Измерительные микроскопы ММИ, БМИ, УИМ, ДИП. Немного истории.

В наши дни существуют такие технологические операции, которые трудно представить себе без микроскопа. Каким образом можно измерить шаг растра оптической шкалы или расстояние между дорожками печатной платы? Как точно измерить диаметр отверстия форсунки или толщину полужидкой детали? На свете существует целый ряд деталей, для измерения которых неудобно или невозможно применить штангенциркуль, микрометр, щуп или другие контактные средства. В этих случаях удобно применять микроскопы. Основоне приемущество измерительного микроскопа - бесконтактный метод измерения, то есть такой метод, при котором исключено механическое воздействие на исследуемую деталь.

Это интересно...
Первый микроскоп был сконструирован торговцем мануфактурой Антони Ван Левенгуком, жившим в Голландии в XVII веке. При помощи своего прибора Левенгук впервые увидел «маленьких зверей» (лат. animalculus) - так он назвал микробов. Примечательно, что оптическая часть микроскопа Левенгука состояла из единственной, величиной с горошину, сферической линзы, а сам прибор нужно было держать в руках - подставки или штатива у него не было. С той поры устройство микроскопа постоянно эволюционирует, а область применения расширяется, и уже давно вышла за рамки биологии.

Инструментальные микроскопы ММИ, БМИ

До появления первого УИМ (Универсального Измерительного Микроскопа) существовали не универсальные (узкоспециализированные) приборы. Ими можно было измерить только один элемент - например, шаг резьбы, или кромку режущего инструмента. Этот класс приборов назывался «инструментальный микроскоп». В России инструментальные микроскопы производились новосибирским приборостроительным заводом. Модели ММИ и БМИ (Малый Микроскоп Измерительный и Большой Микроскоп Измерительный) полностью оптико-механические, а ММИЦ и БМИЦ – более поздние модели, оснащенные угловыми датчиками и цифровым отсчетным устройством. Буква «Ц» в названии говорит об этом. За счет электроники эти приборы имеют дискретность 1 мкм, а вот их точность, по современным понятиям, весьма не высока: порядка 0,01 мм. Объясняется это тем, что перемещение рабочего поля оценивается косвенно по повороту винта, на котором установлен угловой датчик. Таким образом, точность прибора сильно зависит от качества винтовой пары и постепенно ухудшается со временем из-за естественного износа и появления люфтов. Инструментальные микроскопы широко применялись в цехах больших заводов, где и по сей день иногда можно встретить работающие экземпляры.

Разновидностью инструментального микроскопа являются приборы челябинского инструментального завода, которые называются «Прибор для настройки инструмента вне станка». Они имеют два оптических микроскопа, развернутых друг относительно друга на 90 градусов. Этот узкоспециализированный прибор позволяет выравнивать кромки режущего инструмента, например, фрез, без установки их на станок. Эти уникальные приборы ценились в свое время «на вес золота». И в наши дни на заводах изредка можно встретить работающие экземпляры.

Универсальные измерительные микроскопы УИМ, ДИП

Универсальные измерительные микроскопы впервые появились в России и быстро завоевали широкую популярность. Выпускались они объединением «ЛОМО». Первые модели назывались УИМ-21 и УИМ-23. Это массивный прибор – его вес составляет 560 кг, с тремя микроскопами и рабочим полем 100 х 200 мм. Исследуемая деталь закрепляется на поверхности измерительного стола, который перемещается относительно основания прибора по прецизионным направляющим по горизонтали. Вместе со столом перемещаются отсчетные шкалы для продольного и поперечного хода. Оператор наводился на деталь, наблюдая ее в микроскоп и перемещая измерительный стол при помощи микровинтов. На зрачке микроскопа нанесена мишень – сетка, подобная сетке оптического прицела, которая позволяет многократно наводиться в одну точку. Последовательно наводясь на разные точки детали, можно определить расстояние между ними по отсчетным шкалам. После наведения в очередную точку, оператор, при помощи двух других микроскопов, снимает отсчеты с линейных шкал, определяя пройденное расстояние. Применение линейных шкал позволяет избежать недостатков косвенного измерения перемещения, которые имелись в инструментальных микроскопов ММИЦ и БМИЦ новосибирского приборостроительного завода (см. выше). Линейные шкалы УИМ-21 имеют шаг 1 мм. При помощи встроенного оптического микрометра шаг шкалы делится на 1000 частей, увеличивая разрешение прибора до 1 мкм.

К существенным недостаткам УИМ-19 можно отнести высокую утомляемость глаз оператора и субъективный отсчет (влияние на точность измерения опыта оператора, его состояния здоровья, внимания и т.д.)

Дальнейшим шагом в развитии российских универсальных измерительных микроскопов стало появление УИМ-25. Существенным отличием этого прибора от предшественников является проецирование изображения шкалы на экран. УИМ-25 имеет только один микроскоп – для наведения на деталь. После наведения в нужную точку оператор определяет перемещение по изображению отсчетных шкал на экране. Применение проекторов несколько уменьшило утомляемость глаз оператора. К недостаткам этой модели можно отнести слабую яркость изображения на экране. Для того, что бы уверенно различать изображение часто приходилось работать при затемненном освещении или в полной темноте.

Эпоха цифровых отсчетных систем коснулась и измерительной техники. В России появилась новая модель универсального измерительного микроскопа УИМ-29. Этот прибор имеет цифровые линейные шкалы и цифровое табло. Шаг шкал равен 2 мкм. (сравните: у оптических шкал предыдущих моделей шаг равен 1 мм). Дискретность УИМ-29 равна 0,5 мкм. Отсчет объективен: не зависит от опыта, состояния здоровья и внимания оператора, выводится на цифровое табло. УИМ-29 имеет один микроскоп для наведения на деталь.

Приблизительно в это же время начало развиваться второе направление универсальных измерительных микроскопов. В их названии содержится аббревиатура «ДИП». Эти приборы снабжены электронно-вычислительными машинами, которые вычисляют элементы детали: радиусы, дуги, углы и т.д. ЭВМ подключается к печатающему устройству и может формировать отчеты об измерениях.

Импортные измерительные микроскопы

Стоит упомянуть импортные измерительные микроскопы. Немецкая фирма Carl Zeiss выпускает измерительные микроскопы, которые уже в 80-е годы имели дискретность 0,2 мкм и при этом не содержали электроники. Немецкие приборы отличаются высоким качеством механики. В наши дни можно найти много предложений по современным измерительным машинам немецкого производства, но все они довольно дороги.

См. раздел: Модернизация измерительных микроскопов