Témata
Reklama

Měříte správně strukturu povrchu?

Získání objektivních výsledků měření struktury povrchu vyžaduje správné seřízení měřícího přístroje - profilometru a dodržení určitých základních podmínek procesu kontroly.

Konstrukce současných profilometrů umožňuje snadné nastavení přístrojů i provedení vlastního měření. Tak se zdá, že měření struktury povrchu je nyní jednoduchým úkolem a uživatelé profilometrů často přehlížejí základní pravidla, která je třeba při hodnocení struktury povrchu dodržovat. Proto výrobci měřicí techniky nabízejí podrobnější informace o měření a hodnocení povrchu. K takovým patří i příručka "Exploring Surface Texture" společnosti Taylor Hobson Limited, která shrnuje obecně platná pravidla a souvislosti významné pro kontrolu povrchu.
Funkční povrchy součástí jsou většinou dokončovány metodami třískového a beztřískového obrábění. Konstruktér předepisuje základní vlastnosti povrchu s ohledem na jeho předpokládanou funkci. Úkolem technologie je tento předpis realizovat. V ideálním případě zcela bezchybné výroby je dokončená součást přímo připravena k funkčnímu využití. V běžné praxi ovšem nezůstávají podmínky výrobního procesu zcela neměnné, a proto je třeba zařazovat kontrolní operace pro zjišťování všech úchylek, které mohou ovlivnit funkci součásti (např. úchylky rozměrů, tvaru, kvality povrchu, tvrdosti materiálu součásti apod.). Změny výrobního procesu ovlivňují strukturu povrchu různými způsoby, např. se projeví vliv opotřebení nástroje, vznik pnutí v materiálu, použití nevhodných řezných podmínek apod. Důležité je, že měření struktury povrchu vede nejen ke zjištění skutečného stavu povrchu, ale současně poskytne i podklady pro regulaci výrobního procesu i predikci funkčních vlastností povrchu.
Struktura povrchu vesměs přímo ovlivňuje funkční vlastnosti povrchu. Často vyslovovaný názor o povrchu - "čím hladší, tím lepší" - nemusí být vždy správný, poněvadž zde působí i další faktory. Např. pro zajištění mazání je třeba, aby na povrchu zůstaly prohlubně, které udrží mazací médium. Ve všech případech je nezbytné posuzovat i ekonomickou stránku věci - nárůst nákladů na výrobu velmi "hladkého" povrchu nemusí vždy odpovídat funkčnímu přínosu. Proto pro vlastnosti povrchu je určující jeho funkční použití. Požadavky na povrchy, které se budou po sobě vzájemně posunovat, budou odlišné od požadavků na povrchy vytvářející těsnicí plochy nebo na povrchy určené k následnému lakování apod. Z uvedeného vyplývá, že měření a hodnocení struktury povrchu je z praktického hlediska velmi významné.
Reklama
Reklama
Reklama

Členění nerovnosti povrchu

Povrch součásti představuje prostorový útvar tvořený nerovnostmi různých velikostí a roztečí. Pro potřeby hodnocení povrchu je zpravidla využíván profil povrchu získaný řezem kolmým ke kontrolovanému povrchu. Dosud nejpoužívanějším (a normovaným) způsobem snímání profilu je dotyková metoda, při které je měřicí hrot posouván po povrchu. Získaný digitalizovaný profil je základem popisu povrchu normalizovanými i nenormalizovanými parametry hodnocení. Reálný povrch je podle velikostí a rozložení nerovností většinou tvořen kombinací drsnosti, vlnitosti a úchylek tvaru. Praktické rozlišení jednotlivých složek povrchu závisí i na velikosti povrchu součásti. Např. vertikální nerovnosti povrchu hřídele stroje označené jako drsnost mohou být považovány za vlnitost na hřídelce hodinového strojku. Podobně se projeví i vliv rozteče nerovností, např. jedna vlna na délce hřídelky bude úchylka tvaru, ale větší počet vln na delší hřídeli bude považován za vlnitost. Proto je účelné členit nerovnosti povrchu podle zdroje jejich vzniku:
Drsnost
Jedná se o nejmenší nerovnosti vznikající v procesu výroby, např. působením řezného nástroje nebo brousicího zrna. Drsnost je spíše důsledkem metody dokončování než působením obráběcího stroje. Řezný nástroj zanechává na povrchu stopy; uspořádání stop má periodický nebo náhodný charakter. Působením "odtrhávání" mikročástic materiálu při obrábění, zbytků nárůstků na břitu a malých vad na špičce nástroje vznikají i jemnější složky struktury povrchu.
Vlnitost
Představuje rozměrnější nerovnosti, na které je superponována drsnost; většinou jsou způsobeny kmitáním nebo deformací obrobku, příp. pnutím v materiálu součásti. Vlnitost je přisuzována především vlastnostem obráběcího stroje, např. nevyváženosti brousicího kotouče, nepřesnostem vodicích šroubů, nedostatečné tuhosti apod.
Tvar
Je charakterizován největšími nerovnostmi profilu povrchu, které vznikají bez ohledu na drsnost a vlnitost. Úchylky tvaru povrchu nejčastěji způsobuje nedostatečně tuhé upnutí obráběné součásti nebo úchylky (nepřímost) vodicích ploch strojů, příp. deformace součásti při vyšších teplotách řezání.
Je třeba zdůraznit, že uvedené tři typy nerovností se na povrchu nikdy neobjevují izolovaně, ale vždy v určité kombinaci.

