Zaloguj

ZINTEGROWANA BAZA NOWOCZESNYCH TECHNOLOGII WYTWARZANIA

Pomiary stykowe i bezstykowe

Pomiar stykowy polega na wyznaczeniu liczbowych wartości parametrów profilu chropowatości lub odwzorowaniu go w postaci profilografu o znanym pionowym i poziomym powiększeniu. Podczas mierzenia następuje stykanie się elementów roboczych narzędzia lub przyrządu z powierzchniami mierzonego przedmiotu w miejscu mierzenia. W celu przeprowadzenia pomiaru metodą stykową wykorzystuje się igłę pomiarową o znanej geometrii, przesuwająca się po powierzchni ze stała prędkością, a pionowe jej przemieszczenia są przekształcane na sygnał elektryczny lub optyczny. Sygnał ulega wzmocnieniu. Wzmocniony sygnał zostaje przetwarzany na wartości liczbowe żądanych parametrów chropowatości.


Rys 1. Zasada pomiaru stykowego SGP powierzchni.

Szczególnego podejścia wymagają pomiary chropowatości na powierzchniach krzywoliniowych. Można wówczas przeprowadzić pomiar podczas obrotowego ruchu przedmiotu lub głowicy pomiarowej. Odpowiednia przystawka pełni wówczas funkcje mechanizmu posuwu.

Igły pomiarowe wykonywane są z diamentu w postaci stożków lub piramid zakończonych czaszą kulistą o danym promieniu r µm i tolerancji wykonania % jego wartości nominalnej. Im mniejszy jest promień, tym wyższa dokładność, wyższe koszty oraz niższa trwałość.

Wartości uzyskane z jednego przejścia końcówki pomiarowej mogą dawać niepełne informacje co do natury powierzchni, analiza dwuwymiarowa może być myląca i ograniczona w zastosowaniu. Dlatego stosuje się coraz częściej analizę trójwymiarową. Daje ona pełniejszy obraz powierzchni.


Rys 2 Schemat systemu do trójwymiarowej analizy powierzchni

Profilowanie powierzchni, najczęściej powszechnie stosowane, polega na zbieraniu danych pomiarowych zazwyczaj we wzajemnie prostopadłych kierunkach (skaning dwukierunkowy ). Pełzająca po badanej powierzchni igła pomiarowa co pewien zadany okres próbkowania Δx =Δy dokonuje skanowania, (pomiaru) powierzchni. W związku z tym badana powierzchnia przyjmuje postać siatki pomiarowej Δx =Δy.


Rys 3. Siatka pomiarowa

Pomiar bezstykowy polega na tym, ze dokonuje się go bez stykania elementów roboczych przyrządu z powierzchniami przedmiotu w miejscu mierzenia. Pomiary bezstykowe mogą być dokonywane przez wykorzystanie np. metody optycznej, pneumatycznej, interferencyjnej, przekroju świetlnego, rzutowania siatek periodycznych i inne.

  • Do pomiarów chropowatości powierzchni metodami optycznymi używane są przyrządy działające na zasadzie nieniszczącego przekroju badanej powierzchni za pomocą promienia świetlnego. Najczęściej do pomiaru chropowatości powierzchni stosuje się różnego rodzaju mikroskopy np. podwójny mikroskop Linnika. Schemat pomiaru przekroju świetlnego pokazano na rys 4.

    Rys 4 Zasada pomiaru podwójnym mikroskopem) schemat układu optycznego, b) obraz w okularze podwójnego mikroskopu; 1 – źródło światła, 2 szczelina, 3 – mikroskop oświetlający, 4 – wymienne obiektywy, 5 – mikroskop obserwacyjny, 6 – okular, 7 – bęben śruby mikrometrycznej z podziałką
  • Metoda pneumatyczna.
    W pomiarach chropowatości powierzchni wykorzystuje się efekt spadku ciśnienia, związany z wypływem sprężonego powietrza przez szczelinę.
    Szczelina jest tworzona przez powierzchnie czołową dyszy pomiarowej i powierzchnie mierzoną. Czynne pole powierzchni szczeliny w układzie związanym z najwyższym wierzchołkiem profilu opisuje zależność .

    Rys 5 Powierzchnia czynna szczeliny pneumatycznej głowicy pomiarowej z elastyczna końcówką.

    Wartość liczbowa tego pola odniesiona do jednostki długości równa się wysokości najwyższego wierzchołka w układzie stereometrycznym. Ponieważ wysokość tych wierzchołków jest związana z zależnościami statystycznymi z podstawowymi parametrami profilu, więc przyrządy oparte na tej metodzie mogą być skalowane bezpośrednio w jednostkach parametrów Rp, Ra, Rq lub Rz.
  • Metoda interferencyjna.
    W przyrządach interferencyjnych wykorzystuje się zjawisko interferencji światła odbitego od powierzchni mierzonej oraz powierzchni odniesienia ( o wysokiej gładkości i płaskości), które umożliwia wizualizację profilu chropowatości oraz pomiar jego wysokości, podziałki i niektórych innych, o zbliżonym charakterze parametrów. Przyrządy interferencyjne (mikrointerferometry) stosowane są głównie w pomiarach laboratoryjnych do oceny chropowatości powierzchni elementów o wysokiej refleksyjności i gładkości.

    Rys 6 Zasada pomiaru chropowatości interferencyjną metodą dwupromienistą

    Rys 7 Schemat układu optycznego mikrointerferometru
  • Metoda przekroju świetlnego
    Metoda przekroju świetlnego polega na oświetleniu mierzonej powierzchni pod kątem α, zazwyczaj równym 45o, przez wąską szczelinę. Powierzchnia obserwowana przez mikroskop ustawiona jest pod względem układu oświetlającego pod kątem 2α. W mikroskopie obserwacyjnym widoczny jest, zdeformowany przez nierówności powierzchni obraz szczeliny układu optycznego mikroskopu oświetlającego. W metodzie tej wykorzystuje się zasady optyki geometrycznej oraz prostą analizę matematyczna, co pozwala wyznaczać wysokość i odstęp nierówności.
  • Metody rzutowania siatek periodycznych
    Metody wykorzystujące siatki periodyczne należą do metod zwanych metodami światła strukturalnego, polegających na oświetleniu obiektu specyficznym szablonem światła. Obserwacja poprzecznych położeń obrazu obiektu oświetlonego światłem strukturalnym pozwala na otrzymanie informacji o głębokości powierzchni. Najczęściej stosowane są siatki zwane rastrami. Raster jest to rodzaj płytki interferencyjnej z prążkami wykonanymi różnymi technikami. Można wyróżnić metody zwykłego rzutowania siatek periodycznych, w których jedna siatka jest rzutowana na powierzchnie, i metody mory, w których występuje superpozycja dwóch struktur periodycznych. Metoda rzutowania siatek periodycznych jest kombinacją metody triangulacji i algorytmów pomiaru fazy. Metoda rzutowania siatek periodycznych jest bardzo szybka. Cechuje ją stosunkowo niewielka wrażliwość na drgania w porównaniu z innymi metodami optycznymi.