чем проверить шероховатость поверхности
Способы и методы измерения шероховатости поверхности.
Любая, обработанная даже тщательнейшим образом поверхность детали, не может быть полностью идеально ровной. Значение гладкости и ровности поверхности детали в любом случае будет отличаться от заданного чертежом значения, т.е. от номинального значения. При этом, отклонение может быть либо макрогеометрическим, либо микрогеометрическим. Макро геометрические отклонения могут быть охарактеризованы волнистостью детали и несоответствием форме. Микрогеометрические отклонения, в свою очередь, определяются не чем иным, кроме шероховатости поверхности.
Вообще, принято выделять три вида шероховатости объекта:
Параметры шероховатости определены в ГОСТ 2789-73 «Шероховатость поверхности. Параметры, характеристики и обозначения». Согласно этому документу, выделяют такие показатели шероховатости, как:
При задании шероховатости, как правило, используется параметр ср. арифм-го. отклонения профиля (Ra).
Оценка шероховатости может производиться двумя способами:
Наиболее точным, на момент написания статьи, является поэлементный способ, который может быть осуществлен различными методами определения шероховатости:
Алмазная игла прижимается и перемещается параллельно исследуемой поверхности. В местах возникновения микронеровностей (выступов и впадин), возникают механические колебания измерительной головки иглы. Эти колебания передаются в датчик, преобразующий механическую энергию колебания в электрический сигнал, который усиливается преобразователем и измеряется. Записанные параметры этого сигнала в точности повторяют неровности на шероховатой поверхности детали.
Профилометры, по признаку типа преобразователя сигналов, разделяют на пьезоэлектрические, электронные, индукционные и индуктивные. Наиболее распространены приборы, использующие индуктивные преобразователи.
В качестве примера профилометра можно привести приборы моделей «СЕЙТРОНИК-ПШ8» (модели СЕЙТРОНИК-ПШ8-1, СЕЙТРОНИК-ПШ8-2, СЕЙТРОНИК-ПШ8-3 и СЕЙТРОНИК-ПШ8-4) а также старый-добрый «профилометр модели 130».
Помимо профилометров существуют также профилографы, которые позволяют не просто измерить, но и записать параметры шероховатого профиля в заранее выбранном масштабе.
Исследование поверхностней щуповым методом производится в несколько этапов: так, сначала профиль исследуемого объекта «ощупывается» несколько раз, а только затем, на основании серии измерений вычисляется усредненное значение параметра, характеризующегося как количественное выражение неровности относительно длины участка.
— метод светового свечения и теневой метод,
Итак, растровый метод предполагает следующую последовательность действий: на исследуемую поверхность кладется стеклянная пластинка, с нанесенной на неё растровой сеткой (т.е. системой равноудаленных параллельных линий), с маленьким шагом. Затем, на пластинку подаются световые лучи под наклоном. При падении световых лучей под наклоном в местах микроскопических неровностей, штрихи отраженной растровой сетки накладываются на штрихи реально нарисованной сетки, в результате чего возникают муаровые полосы, которые и свидетельствуют о наличии выступов или впадин на поверхности изучаемого объекта. При помощи растрового микроскопа и определяют параметры неровности. Точную методику определения параметров можно посмотреть в соответствующем ГОСТе. Отметим, что растровый метод применим для обследования поверхностей, следы неровностей на которых имеют преимущественно одинаковое направление (например, царапины в цилиндрах двигателей внутреннего сгорания).
Шероховатость поверхности
Шероховатостью поверхности называется совокупность микронеровностей, образующих рельеф поверхности и рассматриваемых в пределах участка, длина которого равна базовой длине.
Параметры шероховатости
В большинстве случаев шероховатость поверхности определяется одним из параметров Ra или Rz.
Среднее арифметическое отклонение профиля Ra – это среднее арифметическое абсолютных значений отклонений профиля yi от средней линии m в пределах базовой длины
Рисунок 1.