Měření nerovnosti povrchu

Každý popsaný typ nerovností je třeba měřit a hodnotit samostatně. Každý profilometr ke členění struktury povrchu na složky podle rozteče nerovností používá řadu filtrů. Jejich správná volba je základem měření. Podle ČSN EN ISO 11562 určují filtry profilu rozhraní takto:
filtr (s - rozhraní mezi drsností a kratšími složkami vln;
filtr (c - rozhraní mezi drsností a vlnitostí;
filtr (f - rozhraní mezi vlnitostí a delšími složkami vln.
Měření úchylek tvaru umožňují jen některé profilometry nebo měřicí systémy, které splňují potřebné technické podmínky, jako jsou dostatečná délka měření a velikost vertikálního zdvihu měřicího hrotu, absolutní snímání profilu apod. Kontrola tvaru potom vyžaduje i samostatné nastavení měřidla.
Při měření dotykovým přístrojem jsou měřicím hrotem snímány nerovnosti povrchu. Vertikální pohyb hrotu je v převodníku měřidla transformován na elektrický signál, který je zpracován buď do číselné hodnoty parametrů struktury povrchu nebo grafického záznamu profilu. Při grafickém znázornění profilu je třeba zdůraznit, že graf není zvětšeným profilem povrchu. To vyplývá z toho, že výšky nerovností jsou vzhledem k jejich rozteči velmi malé (obvykle 3 (m ku 50 (m). Aby byly výstupky i prohlubně profilu dobře viditelné je třeba grafický záznam zvětšit. Při stejném zvětšení výšek i roztečí, např. 10 000x, by na grafu výšky měly hodnotu 30 mm, jejich rozteč 500 mm a celková délka by dosahovala min. 800 mm. Proto je využívána nezávislá volba měřítek tak, aby na přijatelném rozměru záznamu byl viditelný celý profil. Současné profilometry většinou zobrazují profil v optimálním zvětšení a automaticky tisknou obě měřítka na záznamu. V případě, že je vyžadováno stejné měřítko v obou směrech, tj. např. při analýze tvaru povrchu apod., je třeba využít speciální měřidla, jako např. Talycontour (Taylor Hobson).
Rozdílné zvětšení grafu profilu ve vodorovném a svislém směru způsobuje také zkreslení tvaru výstupků a prohlubní.
Při zvětšení vodorovného měřítka se úsek X - X rozšíří na X( - X( a výstupky ozn. A, B, C a D jsou zobrazeny zaobleně a méně výrazně. Při dalším zvětšení vodorovného měřítka, až na hodnotu měřítka výšek, jsou stejné výstupky zobrazeny jako ještě plošší.
Proto při vizuálním studiu záznamu profilů často dochází k nedorozumění způsobeném mnohem větším zvětšení výšek než délek, takže jsou tyto výstupky na skutečném povrchu mírnější a zaoblenější.

