Objektivní měření kruhovitosti

Při přípravě a vlastním měření kruhovitosti i dalších úchylek tvaru a polohy, např. válcovitosti, je nezbytné zvažovat a respektovat působení následujících faktorů, které mohou ovlivnit reálný výsledek kontrolní operace.

Často je při kontrole kruhovitosti vhodné využít střed měřené součásti jako výchozí základnu. Při výběru z referenčních kružnic MC, MZ nebo MI jako seřizovací základny je třeba zvažovat, že větší nerovnosti na povrchu mohou výrazně ovlivnit polohu středu referenční kružnice. Není-li např. na povrchu nerovnost, potom referenční kružnice MC zahrnuje všechna data kruhového profilu. Větší nerovnost na povrchu změní polohu středu referenční kružnice. Změna polohy středu (základny) negativně ovlivní opakovatelnost a způsobí nestabilitu při následném hodnocení soustřednosti, excentricity nebo házení. Proto je doporučováno za základnu volit kružnici, která je definována s využitím polohy výstupků a prohlubní profilu, např. referenční kružnice pásmového typu.

Předností aplikace metody nejmenších čtverců při určení referenční kružnice LS je, že zahrnuje velikost hodnocené plochy. Takže objeví-li se na povrchu nerovnost, která je výškově velká, jeví se v plošném vyjádření „malá“, a proto má malý vliv na polohu středu referenční kružnice. Proto je využití kružnice LS pro hodnocení kruhovitosti stabilnější. Pro praxi je nejlepší, když není hodnocení ovlivňováno žádnou nerovností. Proto se doporučuje před měřením ověřovat, zda a jaké nerovnosti se na kontrolovaném povrchu vyskytují.

Pro kontrolu kruhovitosti je základem uspořádání, při kterém středy snímacího doteku a kontrolované součásti leží v rovině směru měření. Pokud není tato podmínka splněna, je výsledek měření ovlivněn úhlovou (kosinovou) úchylkou. Na rozdíl od předpokládané měřicí polohy doteku v 0° je skutečná poloha doteku několik stupňů mimo střed, což způsobuje řadu problémů. Při středění součásti je třeba zjišťovat její excentricitu a při seřizování ji odstraňovat. Většinou je vhodné stanovovat excentricitu v úhlových jednotkách, zejména když je měřicí přístroj vybaven automatickým systémem, který určuje a odstraňuje excentricitu. Výškové úchylky vrcholu ztěžují středění součástí. Prakticky je výhodné odstraňovat excentricitu mechanickým způsobem, což není vždy možné. Proto je zbytková excentricita zpravidla odstraňována matematicky. Při velkých výškových úchylkách mohou být ovšem i tyto výpočty nepřesné.

Velikost úhlových nepřesností souvisí i s velikostí kontrolované součásti. U povrchů menších průměrů se zaznamenává větší úhlová chyba, zatímco u větších součástí má úchylka polohy vrcholu menší vliv. Další chyba, která se díky nepřesné poloze doteku může objevit, je způsobena skutečnou amplitudou (roztečí) měření. Bude-li poloha doteku posunuta např. o 45°, potom dané úchylce profilu součásti bude odpovídat menší dráha (odchylka) doteku ve směru měření. Tento vliv může být zejména nepříznivý při měření rozměrově omezených povrchů, např. u úzkých dosedacích čel vstřikovacích trysek.

Pro posunutou polohu doteku na 45° bude poměr dráhy doteku k velikosti úchylky profilu určen hodnotou cos 45°. Takže dráze doteku 2 μm bude odpovídat velikost nerovnosti povrchu 2,83 μm, tedy rozdíl téměř 1 μm. V určité situaci může být tato chyba významná, např. při měření kruhovitosti a souososti kuželových povrchů vstřikovacích ventilů nebo dosedacích sedel. I tento mimořádný případ dokumentuje významnost správného seřizování a přesné polohy měřicího doteku.

Nastavení doteku přesně do vrcholové polohy lze provádět přímo na součásti, pokud má vhodný tvar a velikost. Pokud to součást neumožní, např. je-li příliš rozměrná, nabízí firma Taylor Hobson k nastavení vrcholu seřizovací standard, který představuje válcové těleso umístěné na stavitelné základně. Standard uložený na stolek přístroje se vystředí. Průběh středění lze buď sledovat přímo vizuálně, nebo odečítáním na přístroji, který umožní nastavení polohy maximální výchylky, která odpovídá poloze vrcholu.

Tvar součásti může v některých případech vyvolat úchylky způsobené chybnou polohou vrcholu nebo změnou polohy kontaktního bodu doteku. Při měření raménkem ve svislé poloze, při průchodu výstupku profilu dotekovým bodem se mění jeho poloha na povrchu. To ovlivní výsledek měření podobně, jak bylo již uvedeno u úchylek polohy vrcholu.

Při měření raménkem ve vodorovné poloze může vzniknout další chyba vyvolaná změnou délky raménka, která se mění vykyvováním vzhledem k ose součásti. Výsledkem je plynulá změna vrcholu. I když se opět jedná o extrémní případ, může být někdy vliv významný, např. při měření kruhovitosti pláště pístů, které charakterizuje velká hodnota oválnosti.

Nedostatečné středění a vyrovnání součásti před měřením může být dalším zdrojem chyb. Např. měření vnitřního válcového vývrtu se skloněnou osou se provádí ve dvou výškových rovinách. Díky sklonění osy bude úhlová poloha každé roviny vzhledem k ose součásti při vertikálním pohybu doteku posunuta. Uvedená nepřesnost středů v rovinách měření povede k nepřesnosti stanovení polohy a sklonu osy válcového otvoru. Třeba poznamenat, že popsaný vliv bude větší při kontrole otvorů menších průměrů. I proto při přesných měřeních zejména malých součástí, např. palivových trysek, je třeba středění a vyrovnání věnovat mimořádnou pozornost.

Nastavení nepřiměřené kontaktní síly snímacího doteku může způsobit vysokofrekvenční úchylky na záznamu profilu. Vliv velké síly doteku se může projevit především při měření vysoce přesných a jemných povrchů. Působení uvedeného efektu je závislé i na použité filtraci dat, aplikací vhodné filtrace lze tyto úchylky zcela eliminovat. Při opakovaném měření stejné součásti, s velkým přítlakem, se zaznamená změněný tvar profilu povrchu, poněvadž projev vysokofrekvenčního efektu je náhodný. Podobně se změní tvar profilu i po filtraci. Popsané úchylky se obvykle mohou objevit např. u velmi jemných povrchů otvorů palivových trysek. Těmto nedostatkům se nejlépe zamezí snížením kontaktní síly snímače na minimálně možnou velikost.

Závěrem úvah o objektivnosti měření kruhovitosti lze konstatovat, že k dosažení konsistentních a přesných výsledků kontroly je třeba věnovat zvýšenou pozornost následujícím úkonům:

- zajištění dokonalé čistoty měřeného povrchu,
- volbě vhodné referenční kružnice s ohledem na funkci kontrolovaného povrchu,
- přesnému nastavení snímacího doteku do výchozí (vrcholové) polohy,
- dokonalému provedení středění a vyrovnání součásti před měřením, které odpovídá předpokládané funkci součásti,
- nastavení vhodné kontaktní síly doteku zajišťující omezení vlivu vysokofrekvenčního šumu, příp. jiného ovlivnění povrchu.

Ing. Zdeněk Novák

Zpracováno s využitím materiálů Taylor Hobson Ltd.

novakzdene@seznam.cz