4.1 Профильные проекторы

Проекторами называют оптические приборы, дающие на экра­не увеличенное изображение проверяемого изделия (рис. 4.1.1).

Рис. 4.1.1  Современный проектор

Проектор предназначен для измерения и контроля линейных и угловых размеров в проходящем и отраженном свете в прямоугольной и полярной системе координат, то есть для двухмерных измерений.

Проекторы применяют для измерения и осмотра изделий со сложным контуром: профильные шаблоны, мелкомодульные зуб­чатые колеса и долбяки, модульные и фасонные фрезы, резьбы, резьбообразующие инструменты (твердосплавные пластины резцов), зубчатые рейки, штампы,  лекала, кулачки, валы, конуса, печатные платы и др.

Проектор простой  прибор, хотя современные проекторы серьезно усовершенствованы и снабжены цифровым отсчетом, кромкоискателем,  программным обеспечением и т.п.

Проекторы   выпускают зарубежные и отечественные фирмы – Tesa (Швейцария), Mitutoyo (Япония), Microtechnica (Германия), Starret (Великобритания),  Nicon Metrology (Япония),   Новосибирский  приборостроительный завод (г. Новосибирск) и др.

Простейшая оптическая схема проектора состоит из двух частей: освети­тельной и проекционной.

 Рис. 4.1.2  Оптическая схема проектора

Принципиальная схема проектора показана на (рис. 4.1.2). Свет от источника 1 (галогенной лампы), пройдя через конденсор 2, идет дальше параллельным пучком лучей. Встретив на своем пути проверяемое изделие 3, пучок лучей частично задер­живается. Остальные лучи, проходящие вне контура изделия, попадают в объектив 4 и дают в плоскости экрана 6 увеличенное обратное теневое изображение контура изделия. Увеличение V проектора определяется отношением

V = c1d1/cd = a/b

В проекторах так же, как и в измерительных микроскопах, для уменьшения погрешностей от неточной фокусировки  исполь­зуют телецентрический ход лучей, для чего в задней фокальной плоскости объектива устанавливают апертурную диафрагму 5, ограничивающую пучок лучей в оптиче­ской системе.  Преимущества телецентрической оптики состоит в том, что при изменении рабочего расстояния в пределах телецентрического диапазона линейное увеличение остается неизменным и тем самым предотвращаются ошибки в масштабе. Это особенно важно при работе с небольшим или фиксированным увеличением.

Проекторы обычно имеют несколько сменных объективов, позволяющих получать увеличения 10х, 20х, 50х, 100х и 200х. На некоторых проекторах сменные объективы устанавливают на поворотной турели. Ориентировочные характеристики телецентрирующих объективов:

– с увеличением 10х   поле зрения – 24,5-30 мм;

– с увеличением 20х  имеет поле зрения -15 мм;

– с увеличением 50х   поле зрения – 6 мм;

–  с увеличением 100х   поле зрения – 3 мм.

Экран проектора имеет постоянные размеры не менее 300 мм и рассчитан на полное использование при каждом увеличении. Поэтому поле зрения проектора изменяется обратно пропорционально исполь­зуемому увеличению. Поле зрения проектора приближенно рав­но размерам экрана, деленным на увеличение данного объектива. Экран проектора поворачивается на 3600. Имеется цифровая индикация угла поворота экрана с дискретностью одна  минута.

В качестве осветителя  используют бестеневую галогенную лампу, обеспечивающую контрастное изображение. Основополагающим принципом любого оптического измерения является отображения измеряемых элементов с повышенной контрастностью. Лучше всего контрастность отображается на внешних границах объектов. В этом случае измерение можно проводить в проходящем свете. Для такого измерения больше подходят плоские изделия.

Проектор и профильный проектор обеспечивают:

– проверку правильности профиля детали по его теневому контуру в

проходящем свете;

– проверку деталей, имеющих на поверхности разметку в виде точек, в

отраженном свете;

– измерение методом сравнения детали с эталонным чертежом;

– измерение шага и  угла профиля  резьбы;

–  вычерчивание контура детали.

Обычно на проекторах применяют увеличения от 20 до 50х. Увеличения выбирают в соответствии с величинами до­пусков проверяемых изделий, их размерами и полями зрения объективов, стремясь к возможно более полному использованию площади экрана.