Механизм возникновения шероховатости
Все причины возникновения шероховатости можно разбить на 3 группы:
Образование неровностей на обработанной поверхности можно представить как след от движения режущих кромок инструмента. Назовём такой профиль регулярным (рис.2).
На образование регулярного профиля влияет геометрия резца, в частности – углы в плане, а так же величина подачи S. Их влияние описывается формулой
В реальном процессе резания впереди резца и под обработанной поверхностью образуется зона пластической деформации, которая вносит некоторую погрешность в регулярный профиль. Пластически деформированный металл в отдельных местах как бы наволакивается на микронеровности, а в где-то вырываются отдельные куски металла. Потому реальное значение Rz может быть записано как:
где 
— приращение высоты микронеровностей, вызванное пластической деформацией металла. Следовательно, чем меньше пластическая деформация, тем меньше высота микронеровностей. Величина пластической деформации зависит, в большей степени, от твёрдости обрабатываемого материала и, в меньшей — от глубины резания — t.
Методы и средства оценки шероховатости поверхности
Шероховатость поверхности оценивают двумя основными методами:
качественным и количественным.
Качественный метод оценки основан на визуальном сопоставлении обработанной поверхности с эталоном невооруженным глазом или под микроскопом, а также по ощущениям при ощупывании рукой (пальцем, ладонью, ногтем). Визуальным способом можно достаточно точно определять шероховатость поверхности, за исключением весьма тонко обработанных поверхностей. Эталоны, применяемые для оценки шероховатости поверхности визуальным способом, должны быть изготовлены из тех же материалов, с такой же формой поверхности и тем же методом, что и деталь. Качественную оценку весьма тонко обработанных поверхностей следует производить с помощью микроскопа или лупы с пятикратным и большим увеличением.
Количественный метод оценки заключается в измерении микронеровностей поверхности с помощью приборов: профилографов и профилометров.
Профилографы
Рисунок 3.
Схема профилографа Б. М. Левина приведена на рис. 3. Луч света от лампы 1, проходя через линзу 2, щель 3 и оптическую систему 5, падает на зеркала 8 и 7. Зеркало 8 связано с ощупывающей иглой 9. Луч света, отраженный от зеркала 7 и затем от зеркала 8, проходит оптическую систему 6 и, попадая на зеркала 4 и далее на цилиндрическую линзу 14, проецирует изображение щели 3 на светочувствительную пленку 13,расположенную на барабане 12. Изображение щели проецируется в виде световой точки. Деталь 10, на поверхности которой измеряют шероховатость, располагается на верхнем диске предметного стола 11. При вращении синхронного двигателя стол вместе с деталью движется поступательно относительно иглы 9, а барабан 12 вращается. Таким образом, на светочувствительной фотоплёнке получается изображение пути светового луча, повторяющего профиль обработанной поверхности испытуемой детали.
Рисунок 4.
Принцип действия профилометра конструкции В. М. Киселева заключается в возбуждении колебаний напряжения в результате движений ощупывающей иглы. На рис. 4 приведена схема этого профилометра (модель КВ-7). Игла 1 с алмазным наконечником, радиус закругления которого 12 мкм, подвешена на пружинах 2. Нижний конец ее ощупывает неровности поверхности детали, а верхний связан с индукционной катушкой 3, которая перемещается в магнитном поле полюсов 4 и 6 магнита 5. Возбуждаемый этим перемещением ток подают на усилитель и затем на гальванометр. Перемещение иглы по поверхности осуществляют с помощью электропривода со скоростью 10. 20 мм/с. Давление иглы на поверхность проверяемой детали составляет 5. 25 кПа. При подключении к профилометру осциллографа можно получить профилограмму исследуемой поверхности.
Рисунок 5. 
Для измерения шероховатости предназначен также двойной микроскоп В. П. Линника (рис. 5). Прибор состоит из двух частей: микроскопа А для освещения исследуемой поверхности, микроскопа Б для наблюдения и измерения профиля поверхности. Оси обеих частей микроскопа, наклоненные под углом 45° к исследуемой поверхности, пересекаются между собой в предметной точке объективов.
