Способи вивірки прямолінійності

Вивірка прямолінійності в основному ставиться до робіт по установці й контролю положення технологічного встаткування. При цьому мається на увазі установка в заданому створі фіксованих на обладнанні точок, що збігаються з геометричними й технологічними осями.

До широко відомих способів вивірки прямолінійності - струнному й оптичному - відносять також коліматорний, авто-колімаційний, дифракційний і променевий способи.

Коліматорний спосіб застосовують в основному при вивірці прямолінійності напрямних шляхів і конвеєрних ліній великої довжини або при установці встаткування в проектне положення по базових точках.

Коліматорна система складається із зорової труби 1 (рис. 22.3) з окулярним мікрометром 2 і коліматора 3, що задає паралельний світловий пучок. Сітка ниток 4 коліматора розташована в його фокальній площині й висвітлюється позаду точковим джерелом світла. Зображення цієї сітки виходить у фокальній площині зорової труби, сфокусованої на нескінченність, і накладає на зображення сітки ниток

Рис. 22.3. Схема коліматорного способу вивірки прямолінійності

окулярного мікрометра. При переміщенні коліматора паралельно візирної осі труби, орієнтованої по створі монтажної осі на другий коліматор (марку), світловий пучок не буде змінювати свого напрямку й зображення сітки коліматора щодо сітки труби буде залишатися нерухомим. При повороті або нахилі коліматора на деякий кут θ, на цей же кут від візирної осі відхилиться світловий пучок, викликаючи зсув зображення сітки коліматора у фокальній площині зорової труби. Кут θ можна виміряти окулярним мікрометром. Знаючи відстань b (база приладу) між опорними точками 5, якими коліматор контактується з вивіряемою площиною, визначають лінійну величину у відхилення осі коліматора від заданого напрямку за формулою

(22.8)

Середня квадратична помилка m_у визначення зсуву може бути підрахована за формулою

(22.9)

З формули (22.9) треба, що точність визначення зсуву коліматорним способом не залежить від відстані до спостережуваних точок, але до відомої межі, тому що при більших видаленнях коліматора від зорової труби погіршуються умови спостережень і збільшується помилка виміру кута θ. У сприятливих умовах при відстані до 200м і базі коліматора 1м помилка визначення зсуву становить 0,005 - 0,01мм.

При вивірці прямолінійності цілої лінії довжиною L шляхом послідовних n перестановок коліматора сумарна помилка відхилення від прямої в кінцевій точці може бути виражена формулою

(22.10)

Прийнявши m_θ =0,5"; b=1000 м; L=100 м (при n=100), одержимо m_yL=0,05 мм.

При переміщенні коліматора від точки до точки передня й задня опори повинні послідовно контактуватися з тими самими точками. Крім того, частота обробки поверхні вивіряємого встаткування повинна відповідати точності способу. Практично ці умови виконати важко, тому фактична помилка вимірів виходить трохи більшої, ніж підрахована за формулою (22.10).

У способі автоколімації зорова труба сполучена з коліматоромї, утворюючи єдиний автоколімаційний прилад. Автоколімаційні прилади виготовляють в основному на базі серійних теодолітів і нівелірів з додаванням спеціального автоколімаційного окуляра, що формує зображення світної сітки ниток. Прикладом може служити автоколімаційний теодоліт ЗТ2А, який випускається в Росії. Автоколімаційним окуляром забезпечені також спеціальні алініометри.

Принцип способу автоколімації заснований на одержанні зображення, утвореного світловим пучком, що вийшов з автоколіматора й відбитим від відбивача, установленого на вивіряємом устаткуванні. Якщо як відбивач використовують добре шліфоване плоске дзеркало, а трубу автоколіматора фокусують на нескінченність, то одержують автоколімацію паралельного світлового пучка, при сферичному відбивачі - автоколімацію збіжного світлового пучка. Залежно від цього вивірка прямолінійності може здійснюватися двома шляхами.

1. У паралельному пучку кут відхилення зображення, відбитого від плоского відбивача, виміряється оптичним мікрометром автоколімаціонної труби. Схема автоколіматорного способу аналогічна коліматорної схемі, з тією лише різницею, що чутливість автоколімації вдвічі вище, тому що при повороті відбивача на деякий кут автоколімаційное зображення відхиляється на подвійний кут (рис. 22.4, а). Звідси, при однакових умовах помилка автоколімаційного способу вдвічі менше помилки коліматорного.

