Меню

Оборудование для измерения шероховатости



Приборы для измерения шероховатости. Профилометры, профилографы и их модификации

Параметры шероховатости поверхности — один из самых важных показателей качества продукции, работающей с большим износом. Шероховатость — это одна из самых важных эксплуатационных характеристик движущихся механизмов, изделий, двигателей внутреннего сгорания. Именно от шероховатости зависит коэффициент трения, коррозионная стойкость, износостойкость, и другие механические характеристики деталей.

Таким образом, на поверхностях рабочих деталей постоянно происходят процессы, которые могут оказывать на них негативное влияние. К таким процессам относят: появление трещин, механический износ, обуславливаемый трением, эрозия, коррозия металла, смятие, появление заусенцев. Такие дефекты могут оказывать даже большее негативное влияние на работу всего механизма, чем деформация тел, в результате перегрева или гидроудара. Кстати, перегрев может возникать и от усиленного трения, в том числе, вызванного повышенной шероховатостью.

Если придать поверхности некоторые микрогеометрические свойства, то можно повысить сопротивляемость детали различным внешним воздействиям, и тем самым, улучшить параметры прочности и надежности.

Значения параметров поверхности детали, которые смогли бы обеспечить хорошие эксплуатационные характеристики, можно повысить путём технологической обработки поверхности — т.е. шлифования. Измерить качество уже обработанной поверхности можно при помощи приборов, измеряющих шероховатость: профилометра и профилографа.

Отметим, что разница в техническом устройстве и принципе действия у данных приборов невелика. Отличаются они, по-сути, только способом предоставления результатов. Профилометр отображает значения измеряемого параметра шероховатости на специальном индикаторе (встроенном дисплее или шкале). Профилограф, в свою очередь, представляет результаты измерений в конце всей процедуры в виде графика — так называемой профилограммы, которая представляет собой кривую линию. Профилограмма, обычно, нуждается в анализе и расшифровке.

Но рассмотрим эти приборы более подробно:

1) Профилометр — прибор, который предназначается для измерения шероховатости контактным методом. Контактный метод означает, что по исследуемой поверхности перемещается специальная алмазная игла, колеблющаяся от неровностей поверхности. Такие колебания иглы передаются на датчик, где преобразуются в малые электрические токи, которые, в свою очередь, усиливаются гальванометром и регистрируются. Показания выводятся на дисплей прибора и дают представление о характере неровностей исследуемой поверхности — их высоте и глубине. Часто, для оценки шероховатости выбираются другие параметры — средневзвешенные, амплитудные, суммарные и деленые на длину поверхности.

Попробуем вкратце описать, как же работает профилометр, из чего состоит, на чем базируется принцип его действия.

Итак, как и в любом измерительном устройстве, у профилометра должен быть объект измерения, измерительный источник сигналов (генератор сигналов), блок обработки сигналов и блок вывода результатов измерений. Объектом, в данном случае, является поверхность, шероховатость которой необходимо измерить. В качестве генератора сигналов, используется тонко заточенная игла, чаще всего — алмазная, но встречаются профилометры с иглами из твердых сплавов. Игла перемещается вдоль поверхности, перпендикулярно её плоскости, при этом, на шероховатой поверхности, неизбежно, возникают колебания иглы. Такие механические колебания являются первичным сигналом, который при помощи преобразователя — индуктивного, ёмкостного или пьезоэлектрического — преобразуется в токовый. После этого, электрический сигнал поступает на электронный усилитель, после чего интегрируется и визуализируется. Таким образом, на дисплее можно увидеть уже усредненный параметр, характеризующий не только количественные, но и качественные показатели неровности и шероховатости поверхности.

Профилометры принято различать в зависимости от вида трассы интегрирования.

По этому признаку выделяют приборы:

Профилометр с постоянной трассой интегрирования, трасса ощупывания в которых, равна, по длине, трассе интегрирования. Таким образом, результаты измерений можно увидеть только в конце, при завершении процедуры.

Профилометр обладающий скользящей трассой интегрирования, в котором трасса ощупывания в несколько раз длиннее трассы интегрирования. Таким образом, отсчет показаний и результатов измерения производится одновременно с перемещением иглы по поверхности.

