Сферометр: Принцип действия, применение и современные методы измерения кривизны поверхностей.

Введение

Сферометр — прибор, используемый для точного измерения радиуса кривизны искривленной поверхности. Изначально эти приборы в основном применялись оптики для измерения кривизны поверхности линз.

Альтернативное использование

Поскольку сферометр по сути является типом микрометра, его можно использовать не только для измерения кривизны сферической поверхности. Например, его можно использовать для измерения толщины тонкой пластины. Для этого прибор помещается на совершенно ровную плоскую поверхность, и винт вращается до тех пор, пока точка не коснется; точный момент касания определяется внезапным уменьшением сопротивления, за которым следует значительное его увеличение. Показания циферблата и шкалы снимаются, винт поднимается, под него подкладывается тонкая пластина, и процесс повторяется. Разница между двумя показаниями дает требуемую толщину. Аналогичным образом, прибор может измерять углубление в плоской пластине. Метод такой же, как при измерении толщины пластины, за исключением того, что микрометрическая часть прибора помещается над углублением, а измерение производится ниже поверхности, а не над ней. Этот тип инструмента обычно используется для контроля нефтепромысловых труб на наличие металлических поверхностных ям, трещин и отклонений от круглой формы перед отправкой на буровые площадки для разведочных скважин, чтобы предотвратить разрушение ослабленных буровых труб в процессе бурения. Инструментальные трубы с толщиной стенки более 1 дюйма для труб диаметром 4 дюйма из закаленной стали, оснащенные коническими резьбовыми муфтами, повторно используются после завершения бурения и установки более тонкостенных труб обсадных колонн. Электронные приборы, аналогичные по конструкции сферометру, используются на инспекционных предприятиях для контроля обсадных, эксплуатационных и буровых труб. В оптике эквивалентные измерения выполняются для цилиндра или линзы с цилиндрическим компонентом, имеющей оптическую ось, где плоскость, проходящая через линзу, создает овальную окружность. Недавно был разработан альтернативный подход, основанный на координатной геометрии. Этот подход воспроизводит известный результат для сферометра и также позволяет разработать схему для изучения асферических поверхностей. Связанным устройством является цилиндрометр (также известный как цилиндросферометр или сфероцилиндрометр), который дополнительно может измерять радиус кривизны прямого кругового цилиндра.

Since the spherometer is essentially a type of micrometer, it can be employed for purposes other than measuring the curvature of a spherical surface. For example, it can be used to measure the thickness of a thin plate. To do so, the instrument is placed on a perfectly level plane surface and the screw turned until the point just touches; the exact instant when it does so is defined by a sudden diminution of resistance followed by a considerable increase. The dial and scale are read, the screw is raised, the thin plate slipped under it, and the process is repeated. The difference between the two readings gives the required thickness. Similarly, the instrument can measure the depression in an otherwise flat plate. The method is as for measuring the thickness of a plate, except that the micrometer portion is placed over the depression and the measurement is taken below the surface instead of above. This type of instrument is commonly used in inspecting oil field tool pipe for metal surface pits, fractures, and roundness before being shipped to drilling sites for exploratory wells, so that weakened drill pipe will not fracture during drilling. Tool pipe with thicker than 1" walls for a 4" diameter tube of hardened steel, fitted with tapered thread collars, are re used after drilling is complete and thinner walled tubular oil well casing is in place. Electronic instruments similar to the spherometer in design are used at inspection plants for casing, tubing, and drill pipe. The equivalent measurements in optics would be for a cylinder, or lens with a cylindrical component having an optical axis, where a plane through the lens would produce an oval circumference. An alternate approach using coordinate geometry was developed recently. This approach reproduces the well known result for the spherometer and also leads to a scheme to study aspherical surfaces. A related device is the cylindrometer (also known as cylindro spherometer or sphero cylindrometer), which can additionally measure the radius of curvature of a right circular cylinder.