Témata
Reklama

Zvyšování kvality hodnocení struktury povrchu

Úkolem metrologie povrchu je získaní komplexního přesného popisu geometrických a fyzikálních vlastností povrchu a jejich vztahu k funkčním požadavkům, příp. k posouzení změn stavu povrchu v průběhu jeho funkčního zatěžování.

Z významu struktury povrchu pro jeho funkci vyplývá nutnost měření a hodnocení jeho charakteristik. K získání komplexní informace o povrchu jsou stále ověřovány další způsoby hodnocení struktury povrchu, které by umožnily přiřazení jednotlivých měřených parametrů k vlastnostem povrchu a podmínkám jeho vzniku. Přitom je sledováno nejen vyjádření vztahu mezi strukturou povrchu a jeho funkcí, ale i možnosti kvantitativní prognózy chování povrchu v provozu nebo stanovení technologických podmínek pro vytvoření povrchu s určitými funkčními vlastnostmi.
K hodnocení struktury povrchu jsou nejčastěji používány normalizované parametry stanovené pro dvourozměrné měření profilu povrchu (2D). Charakteristika struktury povrchu, včetně definice parametrů a podmínek měření jsou uvedeny v normách ISO "Geometrické požadavky na výrobky" (GPS). Standardní vyhodnocení struktury povrchu podle ČSN EN ISO 4287:1997 zahrnuje tři skupiny po čtrnácti parametrech, vypočtených ze základního profilu (ozn. P), z profilu drsnosti (ozn. R) a z profilu vlnitosti (ozn. W).

Uvedená norma stanovuje, že standardní vyhodnocovaná délka pro parametry drsnosti ln sestává z pěti základních délek lr ( ln = 5x lr ). Je-li použit jiný počet základních délek, musí být toto vyznačeno. Prakticky současné standardy ISO nezahrnují nerovnosti s vlnovou délkou menší než 13 ?m a amplitudou menší než 25 nm. Definované rozsahy měření odpovídají technickým možnostem existujících dotykových měřidel. Rozšíření těchto rozsahů, např. pro metrologii AFM, si vyžádá další výzkum.

Základním problémem hodnocení struktury povrchu zůstává, že je prakticky využíváno jen několik parametrů pro popis struktury povrchu, zejména ve vztahu k jeho funkci. To dokumentují i výsledky rozsáhlého mezinárodního průzkumu (CIRP), provedeného u 284 průmyslových podniků (v 18 zemích) a zaměřeného na využívání standardních ISO parametrů pro hodnocení struktury povrchu:
  • Celkem je pro hodnocení struktury povrchu využíváno 63 parametrů ISO.
  • Standardní parametry ISO využívá 95 % výrobců; 23 % výrobců využívá parametry nenormalizované v ISO.
  • Nejrozšířenějšími parametry používanými pro hodnocení struktury povrchu jsou Ra, Rt, Rz a již neplatný Rz (výška profilu z deseti bodů v ISO 4287:1984; parametr byl v ISO v r. 1997 vypuštěn). Přibližně 92 % výrobců užívá parametr Ra; 56 % využívá Rz definovaný z 10 bodů; 49 % hodnotí podle Rz a 40 % výrobců posuzuje strukturu povrchu podle Rt.
  • Asi 13 % výrobců využívá jen parametr Ra.
  • S výjimkou Pt a Wt jsou parametry P (pro základní profil) a W (vlnitost profilu) využívány velmi málo.
  • Pro hodnocení struktury povrchu používá 43 parametrů (68 %) méně než 5 % výrobců.
  • Analýzy profilu povrchu, získané z měření standardními přístroji, nabízejí mimo běžně užívané parametry i řadu netradičních parametrů, které rozšiřují možnosti hodnocení struktury povrchu, ale zatím nejsou příliš využívány. Jsou to např. parametry odvozené z křivky hustoty pravděpodobnosti souřadnic, křivky materiálového poměru profilu apod. Cílem následujícího komentáře je upozornit na problémy využití některých standardních parametrů a nabídnout další možnosti rozšíření hodnocení struktury povrchu.
    Reklama
    Reklama
    Reklama