К тому же, существуют профилометры с механотронными преобразователями, которые измеряют параметры неровностей, указывая среднее арифметическое значение отклонения профиля — Ra.

Большинство приборов оснащены анализатором, который позволяет судить о неровностях поверхности по гармоническим колебаниям сигнала от иглы.

Погрешность профилометра обычно колеблется впределах от ±25%, до ±10%.

В качестве примера профилометра можно привести профилометр модели 130. Данный прибор внесен в Госреестр средств измерений. Работает путем подключения к компьютеру и настройкой специальной программой. Профилометр модели 130 является лабораторным стационарным прибором высокой точности.

Также стоит выделить профилометр «СЕЙТРОНИК-ПШ8-1» из линейки профилометров СЕЙТРОНИК. Эти приборы являются переносными, имеют подключение к компьютеру через порт RS232, и позволяют производить основные измерения параметров шероховатости с достаточной точностью.

Читайте также:  Как измерить куб круглого леса

2) Профилограф — это прибор, который, идентично профилометру, предназначается для контроля параметров шероховатости поверхности, однако, имеет от него отличия в плане вывода результатов измерений. В профилографе результаты измерений представляются в виде кривой — профилограммы, определяющей волнистость и шероховатость. Обработка результатов производится графоаналитическим методом.

Конструктивно, профилограф состоит из нескольких блоков, а именно: измерительного, преобразовательного и записывающего.

Первый блок — называется измерительным, поскольку именно в нем получается сигнал, который является основой всего измерения. На основании этого сигнала и строится, в последствии, кривая, характеризующая микронеровности. Данный блок состоит, как правило, из иглы, привода иглы и измерительного столика.

Второй блок — электронный преобразовательный, в котором сигнал из первого блока усиливается и преобразуется при помощи специальных электронных преобразователей.

Третий блок — записывающий, на который поступает обработанный сигнал со второго блока. Обработанный сигнал, при помощи записывающего устройства, аналогового или электронного, преобразуется в профилограмму в увеличенном масштабе. При этом, в качестве материала для вычерчивания профилограммы может выступать металлизированная бумага, светочувствительная бумага или специальная пленка.

Таким образом, принцип действия профилографа, мало чем отличается от принципа действия профилометра, единственным отличием, здесь, является отображение результатов не на экране в виде числовых значений, а графически.

Профилограмма записывается устройством в увеличенном масштабе, при этом, по горизонтали увеличение достигает 100 000 раз, а по вертикали от 400 до 200 000 раз. Благодаря увеличению, расшифровку делать становится гораздо удобнее.

Погрешность профилографа не выходит за рамки ±5-10 %.

Помимо перечисленных устройств: профилометров и профилографов, существуют комбинированные приборы, называемые профилографы-профилометры.

3) Профилограф-профилометр — приборы данного типа предназначаются для записи измеренных параметров микронеровностей поверхности на бумажный носитель (например, электротермическую бумагу), и одновременного наблюдения, в режиме реального времени, за результатами проводимых измерений при помощи показывающего устройства — цифрового или аналогового.

Самыми распространёнными профилографами-профилометрами являются приборы «Сейтроник-ПШ8» различных модификаций. Так, например, выпускаются модели СЕЙТРОНИК-ПШ8-4, СЕЙТРОНИК-ПШ8-3 и СЕЙТРОНИК-ПШ8-2 , которые отличаются шагом длины трассы ощупывания, наличием/отсутствием встроенного принтера, параметрами увеличения.

Принцип действия профилографа-профилометра идентичен принципам действия приборов, входящих в его название. Также, как и вышеописанные приборы, он работает путем ощупывания контролируемой поверхности заточенной иглой с малым радиусом закругления и преобразовании колебаний от иглы в электрический сигнал, а также последующего мониторинга и записи результатов.

Источник

Шероховатость поверхности — это что за показатель? Свойство шероховатости, способы измерения, параметры

В чем измеряется шероховатость поверхности

Шероховатость поверхности измеряется в микрометрах (1 мкм = 0,001 мм) и оценивается обычно по двум параметрам Rz и Ra.

