Témata
Reklama

Standardní prostorové hodnocení textury povrchu

Mezinárodní standard ISO 25178 - 2 : 2012 (E) "GPS - Surface texture : Areal" představuje významný kvalitativní pokrok v hodnocení textury povrchu, především z hlediska posuzování jeho funkčních vlastností.

Prostorové měření textury povrchu v porovnání s hodnocením jednoho profilu (řezu) povrchu zajišťuje objektivnější prezentaci stavu povrchu s výrazně větším statistickým významem vyhodnocené charakteristiky. Jednotlivé prostorové parametry textury jsou stanovovány z podstatně většího množství naměřených dat s daleko vyšší spolehlivostí, takže získaná hodnota parametru je věrohodnější. Takové hodnocení, mimo prostorové (3D) zobrazení, charakterizuje i menší nebezpečí zanedbání vlivu některé z důležitých funkčních vlastností povrchu.

Reklama
Reklama

Nový pohled na texturu povrchu

Data pro prostorové hodnocení textury povrchu lze získávat buď měřením dotykovým přístrojem, nebo optickou technikou, která využívá snímací paprsek. Rozdíly ve výsledcích měření jsou dány především rozličnými principy snímacích systémů, různou přesností měření i interakcí přístrojů a kontrolovaných povrchů.

Obr.1 Prostorové (3D) zobrazení povrchu s barevnou charakteristikou výšek nerovností povrchu

Uplatnění prostorového hodnocení textury povrchu v praxi vyžaduje důkladnou přípravu, která uživatelům odpoví na základní otázky: co, jak i čím měřit a vyhodnocovat, následně potom jak prakticky využít získané výsledky kontroly. Představovaná ISO norma se řadí k základním předpokladům umožňujícím aplikaci prostorového hodnocení textury povrchu v technické praxi.

Progresivní standard ISO 25178-2:2012 (E)

Nová norma, s celým názvem „Geometrical product specifications (GPS) – Surface texture : Areal – Part 2 : Terms, definitions and surface texture parameters“, přináší přehlednou informaci o doporučených parametrech pro prostorové hodnocení textury povrchu. Vzhledem k velkému rozsahu normy (54 str.) bude dále upozorněno jen na její nové nebo pro hodnocení významné části.

Obr.2 Křivka prostorového materiálového poměru (nosná křivka) s vyznačenými funkčními parametry hodnocení textury
A1 – prostor výstupků 1 – ekvivalentní přímka
A2 – prostor prohlubní Smr1, Smr2 – materiálové poměry

Norma v úvodních statích terminologie a definicí odkazuje na předpisy ISO 17450-1 a ISO/TS 16610-1, dále uvádí filtry využívané pro profil povrchu (S, L, F, S-F, S-L) a jejich vzájemné vztahy, předepisuje označení prostorových parametrů písmeny S a objemových V.

Novinkou je doplnění terminologie, které si vynutilo přičlenění třetího rozměru. Podstatná část normy obsahuje definice souboru parametrů pro prostorové hodnocení textury povrchu. Každý parametr je označen symbolem a stručně charakterizován včetně určení rozsahu využitelnosti. Soubor parametrů je členěn a definován v následujících skupinách: výškové, prostorové, hybridní, funkční (objemové, fraktální) a jiné.

Parametry hodnocení textury

Výškové parametry využívají rozložení souřadnic plochy povrchu; vesměs jsou odvozeny z parametrů profilu 2D, definovaných v ISO 4287. Zahrnují výšky profilu maximální, průměrné úchylky, šikmost a špičatost křivky rozdělení.

Grafické schéma stanovení funkčních objemových parametrů dle ISO 25178 (Vmp, Vvc, Vmc, Vvv)
X – prostorový materiálový poměr v %
Y – výška

Výsledek měření

Prostorové parametry, nově zařazené, využívají autokorelační funkci, která umožňuje hodnocení periodičnosti nebo nahodilosti profilu tvaru povrchu. Základem hodnocení je míra rychlosti rozpadu autokorelační funkce. Zahrnutí integrálních metod do hodnocení textury je nepochybně perspektivním krokem při posuzování funkčních vlastností povrchu.