В плоскости изображения объектива 3 микроскопа А перпендикулярно плоскости оси микроскопа расположена щель 2, освещаемая источником света 1. Объектив 3 дает уменьшенное изображение а щели 2 на проверяемой плоскости Р в виде узкой светящейся линии. При отсутствии на участке поверхности Р микронеровностей объектив 4 микроскопа Б в плоскости сетки окуляра 5 даст изображение а 2 той же узкой светящейся линии, а также изображение близлежащего участка исследуемой поверхности.
При том же расположении микроскопов А и Б при наличии микронеровностей h часть пучка света, отраженная от участка поверхности P 1 при наблюдении будет казаться выходящей из точки a 1 или из точки а 1 поверхности Р 1, расположенной на расстоянии 2h ниже поверхности Р. Тогда изображение точки из на сетке окуляра 5 будет на расстоянии h от оси микроскопа Б, равном h = 2xh sin 45°, где х — увеличение объектива 4.
Для измерений высоты неровностей в микроскопе Б установлен окулярный микрометр. Двойной микроскоп В. П. Линника позволяет также фотографировать исследуемую поверхность с высотой неровностей 0,9. 60 мкм.
ГОСТ Р 8.651-2009 «ГСИ. Приборы контактные (щуповые) для измерений шероховатости поверхности. Методика калибровки»
Принцип действия профилометров
Рассматриваемые приборы могут замерить показатели шероховатости контактным и бесконтактным способом. В первом случае по измеряемой поверхности перемещается измерительный щуп, который заканчивается твёрдым наконечником. Амплитуда вибраций щупа усиливается, и, преобразуясь в электрический сигнал, замеряет показатель шероховатости. К этому варианту может относиться технология оптического или лазерного сканирования поверхности.
Профилометр ПМ-80 МИКРОТЕХ.
Большинство методов исследований ориентируется именно на контактные профилометры. Это объясняется высокой точностью результата, который можно получить уменьшением контактной площади алмазной иглы (иногда применяют и иглы из твёрдого сплава). В то же время, при использовании оптических профилометров бесконтактного типа требуется работать только с образцами, поверхность которых очищена от всех поверхностных загрязнений, искажающих результат замеров.
В зависимости от поставленных контактные профилометры могут замерять трассу с постоянной или переменной длиной. Способ преобразования сигнала — пьезоэлектрический, индуктивный или механотронный.
Последовательность измерений шероховатости определяют ГОСТ 2789 и ГОСТ 19300. Точность действия профилометров находится в диапазоне ±10…±20 %.
Приборы контактного действия
Принципиальная схема контактного профилометра с индуктивным преобразованием сигнала включает в себя:
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 %.
Приборы для измерения шероховатости
Среди показателей качества продукции первостепенное значение имеют параметры шероховатости поверхности, являющейся одной из важнейших эксплуатационных характеристик. От неё зависит не только коэффициент трения изделий, но и множество других свойств – коррозионная и износостойкость, ряд механических характеристик.
Если говорить предметнее, на поверхностях деталей проистекают процессы, оказывающие на них негативное влияние: зарождение трещин, износ, обусловленный трением, эрозионные и коррозионные разрушения, смятие. Часто такие дефекты материалов, оказывают не меньшее влияние чем деформация тел. Придание же поверхности определённых микрогеометрических свойств способствует повышению сопротивляемости детали внешним воздействиям и, как следствие, возрастанию прочности и надёжности. Поэтому параметры шероховатости поверхности
Значение параметров поверхности, обеспечивающих достаточные эксплуатационные характеристики, регулируются путём проведения операций обработки, как правило – шлифования. Качество же уже «подготовленной» поверхности контролируется с помощью приборов для измерения шероховатости. О двух из них – профилометре и профилографе, реализующих контактный метод измерения – пойдёт речь.
