LABORATORIUM METROLOGII TECHNICZNEJ

Wydział Elektryczny

Kierunek Automatyka i Robotyka

Specjalność Robotyka

Błażej Krzyżanowski

Sławomir Stępień

POMIARY CHROPOWATOŚCI POWIERZCHNI

1. Celem ćwiczenia było zapoznanie się z metodami pomiaru falistości i chropowatości powierzchni, nabycie umiejętności dokonania takich pomiarów oraz zapoznanie się z pojęciami opisującymi te wielkości. Ćwiczenie miało na celu również zapoznanie z przyrządami służącymi do pomiaru falistości i chropowatości.

Ćwiczenie składało się z dwóch zadań pomiarowych :

- kilkupunktowy pomiar wysokości chropowatości, który to był wykonany przy pomocy mikroskopu Schmaltza

- wykreślenie krzywej nośności na podstawie otrzymanego foliogramu

2. Pomiar metodą przekroju świetlnego przy pomocy mikroskopu.

Przy pomocy mikroskopu Schmaltza , który działa na zasadzie przekroju świetlnego, dokonano pomiarów wysokości chropowatości. Płaska wiązka światła z mikroskopu pada na mierzoną powierzchnię pod kątem 45°. Uzyskany przekrój świetlny jest obserwowany przez okular mikroskopu obserwacyjnego. Z tego też powodu, obserwowany obraz w kierunku wysokości nierówności jest powiększony
razy (bez powiększeń optycznych mikroskopu).

Schemat metody przekroju świetlnego:

1 - padający strumień światła,

2 - płytka z linią pomiarową,

3 - śruba mikrometryczna

4 - okular

R - rzeczywista wysokość chropowatości

R' - mikroskopowa wysokość chropowatości,

Tabela pomiarowa:

L.p.	y-	y+
	[mm]	[mm]
1	3,72	4,68
2	3,73	4,68
3	3,72	4,63
4	3,79	4,63
5	3,70	4,68

y₊(y_-) - wysokość wierzchołków (wgłębień) profilu, mierzona od linii równoległej do linii średniej profilu.

Długość odcinka elementarnego wynosiła na 1,5 mm, po określeniu w przybliżeniu klasy chropowatości badanego obiektu.

3. Określenie wysokości nierówności na podstawie zebranych pomiarów wierzchołków i wgłębień badanego profilu:

=
[(R₁₊+R₂₊+R₃₊+R₄₊+R₅₊)-(R_1-+R_2-+R_3-+R_4-+R_5-)]

=
[(4,68+4,68+4,63+4,63+4,68)-(3,72+3,73+3,72+3,79+3,70)]=0,93mm

Rzeczywista wartość wysokości nierówności R_z :

= 0,66mm

Ze znormalizowanych tablic wartości parametru R_z, przyjmujemy wartość R_z = 0,70 mm (wg PN-87/M-04251). Z tablic określających długość odcinka pomiarowego w zależności od parametru R_z, odczytujemy że długość odcinka pomiarowego została dobrze przyjęta, czyli l = 1,5mm.

4. Obliczenie błędu pomiaru.

Błąd jednokrotnego pomiaru wynosił ± 0,02 μm.

Błąd pomiaru z różniczki zupełnej równy jest sumie dziesięciu wartości błędów jednokrotnych pomiarów, podzielonych przez
.

Ostateczny wynik pomiaru parametru R_z wynosi:

R_z = 0,70μm ±0,01μm

5. Obliczenia parametrów R_z, R_max, i wykres krzywej nośności.

Wykres krzywej nośności sporządzono na podstawie otrzymanego przebiegu z profilografometru.

Profilografometr służy do odwzorowywania profilu i chropowatości powierzchni. Czujnik profilu (ślizgacz) styka się z powierzchnią badaną i przesuwając się po niej rysik podaje informację do urządzenia sterującego pisakiem tak, aby ten jak najwierniej odtworzył zarys powierzchni badanej.