Povrch po segmentaci obsahuje 179 motivů s Wolfovým omezením 3 % Sz. Motivy jsou vymezeny kurzovými čarami s vrcholy označenými křížky.

Výstupky povrchu při uplatnění Wolfova omezení 10 % Sz. Rozměr vzorku je v mm.

Hybridní parametry hodnocení charakterizuje propojení amplitudových kritérií s prostorovými, jako jsou např. sklony, zakřivení apod. Takové parametry umožní posuzovat průměrný tvar výstupků nebo složitost tvaru povrchu.

Stanovení významnosti vlastností – výstupky nad mezí 50 % materiálového poměru jsou rozděleny na uzavřené (bílé, B), otevřené (černé, B) a otevřené prohlubně (šedé, C)

Funkční parametry, často označované jako parametry nosného podílu, vycházejí z analýzy křivky materiálového poměru profilu povrchu (Abbottova-Firestoneova křivka). Samostatnou podskupinu tvoří parametry popisující objemové poměry odvozené z uvedené křivky, tzn. objemy materiálu a nezaplněných prostorů. Část funkčních parametrů využívá i možnosti fraktální geometrie k popisu složitosti tvaru povrchu. Vyhodnocením fraktální dimenze, která je funkcí jen členitosti tvaru, lze kvantifikovat míru nepravidelností profilu povrchu. Např. parametr Svfc umožní hodnocení složitosti objemového fraktálu.

Charakteristika vlastností povrchu

Pro charakterizování vlastností povrchu je rozhodující jeho provozní využití. Při různých aplikacích se budou měnit požadované vlastnosti povrchu a jejich významnost v závislosti na jeho skutečné funkci.

Obrysová mapa povrchu s vyznačenými kritickými liniemi a body, která ukazuje výškové změny plochy povrchu, např. při postupném plnění prohlubní vodou P – výstupky S – sedlové body V – prohlubně VV – virtuální prohlubně

Norma doporučuje pro charakterizování vlastností povrchu použít následující postup: výběr typu vlastností textury povrchu, segmentace, určení významných vlastností, výběr charakteristik vlastností a statistická kvantifikace charakteristik vlastností.

Standard rozlišuje tři hlavní typy texturních vlastností: plochu, lineární (linie) a bod. Běžné hodnoty pro stanovení požadované třídicí úrovně nabízí přidružená norma ISO/DIS 25178 – 3:2008. Elementy každého typu jsou označeny, např. hill – H, course line – C atd.

Segmentace slouží k určení oblastí povrchu splňujících definované vlastnosti. Nejprve jsou určovány všechny vrcholy a prohlubně, následně je upravována (omezována) velikost segmentů. Velikostní kritéria pro segmentaci jsou uvedena v normě.

Grafický záznam měření řady 2D profilů vyhodnoceného programem TalyMap; vyznačené jsou výsledné maximální, střední a minimální profily.

Důležitost jednotlivých vlastností povrchu závisí na jeho skutečné funkci. Proto je třeba v dalším kroku segmentace rozdělit vlastnosti na funkčně významné a méně významné. Návod ke stanovení významnosti vlastností pro plochu, bod nebo souhrnnou (plocha, linie i bod) je uveden v tabulce. Po stanovení významných vlastností pro konkrétní aplikaci je třeba stanovit atributy vlastností pro jejich charakteristiku. Většinu atributů představují velikostní hodnoty vlastností – délky, plochy nebo objemy. Příklady atributů jsou uvedeny v tab. 4 normy. Závěrem je třeba funkčně významné vlastnosti povrchu vhodným způsobem statisticky zpracovat. K tomu norma doporučuje využít hodnoty průměrné, maximální i minimální, střední kvadratické hodnoty (RMS), procentuální nebo sumární vyjádření, příp. hustotu (četnost).