Для получения большей освещенности экрана в осветителях используют линзовые системы, называемые конденсорами. Чем больше угол охвата конденсором лучей от источника света, тем больше освещенность экрана. Но с увеличением угла охвата быстро растут сферические и хроматические аберрации, приво­дящие к появлению на экране темных и цветных пятен. Поэтому каждый тип конденсора имеет свой предельный угол охвата и увеличение угла охвата требует усложнения конденсора.

Однолинзовый конденсор имеет угол охвата до 25°, двух линзовый – до 60°, трех линзовый – до 80°, а четырех – линзовый – до 90°. Конденсоры с асферическими поверхностями линз имеют угол охвата до 110°.

В проекторах с переменным увеличением для каждого уве­личения имеется свой объектив и соответствующий ему кон­денсор, создающий необходимую освещенность поля зрения объ­ектива.

Проектор имеет предметный столик, на который устанавливается контролируемая деталь. Столик перемещается  по осям X и Y. Ход столика 50х50; 100х100; 150х50 и 200х100 мм. Подвижные части столика установлены на шариковых безлюфтовых  направляющих и перемещаются с помощью точных  микрометрических головок. Цифровой отсчет перемещений по координатам осуществляется установленными линейными инкрементными оптоэлектронными энкодерами.  . Дискретность цифрового отсчета перемещений по осям X и Y – 0,001 мм.

Перед измерением производят фокусировку проектора (установку на резкость изображения). Фокусировку производят изменением расстояния между изделием и объективом с помощью механизма тонкого перемещения объектива до полу­чения резко очерченного теневого контура изображения.

Для измерения длин и углов на экране проектора нанесены две взаимно перпендикулярные штриховые линии, направление которых должно совпадать с направлением перемещения поизмерительным координатам X и Y стола, и две сплошные ли­нии, проходящие через центр под углом 60° друг к другу.

Профильные проекторы снабжают различными шаблонами (накладными сетками)  для определения диаметров окружностей, размеров радиусов, углов, изгибов, измерение шага  и  угла профиля различных типов резьбы.

Но чаще всего проектор используют для сравнения изготовленного изделия с его чертежом. Вычерченный в масштабе экрана чертеж изделия накладывают на экран, на который проектируют увеличенный контур изделия в том же масштабе. Перемещением стола с изделием по осям координат быстро совмещают контур изделия с чертежом и определяют отклонение от заданного размера. Преимущество такого метода – быстрое сопоставление множества точек и легкость операции. Однако, следует понимать, что это только определение годности изделии, а на результат измерения влияют действия оператора.

Основными операциями поверки  проекторов являются:

– определение суммар­ной погрешности перемещения рабочего столика по осям X, Y;

– погрешности увеличения. Поверяется путем проек­тирования на экран стеклянной шкалы (стеклянной линейки). Диапазон измерения линейки – 50 мм. Цена деления – 0,1 мм. Погрешность – (3+5L /1000) мкм, где L – измеряемая длина в мм.

освещен­ность экрана проверяется люксметром;

разрешающая способ­ность объективов.

Разрешающей способностью называется способность оптической системы изображать раздельно две близко распо­ложенные точки или линии. Разрешающая способность объективов определяется количе­ством штрихов на 1,0 мм, видимых на экране раздельно. Поверку производят путем наблюдения экрана, на который проектируют стеклянную штриховую пластину (линейку) – миру.

Неточность увеличения в проходящем свете составляет 0,1 %;

Предельно допустимое отклонение метрологической характеристики  проектора по каждой координате составляет

U = (4,5 + L/40) мкм,

где L  в мм.

Так как полагают, что проектор проводит прямые измерения, то некоторые фирмы указывают неопределенность измерений (ГОСТ Р 54500.1-2011), которая составляет

u =  (0,3 + 0,02 L)  мкм,

где L  в мм.

Основным недостатком проектора является прямое влияние оператора на результат измерения путем увеличения (приближения измеряемых точек).

В целом современный проектор хороший и удобный цеховой прибор, особенно для сравнительных измерений с чертежом изделия, снабженный хорошим осветителем, хорошими объективами, обеспечивающими контрастное изображение измеряемого изделия на экране. Хотя точность измерения с помощью проекторов не велика, но для тех изделий, которые измеряют на проекторах его точность вполне приемлема.

Проекторами также оснащают профилешлифовальные станки (рис. 4.1.3), что позволяет не только очень точно обрабатывать детали различного профиля, но и измерять их, используя координаты станка.

Профилешлиф. станок

Рис. 4.1.3 Профилешлифовальный станок