Сразу стоит отметить тот факт, что разница в устройстве и принципе действия данных СИТ невелика. Отличие заключается лишь в способе представления результатов. Профилометр отражает величину параметра, характеризующего шероховатость, на специальной шкале или индикаторе, а профилограф «выдаёт» результаты после окончания процесса измерения в виде графика (профилограммы), который представляет собой кривую линию, нуждающуюся в расшифровке.
Профилометр
Профилометр, как уже было сказано выше, представляет собой прибор для измерения шероховатости контактным методом: по оцениваемой поверхности перемещается игла, колеблющаяся в местах неровностей. Эти колебания вызывают возбуждение ЭДС и, соответственно, малых токов.
Они усиливаются и регистрируются с помощью гальванометра, показания которого выводятся на дисплей прибора и позволяют судить о характере исследуемой поверхности – высоте микронеровностей.
Однако нередко для оценки шероховатости выбирается не высота, а другой параметр шероховатости (подробнее о них рассказано в статье https://www.devicesearch.ru.com/article/8487).
Устройство и принцип действия профилометра
Генератором сигнала в профилометре является тонко заточенная – чаще всего алмазная – игла. Она перемещается по нормали к поверхности, шероховатость которой оценивается.
Выработанный сигнал – механический – преобразуется в токовый с помощью преобразователя, который может быть пьезоэлектрическим, ёмкостным или индуктивным.
Затем сигнал поступает на электронный усилитель, а затем интегрируется и визуализируется – на экране прибора, таким образом, виден уже усреднённый параметр, который характеризует поверхностные неровности на участке определённой длины не только количественно, но и качественно.
В зависимости от вида трассы интегрирования выделяют несколько типов профилометров.
В отдельную группу выделяют профилометры с механотронным преобразователем, измеряющие параметры неровности с указанием Ra – среднего арифметического значения отклонения профиля.
Многие приборы оснащаются анализатором, позволяющим по гармоническим составляющим поступающего от иглы сигнала (вернее, по характеризующей их прямой) судить от неровностях поверхности.
Погрешность профилометров не выходит за пределы ±25 %, а у многих современных приборов — ±10 %.
Профилограф
Профилограф, также как и профилометр, служит для контроля параметров шероховатости поверхности, однако, результаты измерений представляется в виде кривой, которая характеризует волнистость и шероховатость. Обработку кривой – профилограммы – проводят графоаналитическим методом.
Устройство и принцип действия профилографа
Прибор состоит из трёх основных блоков. Первый – измерительный, включающий иглу, её привод и измерительный столик – позволяет получить сигнал, на основе которого в последствие будет построена характеризующая микронеровности кривая.
Второй – электронный – блок позволяет усилить и преобразовать сигнал, который затем поступает в третий блок – записывающее устройство, вычерчивающее профилограмму в увеличенном масштабе на металлизированной бумаге, светочувствительную бумагу или специальную плёнку.
Погрешность прибора не превышает ±5-10 %.
Принцип действия профилографа практически не отличается от ПД профилометра – игла перемещается по нормали к исследуемой поверхности; от неё на преобразователь, а затем на электронный усилитель поступает сигнал, который, однако, не отражается на экране, а отображается графически.
Профилограмма записывается в увеличенном масштабе (увеличение по горизонтали до 100000 раз, по вертикали 400-200000 раз) – это делает её расшифровку гораздо удобнее.
Профилограф-профилометр
Для оценки шероховатости и волнистости поверхности также используют комбинированные приборы – профилографы-профилометры. Они позволяют одновременно проводить запись параметров микронеровностей поверхности на носитель – электротермическую бумагу или др., и наблюдать за результатами проведения измерений в режиме реального времени – с помощью показывающего прибора, который может быть аналоговым или цифровым.
Действие профилографа-профилометра, как и выше описанных СИТ, основано на ощупывании контролируемой поверхности заточенной иглой с малым радиусом закругления и преобразовании её колебаний в электрический сигнал индуктивным или другим методом.