Rz — это высота неровностей профиля по 10 точкам в то время как Ra — это среднее арифметическое отклонение профиля.

Примерное соответствие этих параметров друг другу с привязкой к классу чистоты шероховатости поверхности смотрите в таблице приведенной ниже:

Класс чистоты поверхности Среднеарифметическое отклонения профиля Ra, мкм Высота неровностей Rz, мкм Базовая длина l, мм
не более
1 80 320 8
2 40 160 8
3 20 80 8
4 10 40 2,5
5 5 20 2,5
6 2,5 10 0,8
7 1,25 6,3 0,8
8 0,63 3,2 0,8
9 0,32 1,6 0,25
10 0,16 0,8 0,25
11 0,08 0,4 0,25
12 0,04 0,2 0,25
13 0,02 0,1 0,08
14 0,01 0,05 0,08


Обозначение шероховатости поверхности

Шероховатость поверхностей обозначают на чертеже для всех выполняемых по данному чертежу поверхностей изделия, независимо от методов их образования, кроме поверхностей, шероховатость которых не обусловлена требованиями конструкции.

Структура обозначения шероховатости поверхности включает знак шероховатости, полку знака и другие дополнительные указания. При применении знака без указания параметра и способа обработки его изображают без полки.

Высота h должна быть приблизительно равна применяемой на чертеже высоте цифр размерных чисел. Высота H равна (1.5…5) h. Толщина линий знаков должна быть приблизительно равна половине толщины сплошной основной линии, применяемой на чертеже.

Средства измерения шероховатости поверхности

Шероховатость поверхности можно измерить двумя способами:

  • Визуальный метод сравнения поверхности с эталоном (сравнение на ощупь)
  • Прибором для измерения шероховатости

Для экспресс оценки в машиностроительной, ремонтной и приборостроительной отраслях промышленности, где допускаются отклонения от проектной величины, как правило, используют визуальный метод сравнения. В качестве эталонов используют образцы шероховатости, полученные различными способами обработки и имеющие заранее известное значение шероховатости.

Читайте также:  Чем измерить сколько потребляет электроприбор

Для более точного измерения шероховатости поверхности, в местах где требуется строгое соответствие проектным величинам, применяют специальные приборы: профилометры или профилографы. С помощью профилографа получают так называемую профилограмму, которая требует дополнительной расшифровки, в то время как профилометр сразу показывает точное значение неровности по заданным параметрам. Существуют как портативные профилометры применяемые в «полевых» условиях, так и стационарные приборы, которые используются в метрологических лабораториях для непосредственной калибровки эталонов шероховатости, а так же в учебных целях.

Исходя из выше сказанного можно сделать вывод, что контроль поверхности важно проводить в тех случаях, когда необходимо износостойкость, антикоррозийную стойкость и исключить возможность появления поверхностных трещин от усталости металла. Иногда низкий уровень шероховатости нужно получить не только для технических характеристик детали, но и для ее эстетического вида.

Еще немного об измерении

Параметры шероховатости поверхности определены в серии ISO 25178. Результирующие значения: Sa, Sq, Sz… Многие оптические измерительные приборы способны измерять шероховатость поверхности по площади. Измерения площади также возможны с помощью контактных систем. Многократные, близко расположенные 2D-сканирования взяты из целевой области. Затем они сшиваются в цифровом виде с использованием соответствующего программного обеспечения, в результате получается трехмерное изображение и соответствующие параметры шероховатости.

Приборы контактного действия

Принципиальная схема контактного профилометра с индуктивным преобразованием сигнала включает в себя:

  1. Щуп с алмазным наконечником.
  2. Преобразователь.
  3. Механизм перемещения щупа.
  4. Усилитель электрического сигнала.
  5. Аналогово-цифровой преобразователь.
  6. Дисплей, либо стрелочный индикатор.
  7. Датчики обратной связи, управляющие движением щупа.
  8. Реле времени.
  9. Переключатель диапазонов измерения.

