Методы измерения на микроскопе УИМ-21

Лабораторная работа №1

Универсальный измерительный микроскоп компьютеризированный.

Цель работы: приобретение навыков работы на компьютеризированном универсальном измерительном микроскопе УИМ-21К; знакомство с методом построения прилегающей прямой.

Назначение универсального измерительного микроскопа УИМ-21

Универсальный измерительный микроскоп УИМ-21 (рис. 2.1) предназначен для проведения линейных и угловых измерений разнообразных изделий в прямоугольных и полярных координатах. В частности, на приборе можно производить измерения резьбовых изделий, режущего инструмента, профильных шаблонов и лекал, кулачков, конусов, метчиков, резьбонарезных гребенок, а также радиусов закруглений и расстояний между осями отверстий различной формы.

Универсальный измерительный микроскоп широко применяется на заводах машиностроительной и приборостроительной промышленности, а также в научно-исследовательских институтах.

Прибор УИМ-21К является дальнейшим развитием созданного ранее универсального измерительного микроскопа УИМ-21. Модернизация коснулась оптической и отсчетной систем, что позволило получить более высокие точностные характеристики данного прибора по сравнению с ранними моделями.

Рис. 1.1. Общий вид универсального измерительного микроскопа УИМ-21

Методы измерения на микроскопе УИМ-21

Измерения на универсальном микроскопе можно производить проекционным (теневым) методом и методом осевого сечения.

При измерении проекционным методом в проходящем свете помещают изделие на плоский стол или укрепляют в центрах на пути световых лучей, идущих из центрального осветительного устройства. Если изделие непрозрачно, то при наблюдении в окуляр главного микроскопа в поле зрения будет видно теневое изображение изделия. Для визирования по краю тени в фокальной плоскости окуляра установлена сетка.

При работе в отраженном свете изделие сверху освещается осветителем, центральное освещение выключают.

При измерении методом осевого сечения к изделию вплотную придвигают измерительные ножи с тонкими рисками, нанесенными на поверхности параллельно лезвию ножа. Поверхность ножа с риской определяет плоскость измерения (для тел вращения эта плоскость будет осевым сечением). При этом методе наводка штриховых линий сетки производится не по теневому контуру изделия, а по риске ножа. Методом осевого сечения можно измерять как плоские, так и цилиндрические изделия.

В процессе измерения в поперечном направлении перемещают каретку с микроскопом, а в продольном — каретку с изделием. Грубое перемещение кареток производится от руки, точное — с помощью микрометрических винтов.

Универсальный измерительный микроскоп работает нормально при температуре 20±3°С в сухом чистом помещении при отсутствии тряски и вибрации.

Для достижения наибольшей точности измерений необходимо ознакомиться с особенностями устройства некоторых узлов прибора, научиться правильно производить наводку штриховых линий сетки на измеряемое изделие и установку изображения на резкость, а также пользоваться программно-математическим обеспечением (ПМО) прибора.

Программно-математическое обеспечение «СуперУИМ-21»

ПМО «СуперУИМ-21» разработано для работы под управлением ОС семейства Windows. Главное рабочее окно программы " СуперУИМ-21" (рис. 2.2) состоит из трех функциональных разделов, расположенных на соответствующих панелях:

§ раздел Видео (рис. 2.3) (управление режимами видеоизображения зоны измерения);

§ раздел управления УЦИ ЛИР-520 (рис. 2.4);

§ раздел Измерений (рис. 2.5) (выбор и запуск соответствующих программ измерений).

Рис. 1.2. Внешний вид главного рабочего окна ПМО «СуперУИМ-21»

Рис. 1.3. Панель управления режимами видеоизображения

Рис. 1.4. Панель управления УЦИ ЛИР-520. Назначения кнопок полностью совпадают с соответствующими кнопками УЦИ ЛИР-520 (см. описание к УЦИ)

Рис. 1.5. Панель измерений

Для начала работы необходимо выполнить следующие действия:

1. Нажать кнопку «Видеозахват» на панели управления режимами видеоизображения. На экране должно появиться окно видеозахвата (рис. 2.6). Если в данный момент в поле зрения оптической системы находится какой либо предмет или объект измерения, то в окне видеозахват он должен быть виден. При настройке параметров видеосистемы рекомендуется размещать на рабочем столе или в центрах микроскопа объект измерения так, чтобы его изображение занимало примерно половину поля окна.

