Nové možnosti aplikace měření kruhovitosti

S rozvojem programového vybavení měřicích přístrojů je plynule zajišťováno zpracovávání změřených dat s cílem optimálního využití výsledků hodnocení v průmyslové i výzkumné praxi.

Společnost Taylor Hobson vybavuje firemní měřicí techniku relativně univerzálním programem Talyrond, který je připraven hodnotit data získaná z profiloměrů a kruhoměrů, a to kontaktními i bezkontaktními metodami, příp. zpracovat jejich kombinace. V případě měření úchylek tvaru tento program nabízí nejen vyhodnocení kruhovitosti, ale i řadu dalších údajů a parametrů rozšiřujících informace o vlastnostech funkčních povrchů. Právě na nové možnosti využití měření kruhovitosti je zaměřena následující informace.

Jednoduchý program „Harmonics Analysis“ umožní výrobcům válcových součástí, např. ložisek a hřídelí, vyjmout ze záznamu měření rotačních povrchů informace o harmonických složkách. Program vyhodnotí a zobrazí kompletní histogram harmonických složek profilu povrchu i s vyznačením tolerančních polí, dále informaci o rozdělení povrchů na „dobré/chybné“ nebo roztřídění podle hloubky vln, příp. amplitudy harmonických složek. Program zajistí záznam a vyhodnocení povrchu s počtem až 5 000 vln (nerovností) na jednu otáčku, tedy do 5 000 upr (undulations per revolution).

Hlavním přínosem programu je zajištění predikce výsledků výrobních procesů a jejich regulace. Výsledkem jeho aplikace je nejen redukce zmetkovitosti ve výrobě, ale i možnost zjistit problémové oblasti výrobního cyklu. Hodnocení rozšiřuje i znalosti o provozu kontrolovaných výrobků, např. ložisek, a přispívá tím ke zkvalitnění výzkumu a vývoje.

Pro uvedenou metodu hodnocení Taylor Hobson připravil i nový etalon harmonických složek profilu povrchu. Jedná se o přesně vyrobený standard s počtem vln na obvodu 360° – 15, 50, 150, 500 a 1 500 upr, který zajišťuje důvěryhodnost výsledků měření. Firma je jediným výrobcem standardu, který nabízí spolehlivou kontrolu povrchu s počtem nerovností 1 500 upr. Analýza harmonických složek profilu splňuje všechny platné mezinárodní normy a je prakticky využívána předními výrobci ložisek, např. firmami Schaeffler, FAG a INA.

Program Velocity Analysis umožňuje vytvořit rychlostní spektra s využitím rozdílných frekvencí pro různé komponenty ložisek, např. vnitřní/vnější oběžné dráhy nebo odvalovací tělíska. Operátor může pro definovanou rychlost (zadanou v ot.min-1) zkoumat harmonická pásma ve vytvořeném spektru. Ve vybraných harmonických pásmech lze analyzovat kruhovitost. Program má pro hodnocení připravenu řadu rychlostních a amplitudových parametrů včetně hodnot průměrných, maximálních i minimálních, RMS, Ront T (SNR) a RS.

Rychlostní analýza přispívá ke zkvalitnění výroby především snížením zmetkovitosti a odhalením problémových míst výrobního procesu. Získání detailnějších informací o vlivu vlnitosti na vznik rezonancí nebo o dynamickém chování ložisek je přínosné i pro výzkum a vývoj. Díky simulaci rotační rychlosti, kterou zajistí rychlostní analýza, může výrobce predikovat funkční chování ložisek. Uvedené přednosti programu využívají firmy SKF, NTN a řada dalších.

Program zajišťuje kontrolu a hodnocení kolísání (změnu) tloušťky stěn součástí (měření v radiálním směru) nebo disků (měření na čele).

Tloušťka stěn

Základem je měření a porovnání dvou grafických stop profilů kruhovitosti k získání změn tloušťky mezi dvěma povrchy v kombinaci vnitřní/vnější, vnější/vnější nebo vnitřní/vnitřní. Program umožňuje zobrazit až tři sady grafů kruhovitosti v polárních nebo lineárních souřadnicích. K jejich popisu nabízí parametry minimální a maximální změny tloušťky včetně odpovídajících úhlů. Z porovnání vytvořený diferenční profil je možné dále analyzovat na kruhovitost, harmonické složky, sklon apod.

Tloušťka disku

Zajišťuje měření a porovnání dvou nebo více rovinných stop k určení kolísání tloušťky mezi polohami povrchu disku horní/spodní, horní/horní nebo spodní/spodní. Operátor může současně zobrazit až tři sady měřených stop v polárních nebo lineárních souřadnicích. Rozsah hodnoticích parametrů je stejný jako u tloušťky stěn. Získaný diferenční profil lze dále analyzovat na rovinnost, harmonické složky, kolmost apod. Např. analýza harmonických složek profilu povrchu je užitečná zejména u brzdových disků, kde měření dotykovým měřidlem je ovlivněno kolísáním jejich tloušťky. Interakce mezi oběžnou dráhou ložiska a protějším povrchem může přímo ovlivnit funkci ložiska po montáži. Kontrola změn tloušťky umožní predikci funkce před montáží a tím omezí nebezpečí poruch.