Snímací hrot

Přesnost snímání profilu povrchu je závislá i na geometrii snímacího hrotu. U přístrojů Taylor Hobson i u většiny dalších výrobců se osvědčily kuželové hroty s kulovou špičkou (vrcholový úhel 600 nebo 900; poloměr špičky mezi 2 až 5 (m). Výsledky měření uvedeným hrotem nejsou závislé na směru jeho posuvu a umožní měření i v obtížně dostupných místech, např. na povrchu mezi rameny zalomené hřídele.
Při měření jemných povrchů s hlubšími ostrými prohlubněmi hrot s poloměrem 10 (m nedosáhne, na rozdíl od hrotu s menším poloměrem, na jejich dno. Tato skutečnost se příliš neprojeví u průměrných úchylek profilu (např. Ra). Výsledky hodnocení broušených povrchů se čtyřmi různými hodnotami drsnosti ukazují, že při změně poloměru hrotu z 1,25 (m na 10 (m (tj. zvětšení poloměru 8x) se hodnota Ra zmenší ze 4,5 na 3,25 (m ; z 8 na 7,7 (m; z 11 na 10 (m a z 26 na 25 (m. Větší vliv poloměru hrotu se projeví u parametrů vyžadujících přesné snímání prohlubní (např. Rv). Výsledek měření v těchto případech závisí na úhlech prohlubní a poloměru špičky snímacího hrotu.
Rozměr a tvar měřicího hrotu ovlivní přesnost snímání profilu povrchu následujícím způsobem:
  • Na povrchu s hlubokými úzkými prohlubněmi snímací hrot vždy nedosáhne na jejich dno. Zejména hrot s větším kuželem a poloměrem špičky potom ztrácí kontakt s povrchem, a tím jsou při měření zaznamenány menší hodnoty hloubek. Vlivem poloměru špičky hrotu se u snímaných nerovností zaoblují vrcholy a zmenšuje hloubka prohlubní. Firma Taylor Hobson připravila algoritmus, kterým je tento problém řešen.
  • Na povrchu s otevřenými póry a mělkými dutinami se skloněnými stěnami měřicí hrot nekopíruje přesně tvar nerovností. Uvedený charakter povrchu je běžný u litiny a spékaných materiálů (slinuté karbidy, keramika apod.). Nedokonalé snímání profilu povrchu je jedním z důvodů, proč jsou u těchto materiálů hodnoty Ra nepřesné a zavádějící.
  • Z uvedeného je zřejmé, že snímací systém svými vlastnostmi (rozměr hrotu a opěrky, geometrické uspořádání systému snímače, přesnost a rovnoměrnost pohybu snímacího hrotu apod.) ovlivňuje získaný profil povrchu.
    Pokračování příště
    Reklama
    Vydání #10
    Kód článku: 21006
    Datum: 07. 10. 2002
    Rubrika: Výroba / Měření
    Autor:
    Firmy
    Související články
    Kontrola rotačních součástek v sériové výrobě

    Hřídelové a kotoučové součástky patří k nejrozšířenějším ve strojírenství. S nástupem elektromobility jejich podíl zřejmě ještě poroste. Sériová výroba běžně pracuje v sekundovém taktu, a stejně tak rychlá musí být nově i kontrolní technika. Stoprocentní kontrola se již stává samozřejmostí.

    Plováčkové průtokoměry na olej

    Výrobou přístrojů pro polní instrumentaci se dlouhodobě a úspěšně zabývá celosvětově působící společnost Kobold Messring. Do jejího hlavního programu patří průtokoměry, teploměry, hladinoměry a tlakoměry.

    Jak dokonale měřit průtok

    Pro měření průtoků v průmyslových závodech nebo pro testování složení protékající tekutiny dnes existuje řada snímačů průtoku a průtokoměrů, které lze použít v nejrůznějších pracovních prostředích. Mnohé z nich pocházejí z dílny společnosti Kobold Messring GmbH.

    Související články
    Optický CMM skener

    Firma Creaform letos v dubnu představila nový model 3D skeneru MetraScan 3D, který díky svým inovacím a parametrům nastavuje nový standard v oblasti metrologie a laserového 3D skenování.

    Reklama
    Reklama
    Reklama
    Reklama
    Související články
    Střípky ze svátku metrologie

    Ještě před letošním svátkem metrologů, jenž se slaví 20. května, se konala tradiční metrologická událost světového rozsahu – veletrh Control v německém Stuttgartu.

    Multisenzorová souhra - měřicí stroje s pevným portálem

    Po mnoho let se souřadnicové měřicí stroje společnosti Werth Messtechnik GmbH osvědčují při měření s více snímači umístěnými na dvou nezávislých osách. Nebezpečí kolize mezi snímačem a obrobkem se tak podstatně sníží, protože senzory, které nejsou používány, jsou zasunuty.

