Пробные стекла, их типы и классы

Основным и наиболее точным способом измерения кривизны сферических и плоских поверхностей является интерференционный способ. Измерение осуществляют пробными стеклами, интерферометрами.

Пробные стекла изготовляются диаметром до 130 мм трех типов: ОПС – основные пробные стекла, называемые часто эталонными, применяются для проверки поверхностей контрольных пробных стекол, КПС – контрольные пробные стекла для проверки поверхностей рабочих пробных стекол, РПС – рабочие пробные стекла для проверки поверхностей деталей.

Основные пробные стекла (ГОСТ 2786-62) изготовляют парами: вогнутое и выпуклое. Радиус кривизны измеряют микрометром по выпуклому пробному стеклу для радиусов до 37, 5 мм, на сферометре для радиусов свыше 37, 5 до 1000 мм и оптическим способом для радиусов свыше 1000 мм.

Допуск на изготовление ОПС определяется классом точности (1, 2, 3), величиной радиуса кривизны и составляет 0, 5 – 15 мкм для радиусов до 37, 5 мм; 0, 01 – 0, 15% от величины номинального значения для радиусов свыше 37, 5 до 1000 мм, для радиусов свыше 1000 мм и в пределах долей интерференционной полосы для плоских ОПС диаметром 130 мм.[1]

Отклонения формы сферической поверхности ОПС, оцениваемые по искривлению интерференционных полос, наблюдаемых при наложении друг на друга стекол одной и той же пары, не должны превышать величину, указанную в табл.2.3.

Контрольные пробные стекла изготовляются с кривизной, соответствующей знаку кривизны проверяемых поверхностей, 3 рабочих пробных стекла – с обратным знаком. Размеры КПС и РПС оговариваются ГОСТ 2786-62, класс точности присваивается по ОПС.

Таблица 2.3

Допустимые искривления интерференционных полос для пары ОПС

Отклонение кривизны или плоскостности полированной поверхности от заданной проверяется интерференционным способом путем наложения РПС на деталь. Перед наложением РПС поверхности детали и РПС протирают салфеткой, смоченной спиртом, и смахивают с них пыль мягкой обезжиренной кистью. Затем осторожно накладывают РПС на деталь. При отсутствии интерференционной картины РПС снимают, повторно очищают поверхности и накладывают РПС на деталь. Между поверхностями детали иРПС возникает интерференционная картина, по которой судят о характере и величине отклонения от заданной плоскостности или кривизны. Характер интерференционной картины зависит от толщины воздушного зазора между поверхностями детали и РПС. Интерференционная картина называется обычно цветом. Наиболее характерными видами цвета являются однотонная окраска, яма и бугор.

При наложении плоского рабочего пробного стекла на точную плоскую деталь между поверхностями детали и РПС образуется воздушный клин и цвет в виде параллельных полос (рис. 2.5, 1Б); расстояние между полосами одного цвета (в основу измерения обычно принимается красный цвет) тем больше, чем меньше клин. При отстаивании пробного стекла или легком нажиме на него слой воздуха выравнивается, и полосы постепенно расширяются, переходя в однотонную цветную окраску (рис. 2.5, 1А, 1В).При наименьшем отклонении поверхности детали от плоскостности возникает соломенно-желтый цвет.

При наличии на детали вогнутой сферической поверхности и равномерном наложении РПС величина воздушного зазора в центре будет больше, чем по краю (рис. 2.5, 2В ), и образуются концентрические кольца, перемещающиеся к центру при легком нажиме на РПС (рис. 2.5, 2А). Такой цвет называется ямой. Чем больше отступление от плоскостности, тем больше количество колец и тем меньше расстояние между ними. Ha некоторых заводах яму называют узким цветом. При наклонном или частичном наложении РПС образуется воздушный клин и концентрические дуги с центром, расположенным в точке наибольшего воздушного зазора (рис. 2.5, 2Б, 5А).С увеличением воздушного клина количество дуг возрастает, расстояние между ними уменьшается.

При наличии на детали выпуклой сферической поверхности и) равномерном наложении РПС величина воздушного зазора в центре будет меньше, чем по краю (рис. 2.5, 3В), и образуются концентрические кольца, расходящиеся от центра при легком нажиме на РПС (рис. 2.5, 3А).Такой цвет называется бугром. Нанекоторых заводах бугор называют широким цветом.