Типовым представителем этого класса измерительной техники считается профилометр модели 296, которым можно замерить шероховатость плоских поверхностей. Основные технические характеристики устройства приведены ниже:

Измеритель типа 296 и им подобные (например, модели 130) из-за больших габаритов позволяют определять шероховатость изделий в условиях цеховых лабораторий.

Профилометром портативного типа, который работает по тому же принципу, является российский прибор модели ТR-100, включающий в себя пьезоэлектрический преобразователь. Он позволяет контроль шероховатости, если деталь имеет не только плоские, но и на выпуклые/вогнутые поверхности. Калибровка показаний для готовности прибора к работе производится узлом, встроенным в основную схему. ТR-100 обладает увеличенным диапазоном (0,05…50 мкм), но при тех же значениях производительности отличается несколько меньшей точностью — ±12 %.

Методы и приборы для измерения шероховатости

Существуют два основных метода, позволяющих определить шероховатость поверхности изделия — оптический и механический.

Механический метод (щуповой) основан на работе специального прибора профилометра. Это достаточно дорогое и хрубкое устройство. Одно из его недостатков – это непосредственный контакт с поверхностью. Это может привести к появлению царапин на поверхности исследуемой детали, а в результате прибор может неточно оценить наличие шероховатостей.

Оптический метод позволяет исследовать поверхность бесконтактным способом. Такие устройства считывают информацию о наличии шероховатости благодаря отражению света от поверхности детали. При чем, считанная информация автоматически обрабатывается с помощью компьютера. Реализация оптических методов не требует больших финансовых вложений, высокой точности, каких-либо сложных оптических или механических устройств. Обработка данных компьютером существенно ускоряет процесс, поэтому оптические методы измерения шероховатости могут быть применены в условиях непрерывного производства.

Ниже представлена работа двух приборов, использующих оптические методы для измерения шероховатости:

  1. Принцип работы прибора I

Это устройство использует в своей работе метод микроинтерференции. При измерении на шероховатой структуре поверхности образуются помехи. Направление шероховатых участков совпадает с направлением помех. Если диапазон частот этих помех совпадает с частотой встречаемости шероховатостей, свет отражается от неровностей, показывая минимальную и максимальную интенсивность. Благодаря изменению диапазона частоты помех и синхронного измерения интенсивности светового отражения от неровной поверхности можно получить интерференционную картину шероховатости, ориентируясь на максимальную или минимальную интенсивность светового отражения.

Это устройство использует в своей работе метод светового сечения. Световой луч из точечного источника скользит по неровной поверхности и отражается от нее. С помощью отраженного светового луча можно определить размер и распространение неровностей. Для определения размера шероховатостей необходимо сравнить интенсивность светового отражения в зеркальном и любом другом направлениях.

Принципы выбора типоразмера техники для измерения шероховатости

Для более точной оценки, причём отдельно по показателям Rz и Ra, используются стационарные устройства контактного способа действия. Шероховатость поверхности из твёрдых материалов (например, из высокоуглеродистых сталей) целесообразно определить профилометрами, оснащёнными алмазным щупом. Результаты удобно фиксировать либо программным способом на компьютере, либо распечаткой на бумажный носитель. По анализу результатов измерений можно вносить необходимые коррективы в технологический процесс изготовления деталей.

Читайте также:  Джоуль это единица измерения температуры или энергии

Для оперативной оценки качества обработки непосредственно на месте (для крупных деталей) полезнее переносные профилометры. Полученные ими данные являются основой для внесений изменений в настройку станков и систем их ЧПУ.

Следует отметить, что профилометры всех типов периодически должны подвергаться поверке, содержание и периодичность которой устанавливается МИ 1850-88.

Если вы нашли ошибку, пожалуйста, выделите фрагмент текста и нажмите Ctrl+Enter.