    Průměrná aritmetická úchylka

    Průměrná aritmetická úchylka posuzovaného profilu Ra je nejužívanějším parametrem hodnocení struktury povrchu. Představuje průměrnou hodnotu drsnosti na základní délce, u které je podle definice potlačen vliv výrazných a netypických výstupků nebo prohlubní. Většina národních a mezinárodních norem doporučuje provádět hodnocení Ra na pěti po sobě jdoucích základních délkách a ze získaných dat je stanovena průměrná hodnota. Tím je zajištěno, že výsledná hodnota skutečně reprezentuje kontrolovaný povrch. Při hodnocení z více nebo méně základních délek než pěti se mění statistická přesnost výsledku měření.
    Význam hodnoty Ra je podmíněn správnou volbou a uvedením základní délky. Měření by mělo být dle možnosti prováděno ve směru kolmém na stopy po dokončování. Ra nedává žádné informace o tvaru nerovností povrchu (při stejné hodnotě Ra se mohou povrchy lišit nejen tvarem, ale i maximální výškou mezi výstupky a prohlubněmi!). Z definice vyplývá, že Ra nerozlišuje mezi výstupky a prohlubněmi.
    Pro zabezpečení jednoznačnosti požadavků na strukturu povrchu vzhledem k jeho funkci je označení parametru (Ra) a jeho číselné hodnoty na výkresu nutné doplnit dalšími údaji, jako jsou základní délka měření (cut-off), předepsaná výrobní metoda nebo způsob zpracování (prezentováno jen textem nebo doplněno úplným symbolem; týká se nejen způsobu obrábění, ale i např. požadavků na povlak, tj. typ, tloušťka apod.), uspořádání a směr nerovností (směr převládajících stop na povrchu, např. po nástroji) a stanovený přídavek na obrábění, tj. tloušťka vrstvy materiálu, která se musí odebrat, aby se dosáhlo struktury povrchu předepsaných vlastností. Pro statistické zpracování jsou hodnoty Ra méně významné než hodnoty parametru Rq.

    Rozměry výstupků a prohlubní

    Praxe ukazuje, že je někdy vhodné a užitečné místo Ra využít hodnoty výšky největšího výstupku a hloubky nejnižší prohlubně. Tomu odpovídá parametr Rt, definovaný jako vzdálenost mezi nejvyšším a nejnižším bodem profilu v rozsahu vyhodnocované délky. Při využití výškových parametrů je třeba v každém případě dodržet délku profilu, na které jsou v souladu s definicí určovány. Tedy: Rt je celková výška profilu, definovaná na vyhodnocované délce, Rz představuje největší výšku profilu v rozsahu základní délky a Rp pak největší výšku výstupku od střední čáry profilu v rozsahu základní délky. Pro využití parametru Rt je důležité, že jeho určení nevychází ze střední čáry a jeho velikost je přímo ovlivněna rýhami nebo nečistotami na kontrolovaném povrchu.
    V případě, že záznam profilu povrchu je skloněn vzhledem k základním souřadnicím záznamové pásky, většinou v důsledku nedostatečného vyrovnání povrchu před měřením, potom musí být měření výstupků a prohlubní prováděno ve směru souřadnic záznamu, tzn. kolmo k základní čáře pásky.
    Rz podle ISO 4287-1/1984 udával výšky nerovností z deseti bodů a je také známý jako Rz(JIS). Parametr Rz je nyní normalizován ve dvou základních tvarech - Rz a RzJIS. Většinou metrologických institucí a výrobců měřicí techniky byly přijaty následující ekvivalenty:
    Původní předpis Přijatý ekvivalent
    RzDIN 1974 Rz s filtrem 2CR
    RzISO 1984 RzJIS s filtrem 2CR
    RzISO 1996 Rz s Gaussovým filtrem
    RzJIS 1982 RzJIS s filtrem 2CR
    RzJIS 1994 RzJIS s Gaussovým filtrem
    Je třeba zdůraznit, že tento parametr nesmí být zaměňován s předpisem normy DIN pro výpočet výšky výstupek - prohlubeň, která také používá ozn. Rz. Využití parametru z deseti bodů na základní délce je především užitečné při měření velmi malých délek.Výsledkem výpočtu z pěti nejvyšších výstupků a pěti nejhlubších prohlubní je průměrná vzdálenost těchto deseti bodů. Střední čára je určující jen jako referenční směr. I když je využita při definici RzJIS a RSm, při jejich výpočtu nezáleží na její poloze. Při měření výstupků a prohlubní od jakékoliv linie uvnitř nebo vně profilu, která však musí být rovnoběžná se střední čárou, dostaneme stejný výsledek. Tento parametr je doporučován zejména pro hodnocení z grafů profilu povrchu, poněvadž vyžaduje jen deset lineárních měření.
    Vzhledem k tomu, že tento parametr, i když již není normalizován, je často používán na výkresech a v dílenské dokumentaci a profilometry řady výrobců jej běžně měří, je třeba věnovat jeho aplikaci při hodnocení struktury povrchu zvláštní pozornost, aby nedocházelo k záměně. Rozdíly výsledků získaných z různých typů profilometrů (podle různých definic) nejsou většinou zanedbatelné!