Если вам понравилась статья нажмите на одну из кнопок ниже
Профилометры бесконтактного действия
Измерители, описываемые далее, характеризуются дополнительными возможностями: дистанционным сканированием – оптическим или лазерным — поверхности, а также оперативной передачей данных на компьютер и принтер.
Средство для бесконтактного измерения и записи результата включает в себя:
Оптический измерительный датчик обладает характеристиками, которые позволяют измерять и выводить на монитор достаточно большой объём информации: продольный и поперечный профили трассы сканирования, точность, дискретность шага измерений, текущую и суммарную погрешность отсчёта и пр. Принцип записи профилограммы на термопечатающую рулонную бумагу превращает данное устройство в полнофункциональный профилограф. Процесс и производство измерений управляются в диалоговом режиме. Таким образом, можно позволять повторное отслеживание шероховатости на некоторых участках измеряемого образца.
Профилометр Mahr Marsurf PS1
Профилометры: виды и применение
Точная и оперативная оценка шероховатости деталей – залог качественной сборки и последующего функционирования техники. С этой целью в производственной практике применяются различного рода профилометры и профилографы (последние, кроме измерений, могут позволять и запись полученного результата).
Принцип действия профилометров
Рассматриваемые приборы могут замерить показатели шероховатости контактным и бесконтактным способом. В первом случае по измеряемой поверхности перемещается измерительный щуп, который заканчивается твёрдым наконечником. Амплитуда вибраций щупа усиливается, и, преобразуясь в электрический сигнал, замеряет показатель шероховатости. К этому варианту может относиться технология оптического или лазерного сканирования поверхности.
Профилометр ПМ-80 МИКРОТЕХ.
Большинство методов исследований ориентируется именно на контактные профилометры. Это объясняется высокой точностью результата, который можно получить уменьшением контактной площади алмазной иглы (иногда применяют и иглы из твёрдого сплава). В то же время, при использовании оптических профилометров бесконтактного типа требуется работать только с образцами, поверхность которых очищена от всех поверхностных загрязнений, искажающих результат замеров.
В зависимости от поставленных контактные профилометры могут замерять трассу с постоянной или переменной длиной. Способ преобразования сигнала — пьезоэлектрический, индуктивный или механотронный.
Последовательность измерений шероховатости определяют ГОСТ 2789 и ГОСТ 19300. Точность действия профилометров находится в диапазоне ±10…±20 %.
Принципиальная схема контактного профилометра с индуктивным преобразованием сигнала включает в себя:
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 %.
Профилометры бесконтактного действия
Измерители, описываемые далее, характеризуются дополнительными возможностями: дистанционным сканированием – оптическим или лазерным — поверхности, а также оперативной передачей данных на компьютер и принтер.
Средство для бесконтактного измерения и записи результата включает в себя:
Оптический измерительный датчик обладает характеристиками, которые позволяют измерять и выводить на монитор достаточно большой объём информации: продольный и поперечный профили трассы сканирования, точность, дискретность шага измерений, текущую и суммарную погрешность отсчёта и пр.
Принцип записи профилограммы на термопечатающую рулонную бумагу превращает данное устройство в полнофункциональный профилограф. Процесс и производство измерений управляются в диалоговом режиме.
Таким образом, можно позволять повторное отслеживание шероховатости на некоторых участках измеряемого образца.
Примером бесконтактного профилометра компактного типа является профилометр Mahr MarSurf PS1. Для такого метода передачи управляющего сигнала в схеме предусмотрен оптический датчик.
Возможные колебания расстояния между приёмником и измеряемой поверхностью автоматически компенсируются системой отсечки шага. Устройство использует как сетевое питание, так и от встроенного аккумуляторного привода.
Паспорт профилометра Mahr снабжён подробным описанием методики применения данного прибора. Бесконтактный профилометр Mahr имеет диапазон измерения шероховатости в пределах 5…15 мкм.
Профилометр Mahr Marsurf PS1
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.
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.
, пожалуйста, выделите фрагмент текста и нажмите Ctrl+Enter.
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.
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.