Střední průmyslová škola v Teplicích Předmět: Kontrola a měření ve strojírenství MĚŘENÍ DRSNOSTI POVRCHU Metody kontroly povrchu rozdělujeme na metody kvalitativní a kvantitativní. Metody kvalitativní jsou založeny na porovnání kontrolovaného povrchu s povrchem vzorovým, jehož drsnost známe. Porovnávat můžeme pouze povrchy opracované stejným nebo alespoň podobným způsobem obrábění a výsledkem je zjištění, že kontrolovaná plocha je hladší nebo hrubší než plocha vzorová, resp. že její drsnost se pohybuje mezi drsností dvou vzorků po sobě následujících (např. 0,8 až 1,6 μm). K porovnání slouží vzorkovnice drsnosti povrchu (obr. 1). Jsou obrobeny různými druhy opracování v různých stupních drsnosti. obr. 1 Vzorkovnice mají tvar kotoučků, které obsahují vždy 10 vzorových ploch ve tvaru kruhových výsečí. Pozn.: V sériové výrobě nebo tam, kde vzorkovnice neumožňuje jednoznačné hodnocení (např. drsnost boků zubů), je vhodné vyrobit vzorovou součást ze stejného materiálu stejnými řeznými podmínkami, jaké má kontrolovaná součást a tuto vzorovou součástku přesně změřit a používat ji místo vzorkovnice. Kontrolované součástky porovnáváme se vzorky hmatem nebo zrakem. Hmat umožňuje přesnější rozlišení. Kontrolujeme-li zrakem pomáháme si lupou, nebo používáme porovnávací mikroskop (v našem případě mikroskop COMPAREX). Zorné pole porovnávacího mikroskopu je rozděleno do dvou částí. V jedné polovině vidíme povrch vzorku, v druhé polovině kontrolovanou součást. Šikmé osvětlení umožňuje podle vytvořeného stínu porovnávat hloubku nerovností. obr. 2 1/8
Metody kvantitativní vyjadřují drsnost povrchu číselně a to v parametrech Ra, Rz resp. Rz DIN. Hodnoty nerovností tvořících příčnou drsnost (obr.2) měříme elektronickýmkomparačním délkoměrem EDK (obr.3). Komparátor je ve snímači osazen safírovým hrotem s velmi malým vrcholovým poloměrem (R = 2-20 μm), neboť při větších poloměrech by docházelo ke značnému zkreslení profilu. Příliš malé zaoblení však také není možné, neboť by velmi vzrostl kontaktní tlak mezi hrotem a povrchem. Podélný pohyb kontrolované součásti zajišťuje hlavice s mikrometrickým šroubem. Při podélném pohybu součásti je vzhledem k nebezpečí otupení safírového hrotu nutno snímač nadzdvihnout. Výsledkem kvantitativní metody je soubor odchylek povrchu od nulové hodnoty komparátoru. Drsnost povrchu posu- zujeme v souladu s doporučením ISO v soustavě střední čáry (m-čára). V ní se drsnost posuzuje podle střední aritmetické úchylky Ra a výšky nerovností Rz. Z praktických důvodů je někdy vhodné posoudit naměřenou drsnost dle Rz podle normy DIN (tzv. Rz DIN). obr. 3 a) Posouzení drsnosti dle střední aritmetické úchylky Ra: Střední čára profilu (m-čára) je vztažná čára, která má tvar geometrického profilu a rozděluje zjištěný profil tak, že součet čtverců odchylek tohoto profilu od střední čáry je minimální (v grafickém záznamu postačuje, aby součty ploch nad střední čárou a pod ní byly stejné). Pak střední aritmetická úchylka je: 2/8
b) Posouzení drsnosti povrchu dle výšky nerovností Rz: Výška nerovností Rz je střední vzdálenost mezi pěti nejvyššími a pěti nejnižšími body zjištěného profilu v délce měřeného úseku. Měří se kolmo na střední m-čáru profilu. c) Posouzení drsnosti dle výšky Rz DIN: Rz DIN představuje aritmetický průměr pěti největších výšek nerovností. 3/8
Postup stanovení polohy střední vztažné čáry (m-čáry). Polohu střední vztažné čáry lze stanovit graficko-početně tzv. čtverečkovou metodou po zakreslení průběhu nerovností na milimetrový papír tak, že 5 mm na papíře odpovídá 1μm ve skutečnosti (obr. 4). Metoda spočívá v takovém nastavení polohy m-čáry, že počet čtverečků v profilu nad m-čárou je stejný jako počet čtverečků v profilu pod ní. m-čára obr. 4 Pro určení polohy střední vztažné čáry lze použít také m-skript (soubor: drsnost_povrchu.m), spuštěný ve výpočtovém prostředí Octave (volně distribuované po Internetu pod licencí GNU). výpis souboru: drsnost_povrchu.m ***************************************************************************** PROGRAM: DRSNOST_POVRCHU AUTHOR: Ing. JIRI ILKIV, TEPLICE DATE: 2007.10.15 Program čte vstupní data ze souboru "soubor_mereni.dat" v pracovnim adresari. Uživatel vloží hodnotu kroku posuvu vzorku v milimetrech. Program zobrazí hodnotu Ra v mikrometrech, graf profilu povrchu včetně polohy nulové čáry "m". ****************************************************************************** clear clc konstanta=10; load "soubor_mereni.dat" nacteni matice dat: soubor_mereni dx=input("zadejte krok vodorovneho posuvu vzorku [mm]: "); temp=soubor_mereni*konstanta; matice soubor_mereni ulozena do matice temp radku =(size(temp))(1); stanoveni poctu radku matice sloupcu=(size(temp))(2); stanoveni poctu sloupcu matice x(i)=temp(i,1)*dx; 4/8
x=0:(radku-1); x=x*dx ; y(i)=temp(i,2); ymax=max(y); z matice ziskan sloupcovy vektor x z matice ziskan sloupcovy vektor y yy(i)=y(i)- ymax; hodnota nejvyssiho vrcholu hledani polohy cary "m": pro vsechny namerene hodnoty stanovime odchylku od max. hodnoty suma_max=0; suma_max=suma_max+yy(i); nalezeni maximalniho mozneho souctu ploch for j=1:(max(y)-min(y)) yy(i)=y(i)- (max(y)-j); suma = 0; suma=suma+yy(i); if abs(suma)<abs(suma_max) suma_max=suma; index=j; pro vsechny polohy "m" cary a pro vsechna mereni najdi najdi lepsi (tj. mensi) soucet ploch nad a pod "m" carou v promenne "index" si pamatuj polohu "m" cary u kazdeho lepsiho (mensiho) souctu ploch. Nejlepsi poloha ulozena v "index". y(i)=y(i)+(index-ymax); vsechna mereni transponuj dle polohy "index" proved vypocet drsnosti Ra: soucet=0; soucet=soucet+(abs(y(i))*dx); Ra=soucet/(radku*dx)/konstanta; vypis Ra na obrazovku printf("\n----> Drsnost povrchu vzorku Ra = %f [mikrometru]\n",ra); zobraz graf s "m" carou titulek grafu zobrazeni mrizky popisek osy x popisek osy y ylabel("odchylky od nulove osy [mikrometry]"); vykresleni grafu s vyznacenim (^m) vysek hodnot y=y/konstanta; plot(x,y,'^m;hodnoty;',x,y,';profil povrchu;'); title("hodnoty drsnosti povrchu"); grid on; xlabel("vodorovny posuv vzorku [mm]"); [ konec souboru ]************************************************************* 5/8
Naměřené hodnoty jsou uloženy v souboru mereni.dat, jehož výpis (příklad pro 30 měření vzorku č. 2) následuje: VZOREK c.2 mereni drsnosti povrchu hodnoty v mikrometrech ------------------------------------------------------------------------------ Y ------------------------------------------------------------------------------ 00 0 01 7 02 7 03 4 04 3 05 3 06 1 07-5 08-10 09-13 10-12 11-10 12-8 13-4 14-8 15-5 16-9 17-8 18-4 19-3 20 0 21 1 22 2 23-2 24-3 25-9 26-10 27-11 28-10 29-7 30-5 ------------------------------------------------------------------------------ KONEC SOUBORU 6/8
Výsledkem je hodnota Ra = 4,774194 μm. a zobrazení polohy m-čáry a tvaru profilu. Z grafu lze přímo odměřit hodnoty pro výpočet Rz a Rz DIN: Graf lze pomocí kopírování do schránky vložit do protokolu měření. 7/8
Zadání úlohy: část a) Vyhodnoťte drsnost povrchu dvou vzorků obrobené oceli pomocí kruhové vzorkovnice drsnosti povrchu. Zjištění poznamenejte do protokolu. část b) Vyhodnoťte drsnost povrchu dvou vzorků obrobené oceli pomocí porovnávacího mikroskopu Comparex. Zjištění poznamenejte do protokolu. část c) Změřte drsnost povrchu dvou vzorků obrobené oceli pomocí elektronického komparačního délkoměru EDK se safírovým hrotem. Měření proveďte v délce 0,6 mm s krokem 0,02mm (celkem 30 měřených hodnot). Posuv vzorku provádějte při zvednutém safírovém hrotu pomocí mikrometrické hlavice. Přístroj vynulujte tak, aby umožňoval měření kladných i záporných hodnot. Zapojení přístroje nechte zkontrolovat vyučujícím. Proveďte: 1. Naměřené hodnoty zaznamenejte do přehledné tabulky. 2. Nakreslete přehledný graf profilu povrchu. 3. Stanovte polohu střední vztažné čáry (m-čáry). 4. Vypočítejte hodnotu Ra. 5. Vypočítejte hodnotu Rz. 6. Vypočítejte hodnotu Rz DIN. část d) Porovnejte v tabulce výsledky získané v částech a), b), c) úlohy. 8/8