Budowa profilografometru:

Na otrzymanym profilogramie, poprowadzono linię średnią, położenie której wyznaczono obliczając odległość zarysu od linii „zerowej”. Wyniki pomiarów:

L.p.	1	2	3	4	5	6	7	8	9
yi	11	13	16	17	17	9	3	6	11

L.p.	10	11	12	13	14	15	16	17	18
yi	15	11	6	10	15	17	13	8	11

L.p.	19	20	21	22	23	24	25	26	27
yi	16	9	16	18	8	6	10	15	19

L.p.	28
yi	10

Wartości y_i podano w podziałkach, jedna podziałka równa się 1μm.

Korzystając ze wzoru na odległość a linii średniej od linii 0 :

Linia średnia została naniesiona na wykres chropowatości.

Znając wielkość a, oraz poszczególne odległości lini zarysu od lini 0, wyznaczono średnie arytmetyczne odchylenie profilu od linii średniej:

Korzystając z tablic przyjęto parametr R_a =5,00 μm

Następnie wyznaczono dziesięciopunktową wysokość chropowatości R_z :

R_z =
[(R₁₊+R₂₊+R₃₊+R₄₊+R₅₊)-(R_1-+R_2-+R_3-+R_4-+R_5-)] = 13μm±1μm

Korzystając z tablic przyjęto parametr R_z = 20μm

Badając podziałkę chropowatości, zmierzono następujące wartości odstępu chropowatości: S₁=200μm, S₂=100, S₃= S₄= S₅ =150μm.

Podziałka chropowatości w obrębie odcinka pomiarowego jest średnią arytmetyczną odstępów chropowatości i wynosi S_c=150μm ± 50μm.

Krzywa nośności - zależność pomiędzy współczynnikiem długości nośnej profilu chropowatości t_p, a rozkładem rzędnych profilu chropowatości.

Współczynnik długości nośnej :

gdzie
długość nośna profilu chropowatości

Wyniki pomiarów zebrano w tabeli:

c	ηp	tp
[%]	[j]	[%]
5	125	12,5
10	280	28
15	410	41
20	540	54
25	700	70
30	890	89
40	1150	115
60	1400	140
70	1710	171

Oznaczenia :

c[%] - rozkład rzędnych profilu chropowatości(jednostka dł. 1μm).

η_p[μm] - długość nośna profilu chropowatości (jednostka dł.50μm).

Pomiary dokonane zostały na długości 1mm.

Krzywa nośności została naszkicowana na taśmie profilogramu.

Parametry chropowatości badanego przedmiotu, przy długości odcinka pomiarowego

L_c = 4mm:

R_a = 5μm ±1μm

R_z = 13μm ± 1μm

S_c = 150μm ± 50μm

W otrzymanym zarysie powierzchni, nie występowały błędy falistości (S/R<40).

6. Podsumowanie:

Pomiaru chropowatości dokonano za pomocą dwóch przyrządów mikroskopu Schmaltza oraz przyrządu zwanego profilografometrem typu ME 10. Przy pomocy tych przyrządów pomiarowych można nabyć umiejętności praktycznego poznania geometrycznego wizerunku powierzchni, która była przedmiotem badań. Z badanej struktury powierzchni widoczne były podstawowe parametry chropowatości. Parametry te , jak okazało się w ćwiczeniu wyznaczono metodami pomiaru przy pomocy mikroskopu - zdejmując odpowiednie wartości oraz przy pomocy poligrafometru zdejmując wyniki w sposób graficzny - z wykresu profilu powierzchni.

Pomiar przy pomocy mikroskopu ograniczył się jedynie do uzysku wartości R_z , której wartość była dość dokładna, w porównaniu z drugą metodą. Natomiast wartość R_a była niemożliwa do uzyskania z mikroskopu. Pomiary metodą stykową , czyli za pomocą poligrafometru, dały dużo lepsze rezultaty pomiaru. Pomiary tą metodą dają możliwość wyznaczenia wszystkich parametrów chropowatości badanej powierzchni. Poza tym metoda pozwala na zastosowanie filtrów, które pozwalają odfiltrować skutecznie błędy pomiaru. Błędy te mogą wynikać z falistej geometrii badanego przedmiotu. Jednym z zastosowanych filtrów był zwykły filtr mechaniczny - ślizgacz.

---