CC BY
32
УДК 531.711(477)
РОЗРОБКА ФУНКЦІОНАЛЬНОЇ СХЕМИ ІНТЕРФЕРЕНЦІЙНОЇ УСТАНОВКИ ДЛЯ НОВІРКИ ШТРИХОВИХ МІР ДОВЖИНИ Т.Ю. Котляр, аспірантка, ХНУРЕ
Анотація. Запропонована функціональна схема інтерференційної установки для повірки скляних штрихових мір довжини дозволяє автоматизувати процес зняття, реєстрації й обробки результатів вимірювань, а також зменшити похибку оптико-механічної системи компаратора. Реалізація подібної схеми дозволить значно підвищити точність вимірювань скляних штрихових мір довжини.
Ключові слова: штрихові міри довжини, інтерферометр, фотоелектричний мікроскоп, похибка вимірювання, методи повірки, довжина хвилі.
РАЗРАБОТКА ФУНКЦИОНАЛЬНОЙ СХЕМЫ ИНТЕРФЕРЕНЦИОННОЙ УСТАНОВКИ ДЛЯ НОВЕРКИ ШТРИХОВЫХ МЕР ДЛИНЫ Т.Ю. Котляр, аспирантка, ХНУРЭ
Аннотация. Предложенная функциональная схема интерференционной установки для поверки стеклянных штриховых мер длины позволяет автоматизировать процесс снятия, регистрации и обработки результатов измерений, а также уменьшить погрешность оптикомеханической системы компаратора. Реализация подобной схемы позволит значительно повысить точность измерений стеклянных штриховых мер длины.
Ключевые слова: штриховые меры длины, интерферометр, фотоэлектрический микроскоп, погрешность измерения, методы поверки, длина волны.
DEVELOPMENT INTERFERENCE DEVICE FUNCTIONAL SCHEME FOR VERIFICATION GLASS SHAPED MEASURES OF LENGHT T. Kotliar, postgraduate, KhNURE
Abstract. The proposed interference device functional scheme for verification of glass shaped measures of length allows us to automate the process of recording and processing measurement results and reduce the error of opto-mechanical system of comparator. The implementation of this scheme will significantly improve the accuracy of measurements glass shaped measures of length.
Key words: shaped measures of length, interferometer, photoelectrical microscope, error of measurements, verification methods, wave length.
Вступ
Поліпшення якості продукції неможливе без підвищення рівня техніки вимірювань, випробувань, контролю та керування технологічними процесами на всіх етапах виробництва. Це вимагає постійного збільшення парку засобів вимірювань, розширення їхньої номенклатури й підвищення точності вимірювань.
У машино- та приладобудуванні знайшли широке застосування плоскопаралельні кінцеві й штрихові міри довжини.
До кінцевих мір довжини, у широкому розумінні цього терміна, відносяться всі ті міри довжини, загальною властивістю яких є точно визначена відстань між вимірювальними (робочими) поверхнями, що служить безпосередньо для визначення відстані.
Штрихові міри довжини - міри, розмір яких визначає відстань між осями двох або декількох штрихів, нанесених перпендикулярно до поздовжньої осі міри. До них відносяться шкали, лінійки, рулетки, відлікові пристрої оптичних приладів і т.д.
Штрихові міри характеризуються номінальним значенням загальної довжини, відхиленням загальної довжини від номінальної, номінальною довжиною окремих інтервалів, відхиленням довжини окремих інтервалів від номінальної, довжиною й шириною штрихів, відхиленням від перпендикулярності штрихів і поздовжньої осьової лінії до бічної поверхні або до краю міри, відхиленням від прямолінійності поздовжніх осьових ліній або краю міри, відхиленням від площинності робочої поверхні або основи, а так само їхнім відхиленням від плоскопаралельності.
Аналіз публікацій
Існуючий в Україні парк штрихових мір довжини і технічних засобів вимірювань цих мір - різноманітний за номенклатурою і достатньо великий за кількістю. Основою метрологічного забезпечення цього виду вимірювань є державна повірочна схема для засобів вимірювань довжини ДСТУ 3741-98[1], яка регламентує порядок передачі одиниці довжини від Державного первинного еталона підлеглим засобам вимірювань.
На сьогодні існує велика кількість методів і їх модифікацій, які широко використовуються в технічних засобах для вимірювання довжини штрихових мір. Загальні положення про методи і засоби повірки штрихових мір означені в МИ 1987-89 [2].
Мета та постановка задачі
Метою даної роботи є розробка функціональної схеми інтерференційної установки для повірки скляних штрихових мір довжини, реалізація якої дозволить автоматизувати процес зняття, реєстрації й обробки результатів вимірювань, а також зменшити похибку оптико-механічної системи компаратора.
Удосконалення методу повірки скляних штрихових мір довжини
Згідно з існуючою методикою, перевірка скляних штрихових мір проводиться за допомогою компаратора. Відлік проводиться
оптико-механічним методом за скляною шкалою компаратора. При застосуванні цього методу на точність вимірювань впливають кілька факторів:
- похибка оптико-механічної системи;
- похибка внесена оператором;
- похибка, зумовлена перекосом каретки приладу з установленою скляною штриховою мірою;
- похибка зразкової шкали і т.д.
Також існують оптично-електронні методи з використанням растрових пристроїв вимірювання довжини, абсолютні і відносні інтерференційні методи на основі лазерних інтерферометрів.