При наклонном или частичном наложении РПС образуется воздушный клин и концентрические дуги с центром, расположенным в точке наименьшего воздушного зазора (рис. 2.5, 3Б, 5Б).

Визуально (без применения измерительных устройств) искривление полосы можно оценить с точностью до 0, 1 ширины полосы. Отсюда следует, что визуально можно заметить и оценить дефекты глубиной 0, 1λ /2 = 0, 0275 мкм.

Удлиненные кольца образуются на астигматической поверхности, у которой отклонения от плоскостности в двух взаимно перпендикулярных плоскостях имеют различные значения (рис. 2.5, 4А, 4Б). Различной ширины параллельные полосы образуются при наличии цилиндричности (рис. 2.5, 4В); чем больше отступление от плоскостности, тем меньше расстояние между полосами, а их количество возрастает. Произвольно искривленные кольца, полосы (рваный цвет) образуются на деформированных в процессе обработки поверхностях (рис. 2.5, 4Г). Искривление интерференционных дуг или полос в отдельных зонах происходит при наличии местной ямы (рис. 2.5, 5В), местного бугра (рис. 2.5, 5Г) или завалов, сорванного края (рис. 2.5, 5Д). Приведенные примеры отступлений поверхности от плоскостности распространяются и на сферические поверхности, но они характеризуют отступление от кривизны РПС.

При одинаковом значении радиусов кривизны детали и РПС воздушный зазор имеет одинаковую толщину и образуется однотонный цвет (рис. 2.5, 1А, 1Б, 1 Г, 1Д). Яма образуется при уменьшенном радиусе кривизны детали с вогнутой поверхностью (рис. 2.5, 2А, 2Б, 2Г) и увеличенном радиусе кривизны детали 1 выпуклой поверхностью (рис. 2.5, 2А, 2Б, 2Д). Бугор образуется при увеличенном радиусе кривизны детали с вогнутой поверхностью (рис. 32, ЗА, ЗБ, ЗГ), и уменьшенном радиусе кривизны детали с выпуклой поверхностью (рис. 2.5, ЗА, ЗБ, ЗД). При сильно сорванном крае, распространяющемся на поверхности до полудиаметра, образуется двойной цвет (рис. 2.5, 4Д).

Количественная оценка отклонения радиуса кривизны детали от радиуса кривизны РПС производится визуально по числу колец. Отступление в одно кольцо соответствует воздушному зазору, равному примерно 0, 25 мкм для зеленого цвета (λ = 546 нм). Количество концентрических колец обозначается N и называется отступлением от радиуса.

Местные ошибки, в том числе и разность между количеством колец в двух взаимно перпендикулярных направлениях, обозначаются Δ N.

Отступление от радиуса (или плоскостности) меньше одного кольца (N < 1) определяется отношением величины стрелы прогиба h интерференционной дуги (полосы) к расстоянию между ней и соседней дугой (рис. 2.5, 5Б) визуально (погрешность измерения 0, 2N) или на интерферометре (погрешность измерения 0, 05-0, 02N).

Величины N и Δ N являются допусками на отклонение от радиуса кривизны РПС и формы поверхности сферы. Устанавливаются, как правило, на полный диаметр или размер детали. Для деталей размером свыше 125 мм допуск устанавливается по диаметру; РПС. Допуск на радиус может выражаться числом колец, приходящихся на 1 см длины по диаметру РПС. Например, для детали диаметром 50 мм при N = 2 допуск составит 0, 4 кольца на 1 см.

Рабочие пробные стекла применяются и для проверки матов; поверхностей. Увлажненное дыханием РПС накладывают на сухую поверхность детали, отшлифованную микропорошком М14 – М7, и слегка прижимают. В зонах с наименьшим зазором влага смачивает матовую поверхность, делая ее достаточно прозрачной, через смоченную зону видна наклеечная смола. Следует отметить, что размер смачиваемого участка проверяемой матовой поверхности сильно зависит от количества влаги на РПС. Темное кольцо на краю РПС видно при яме, темное пятно в середине РПС – при бугре.