Sferometri

Ennen karkeahiontaan ryhtymistä rakensin peiliaihion pinnan tarkkailua varten tarvitsemani sferometrin. Sferometrilla voi mitata ja tarkkailla minkä tahansa koveran tai kuperan pinnan muotoa, kunhan laitteen koko on mitoitettu sopivasti mitattavaa kohdetta ajatellen.

Projektia varten puusta ja alumiinista rakennettu sferometri.

Oikeastaan sferometri yksinkertaisesti mittaa kuopan syvyyden laitteen jalkojen muodostaman tason suhteen. Mittaus tehdään laitteeseen kiinnitetyn mittakellon avulla. Koska mittaus tehdään laitteen keskipisteen kohdalta, kuopan syvyydestä voi laskea edelleen pinnan kaarevuussäteen. Tämän lisäksi sferometrilla voi  myös kätevästi tarkkailla miten kaarevuussäde muuttuu eri puolilla mitattavaa pintaa, ja ohjata näin hiontaprosessia.

Seuraavassa on kuvattu tarkemmin laitteen rakentamisen työvaiheet. Kuten kaukoputken suunnitelmassa jo totesin, pyrin tässäkin työssä käyttämään hyödyksi mahdollisimman paljon valmiita osia ja edullisia kierrätysmateriaaleja. Aloitin suunnittelemalla ensin laitteen rakenteen. Oheinen piirros syntyi eräällä isyysvapaan kahvitauolla:

Sferometrin rakenne.

Laitteen kolme jalkaa muodostavat tasasivuisen kolmion, jonka sivun pituus on noin 10 cm. Kolmion kärkien kautta piirretyn ympyrän halkaisija on noin 50% peiliaihion halkaisijasta. Ei siinä muuta kuin materiaaleja etsimään.

Varastosta löytyi sopivan kokoinen vanha kirjahyllyn levy, jonka paksuus soveltuu laitteen runkoon. Piirsin suunnitelman mukaisen kuvion uudestaan hyllyn pintaan ja kaivoin sahan esiin. Pian huomasin että edes jiirisahalla ei meinaa saada tarpeeksi tarkkaa jälkeä, joten kävin ostamassa pienen kuviosahan jolla sai huomattavasti tarkempaa jälkeä.

Sferometrin runko syntyi vanhasta hyllylevystä.

 

Kun olin saanut kaiken ylimääräisen puun poistettua rungon ympäriltä, alkoi puupala jo näyttää halutulta. Viilasin ja hioin lopuksi pinnat tasaiseksi.

Seuraavaksi oli vuorossa mittakellon kiinnittämiseen tarkoitetun sferometrin yläosan valmistus. Tämä koostuu pyöreästä palasta, jonka sisällä menee alumiininen putki koko laitteen rungon läpi. Palan kyljessä on kiristysruuvi, jonka avulla laitteeseen kiinnitetty mittakello pysyy paikoillaan.

Leikkasin ensin 10 mm halkaisijaltaan olevasta alumiiniputkesta noin kahden senttimetrin pituisen palan, ja sahasin sen toiseen päähän pitkulaisen loven kiinnitysruuvia  varten. Viilasin ja hioin putken reunat tasaiseksi. Tässä yhteydessä paljastui, että putken sisäpinnan halkaisija oli aavistuksen liian kapea hankkimalleni mittakellolle. Tilanteen korjaamiseksi sorvasin sisäpinnalta pois ylimääräistä alumiinia noin 0.3 mm metalliporan ja pyöreän viilan avulla. Ruostumisen estämiseksi puhdistin kaikki hiomapinnat aina Sinolilla.

Tämän jälkeen leikkasin noin sentin mittaisen pyöreän puupalan, jonka keskelle porasin alumiiniputken mentävän reijän. Puupalan kylkeen porasin reijän kiinnitysruuvia ja mutteria varten. Viilan avulla sain muotoiltua tästä reijästä sopivasti kuusikulmaisen, jotta mutteri upposi puupalan sisään. Lopulta liimasin mutterin kiinni puupalaan epoksilla. Materiaalina käytin Biltemasta ostettua luudanvartta, ja alumiiniputket ostin Bauhausista.

Sferometrin rungon läpi kulkeva alumiiniputki, johon mittakello kiinnitetään.

Rungon yläosa, johon on viilattu syvennys kiristysruuvin mutteria varten.