2. У збіжному пучку (рис. 22.4, б) труба фокусується на дзеркально-лінзовий відбивач (ЗЛО), що складається із плоского дзеркала 1, поміщеного у фокусі об'єктива 2, і захисного скла 3. Ця система чутлива до лінійного зсуву відбивача перпендикулярно створу. Величина зсуву виміряється безпосередньо окулярним мікрометром труби або за допомогою відлікового пристрою, якщо їм постачений відбивач.

Рис. 22.4. Схеми автоколімаційного способу вивірки прямолінійності

До недоліку автоколімаційного способу вивірки прямолінійності слід віднести зростаючі втрати яскравості зображення зі збільшенням відстаней до відбивача. Застосування лазерів збільшує дальність дії способу.

Крім вивірки прямолінійності, автоколімацію з успіхом використовують для точної передачі азимутів (дирекційних кутів) у ходах з дуже короткими сторонами, рівним декільком метрам. Такі ходи можуть прокладатися в закритих приміщеннях для еталонування гіроскопів, у галереях гідростанцій, у шахтах різного призначення й т.д. Як візирні мети в таких ходах застосовують плоскі дзеркала; кутові виміри виконують автоколімаційним теодолітом.

Дифракційний спосіб заснований на відомому інтерференційному досвіді Юнга з дифракцією від двох щілин. Світло від точкового джерела 1 після проходження вузької щілини d₁ марки М₁ (рис. 22.5) попадає на спектральну двохщілинну марку M₂. Внаслідок дифракції від щілин d₂ світловий пучок загинається в область геометричної тіні й, будучи когерентним, інтерферує. У просторі після спектральної марки виникає інтерференційна картина з яскраво вираженою віссю симетрії. Інтерференційна картина розглядається щодо сітки ниток приймача світла 2. При монохроматичному пучку світла спостерігач бачить одноколірну картину, що складається з паралельних світлих смуг, розділених темними проміжками. Центральна смуга є самою яркою. Якщо інтерференційна картина створюється білим світлом, то всі смуги, крім центральної, пофарбовані в різні кольори спектра.

Центр одиночної щілини, осі симетрії спектральної марки й інтерференційної картини завжди перебувають на одній прямій.

Рис 22 5. Схема дифракційного способу вивірки прямолінійності

Це властивість і використається для вивірки прямолінійності. При поперечному створу зсуві спектральної марки відповідно змішається центр інтерференційної картини. Якщо спектральна марка постачена відліковим пристроєм, те, сполучаючи центр інтерференційної картини з бісектором сітки ниток приймача світла при двох, що відрізняються на 180°, положеннях спектральної марки й роблячи при цьому відліки, можна визначити величину відхилення від створу. Марка з одиночною щілиною й приймач світла встановлюються на знаках закріплення монтажної осі, спектральна марка - на встаткуванні.

Розміри щілин обох марок і відстань між щілинами спектральної марки розраховують, виходячи з умови одержання різкої інтерференційної картини й необхідної ширини її смуги.

Приладова точність дифракційного способу характеризується середньою квадратичною помилкою 0,05 - 0,1мм на 100м. Спосіб дуже чутливий до зовнішніх умов.

Збільшення дальності дифракційного способу й автоматизація процесу вимірів при збереженні високої точності стали можливі з появою лазерних інтерференційних створофік-саторов (АРКУШ). У цих приладах як джерело випромінювання великої потужності й високої когерентності використається лазер, а інтерференційне зображення формується спеціальними дифракційними лінзами, називаними зонними пластинками. Як приймальні використовуються фотоелектронні пристрої, що реєструють (ФЭРУ) різного виду.

У практиці вивірки прямолінійності широке поширення одержав так званий променевий спосіб. Він заснований на застосуванні вузького лазерного пучка, що задає положення опорної прямої, Для цього використовують різні лазерні візирі й покажчики напрямків. Положення контрольованих точок визначається за допомогою фотоелектронних пристроїв, що реєструють.