Charakteristiku vlastností povrchu uzavírá část obsahující stručné definice vlastností parametrů pro využití ve výrobní dokumentaci, výkresech a záznamových listech. Např. hustota výstupků (Spd), aritmetický průměr zakřivení výstupků (Spc), ale i uvedení průměrných ploch a objemů vyvýšenin a prohlubní.

Závěrečná část normy ISO 25178-2 obsahuje informační dodatky k detailnějšímu seznámení se segmentací povrchu, spojováním segmentů (vývojové diagramy, prostorové kombinace a pravidla omezování vývojových diagramů), fraktálními metodami, historií vývoje standardů pro prostorovou texturu a bohatou bibliografii.

Funkční objemové parametry jsou vhodné zejména pro tribologické studie; jsou definovány z prostorového materiálového poměru.

Předností prostorového hodnocení textury povrchu lze využít jen za předpokladu, že jsou k dispozici vhodné měřicí a vyhodnocovací prostředky. Společnost Taylor Hobson, přední výrobce měřicí techniky, prakticky s vydáním výše představené normy nabídl měřicí přístroje, připravené pro její praktickou aplikaci.

Program analýz textury

Nový program TalyMap je připraven v plné shodě se standardem pro prostorové (3D) hodnocení textury povrchu ISO 25178. TalyMap tedy umožňuje vyhodnocení všech parametrů a charakteristik definovaných v uvedené normě. Pracovní kompatibilita zajišťuje využití programu TalyMap nejen s novými parametry ISO 25178, ale i s parametry předcházející normy EUR 15178 EN. Program umožňuje progresivní filtraci podle ISO/TS 16610, včetně filtrů spline, robustního Gaussova a morfologického.

Výškové parametry v ISO 25178 jsou definovány ve směru osy Z a měřeny od střední roviny měřeného povrchu.

K hlavním přednostem TalyMap patří nejen kompletní 3D hodnocení textury povrchu, ale i komplexní zajištění metrologické reprodukovatelnosti, rychlé a přesné zpracování protokolů z měření, nové analytické funkce pro 4D studium série povrchů a využití nových prostředků automatizace k výraznému zkrácení doby analýz. Využití funkcí Minidoc a Matlab umožní definované části analýz doplňovat, ukládat a kdykoliv využívat. Program charakterizuje široká nabídka rozměrových a vizuálních analýz. K nim patří i simulace letu nad povrchem s možností volby různých letových drah a záznamem využitelným při prezentaci. TalyMap zajistí kompletní časově reálné 3D zobrazení v libovolném úhlu pohledu.

Typy analýz programu

Program TalyMap je připraven k provádění následujících typů analýz:
• 2D (x, y) analýzy profilů – vhodné pro studium anizotropních povrchů, což je většina průmyslových povrchů. Vyznačují se orientovanou nebo periodickou texturou;
• série 2D profilů – u jemnozrnných profilů lze analyzovat více profilů v různých směrech, s následným stanovením průměrných hodnot parametrů;
• 3D (x, y, z) prostorové analýzy – pro studium výrazně izotropních povrchů a funkčních charakteristik;
• 4D (x, y, z, t) série 3D profilů – zajistí studium změn stavu povrchu.

Program je připraven i na spojování a další zpracování více souborů naměřených dat povrchů nebo profilů, což umožní překonat omezení rozsahu měřicího přístroje. Předností je i zajištění kompatibility dat získaných dotykovou a bezdotykovou metodou.
Novinkou funkčních studií TalyMap jsou analýzy motivů. Segmentací a uplatněním Wolfova třídění lze povrch rozdělit na motivy a místně významné výstupky i prohlubně. Poté lze stanovit hustotu výstupků (Spd) a jejich průměrné zakřivení (Spc).
Progresivní částí programu je soubor prostředků pro rozbory a hodnocení zrn, částic, vyvýšenin, boulí a děr, které se uplatní v metalografii, při výrobě polymerů atd.
Unikátní vlastností TalyMap je schopnost vybrat podpovrchovou vrstvu a analyzovat ji stejným způsobem jako celý povrch, např. stanovit rovinnost nebo drsnost podpovrchové vrstvy.

