О станках и калибрах - Зигмунд Перля

Получается, что именно мерительные плитки служат машиностроителям, как самые надежные «ловцы» микронов. Как обеспечивается такая высокая надежность?

Мерительные плитки еще больше, чем калибры, боятся колебаний температуры. Специальными нагревательными и охлаждающими установками температура помещений, где изготовляются плитки, регулируется с отклонением не более чем в 1 градус от принятой в качестве нормальной (при производстве точных измерений) температуры в 20 градусов. Но и этого бывает недостаточно для особо точных измерений, так как колебания температуры, меньшие 1 градуса вызывают изменения размеров. В таких случаях приходится определять температуру изделий с точностью до 0,01 градуса и путем расчета вносить поправки в результаты измерения. Даже теплота человеческого тела, передающаяся плиткам во время их изготовления, тоже оказывает заметное влияние на их размеры. Если не принять этого во внимание, то изготовленная плитка пойдет в брак.

Освоение производства плиток высшей точности является огромным достижением металлообрабатывающей и измерительной техники XX века. В нашей стране успешно решена задача машинного изготовления плиток.

Мерительные плитки обеспечивают достижение в производстве точностей, выражаемых долями миллиметра, до микронов включительно. Из этого следует, что сами плитки должны отличаться исключительно высокой точностью размеров. При их изготовлении допускаются лишь отклонения, которые выражаются десятыми долями микрона или десятитысячными долями миллиметра. Но те измерительные приборы, которые могут улавливать такие отклонения, в свою очередь должны отличаться еще более разительной точностью. Тут уже нужно располагать точностями порядка стотысячных долей миллиметра. В следующем рассказе мы познакомимся с устройством измерительных приборов, применяемых для измерения мельчайших долей миллиметра. {171}

Как проверяются измерительные плитки

Для проверки правильности размеров и гладкости плоскостей особо точных калибров, в частности, плиток, недостаточно точности, обеспечиваемой рычажными и обыкновенными оптическими приборами. Здесь нужна точность до 0,00001 миллиметра и выше. Эта исключительная точность достигается с помощью приборов, в устройстве которых также использованы законы оптики, а именно законы интерференции световых волн. Такие приборы называются интерферометрами.

Из тех сведений об измерительных плитках, которые приведены выше, мы уже знаем, что мерительные поверхности плиток должны представлять собой правильные плоскости, и фактическое расстояние между мерительными поверхностями должно точно равняться проставленному на плитке числу, выражающему величину этого расстояния в миллиметрах.

На практике, однако, редко удается удовлетворить все эти требования. Всегда случаются отклонения от идеальной точности. Величина допускаемых отклонений рассчитывается заранее. Производство плиток налаживается таким образом, чтобы не выходить за пределы этих отклонений, величины которых выражаются десятитысячными долями миллиметра.

100-миллиметровая плитка может иметь отклонение от размера в одну или в другую сторону не больше чем на 0,6 микрона, т. е. это отклонение должно приближаться к длине волны красного луча света из солнечного спектра. Чем меньше размер плитки, тем меньше и допускаемое отклонение. В плитках длиной в 70 миллиметров допускается отклонение не больше 0,45 микрона, т. е. примерно на величину длины волны фиолетового луча света. Самое малое отклонение для наименьших размеров не превышает 0,2 микрона. Наряду с допусками на неточность размера существуют еще допуски на отклонение от параллельности. Эти допуски еще меньше. Наибольший равен 0,4 микрона, наименьший — 0,1 микрона.

Для улавливания таких микроскопических длин применяют различные системы интерферометров.

Устройство промышленных интерферометров основано на той же схеме, что и прибор, которым измеряли длину метра в длинах световых волн. Но вместо волны какого-либо {172} одного одноцветного луча света (как красный цвет спектра кадмия) в промышленных интерферометрах используется весь спектр определенного источника света. Это значит, что на измеряемой длине наблюдаются интерференционные полосы от каждого одноцветного луча, участвующего в спектре данного источника света. Расстояние между каждой соседней парой одноцветных полос соответствует известной нам длине волны данного одноцветного луча света.

