Mechatronika, Optika és Gépészeti Informatika Tanszék
kiadva: 2012.02.12.
Mérés mérőmikroszkóppal
6.
A mérések helyszíne: D. épület 523-as terem. Az aktuális mérési segédletek a MOGI Tanszék honlapján érhetők el a www.mogi.bme.hu oldalon.
1. A mérés célja A mérés célja az ún. műhelyi mérőmikroszkóppal való mérés megismerése. A műszer lényege egy irányzó-mikroszkóp és egy olyan mechanizmus, a tárgyasztal, amelyet két egymásra merőleges irányban el lehet mozgatni, valamint tengely körül forgatni és ezt az elmozdulást (vagy szöget) lehet mérni mikrométerorsók, illetve szögskála segítségével.
2. Elméleti háttér
2.1.
A mikroszkóp
A mikroszkóp egy összetett nagyítórendszer, amely két gyűjtőlencse-rendszer segítségével kisméretű tárgyak jelentősen nagyított, fordított állású látszólagos képét állítja elő. A fénymikroszkópok fénytörő lencséket alkalmaznak, melyek üvegből készülnek. Ezek segítségével irányítják a fényt a szembe. Minden mikroszkóp értéke elsősorban a nagyításától és a felbontóképességétől függ. A nagyítás mértéke a megfigyelt tárgy egyes részeinek lineáris növekedése, a felbontóképesség pedig az a szög, amely alatt két különálló pontot még külön-pontként érzékelünk. Az emberi szem felbontóképességének határa egy ívperc (1'). A fény hullámtermészete miatt - bármilyen tökéletesen csiszolt lencse esetén is - a lencse befogadó nyílásán fényelhajlás lép fel, aminek következtében egy pontszerű tárgy képe nem pontszerű lesz, hanem helyette egy kis fénylő korongot kapunk. Mivel ezek a kis korongok átfedik egymást, megakadályozzák, hogy tetszés szerinti finomságú struktúrát észlelni tudjunk. A fénymikroszkóp nagyítása legtöbbször maximum 1500-szoros, elméleti felbontásuk 0,2 mikrométer. Hogy ideális vetített képet kapjunk, egy adott pontból érkező fénysugárnak egy pontba kell érkeznie. Ez természetesen nem lehetséges, a torzítás mindenképpen fellép. A torzításnak két fő típusa létezik. A szférikus torzítás, ami a létrehozott kép szélein megfigyelhető meg, illetve a színtorzulás. Ezek megfelelő lencsekombináció választásával korrigálhatók.
6.
Mérés mérőmikroszkóppal
1.
1. ábra: A mikroszkóp részei A mikroszkóp részei:
1- szálkeresztes okulár, 2- szöghelyzet mérő okulár, 3- szögmérő megvilágítója, 4- objektív, 5- tárgyasztal, 6- szögasztal rögzítő, (7+11)- mérőorsók, 8- szöghelyzet állító, 9- szögosztás, 10- mérőhasáb, 12- függőleges oszlopot döntő csavar, 13- megvilágító lámpa, 14- rögzítő gomb, 15- objektív-mozgató (élességállító) csavar, 16- függőleges tartóoszlop, 17- ferdefogazású fogasléc. A mikroszkópot alkotó fő részek és funkciójuk magyarázata: A.) Objektív (tárgylencse) B.) Okulár (szemlencse) C.) Élességállító csavar 6.
Mérés mérőmikroszkóppal
2.
D.) Tárgyasztal E.) Gyűjtőlencse (kondenzor) F.) Fényforrás G.) Állvány A.) A kondenzorból érkező, a vizsgált tárgyon áthaladó és megtört fénysugarak az összetett nagyítórendszer első tagjába, az objektívbe (tárgylencse) kerülnek. Fő feladata a tárgy nagyítása. Az objektív a tárgyról elsődleges valódi nagyított képet készít, amit a szemlencserendszer (okulár) nagyít tovább, és virtuális másodlagos képet hoz létre. Az objektív frontlencséje és a tárgy közötti távolság - a szabad tárgytávolság, a legnagyobb nagyítású tárgylencsék esetében a milliméter törtrésze, ezért a lencse védelmét úgy oldják meg, hogy az objektív egy rugó ellenében felfelé teleszkópszerűen elmozdulhasson. Ily módon elkerülhető a mikroszkóp beállításakor a tárgylemezre való erős rászorítás, ami a frontlencse sérüléséhez vezethet. B.) Az okulár alapvetően az objektívből érkező kép nagyítását szolgálja, illetve korrigál kisebb hibákat. Többnyire a szemlencsének is van saját nagyítása 5x – 30x között. A maximális nagyítás a szemlencse és a legnagyobb nagyítású objektív nagyításának szorzatával számítható. A mikroszkóp összes nagyítását az objektív és az okulár nagyításának szorzata adja.
C.) Az élességbeállító csavar - az objektív és a tárgy távolságának változtatásával - a kép élesre állítására szolgál.
D.) A tárgyasztalra helyezzük a vizsgálandó tárgyat vagy metszetet. A tárgyat az asztalon található kapcsokkal lehet rögzíteni. A mechanikus tárgyasztalon találhatunk skálákat, beosztásokat, melyekkel a helymeghatározás pontosságát lehet növelni.
