Контактные интерферометры

Контактные интерферометры, разработанные инженером И.Т. Уверским, выпускаются заводом «Калибр» по ГОСТ 8290-57 с переменной (регулируемой) пеной деления от 0,05 до 0,02 мкм двух типов: - вертикальные ИКПВ (рис. 58) и горизонтальные ИКПГ (рис. 59). Оба интерферометра имеют одинаковые интерференционные трубки, оптическая схема которых показана на рис. 60. Свет от лампы 1 направляется конденсором 2 через диафрагму 3 на полупрозрачную разделительную пластину 6. Часть света, пройдя через пластину 6 и компенсатор 11, отразится от зеркала 12, закрепленного на верхнем конце измерительного стержня 13, и через компенсатор 11 снова вернется к пластине 6. Другая часть пучка света, отразившись от рабочей поверхности разделительной пластины 6, направляется к зеркалу 5 и после отражения снова возвращается к пластине 6.

Рис. 58 Вертикальный контактный интерферометр	Рис. 59 Горизонтальный контактный интерферометр

Рис. 60 Схема трубки интерферометра и поле зрения окуляра

Встретившись на рабочей поверхности пластины 6, обе части пучка света интерферируют при небольшой разности хода. Объектив 7 проецирует интерференционную картину полос 1 равной толщины в плоскость сетки 8. Интерференционные полосы и нанесенная на сетку шкала наблюдаются через окуляр 10. Последний может поворачиваться на оси 9, обеспечивая возможность наблюдения необходимого участка шкалы через середину окуляра при минимальных оптических искажениях.

Интерференционные полосы равной толщины образуются в результате поворота зеркала 5 на небольшой угол, создающий мнимый клин, образованный поверхностями зеркал 12 и 5. При освещении белым светом на фоне шкалы видна одна черная (ахроматическая) полоса и по обе стороны от нее - несколько окрашенных полос убывающей интенсивности. Черная полоса соответствует по­ложению ребра мнимого клина.

При включении светофильтра 4 наблюдается интерференционная картина при монохроматическом освещении. При этом все поле зрения окуляра заполняют полосы одинаковой интенсивности. Расстояние между отдельными полосами соответствует половине длины световой волны, пропускаемой светофильтром. Интерференционные полосы смещаются в поле зрения окуляра в соответствии с величиной перемещения измерительного стержня. При измерениях пользуются освещением белым светом, причем черная интерференционная полоса служит указателем при отсчетах по шкале, имеющей по 50 делений в обе стороны от нуля. Интерференционные полосы при освещении монохроматическим светом используются для определения цены деления шкалы прибора и для его поверки.

Цену деления интерферометра изменяют поворотом зеркала 5 с помощью регулировочного винта. Для получения необходимой цены деления с задают k интерференционных полос и определяют соответствующее им число п делений шкалы по формуле

где /2 - половина длины волны используемого монохроматического света (указана на окулярной сетке прибора). Число k интерференционных полос рекомендуется выбирать в зависимости от цены деления по формуле k = 160с,

где с – цена деления, мкм.

Тогда

.

При регулировании цены деления шкалы прибора включают светофильтр и, поднимая измерительный стержень интерферометра, вводят на середину шкалы зону наиболее отчетливых интерференционных полос. Намечают любой штрих (например, 20-й) и от него отсчитывают п делений. Изменяя ширину интерференционных полос поворотом зеркала 5, совмещают интервал k полос с намеченным интервалом п делений шкалы. Регулировка считается удовлетворительной, если при многократном арретировании погрешность совмещения интервала k полос с интервалом п делений шкалы не превысит десятой доли деления.

Поверку цены деления шкалы производят аналогичным образом.

Вертикальный контактный интерферометр (рис. 58) имеет жесткие литые основание 4 и стойку 3, по направляющим которой перемещаться при помощи кремальеры 2 кронштейн 1, несущий трубку интерферометра 10. Винт 9 позволяет перемещать шкалу трубки в пределах ±10 делений. На трубке закреплен теплозащитный экран 8. Измерительный стол 7 может перемещаться в вертикальном направлении винтом микроподачи 6 и стопориться в установленном положении винтом 5.

Предел измерения вертикального интерферометра составляет 150 мм. Конструкция трубки позволяет регулировать измерительное усилие: в вертикальном положении в пределах 75…275 сН, в горизонтальном положении – 10…210 сН при цене деления шкалы 0,05 мкм.

Горизонтальный интерферометр (рис. 59) имеет станину 8 с горизонтальными направляющими, по которым с помощью маховичков 1 и 7 перемещаются измерительная бабка 5 с трубкой 6 и пинольная бабка 2 с пинолью 3. Пиноль 3 и стол 4 устроены аналогично соответствующим узлам горизонтального оптиметра. Измерения на горизонтальном интерферометре производят так же, как и на горизонтальном оптиметре.

Основное назначение контактных интерферометров – поверка концевых мер длины разрядов 2,3 и 4 и классов 0, 1 и 2. На контактных интерферометрах поверяют также размеры и форму особо точных изделий, например шариков степеней точности 01 и 02 по ГОСТ 3722-81.

В настоящее время все более широкое применение находят лазерные интерферометры (рис. 61) - системы, используемые для проверки точностных характеристик технологического оборудования (станков, координатно-измерительных машин, подвижных механизмов).

Лазерный интерферометр и схожие по принципу действия системы используются на европейских и мировых предприятиях уже более 25 лет.

Проверка станков и координатно-измерительных машин (КИМ) с помощью лазерного интерферометра производится обычно перед началом эксплуатации оборудования и периодически, с интервалами, зависящими от интенсивности его использования. Также проверки могут производиться и внепланово - как инструмент анализа функционирования или при подозрении наухудшениехарактеристик оборудования.

Результатом проверки является заключение о годности оборудования или его фактических точностных характеристиках. На основании данных, полученных в ходе проверки станка, КИМ с помощью лазерного интерферометра, может быть сгенерирована таблица коррекции, введение данных которой в стойку оборудования позволяет устранить отклонения и тем самым повысить точность.

Также лазерные интерферометрические устройства для точного автоматического измерения пространственных перемещений объектов широко применяются в точном машиностроении и электронной технике, авиа- и судостроении, инженерной геодезии, геофизике. Повышенная точность позиционирования требуется, в частности, при разработке прецизионных устройств в компьютерной технике, микро- и наноэлектронике, прецизионной сейсмометрии.

Лазерный интерферометр HPJ-3D был создан в 2011г. и представляет собой устройство в котором внедрены последние наработки и технические решения в области лазерных измерений см. рис. 61.

Рис. 61 Лазерный интерферометр HPJ-3D

Все элементы системы размещены в лазерном блоке, а блок питания представляет собой маленький адаптер.

Технические характеристики:

-разрешение 100*10^-9 м.

-измерение вибрацией до 100 кГц.

-динамические измерения до 100000 раз в с.

-измерение с максимальной скоростью до 7 м/c ( в трех направлениях).

Область применения лазерных интерферометров:

-измерение геометрии машин.

-плоскостные измерения.

-измерение параллельных осей.

-угловое позиционирование.

-измерение вибраций.

-измерение прямолинейности.

-измерение перпендикулярности.

-измерение малых углов.

-измерение очень быстрых передвижений.

-измерение в вакууме.

-автокалибровка указателей резервуара.