Измеряемые плитки устанавливаются одной мерительной поверхностью на переставной столик интерферометра таким образом, чтобы интерференционные полосы наблюдались на проверяемой поверхности. Получается ряд строго параллельных и прямых или криволинейных световых полос со свойственным каждой полосе особым цветом. При проверке плиток на неровность поверхности их устанавливают, регулируя положение столика прибора таким образом, чтобы кромка испытуемой поверхности воспринимала какой-либо один из лучей, окрашивалась в один цвет, например в фиолетовый. Тогда все точки поверхности испытуемой плитки, находящиеся на этом же уровне (или весьма близкие к нему в пределах длины волны фиолетового луча), будут тоже окрашены в фиолетовый цвет.

Все приподнятые точки будут последовательно окрашены полосами следующих за фиолетовым спектральных цветов. Если поверхность имеет неровности, то возвышения и впадины рельефно выделяются вследствие окраски их в разные цвета.

Полосы располагаются по кругу, по точкам поверхности, находящимся на одном и том же уровне; им соответствуют одинаковые длины волн и эти точки одинаково удалены от источников света. Поэтому все они и окрашиваются каким-либо одноцветным лучом.

При контроле готовых плиток встречается необходимость установить факт полной гладкости (плоскостности) поверхности плитки. Для этого достаточно слегка приподнять на подставке край плитки, чтобы испытуемая поверхность освещалась пучком разных одноцветных лучей под некоторым углом. Если поверхность плоска, то полосы будут прямыми и параллельными друг другу, в противном случае полосы будут в большей или меньшей степени искривлены. Этим способом контроля улавливаются отклонения, выражаемые долями микрона.

{173} 

{174}

Проверка плиток на параллельность ее поверхностей: а — плитка установлена так, что плоскость одной из испытуемых поверхностей совпадает с одним из одноцветных лучей и окрашивается им; б — окраска той же поверхности после поворота плитки на 180° вокруг ее вертикальной оси изменилась: поверхность окрасилась не одним (тем же) цветом, а рядом различных одноцветных и параллельных полос; это означает, что испытуемая поверхность не параллельна нижней поверхности плитки, расположенной в плоскости стола; в и г — поверхности плитки параллельны друг другу — после поворота плитки окраска поверхности не изменилась

Проверка поверхности плиток на неровность и плоскостность: а — световые одноцветные круги на выпуклой поверхности; б — световые одноцветные круги на вогнутой поверхности; в — световые одноцветные круги на неровностях поверхности; г и д — прямые и параллельные одноцветные полосы на правильных плоских поверхностях

Пользуясь интерферометром, легко также установить, отклоняются ли мерительные поверхности плитки от взаимной параллельности. Плитка устанавливается на столик прибора, положение которого регулируется таким образом, чтобы одна из испытуемых поверхностей располагалась в плоскости направления одного из лучей.

Проверка плиток на правильность размера: а — образцовая плитка установлена так, что плоскость ее верхней поверхности совпадает с каким-либо одним лучом; б — проверяемая плитка устанавливается на том же столе рядом; если размер плитки правилен, верхняя ее поверхность будет окрашиваться тем же лучом; если размер плитки больше (или меньше), чем размер образцовой, то верхняя поверхность окрасится другим лучом. Величина отклонения определяется числом параллельных полос на боковой поверхности проверяемой плитки (если она больше) или образцовой плитки (если проверяемая плитка меньше); в и г — размер проверяемой плитки равен размеру образцовой

После этого плитка поворачивается на 180 градусов вокруг своей вертикальной оси. Если испытуемая поверхность параллельна нижней, расположенной в плоскости стола, то после поворота окраска ее не изменится. Если же поверхности непараллельны, то после поворота на испытуемой поверхности образуется ряд параллельных полос. Число этих полос дает возможность определить в долях микрона величину отклонения мерительных поверхностей от параллельности.