Приборы для измерения шероховатости. Профилометры, профилографы и их модификации

Параметры шероховатости поверхности – один из самых важных показателей качества продукции, работающей с большим износом. Шероховатость – это одна из самых важных эксплуатационных характеристик движущихся механизмов, изделий, двигателей внутреннего сгорания. Именно от шероховатости зависит коэффициент трения, коррозионная стойкость, износостойкость, и другие механические характеристики деталей.
Таким образом, на поверхностях рабочих деталей постоянно происходят процессы, которые могут оказывать на них негативное влияние. К таким процессам относят: появление трещин, механический износ, обуславливаемый трением, эрозия, коррозия металла, смятие, появление заусенцев. Такие дефекты могут оказывать даже большее негативное влияние на работу всего механизма, чем деформация тел, в результате перегрева или гидроудара. Кстати, перегрев может возникать и от усиленного трения, в том числе, вызванного повышенной шероховатостью.

Если придать поверхности некоторые микрогеометрические свойства, то можно повысить сопротивляемость детали различным внешним воздействиям, и тем самым, улучшить параметры прочности и надежности.

Значения параметров поверхности детали, которые смогли бы обеспечить хорошие эксплуатационные характеристики, можно повысить путём технологической обработки поверхности – т.е. шлифования. Измерить качество уже обработанной поверхности можно при помощи приборов, измеряющих шероховатость: профилометра и профилографа.

Отметим, что разница в техническом устройстве и принципе действия у данных приборов невелика. Отличаются они, по-сути, только способом предоставления результатов. Профилометр отображает значения измеряемого параметра шероховатости на специальном индикаторе (встроенном дисплее или шкале). Профилограф, в свою очередь, представляет результаты измерений в конце всей процедуры в виде графика – так называемой профилограммы, которая представляет собой кривую линию. Профилограмма, обычно, нуждается в анализе и расшифровке.

Измерители шероховатости поверхности (Профилометры)

Шероховатость поверхности — совокупность неровностей на поверхности с относительно малыми шагами на базовой длине. Шероховатость измеряется в микрометрах. Шероховатость относится к микрогеометрии твёрдого тела и определяет его основные эксплуатационные свойства: прочность, герметичность(в случае соединений), износостойкость и внешний вид. При проектировании деталей машин обязательно указывается шероховатость поверхности на чертежах и в технологических картах.Исходная шероховатость является следствием технологической обработки поверхности материала: сверление, точение, фрезерование, зенкерование, шлифование.В результате изнашивания параметры шероховатости, обычно, изменяются и образуется эксплуатационная шероховатость.

Для измерения неровностей поверхности широко используются контактные приборы- профилометры. Измерители шероховатости поверхности предназначены для измерений в лабораториях и цехах машиностроительных и приборостроительных производств, а также в полевых условиях. Измерение параметров шероховатости производится по системе средней линии в соответствии с ГОСТ 2789-73. Этот стандарт нормирует типы и направления неровностей и общие указания по установлению требований к шероховатости. Стандарт не распостраняется на шероховатость ворсистых и других поверхностей, характеристики которых делают невозможным нормирование шероховатости. Стандарт также не распостраняется на дефекты поверхности, являющиеся причиной случайных повреждений или дефекты материала( трещины, раковины). При контроле шероховатости влияние дефектов поверхности должно быть исключено.При необходимости дополнительно к параметрам шероховатости поверхности устанавливаются требования к направлению неровностей поверхности, к способу или последовательности способов получения (обработки) поверхности.Портативный измеритель шероховатости контактного типа имеет датчик, тонкая игла которого выполнена из твердого материала. В процессе измерения алмазная игла перемещается вдоль измеряемой поверхности, огибая все неровности этой поверхности. Игла жестко соединена с электронным датчиком, который преобразует перемещение иглы в вертикальной плоскости в электрический сигнал. Электрические сигналы, полученные от датчика,позволяют получить следующие основные параметры шероховатости: Ra, Rz,Рmax.

Измерители шероховатости различаются по количеству измеряемых параметров. диапазону измерений и точности измерений. Одними из самых популярных приборов для измерения шероховатости поверхности являются профилометры компании TIME Group Inc: измеритель шероховатости TR100, измеритель шероховатости TR200.Измеритель шероховатости Time TR 110 отличается доступной ценой и портативными размерами. Измеритель шероховатости Time TR 210 позволяет измерять 4 основных параметра шероховатости. Чем выше стоимость прибора, тем больше параметров измеритель шероховатости может измерить или рассчитать математически.

Источник