Результати огляду методів і технічних засобів вимірювань на їх основі вказують на те, що найвища точність визначення довжини мір досягається абсолютним інтерференційним методом з використанням динамічних лазерних інтерферометрів сумісно з фотоелектричними мікроскопами (ФЕМ). При цьому довжина мір та їх інтервалів вимірюється безпосередньо в довжинах лазерної хвилі засобами автоматичної лічби інтерференційних смуг, які рахуються між двома настроюваними ФЕМ на вимірювальні штрихи. В основу проектування інтерференційної установки для повірки штрихових мір довжини покладено саме цей метод. Слід відзначити, що принципи побудови зарубіжних аналогів практично співпадають з вибраним напрямком проектування - всі базуються на лазерних інтерферометрах і фотоелектричних системах наведення на штрих. Щодо метрологічних характеристик, то вони мають певні розбіжності (похибки вимірювань штрихових мір довжини на інтервалі до 1 м знаходяться в межах від 0,1 мкм до 0,5 мкм), зумовлені перш за все:
- дискретністю відліку інтерференційних смуг;
- роздільною здатністю фотоелектричних мікроскопів;
- точністю визначення показника заломлення;
- точністю визначення температури міри;
- якістю пристроїв рухомої каретки.
За результатом огляду літературних джерел та наявних технічних можливостей, функціональну схему інтерференційної установки для повірки штрихових мір довжини можна подати у наступному вигляді (рис. 1).
Рис. 1. Функціональна схема інтерференційної установки для повірки штрихових мір довжини
Згідно зі схемою установка являє собою замкнену систему керування і вимірювання, яка має працювати наступним чином. При попаданні «початкового» штриха в поле зору фотоелектричної системи (ФЕС) на виході системи керування та відліку (СКВ), електрично пов’язаної з ФЕС, виробляється сигнал, за допомогою якого здійснюється зупинка керованого двигуна і включення механізму точної подачі, який підстроює центр штриха на оптичну вісь ФЕС. Послідовно з цим проводиться підстроювання лазерного інтерферометра на максимум пропускання лазерного променя [3].
Після настроювання на «початковий» штрих за сигналом з СКВ включається керований двигун і одночасно запускається реверсивний лічильник інтерференційних смуг. При попаданні «кінцевого штриха» в поле зору ФЕС з СКВ надходить сигнал зупинки керованого двигуна і включення механізму точної подачі для підстроювання центра штриха на оптичну вісь ФЕС. Після настроювання штриха на оптичну вісь ФЕС сигналом з СКВ зупиняється реверсивний лічильник і проводиться підстроювання лазерного інтерферометра на максимум пропускання та визначення дробової частини порядку інтерференції.
фізичних параметрів повітря і температури шкали.
Розрахунки метрологічних характеристик інтерференційної установки, що проектується, проводиться шляхом аналізу основного рівняння вимірювань, яке визначається формулою
L -('Ц^ + а(20 -С-<.)А™,
2п
де А - інтервал між штрихами шкали штрихової міри; N - цілий порядок інтерференції для лазерного випромінювання; є - дробова частина порядку інтерференції для лазерного випромінювання; ^0 - довжина хвилі лазерного випромінювання; п - показник заломлення повітря; а - температурний коефіцієнт температурного розширення; -м - температура штрихової міри довжини; Аном - номінальний розмір шкали міри.
Висновки
Отже, перевага використання інтерференційного метода для повірки штрихових мір довжини полягає у прямому зв’язку з еталоном одиниці довжини - метром.
Зовнішні умови і температура ^ал^ інф°р- Застосування стабілізованого лазерного ви-
мація про які потрібна при обчисленні поп- промінювання в якості міри довжини змен-
равок реєструється системою вимірювання шує число ланок у ланцюзі передачі одиниці
довжини від державного еталона засобу вимірювальної техніки. Це сприяє спрощенню передачі одиниці довжини та зменшенню похибки.
Крім того, використання інтерферометра усуває операцію наведення на штрих зразкової шкали, що зменшує суб’єктивну похибку, внесену оператором. Також застосування інтерферометра дозволяє автоматизувати процес зняття відліку й обробки результатів вимірювань. При застосуванні методу подвійного проходження променем вимірюваного відрізка можна підвищити точність виміру приблизно у два рази.
Запропонований метод удосконалення засобів повірки штрихових скляних мір у діапазоні 0,001-200 мм дозволяє отримати наступні переваги в порівнянні з методом, що використовується нині:
- підвищити точність вимірювань при повір-ці скляних штрихових мір;
- зменшити похибки в існуючій оптико-механічній системі компаратора;
- автоматизувати процес зняття, реєстрації й обробки вимірювань.
Література
1. ДСТУ 3741-98. Державна повірочна схема
для засобів вимірювань довжини. - Введено уперше ; чинний з 01.01.1999 р. -К. : Держстандарт України, 1998. - 36 с.
2. МИ 1987-89 ГСИ. Меры длины штрихове.
Общин требования к поверке. - М. : Государственный комитет СССР по управлению качеством продукции и стандартам, 1990. - 10 с.
3. Коронкевич В.П. Современные лазерные ин-
терферометры / В.П. Коронкевич, В.А. Ханов. - Новосибирск : Наука, 1985. - 182 с.
Рецензент: М.А. Подригало, професор, д. т. н., ХНАДУ.
Стаття надійшла до редакції 21 червня 2011 р.