    Expimer - expresní zařízení pro rychlé stanovení materiálových vlastností

    Expimer, prezentovaná instrumentovaná měřicí soustava pro stanovení mechanických vlastností materiálů indentační metodou, může být alternativním způsobem, jak rychle definovat materiálové vlastnosti. Celý proces spočívá v tom, že na základě parametrů získaných v průběhu makroprocesu automatizovaného vtlačovaní indentoru kulového tvaru (ABI) do povrchu materiálu bez porušení konstrukce, lze rychle zjistit požadované materiálové vlastnosti. Tato metoda je jedinečná vzhledem k jednoduchosti, rychlosti vyhodnocení, manipulovatelnosti a užitečnosti pro stanovení mechanických vlastnosti materiálů během jejich vývoje, výroby a zejména v pracovních podmínkách provozu.

    Měření a korekce chyb obráběcího stroje ve výrobním procesu

    Vlivem kolísání teplot ztrácejí obráběcí stroje svoji přesnost. Již rozdíl několika málo stupňů vede k nedodržení požadovaných výrobních tolerancí. Pro zvládnutí tepelné roztažnosti částí stroje se dosud používají nákladná klimatizační zařízení. Fraunhofer Institut – IPT jde nyní jinou cestou: nová měřicí technika zjišťuje deformaci stroje a koriguje chyby přímo během jeho práce.

    Měřicí technika na Control 2015

    Letošního stuttgartského mezinárodního veletrhu Control 2015, zaměřeného na problematiku kvality, se účastnilo na 917 vystavovatelů. Jejich setkání s návštěvníky dokumentovalo novinkami a inovovanými technologiemi současnou úroveň dané oblasti, ale bylo inspirativní také pro další rozvoj oboru.

    Sondy pod lupou

    Pro koupi jakéhokoliv produktu platí jednoduché pravidlo: Hledáme produkt s nejlepším poměrem výkon/cena. Zatímco srovnání cen je triviální matematickou záležitostí, porovnat výkon produktu, respektive jeho přidanou hodnotu, bývá někdy složité.

    Komplexní hodnocení jakosti povrchu

    Význam stavu povrchů ve strojírenské praxi je znám již mnoho let. Z tohoto důvodu vznikly pro jejich popis, snímání a hodnocení obecně platná pravidla a metodiky, které se promítly do příslušných norem s obecně známými parametry drsnosti povrchu (Ra, Rz apod.). Pohled na drsnost bývá ovšem ve většině těchto případů pouze profilový - v jedné řezové rovině -, což způsobuje nemožnost objektivního podchycení všech jeho vlastností ve všech směrech (tj. v ploše). Proto vznikají způsoby komplexnějšího snímání - převážně optického v podobě 3D skenů -, ke kterým je nutné odpovídajícím přístupem vytvořit další parametry a metodiky pro jejich objektivní hodnocení.

    Měření v rámci celého výrobního řetězce

    Na cestě k aplikaci konceptu Průmyslu 4.0 se měřicí a kontrolní technologie čím dál víc používají jako řídící nástroj ve výrobě. V rámci plnění této nové role ale potřebují pružněji a rychleji zachytit kvalitativní údaje na různých místech: v měřicí laboratoři, v těsné blízkosti výrobní linky, stejně tak jako přímo v ní.

    Přesné měření libovolného materiálu nebo povrchu

    Společnost Keyence uvedla na trh řadu konfokálních snímačů polohy CL-3000 pro vysoce přesné měření na jakémkoliv materiálu nebo povrchu. Tyto vysoce kompaktní koaxiální laserové snímače polohy pomáhají s takovými úkoly, jako je zlepšování kvality, prevence dodávek nevyhovujících dílů a zvyšování objemu výroby.

    Měřicí technologie pro Průmysl 4.0 v Nitře

    Průmysl 4.0 závisí na propojení systémů schopných spolu komunikovat, schopných získávat, vyhodnocovat a sdílet data a na takto zpracované informace reagovat v reálném čase. Údaje z měření jsou nezbytné pro shromažďování informací, které mají být použity při inteligentním rozhodování za účelem zabránit nežádoucím procesním změnám.

    Reklama
    Předplatné MM

    Dostáváte vydání MM Průmyslového spektra občasně zdarma na základě vaší registrace? Nejste ještě členem naší velké strojařské rodiny? Změňte to a staňte se naším stálým čtenářem. 

    Proč jsme nejlepší?

    • Autoři článků jsou špičkoví praktici a akademici 
    • Vysoký podíl redakčního obsahu
    • Úzká provázanost printového a on-line obsahu ve špičkové platformě

    a mnoho dalších benefitů.

    ... již 25 let zkušeností s odbornou novinařinou

        Předplatit