E.) A gyűjtőlencse összegyűjti a fényt a fényforrásból, majd a tárgylemezen keresztül továbbítja a lencsék felé. A kondenzorlencse feladata, hogy a fényforrásból érkező sugarakat a vizsgálandó tárgyra sűrítse. A kondenzor egy fogasléc segítségével fel-le mozgatható. F.) A fényforrás régebbi típusú mikroszkópoknál külső, a modernebb változatoknál már a készülék talpába épített egység. A fényt wolfram izzólámpa, vagy LED fényforrás biztosítja. G.) A mikroszkóp állvány általában, fémből készült, amelynek feladata az optikai részek biztos, rezgésmentes rögzítése és a finompozícionálás biztosítása. H) A tárgyasztal a Z tengely körül elforgatható, valamint a mérőorsók segítségével X-Y irányokba mozgatható. A mérőorsók elé helyezett mérőhasábokkal a mérési tartományt tudjuk kibővíteni. 6.
Mérés mérőmikroszkóppal
3.
Mérés és leolvasás a mérőmikroszkóppal
A mikroszkóppal való mérés során először helyezzük a metszetet a tárgyasztalra, majd állítsuk élesre a szálkeresztes okulárban látható képet. A mérőorsók által mutatott értékek a szálkeresztes okulárban látható célkereszt metszéspontjának koordinátái valamilyen abszolút koordináta rendszerben. Ha két pont távolságára vagyunk kíváncsiak, a mérőorsók tekerésével a célkeresztet egymás után a két pontra kell pozícionálni, majd a hozzájuk tartozó abszolút koordinátákat, azaz mérőorsó állásokat lejegyezni.
1
2
2. ábra: Leolvasás mérőorsóról: 1-főosztás, 2-nóniusz, 3-mérőhasáb. Legyenek A(Xa; Ya) és B(Xb; Yb) pontok, ahol Xa, Xb, Ya, Yb az adott pontoknak megfelelő mérőorsó értékek (koordináták). A két pont távolságának abszolút értéke:
L
X a X b 2 Ya Yb 2
Maguk a mérőorsók egy mikrométerhez hasonlatosak, ugyanúgy kell őket leolvasni. Rendelkeznek egy főskálával, és egy mellékskálával, ún. nóniusszal. A főskálához tartoznak az egész milliméter-osztások, a nóniuszhoz pedig a törtrészek. Az adott mérethez az a nóniusz érték tartozik, amelyik a főskála vízszintes vonalával leginkább egybeesik.
6.
Mérés mérőmikroszkóppal
4.
A tárgyasztal X-Y mozgatásán kívül lehetőség van a függőleges tengely körüli elforgatására is. Ezt a szöghelyzet állító csavarral lehet megtenni, rögzíteni pedig a szögasztal rögzítő csavarral. Magán a kör kerületű tárgyasztal peremén végigfut egy 360°-os, fok beosztású skála, amiről az alaphoz rögzített referenciavonal és a hozzá tartozó szögperc osztású nóniusz segítségével a tárgyasztal aktuális, abszolút szögelfordulása olvasható le.
3. ábra: Tárgyasztal szöghelyzetének leolvasása.
3. A mérési feladat 3.1.
A mérőeszközökkel való megismerkedés után határozza meg és rögzítse a jegyzőkönyvben azok mérési tartományát és felbontását. A jegyzőkönyvben a mérőeszközöknek beazonosíthatónak kell lenniük, ezért tüntesse fel a gyártót/típust és a mérőeszköz sorszámát is. Ez a mérés ismétlőképességének fontos feltétele. Javasolt, hogy a mérőeszközöket táblázatos formában foglalja össze.
3.2.
Készítsen méretezési rajzot a mérésvezető által kiválasztott mérendő munkadarabról! Ezen tüntesse fel a jellegzetes pontok leolvasott koordinátáit. (Nagyon fontos, hogy a leolvasott értékeknek a jegyzőkönyvben szerepelniük kell! Nem elegendő csak az adatokból kiszámított értékek feltüntetése, bármilyen egyszerű legyen is a számítás.) Célszerű a munkadarabot a koordinátatengelyekkel „közel” párhuzamosra beállítani. Ez a későbbi méretek meghatározásánál lesz igen hasznos, hisz a távolságok a mért koordináták különbségeként egyszerűen meghatározhatók lesznek (Nem lesz szükség a Pitagorasz-tételes számításra.) A furatok átmérőjét és furatközéppontját a furat érintőjének több ponton való lemérésével határozza meg!
6.
Mérés mérőmikroszkóppal
5.
3.3.
Készítsen egy méretezett rajzot az alkatrészről, mely megfelel a műszaki rajz szabványainak!
3.4.
Határozza meg a legnagyobb mért távolságokra a mérési bizonytalanságok értékét: Kereszt (x) irányban:
L HL h X 2,5 m 25 2670 Hossz (y) irányban:
L HL h Y 2,5 m 48 2000 Ahol: L - a mért legnagyobb hossz mm-ben H - a munkadarab vastagsága mm-ben 3.5.
Írjon rövid szöveges értékelést, melyben kitér az esetleges mérés során előforduló hibákra, azok jellegére és forrására, és/vagy tegyen javaslatot, hogyan küszöbölhetők ki, vagy csökkenthető hatásuk.
A jegyzőkönyvet a laborfoglalkozás végén a laborvezetőnek adja át, miután meggyőződött, hogy megfelel a jegyzőkönyvvel szemben támasztott formai és tartalmi követelményeknek.
6.
Mérés mérőmikroszkóppal
6.