Praktické přínosy aplikace programu využívá většina výrobců ložisek, brzdových disků, náhonových disků a těsnění.

Analýza tloušťky disku – porovnání dvou profilů rovinnosti s diferenčním profilem (červený)

Analýza sklonu

Při odvalování kuličky po proměnlivě skloněném povrchu se její pohyb zrychluje nebo zpomaluje. Podobně se chová kulička pohybující se od či do středu ložiska. V důsledku této plynulé změny rychlosti kuličky narážejí a způsobují nadměrné opotřebení ložiska. Sklonění povrchu je proto nežádoucí a vyžaduje kontrolu spojenou s kvantifikací. Parametr sklonu je definován poměrem změny poloměrů dráhy vzhledem k úhlu (R – r/θ).

Odchylka od kružnice

K přesnému stanovení odchylky od kružnice, v poloze definované úhlem na profilu kruhovitosti, se využívá parametr DFTC (Departure From a True Circle). Např. dráha ložiska by měla být kruhová v předepsané toleranci. Nicméně její funkce nemusí být bezchybná, pokud se všechny úchylky kruhovitosti soustředí do jednoho místa.
Okno DFTC představuje operátorem vybraný segment, ve kterém program vyhodnotí odchylky od skutečné kružnice. Okno se pootáčí v rozmezí 360° a v poloze každého datového bodu jsou vypočteny odchylky.

Měření kruhovitosti ve více rovinách zajišťuje kontrolu opakovatelnosti výsledků přesnosti funkce nástroje nebo celého výrobního procesu. Program analýzy umožní nejen porovnávání stejných součástí, ale i součástí vyrobených při jednom seřízení. Uvedená funkce dovolí porovnávat až osm součástí. Přitom roviny kruhovitosti mohou být kombinací záznamů vnitřních a vnějších povrchů.

Program nabízí čtyři typy hodnocení: roviny se překrývají a excentricita je zaznamenána, nebo vyloučena, anebo roviny jsou odděleny a excentricita je zaznamenána, nebo vyloučena. K hodnocení jsou připraveny i další parametry: maximální místní úchylka a její poloha nebo poloha nejvyšší a nejnižší měřené hodnoty.

Podobná je i analýza rovinnosti ve více rovinách, používá i další parametry: maximální místní úchylku a její polohu (roviny sdílených os), polohy maximální a minimální měřené hodnoty. Stejné jsou i přednosti analýzy rovinnosti: kontrola opakovatelnosti, porovnání až pěti součástí i dva typy náhledu (překryté, oddělené).

Komplexní kontrola funkčních povrchů fluidních dynamických ložisek zahrnuje hodnocení drážek, výšky stupňů, textury povrchu, kruhovitosti, házení a dalších parametrů. Náročná kontrola vyžaduje aplikaci profiloměrů (Form Talysurf) i kruhoměrů (Talyrond) s odpovídajícím rozsahem a rozlišením.

Kruhovitost se obvykle měří diamantovým hrotem 5 μm. Přístroj je připraven zvládnout měření až v 500 rovinách, s roztečí 5 μm. Záznam v každé rovině obsahuje 72 000 datových bodů. Všechna měření jsou automaticky spojována do jednoho 3D souboru. Alternativně je možné měřit řadu přímkových stop a ty poté spojovat do tvaru válce (mapa válce). Kombinací stop záznamů lze vytvořit kompletní 3D mapy vnitřního nebo vnějšího povrchu. Jednotlivé stopy lze ze souboru vyjímat a podrobovat další analýze, např. výšky stupňů (max., min., ...), drsnosti povrchu 2D nebo 3D (Ra, Sa, ...).

i

Alternativně lze jednotlivé záznamy kruhovitosti využít k hodnocení stejnoměrnosti drážek s využitím programu Taylor Hobson „Groove analysis software“ zahrnující řadu parametrů, které popisují kvalitu drážek. Program byl připraven speciálně pro fluidní ložiska a odstraňuje subjektivní vliv obsluhy na výsledky měření.

Drsnost, tvar a profil povrchu jsou velmi přesně měřeny profiloměry Taylor Hobson díky jejich mimořádně velkému rozsahu měření, s vysokým rozlišením i bezkonkurenčně nízkému šumu os systému Talysurf. Uvedené přístroje garantují nejvyšší technickou úroveň kontroly v celém rozsahu současně platných standardů.

Ing. Zdeněk Novák

novakzdene@seznam.cz

Uložit