Что такое виброграф и для чего он нужен
Виброграф (от латинского uibro — «колеблюсь» и греческого grapho — «пишу») — это специализированный прибор, предназначенный для измерения и графической регистрации (записи) смещений вибрирующих объектов. Он широко применяется для контроля колебаний различных механизмов, узлов оборудования, транспортных средств, а также таких ответственных конструкций, как самолеты и ракеты.
Конструкция и принцип действия вибрографов
Существует несколько конструктивных вариантов вибрографов, отличающихся способом взаимодействия с объектом и механизмом передачи колебаний.
Первый вариант представляет собой прибор с контактным щупом, который прижимается к исследуемому объекту с помощью пружины. Колебания через щуп передаются на рычажную систему, а пишущий элемент (перо) фиксирует их на движущейся бумажной ленте, создавая виброграмму — график колебаний.
Второй вариант также использует щуп, но он установлен на качающемся рычаге. Измеряемые смещения через систему стержней и рычагов передаются на пишущий узел.
Третий вариант — это автономные вибрографы, которые устанавливаются непосредственно на измеряемый объект. Их работа основана на инерционном принципе: колебания корпуса прибора вызывают отстающие движения внутреннего маятника, который удерживается спиральной пружиной. Движение маятника через передаточный механизм (часто состоящий из системы рычагов) преобразуется и регистрируется пишущим рычагом на ленте. Для уменьшения люфтов и повышения точности в кинематических парах такого механизма могут использоваться конусные элементы и шарниры.
Оптический виброграф и современные технологии
Четвертый, более сложный вариант — это оптико-механический виброграф. Он также крепится на объекте и содержит маятник на упругой подвеске с демпфером (успокоителем) колебаний. Колебания объекта через тягу воздействуют на валик с закрепленным на нем маленьким зеркальцем. Луч света от источника, отражаясь от этого зеркала, проходит через оптическую систему и оставляет след на светочувствительной или закопченной ленте. Этот метод позволяет регистрировать высокочастотные колебания.
С развитием цифровых технологий, к концу 1990-х годов, классические вибрографы стали интегрироваться в компьютерные системы. Их начали подключать к локальным сетям, что позволило выводить данные непосредственно на принтеры и компьютеры для дальнейшего анализа, хранения и обработки.
Интерферометр как прибор сверхточной метрологии
В статье также рассматривается интерферометр — принципиально иной прибор, предназначенный для сверхточных измерений линейных размеров и отклонений от геометрической идеальности (например, плоскопараллельности) у эталонных мер длины и высокоточных деталей. Его применение для контроля обычных деталей машин оправдано лишь в исключительных случаях, когда допуск на размер составляет доли микрометра.
Особенность работы с интерферометрами — необходимость строгого контроля условий измерений. Из-за исключительной точности прибора даже малейшие температурные деформации могут внести значительную погрешность. Поэтому измерения проводятся в термостатированных помещениях с температурой +20 °С, а сам прибор часто оснащается теплоизоляционным экраном для защиты от тепла дыхания оператора.
История и типы интерферометров
В СССР серийное производство интерферометров началось в 1950-х годах. Стандартом стал ГОСТ 8 90-57, согласно которому выпускались контактные интерферометры марок ИКПВ (вертикальный, до 150 мм) и ИКПГ (горизонтальный, до 500 мм). В их основе лежал принцип интерференции света: при перемещении измерительного стержня с зеркалом интерференционная картина (полосы) смещалась, и средняя черная полоса служила указателем на шкале. Наклоном второго зеркала регулировалась цена деления (от 0,05 до 0,1 мкм).
Лазерные интерферометры
Прорывом в 1980-х годах стало создание лазерных интерферометров, использующих в качестве источника когерентного света оптический квантовый генератор — лазер (чаще всего гелий-неоновый). Лазерный луч обладает высокой мощностью и направленностью, что повышает стабильность и дальность измерений.
Примером такого прибора является лазерный интерферометр ИПЛ-7. Его ключевые компоненты: лазерный измеритель на кронштейне, трехгранная измерительная призма, цифровое табло индикации и окно для считывания показаний. Оптическая схема ИПЛ-7 обеспечивает четырехкратное прохождение луча в измерительном тракте, что вдвое увеличивает чувствительность по сравнению с классическими моделями.
Основные параметры ИПЛ-7:
• Диапазон измеряемых перемещений: до нескольких десятков метров.
• Дискретность отсчета (шаг): 0,1 мкм.
• Погрешность измерения: ±0,2 мкм.
Принцип измерения: Луч от лазерного измерителя направляется на трехгранную призму, прижатую к детали. Отраженный луч возвращается, и система выдает первый отсчет на табло. После удаления детали призму перемещают до упора, и система фиксирует второй отсчет. Разность этих отсчетов соответствует размеру измеряемой детали.
Классические интерферометры в современном производстве
Несмотря на появление лазерных моделей, на многих российских предприятиях до сих пор успешно эксплуатируются высокоточные вертикальные интерферометры советского производства (например, со «Знаком качества»). Такой прибор обычно состоит из измерительной головки (трубки) и стойки.
Трубка интерферометра — одна из самых точных измерительных головок в промышленности. В ней используется явление двулучевой интерференции. Свет от осветителя, пройдя через конденсатор и систему призм, разделяется на два потока. Один луч отражается от стекла, жестко связанного с измерительным стержнем, другой — от эталонного зеркала. При движении стержня (например, при контакте с деталью) разность хода лучей меняется, что вызывает смещение интерференционной картины (чередующихся светлых и темных полос) в поле зрения окуляра. За «стрелку» принимается центральная черная полоса, перемещение которой отсчитывается по шкале.
Основные параметры вертикального интерферометра:
• Диапазон измерений: 0–150 мм.
• Настраиваемая цена деления шкалы: наиболее распространенные значения — 0.02, 0.05, 0.1 и 0.2 мкм.