TalyMap využívá i integrální metody hodnocení s parametry statistických, korelačních a frekvenčních analýz. K nim patří Fourierovo spektrum povrchu, diagram výkonového spektra (PSD), izotropie a směr (pravidelnost) textury s využitím Fourierovy transformace (FFT) a autokorelační funkce (ACF) nebo fraktální analýza povrchu (dimenze, sklon a korelace regresní čáry).

Prostorové parametry popisují topografickou charakteristiku povrchu na základě spektrálních analýz programu TalyMap.

Taylor Hobson nabízí řadu progresivních modulů TalyMap, které rozšiřují funkční možnosti uvedeného programu. Základní moduly jsou nedílnou součástí všech verzí programu pro všeobecné využití. Nadstandardní moduly jsou určeny pro speciální průmyslové aplikace, jako je např. kontrola optiky, polovodičů atd.

Teď již jen začít měřit

Stručně představená norma ISO 25178-2 pro prostorové hodnocení textury povrchu, s příkladem její praktické aplikace formou programu TalyMap, doplnila komplet technických předpokladů pro využívání nové metody hodnocení v praxi. I když je v současné době připravena řada přístrojů pro měření a vyhodnocování prostorové charakteristiky textury, je zřejmé, že praktické zvládnutí přechodu z hodnocení jednoho profilu na plochu, představuje dlouhodobý proces. Využití kvalitativně nové metody hodnocení textury povrchu bude vyžadovat řešení nebo upřesnění řady problémů spojených nejen s vlastním měřením povrchu, ale i zpracováním výsledků a především s efektivním využitím získaných výsledků. O úspěšnosti prosazování prostorové kontroly textury povrchu v metrologické praxi budou nepochybně rozhodovat nejen technická, ale i ekonomická hlediska.

Ing. Zdeněk Novák

Imeco

Umístění na MSV 2012: pavilon F, stánek 073

imeco@imeco.cz
//www.imeco.cz/

Reklama
Vydání #9
Kód článku: 120951
Datum: 04. 09. 2012
Rubrika: Trendy / MSV 2012
Autor:
Firmy
Související články
Jak zpracovat plán kontroly a údržby

V České republice je v provozu vedle velkých zpracovatelských průmyslových celků také překvapivě velké množství celků středních a malých. Dostupné statistiky hovoří o desítkách tisíc podnikatelských subjektů, které provozují technické celky ve zpracovatelském průmyslu. Pro všechny tyto celky, bez ohledu na jejich velikost, složitost, nebo stáří platí jedna základní skutečnost. Jejich porucha může v důsledku znamenat zastavení produkce se všemi důsledky.

Laserový měřicí systém pro seřizování nástrojů

Při frézování a vrtání nástroji velmi malých rozměrů se pro seřízení a kontrolu zlome-ní nástroje používá laserový měřicí systém. Pomocí tohoto přístroje lze vyrábět rychleji, s vyšší přesností a s vyšší spolehlivostí.

Trendy ve světě přesné měřicí techniky

Požadavky kladené na kontrolu kvality se rok od roku stále zvyšují. S tímto trendem se musejí vypořádat všichni výrobci měřicí techniky. Shodně je tomu i u firmy Mitutoyo, která se snaží šíří svého sortimentu maximálně vyhovět požadavkům pro dílenskou kontrolu, měrové laboratoře i procesní kontrolu, ale zároveň neopomíjí současný trend - Průmysl 4.0 a IoT - požadavek na inteligentní komunikativní měřidla a přístroje.

Související články
Lze zastavit časový rozvoj opotřebení řezných nástrojů?

