6 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Прибор для измерения шероховатости поверхности металла

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.

Читать еще:  Как отполировать металл в домашних условиях

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.

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.

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:

  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 %.

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:

  1. Плиту с Т-образными пазами, в которых закрепляется металл изделия.
  2. Лазерную сканирующую головку.
  3. Оптический датчик.
  4. Волновод.
  5. Устройство управления с интерфейсом для подключения регистрирующих устройств.
Читать еще:  Лавки из металла фото

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.

Щуповые приборы для измерения шероховатости;

К щуповым приборам относят профилографы–профилометры мод. 201, 202, 252 и профилометры мод. 240 и 253. Принцип работы этих приборов основан на ощупывании контролируемой поверхности алмазной иглой и преобразование колебаний иглы в соответствующие изменения напряжений, величина которого может быть протарирована относительно величины шероховатости, воспроизводящейся на шкале прибора, либо подающейся в записывающее устройство, повторяющее профиль шероховатости в увеличенном виде.

Контактные профилографы и профилометры, имеющие высокую точность, применяют для контроля наиболее ответственных измерений. Игла прибора оставляет след на поверхности детали, поэтому для контроля деталей из мягких материалов их применять не рекомендуется.

Профилометр портативный модели 253 является высокочувствительным измерительным прибором для измерения шероховатости металлических и неметаллических (пластмасса, стекло и т. п.) изделий без повреждения их поверхности. Он предназначен для измерения шероховатости поверхности изделий в цеховых условиях.

Измерение шероховатости производится путем ощупывания иглой исследуемой поверхности и отсчета результатов измерений по шкале показывающего прибора, градуированной по параметру Ra.

Техническая характеристика прибора:

Действие прибора основано на принципе ощупывания алмазной иглой исследуемой поверхности и преобразования колебаний иглы в изменения напряжения при помощи мехатронного преобразователя.

Сигнал с датчика подается на электронный усилитель, проходит через фильтры базовых длин и поступает на показывающий прибор, который одновременно является интегрирующим устройством. Шкала прибора отградуирована в значениях Ra.

Профилометр мод. 253 состоит из следующих основных узлов (рис. 9.5): датчика 1 , привода 2 , электронного блока 3 , стойки 4 и призмы 5 со столиком 6. Щуп датчика заканчивается алмазной иглой 7 с радиусом закругления 10 мкм. На переднем конце корпуса датчика расположена

твердосплавная опора 8. Фиксация датчика в приводе осуществляется винтом 9. Высотное положение датчика с приводом осуществляется маховичком 10 стойки 4.

На передней панели электронного блока расположен показывающий прибор 11, кнопка включения сети 12, сигнальный глазок 13, переключатель диапазонов измерений 14 и кнопка пуска 15. Потенциометр для регулировки чувствительности прибора, находится на задней стенке, поэтому на рис. 9.5 не показан.

Профилограф–профилометр мод. 252 предназначен для измерения в лабораторных условиях шероховатости и волнистости поверхностей, сечение которых в плоскости измерения представляют прямую линию.

В профилографе–профилометре использован индуктивный преобразователь, позволяющий записывать профиль неровностей в увеличенном масштабе в виде профилограммы или измерять параметры шероховатости в цифровом виде по шкалам приборов.

Техническая характеристика прибора:

Контактные средства измерения шероховатости

Принцип действия контактных приборов для измерения шероховатости поверхности, которые часто называют «щуповыми приборами», заключается в том, что по измеряемой поверхности перемещается игла с малым радиусом закругления, и вертикальные колебания иглы, вызванные поверхностными неровностями, преобразуются в колебания напряжения электрического тока с помощью индуктивных, емкостных, пьезоэлектрических, механотронных и других датчиков.

По виду выдаваемой информации эти приборы обычно разделяют на профилографы-профилометры и профилометры.

1. Профилограф-профилометр — этот прибор состоит из двух приборов по характеру выдаваемой измерительной информации — профилографа и профилометра.

Профилографом — называется прибор для записи величин неровностей поверхности в нормальном к ней сечении в виде профилограмма, обработкой которой определяют параметры, характеризующие шероховатость и волнистость поверхности.

Читать еще:  Металлический шланг для газа

Профилометром называется прибор для измерения поверхностных неровностей в нормальном к ней сечении и представлении результатов измерения на шкале прибора в виде значения одного из параметров, используемых для оценки этих неровностей (шероховатостей).

Профилограф-профилометр мод. 252. основан на индуктивном методе преобразования колебаний иглы в колебания напряжения (рисунок 7.2.1).

