похибки наведення, похибки шкали лімба, похибки відліку.
Гоніометри (рис. 7.5.3) комплектують набором окулярів і змінних вузлів, що розширюють можливості приладу.
В даний час випускаються цифрові гоніометри, забезпечені цифровим автоколіматором (розділ 7.6), оптоелектронним енкодером кута повороту столу, комп'ютером та ПЗ. Це суттєво підвищує точність та зручність вимірювань.
У машинобудуванні гоніометри застосовуються мало, наприклад, для перевірки ділильних головок. Їх застосовують в основному при виробництві та вимірі оптичних деталей (призм), кристалів тощо.