    Křivka hustoty pravděpodobnosti souřadnic profilu

    Tato křivka zobrazuje součet relativních délek profilu povrchu ve zvoleném intervalu výšek profilu nad nebo pod střední čárou. Rozdělení hustoty pravděpodobnosti hodnot souřadnic celého profilu se zobrazuje v závislosti na jeho výšce. Tvar křivky hustoty pravděpodobnosti se popisuje parametry Rsk (šikmost posuzovaného profilu) a Rku (špičatost posuzovaného profilu). Tvar rozdělení je velmi důležitý pro funkci povrchu a v průběhu provozu se jeho tvar mění. Je-li vrchol křivky posunut směrem k výstupkům nerovností (-Rsk), ukazuje to na členitější a větší prohlubně. Při opačném posunutí vrcholu křivky (+Rsk) to odpovídá povrchu s více a členitějšími výstupky. Šikmost tak umožní rozlišit dva povrchy se stejnou hodnotou Ra, ale rozdílným tvarem profilu. Špičatost průběhu funkce, označena jako větší (+Rku) nebo menší (-Rku), je vztažena k normálnímu rozložení (Rku = 0). Prakticky šikmost udává polohu maxima souřadnic bodů profilu povrchu v rozmezí největší výšky nerovností povrchu a špičatost určuje množství těchto souřadnic.
    U vysoce pórovitých materiálů litých nebo spékaných (např. litiny, slinutých karbidů,apod.) dosahuje šikmost vysokých hodnot; přesahuje-li šikmost ±2, nepopisuje již hodnota Ra reálné vlastnosti povrchu a je třeba pro hodnocení využít jiný parametr. Záporná šikmost (-Rsk) ukazuje na povrch s málo výstupky, které se rychle opotřebí, takže bude vhodný jako nosná plocha. Naopak u povrchu s kladnou hodnotou šikmosti (+Rsk) lze předpokládat více výstupků, které mohou zvyšovat přilnavost v případě nanášení nátěrů nebo povlaků.
    Podstatnou nevýhodou parametrů šikmosti Rsk a špičatosti Rku je jejich vzájemná závislost a vysoká citlivost na náhodné výstupky. Proto se pro hodnocení struktury povrchu jeví výhodné využití funkce ß, vyjádřené dvěma nezávislými argumenty A a B. Jakékoliv reálné rozložení lze aproximovat funkcí ß, a proto ji lze využít jako základ pro typologii rozložení souřadnic.
    Parametry A a B mohou být snadno vyhodnoceny z měření drsnosti povrchu profilometrem. Skutečnost, že výstupky a prohlubně profilu povrchu mají rozdílné váhové indexy, umožní funkci ß výrazněji rozlišovat různé typy povrchů, a je proto vhodná pro hodnocení reálných rozdílů ve struktuře povrchu. Mezi křivkami rozdělení hustoty pravděpodobnosti souřadnic profilu a materiálovým poměrem profilu existuje přímá souvislost. Z jedné křivky lze druhou odvodit jednoduchým postupem.
    (Pokračování příště)
    Ing. Zdeněk Novák
    Reklama
    Vydání #11
    Kód článku: 41114
    Datum: 16. 11. 2004
    Rubrika: Inovace / Metrologie
    Autor:
    Firmy
    Související články
    3D analýzy a filtrace profilu povrchu

    Kvalitativní rozvoj měřicích a zejména vyhodnocovacích metod pro posuzování kvality textury povrchu urychlil praktickou aplikovatelnost dokonalejší prostorové charakteristiky jeho profilu. Komplexnější popis vlastností povrchu je přínosný nejen pro jeho detailnější poznání, ale především rozšířením poznatků o vztahu stavu povrchu k jeho funkčnímu chování.

    Výškové parametry textury povrchu

    Článek formuluje návrh změny názvosloví výškových parametrů textury povrchu uvedených v normě ČSN EN ISO 25178-2. Návrh vychází z analogie termínů profilových parametrů definovaných v ČSN EN ISO 4287. Jeho cílem je ulehčit zavádění nových 3D parametrů textury povrchu do praxe podniků.

    Kam oko nedohlédne…

    Inspekční kamery a boroskopy jsou určeny pro zkoumání obtížně přístupných míst. Široké uplatnění najdou v automobilovém a opravárenském průmyslu, stavebnictví nebo při kontrole potrubí a vedení. Tedy vždy, když potřebujeme nahlédnout do skrytých míst. Inspekční kamery využívají také složky záchranného integrovaného systému, speciální jednotky a silové složky.