Прибор (рисунок 7.2.1 а, б, в) состоит из датчика (рисунок 7.2.1 в), электронного измерительного блока 7 со счетно-решающим блоком 8 и записывающим Р. Магнитная система индуктивного датчика состоит из сдвоенного Ш-образного сердечника 3 с двумя катушками 2. Катушки датчика и две половины первичной обмотки дифференциального входного трансформатора образуют мостовую схему, питание которой осуществляется от генератора 4 звуковой частоты. При перемещении датчика алмазная игла 1, касаясь неровностей поверхности, совершает колебания, приводя в колебание якорь 5 на опоре 6, Колебание якоря изменяет воздушный зазор с сердечником и тем самым изменяет индуктивность катушек и напряжение на выходе дифференциального трансформатора. Изменения напряжения преобразуются в параметры шероховатостей в случае работы прибора как профилометра и передаются на цифровое отсчетное устройство. В случае работы прибора как профилографа после усиления изменение напряжения передается на записывающее устройство.

В приборе используется алмазная игла с радиусом закругления 0,01 ± 0,0025 мм или 0,002 ± 0,002 мм.

При работе прибора как профилографарегистрируется профиль поверхностных неровностей с вертикальным увеличением (т.е. величины неровности) от 200 до 100000 крат (9 ступеней). Протягивание бумаги (горизонтальное увеличение) производится с увеличением в 0,5-200 крат (12 ступеней). Общий диапазон записи от 0,02 до 250 мкм. Максимальная трасса записи 50 мм, ширина записи 50 мм. Запись осуществляется на электротермической бумаге в прямоугольных координатах (бумага прожигается пером).

По результатам записи можно определить все параметры шероховатости по специальной методике (МИ41-75), хотя сам процесс весьма длителен.

Систематическая погрешность профилографа не более 2,5%, а среднее квадратическое отклонение случайной погрешности 0,6%.

Рисунок 7.2.1 – Профилограф-профилометр: а – общий вид; б – блок-схема; в – датчик.

При работе как профилометра приборв цифровом виде выдает значения таких параметров, как Ra, tp, значение Нтах и Нтт — т.е. наибольший выступ и наибольшая впадина, которые в сумме характеризуют R max; значение п — число шагов неровностей в пределах длины трассы ощупывается по базовой линии (зная длину трассы, можно определить значения Sm). Предыдущие приборы выдавали только Ra.

Диапазон измерения по Ra от 0,02 до 100 мкм, по Я- от 0,1 до 100 мкм, по tp — от 0 до 100% и по п до 1000. Длина ощупывания 1,5; 3; 6 мм.

При оценке критерия tp могут быть взяты уровни сечения, составляющие 10, 20, 30; 40, 50, 60, 70, 80, 90% от Rmax.

Систематическая погрешность измерения составляет 5% при измерении Ra и 15% при остальных параметрах. Средняя квадратическая случайной погрешности составляет соответственно 1 и 4%.

При работе прибора как профилометра, а так же как профилографа скорость трассирования датчика составляет 0,6; 6; 60 мм/мин. Измерительное усилие, т.е. усилие иглы на измеряемую поверхность, не более 0,1 сН, что дает возможность измерять поверхность относительно мягких материалов. Наименьший диаметр внутренних цилиндров измеряемой детали на глубине до 5 мм равен 3 мм.

2. Профилометр.Выделение профилометра в виде отдельного прибора объясняется тем, что в производственных условиях потребность в определении шероховатости по определенным параметрам возникает чаще, чем необходимость записи профилограмм.

Большинство профилометров дают оценку поверхностных неровностей в критериях Ra. Объясняется это, видимо, достаточностью опенки критерием Ra для большинства производственных измерений.

У нас в стране изготовляют профилометры, в которых преобразование колебаний алмазной иглы в колебание напряжений тока осуществляется с помощью механотронного датчика (рисунок 7.2.2). (Ранее выпускались приборы с индуктивными датчиками.)

В механотронном датчике основным элементом является механотрон, который представляет собой электровакуумный прибор (лампу) с механически управляемыми электродами. Подвижный анод механотрона 1 (рисунок 7.2.2 в) с помощью тонкой мембраны связан с измерительным рычагом 2, на конце которого находится алмазная игла 3 с радиусом закругления 0,01 мм.

Преимущества прибора с механотронным датчиком по сравнению с индуктивным заключается в более простой электрической схеме, а следовательно, в меньшей стоимости и простоте изготовления. Однако механотроны менее надежны в работе, чем индуктивные датчики.

Профилометр мод. 283 (рисунок 7.2.2 а) имеет диапазон измерения по критерию Ra от 0,02 до 10 мкм. Наименьший диаметр внутреннего цилиндра 6 мм при измерении на глубине до 20 мм и 18 мм на глубине до 130 мм. Длина трассы, на которой производится определение поверхностных неровностей, составляет 1,5 и 4,5 мм.

Рисунок 7.2.2 – Профилометр мехатронный: а – общий вид; б – блок-схема (1 – датчик; 2 – усилитель; 3 – линейный выпрямитель; 4 – интегратор; 5 – показывающий прибор; 6 – источник питания; 7 – реле времени); в – датчик.

Ссылка на основную публикацию
Статьи c упоминанием слов:

Adblock
detector