Рис. 1.6. Общий вид окна видеозахвата

2. Для получения четкого, контрастного изображения части измеряемого объекта необходимо произвести настройку параметров видеосистемы через окно «Параметры» (рис. 2.7). Все установленные настройки параметров видеосистемы сохраняются в программе и после выключения компьютера.

Рис. 1.7. Окно «Параметры»

При правильном выборе настроек видеосистемы в окне видеозахвата должно наблюдаться четкое контрастное изображение зоны измерения.

3. Нажать кнопку «Фильтр» на панели управления режимами видеоизображения. На экране при этом должно появиться окно «Фильтр» (рис. 2.8).

Рис. 1.8. Общий вид окна «Фильтр»

Доступ к настройкам режимов обработки изображения производится через меню «Параметры»:

§ Показывать поверх всех окон — команда предназначена для полной видимости окна «Фильтр» при одновременном заполнении экрана несколькими окнами;

§ Цвет прицела — выбор цвета перекрестия;

§ Фиксировать прицел — команда предназначена для возможности перемещения центра перекрестия по окну «Фильтр»;

§ Выбор — просмотра выбранной оператором увеличенной части объекта измерения;

§ Черно-белое изображение — представление части объекта измерения бинарным изображением;

§ Изображение после фильтрации — представление части объекта измерения в отфильтрованном виде. Данный режим проводит фильтрацию окна видеозахвата с целью четкого представления границы объекта измерения;

§ Контур — отображение границы части объекта измерения, представленной в окне видеозахвата в виде линии-контура. При работе в этом режиме в окне «Фильтр» кроме контура края объекта измерения могут появляться шумовые изображения — контуры рисок, царапин, фасок и т.п.

§ Исходное изображение (основной режим работы) — действительное изображение зоны измерения и части объекта измерения, попадающее в поле зрения объектива.

4. Окно «Фильтр» показывает изображение части объекта измерения в соответствии с выбранным режимом. Для точного выбора координат при проведении измерений предназначено окно «Прицел» (рис. 2.9). Для его открытия необходимо нажать кнопку «окно Прицел» на панели управления режимами видеоизображения.

Рис. 1.9. Общий вид окна «Прицел»

Меню «Параметры»:

§ Показывать поверх всех окон — команда предназначена для полной видимости окна «Прицел» при одновременном заполнении экрана несколькими окнами;

§ Увеличение — выбор масштаба изображения в окне «Прицел». Поддерживаются следующие коэффициенты увеличения: 2: 1, 4: 1, 10: 1, 15: 1, 30: 1;

§ Размер — выбор размера изображения, получаемого из окна «Фильтр» для увеличения.

Меню «Граница»:

§ Нормальная — отображения увеличенного изображения зоны измерения вокруг перекрестия окна «Прицел» без выделения границы;

§ Граница 1..Граница 5 — увеличение выбранного квадрата изображения вокруг перекрестия окна «Прицел» с выделением границы. Выделение границы, исходя из параметров размаха, может быть точным (0…3), нормальным (3…5) и грубым (5…20). Выделенная граница отображается зеленым цветом и предназначена для снятия координат в процессе измерения;

§ Фокусировка (рис. 2.10) — режим полуавтоматической фокусировки оптической системы микроскопа на границе объекта измерения. Плавно перемещая оптическую систему по колонне (так как это обычно выполняется при фокусировке микроскопа на объект измерения) следить за показанием индикатора качества фокусировки. По мере приближения наилучшей фокусировки значение числа в индикаторе качества фокусировки увеличивается и достигает максимального значения. При этом в окнах видеозахвата и «Фильтр» наблюдается четкое резкое изображение края объекта измерения.

Рис. 1.10. Режим фокусировки

5. Наведение на край объекта измерения. В системе используется 8 режимов наведения перекрестия на край объекта измерения:

§ исходное изображение, граница нормальная. Данный режим применяется при малоконтрастном изображении зоны измерения. Для грубого, предварительного наведения перемещают стол микроскопа так, чтобы в окне «Фильтр» перекрестие совпало с измеряемой точкой объекта. При этом увеличенное изображение зоны перекрестия отображается в окне «Прицел». Для точного наведения на измеряемую точку вращением микрометрических винтов необходимо добиться попадания объекта в центр перекрестия, образованного двойной линией. Ввести координату измеряемой точки.