    Související články
    Letošní veletrh Formnext slibuje hojnou účast

    Formnext, přední světový veletrh aditivní výroby a průmyslové produkce nové generace, slaví úspěšný start do nového veletržního roku – navzdory poněkud utlumené ekonomické situaci v Německu a globálním politickým výzvám se do konce února přihlásilo již přibližně 574 společností z 35 různých zemí.

    Reklama
    Reklama
    Reklama
    Reklama
    Související články
    Plzeňské setkání strojařů

    Katedra technologie obrábění Fakulty strojní Západočeské univerzity v Plzni letos uspořádala již devátý ročník mezinárodní konference Strojírenská technologie Plzeň. V porovnání s minulým ročníkem zaznamenala podstatně větší návštěvnost – čítala téměř dvě stě účastníků a uskutečnilo se bezmála šedesát prezentací. Náš časopis na konferenci figuroval jako mediální partner akce.

    Průmysl 4.0 v praxi

    Reflexe současného poznání s aplikací prvků Průmyslu 4.0 do praxe byla předmětem odborné konference, kterou společnost Ceratizit společně se svými partnery připravila pro téměř stovku účastníků z řad výrobních společností ve svém Technickém centru. Od původního teoretizování o aspektech Průmyslu 4.0 jsme se nyní dostali již k praktických zkušenostem.

    MSV ve znamení měření a seřizování

    Všichni, kdo máme něco společného se strojírenstvím, pevně věříme, že se v letošním roce opět otevřou brány brněnského výstaviště pro meku strojařů z celého světa – Mezinárodní strojírenský veletrh. Na MSV se letos, kromě lidí z dalších oborů, setkají i výrobci špičkových měřicích a seřizovacích přístrojů. Proto jsme se na postřehy a názory tentokrát zeptali Karla Suchny, jednatele společnosti Zoller Czech.

    Kvalita v automobilovém průmyslu

    Co znamená, když se řekne kvalita v automobilovém průmyslu? Proč se na ni tolik dbá zrovna v tomto oboru? To byly otázky, na něž odpovědi zazněly z úst odborníků v rámci webináře Kvalita v automobilovém průmyslu. Ten uspořádala 9. listopadu Česká společnost pro jakost.

    Využití neuronových sítí v optické kontrole

    Většina moderních výrobních firem aktivně řeší, jak během výrobního procesu dosáhnout co nejvyšší kvality, za co nejnižší náklady. Přesto může dojít k chybě a vyráběný produkt není v požadované kvalitě. Důvodů může být mnoho, od špatného vstupního materiálu, přes poruchu některého ze strojů, či chyby operátora.

    Indukční průtokoměry MIM: další vývoj

    S indukčním průtokoměrem model MIM jsme vás seznámili již v minulosti. Jedná se o jedinečný přístroj ve své kategorii. Jak se lidově říká, tento přístroj nabízí „za málo peněz hodně muziky“.

    Automatické rovnání součástek

    Při výrobě zejména rotačních součástek s větším poměrem L/D dochází běžně k jejich prohnutí, a to bez ohledu na to, jestli mají hřídelový, nebo trubkový tvar. Pokud vznikne prohnutí při poslední operaci, je jedinou možností nápravy rovnání. To se ale často zařazuje i před konečné broušení.

    Průtokoměr s oválnými koly

    Potřeba měřit viskózní látky v průmyslu je velká. Společnost Kobold Messring pro tyto aplikace vyvinula průtokoměr s oválnými koly, model DON.

    Prediktivní diagnostika přesnosti CNC strojů

    Jak přesný je náš stroj? Můžeme jeho parametry nějak zlepšit? Je stále ještě ve stavu, který předpokládáme? Často je obráběcí stroj pro uživatele černou skříňkou, která v optimálním případě produkuje shodné výrobky. Nemusí to tak zůstat a stav strojů lze i cíleně zlepšovat.

    Laserová i optická řešení a mnohem více

    Pravidelné podzimní dny otevřených dveří uspořádala pro své současné i potenciální zákazníky koncem září společnost Lascam systems. Po tři dny mohli zájemci o laserové technologie navštěvovat showroom dceřiné společnosti Elya Solutions v Horních Počernicích, kde bylo v provozu více než sedm různých aplikací dceřiných i zastupujících společností. Jednotlivá stanoviště prezentovala široké portfolio aplikací a služeb, jež integrátorská společnost Lascam nabízí.

    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