Je to noční můra výrobců řezných materiálů, ale sen jejich uživatelů. Ve své podstatě již Taylorovy konstanty cT vyjadřují velkoryse čas obrábění řeznou rychlostí 1 m.min-1 (řádově 109÷1013). Ten však představuje v extrémním případě fantastických 19 milionů let obrábění – 24 hodin denně, 365 dnů v roce. To se však nestane, protože se nástroj zničí mnohem dříve jinými mechanismy opotřebení.

Reklama
Reklama
Reklama
Reklama
Související články
Bezkontaktní měření vzdálenosti

V oblasti přesného měření vzdálenosti rychle roste využití bezkontaktních technologií. To je způsobeno mnoha faktory, z nichž těmi hlavními jsou, že zákazníci potřebují měřit mnohem přesněji (s rozlišením v řádu mikrometrů nebo dokonce nanometrů) a je třeba měřit proti obtížným povrchům nebo povrchům, kterých se nelze během procesu měření dotknout což jsou například křemík, sklo, plasty, miniaturní elektronické součástky, lékařské komponenty a také potraviny.

Indukční LVDT snímače

Výrobce přesných snímačů vzdálenosti a polohy, společnost Micro-Epsilon vyvinula novou, cenově výhodnou řadu indukčních LVDT snímačů, které jsou ideální pro střední až vysoko objemové OEM projekty.

Novinky v kontrole textury a tvaru povrchu

Vývoj a změny požadavků na kvalitu funkčních povrchů součástí jsou základním impulzem pro rozvoj kontrolních metod a prostředků, které mají "novou" kvalitu rychle a spolehlivě ověřovat. Představené novinky společnosti Taylor Hobson dokumentují kvalitativní pokrok v hodnocení kvality povrchu.

Pyramida produktivního procesu - nastavení procesu

V minulém čísle bylo pojednáno o tom, že nejdůležitější je příprava a seřízení stroje, v tomto článku bude vysvětleno nastavení procesu před začátkem obrábění.

Absolutní snímač pro každou příležitost

Yeti se stal legendou. Slyšel o něm snad každý z nás. Spojuje schopnost existence v nejdrsnějších podmínkách se schopnosti unikat pozornosti.

Automatická analýza jakosti výlisků

S rozvojem hromadné výroby karoserií automobilů má toto téma stále narůstající význam. Optická 3D - měřicí technika v posledních deseti letech doznala v lisařině stále většího použití.

Nové možnosti měření textury a tvaru povrchu

Technické parametry a možnosti kontroly nově vyvinutých měřicích přístrojů nelze vždy považovat za finální a neměnné. Pokud se měřicí přístroje v  praxi uživatelů osvědčí, výrobce se vesměs logicky zaměří na jejich zdokonalování. Dalším vývojem sleduje zlepšení a rozšíření jejich aplikačních možností. Praktický příklad uvedeného postupu představují i nové možnosti aplikace řady měřicích přístrojů Talyrond 5xx, firmy Taylor Hobson.

Odměřovací systémy a jejich vliv na přesnost

Na obráběcí stroje jsou kladeny stále vyšší a vyšší požadavky na rychlost, přesnost a kvalitu obráběných součástí. Proces obrábění ovlivňuje mnoho faktorů a jedním z nich je kvalita pohonů jednotlivých os, které pohybují obráběcím nástrojem.

Nová dimenze kalibrace strojů

Trac-Cal představuje revoluční metodu prostorové kalibrace a verifikace měřících přístrojů a obráběcích strojů.

Automatická kontrola stavu víceosých obráběcích strojů

Zařízení AxiSet Check-Up od společnosti Renishaw představuje nákladově efektivní řešení pro kontrolu vyrovnání a polohy v rotačních osách. Během pouhých několika minut mohou uživatelé pětiosých obráběcích center a víceúlohových soustružnicko-obráběcích strojů zjistit a podat zprávu o špatném vyrovnání a geometrii stroje.

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