§ исходное изображение, граница 1..граница 5. Данные режимы являются основным при измерении теневым методом различных объектов. Для грубого, предварительного наведения перемещают стол микроскопа так, чтобы в окне «Фильтр» перекрестие совпало с измеряемой точкой объекта. При этом увеличенное изображение зоны перекрестия отображается в окне «Прицел». Для точного наведения на измеряемую точку вращением микрометрических винтов необходимо добиться совмещения центра перекрестия с зеленой точкой, лежащей на границе объекта. Точки, окрашенные в красный цвет, отвечают условию нахождения границы объекта измерения с компенсацией дифракционных эффектов на границе. При совмещении центра перекрестия и зеленой точки прямоугольник в верхнем левом углу окна «Прицел» окрасится в красный цвет. Ввести координату измеряемой точки.

§ черно-белое изображение, граница нормальная. Данный режим является вспомогательным. Для грубого, предварительного наведения перемещают стол микроскопа так, чтобы в окне «Фильтр» перекрестие совпало с измеряемой точкой объекта. При этом увеличенное изображение зоны перекрестия отображается в окне «Прицел». Для точного наведения на измеряемую точку вращением микрометрических винтов необходимо добиться попадания крайней черной точки объекта в центр перекрестия. При совмещении центра перекрестия и крайней черной точки на границе объекта прямоугольник в верхнем левом углу окна «Прицел» окрасится в черный цвет. Ввести координату измеряемой точки.

§ контур, граница нормальная. Данный режим, как и предыдущий, является вспомогательным. Для грубого, предварительного наведения перемещают стол микроскопа так, чтобы в окне «Фильтр» перекрестие совпало с измеряемой точкой объекта. При этом увеличенное изображение зоны перекрестия отображается в окне «Прицел». Для точного наведения на измеряемую точку вращением микрометрических винтов необходимо добиться попадания точки контура в центр перекрестия. При совмещении центра перекрестия и точки контура на границе объекта прямоугольник в верхнем левом углу окна «Прицел» окрасится в черный цвет. Ввести координату измеряемой точки.

Порядок выполнения работы:

1. включить измерительный комплекс УИМ-21К. Перед включением питания персонального компьютера и блока цифровой индикации убедитесь, что правильно подключены все разъемы и соединения:

• видеокабель монитора ПК;
• шнур питания системного блока ПК;
• шнур питания монитора ПК;
• шнур питания УЦИ ЛИР-520;
• USB-кабель ПЗС-видеокамеры к соответствующему порту системного блока ПК;
• информационные кабели датчиков линейных перемещений к УЦИ ЛИР-520;
• информационный кабель УЦИ ЛИР-520 (разъем RS232) к соответствующему порту системного блока ПК.

После проверки всех соединений производится ВКЛЮЧЕНИЕ приборов системы в следующем порядке:

§ включение питания УЦИ ЛИР-520;

§ включение питания монитора ПК;

§ включение питания системного блока ПК;

§ включение осветительной системы микроскопа.

ВЫКЛЮЧЕНИЕ приборов системы производится в обратном порядке.

2. загрузить ПМО «СуперУИМ-21»;

3. очистить рабочие поверхности угловой меры бензином или $%^;

4. установить угловую меру на рабочий стол микроскопа;

5. установить СКО, для чего обнулить ОУ в произвольной точке рабочего пространства УИМ-21К нажатием на кнопки [®0] ОУ УЦИ ЛИР-520 или кнопки [®0] ПМО УИМ-21К;

6. провести фокусировку оптической системы УИМ-21К на выбранный объект (угловую меру);

7. в ПМО установить режим определения границы объекта «Граница 1»;

8. выполнить программу измерения «Определение угла (и смежного с ним) между двумя прямыми». Определить углы между соответствующими гранями угловой меры;

9. в выбранной СКО определить координаты не менее 15 точек, равномерно расположенных по каждой из рабочей сторон меры. Координаты точек отображаются на панели управления УЦИ ЛИР-520 и непосредственно на ОУ ЛИР-520;

10. по результатам прямых измерений в единой системе координат построить прилегающие прямые для каждой из сторон (приложение 1);

11. определить углы между соответствующими прямыми. Результат записать в виде

j=f±Df,

где Df — погрешность;

12. сравнить результаты измерений по пунктам 8 и 11;

13. сделать заключение о годности угловой меры.