Seuraavaksi porasin rungon keskelle reijän aluminiputken läpivientiä varten, ja kärkiin vielä noin 1 cm syvyiset kuopat jalkojen kiinnitystä varten. Tämän jälkeen liimasin rungon ja pääliosan kiinni toisiinsa epoksilla, ja lakkasin näin syntyneen kokonaisuuden venelakalla.

Lakan kuivuessa sahasin sferometrin jalkoja varten kolme kappaletta noin 15 mm pitkää putkenpätkää 6 mm paksuisesta alumiiniputkesta.

Tein myös muutamia valmisteluja mittakelloa varten. Vanhasta pyörän ohjaustangon käsigripistä leikkasin pyöreän muovirenkaan, joka tulee laitteen päälle mittakellon ja rungon väliin pehmikkeeksi. Herkkä mittakello lepää näin pehmeästi laitteen päällä, ennen kuin se kiinnittään runkoon kiristysruuvin avulla. Myös kiristysruuvin pään ja mittakellon väliin tarvitaan pehmike, jonka valmistin vanhasta polkupyörän sisäkumista. Leikkasin tätä varten noin 10x5 mm muovipalan, joka painautuu mittakellon runkoa vasten kiristysruuvia kierrettäessä. Kun kiristysruuvin avaa, muovipala vetäytyy poispäin ja mittakello voidaan nostaa irti.

Kun lakka oli kuivunut, upotin alumiiniset jalat runkoon tehtyihin reikiin ja liimasin jalkojen päähän vielä metalliset kuulat. Jalkojen kuulat vähentävät mitattavan pinnan naarmuuntumista. Perinteitä noudattaen nämä metallkuulat olivat peräisin vanhasta kuulalaakerista, joka sai näin uuden käyttötarkoituksen.

Lopulta kaikki oli valmista lopullista asennusta varten. Ostin sferometria varten ZnDiy-BRY brändin alla myytävän digitaalisen mittakellon ulkomaisesta verkkokaupasta, jonka ilmoitettu tarkkuus on 0.001 mm. En etukäteen osannut sanoa miten laadukkaasta laitteesta on kyse, mutta kyseisen laitteen hyvävä puolena on pitkä mittausmatka ja mahdollisuus nollata lukema mihin kohtaan tahansa. Näin kalibrointi on mahdollisimman helppoa. Koska kotootani ei löydy optista tasoa jolla sferometrin voisi kalibroida tarkasti, päätin käyttää induktiolieden lasipintaa referenssipintana. Oli jännittävää suorittaa testimittaukset ensimmäistä kertaa itse kalibrointipinnalla. Poikkeama eri mittauskerroilla, siis asettamalla sferometri referenssipinnalle ja siltä pois useita kertoja, oli vain noin +-0.002 mm.

Ainoa harmillinen asia mikä testauksessa tuli esille on se, että kun laitteen nollaa niin lukema nollataan välittömästi. Koska käsi tärisee väistämättä, ei lukemaa meinaa saada nollaksi. Laitteesa pitäisi olla "etänollaus" tai pieni viive, jotta käden ehtisi ottaa ensin pois. Toisaalta tämän voi ratkaista helposti kirjaamalla alussa olevan mittavirheen eli poikkeaman nollasta ylös, ja vähentämällä tämän lopullisista tuloksista.

Ottaen huomioon että käytössäni ei ole kunnollista verstasta vaan kerhohuone ja kourallinen työkaluja, onnistui rungon rakentaminen yli odotusten. Jalkojen muodostama tasasivuinen kolmio on lähes täydellinen, sillä kärkien poikkeama tavoitellusta muodosta oli alle puoli millimetriä. Jalkojen sijainnista aiheutuu kyllä pieni mittavirhe sferometrin lukemaan, mutta virheen suuruuden voi laskea ja ennakoida.

Tässä on vielä tarkat tiedot laitteesta. Sferometrin keskipisteen ja jalkojen keskipisteen välinen etäisyyden keskiarvo on 57,07 mm. Jaloissa olevien kuulien säde on 2.3 mm, joka täytyy ottaa myös huomioon sferometrikaavassa.

Lopputuloksena syntyi edullinen ja hyödyllinen mittaväline, jonka avulla projekti pääsee taas etenemään seuraavaan vaiheeseen eli hiontaan.

Valmis sferometri, jolla voi mitata peiliaihion kaarevuussäteen.