LABORATORIUM METROLOGII TECHNICZNEJ
TEMAT:POMIARY CHROPOWATOŚCI POWIERZCHNI
Ćwiczenie wykonali:
1. Krzysztof Buczek.
2. Dariusz Rudziński.
Automatyka i Robotyka sem. VII
spec. Robotyka
1. Cel ćwiczenia.
Celem ćwiczenia było nabycie umiejętności praktycznych pomiaru elementów struktury geometrycznej powierzchni, zapoznanie się z podstawowymi pojęciami opisującymi chropowatość powierzchni oraz poznanie przyrządów służących do pomiaru chropowatości i falistości.
Ćwiczenie zostało przeprowadzone za pomocą mikroskopu Schmaltza, oraz profilografometru ME 10.
Ćwiczenie obejmowało dwa zadania pomiarowe:
pomiar dziesięciopunktowej wysokości chropowatości Rz, za pomocą mikroskopu Schmaltza,
obliczenie parametrów Rz, Rmax, oraz wykreślenie krzywej nośności na podstawie otrzymanego profilogramu.
2. Przebieg ćwiczenia.
2.1 Pomiar dziesięciopunktowej wysokości chropowatości Rz, za pomocą mikroskopu Schmaltza.
Mikroskop Schmaltza działa na zasadzie przekroju świetlnego. Płaska wiązka światła z mikroskopu oświetlającego pada na mierzoną powierzchnię pod kątem 45°. Uzyskany przekrój świetlny jest obserwowany przez okular mikroskopu obserwacyjnego. Ponieważ przekrój wiązką światła został wykonany pod kątem 45°, obserwowany obraz w kierunku wysokości nierówności jest powiększony 
razy (nie licząc 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. |
yi- |
yi+ |
|
[μm] |
[μm] |
1 |
4,69 |
5,33 |
2 |
4,77 |
5,59 |
3 |
4,68 |
5,46 |
4 |
4,46 |
5,06 |
5 |
4,39 |
5,33 |
6 |
4,78 |
5,67 |
7 |
4,91 |
5,43 |
8 |
4,71 |
5,44 |
9 |
4,83 |
5,23 |
10 |
4,39 |
5,04 |
11 |
4,39 |
5,11 |
gdzie:
yi+(yi-) - wysokość wierzchołków (wgłębień) profilu, mierzona od lini równoległej do lini średniej profilu.
Długość odcinka elementarnego, przyjęto na 2,5 mm, uwzględniając fakt obróbki toczeniem oraz przybliżoną klasę chropowatości badanego przedmiotu.
Z zebranych pomiarów wybrano 5 najwyżej położonych wierzchołków oraz pięć najniżej położonych wgłębień profilu, w celu określenia dziesięciopunktowej wysokości chropowatości Rz, wg wzoru:
= 
[(R1+R3+R5+R7+R9)-(R2+R4+R6+R8+R10)]
= 
[(5,67+5,43+5,44+5,59+5,46)-(4,68+4,46+4,39+4,39+4,39)]=1,06
Wartość rzeczywista wysokości chropowatości Rz :
= 0,75μm
Korzystając z tablic znormalizowanych wartości parametru Rz, przyjmujemy wartość Rz równą 0,80 μm (wg PN-87/M-04251). Korzystając z tablic określających długość odcinka pomiarowego w zależności od parametru Rz, odczytujemy że długość odcinka pomiarowego została przyjęta poprawnie (l=2,5mm).
2.2 Obliczenie błędu pomiaru.
Błąd pojedynczego pomiaru, określono jako ±0,02μm.
Korzystając z różniczki zupełnej, błąd pomiaru będzie równy sumie dziesięciu błędów pojedynczych pomiarów, podzielonych przez 
.
Ostateczny wynik pomiaru parametru Rz wynosi:
Rz = 0,80μm ±0,03μm
2.3 Obliczenie parametrów Rz, Rmax, oraz wykreślenie krzywej nośności na podstawie otrzymanego profilogramu.
Profilografometr działa na zasadzie ciągłego stykowego odwzorowania profilu. W czasie pomiaru ślizgacz przesuwa się po wierzchołkach nierówności prowadząc rysik odwzorowujący zarys badanej powierzchni. Ruchy pionowe rysika są przetwarzane na impulsy prądowe które mogą być zarejestrowane w postaci profilogramu na taśmie papieru przewodzącego.
Schemat profilografometru :
Na otrzymanym profilogramie, poprowadzono linię średnią, położenie której wyznaczono obliczając odległość zarysu od lini 0. Wyniki zebrano w tabeli:
L.p. |
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
7 |
8 |
9 |
yi |
10 |
13 |
15 |
16 |
14 |
11 |
9 |
11 |
13 |
L.p. |
10 |
11 |
12 |
13 |
14 |
15 |
16 |
17 |
18 |
yi |
14 |
17 |
15 |
12 |
9 |
10 |
10 |
14 |
15 |
L.p. |
19 |
20 |
21 |
22 |
23 |
24 |
25 |
26 |
27 |
yi |
19 |
12 |
12 |
10 |
9 |
12 |
12 |
14 |
18 |
L.p. |
28 |
29 |
30 |
31 |
32 |
33 |
34 |
35 |
36 |
yi |
16 |
12 |
11 |
9 |
14 |
16 |
15 |
15 |
16 |
L.p. |
37 |
38 |
39 |
yi |
14 |
11 |
13 |
Wartości yi są podane w podziałkach. Jedna podziałka równa się 6μm.
Korzystając ze wzoru na odległość a lini średniej od lini 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 lini średniej:
Korzystając z tablic przyjęto parametr Ra 12,5μm
Następnie wyznaczono dziesięciopunktową wysokość chropowatości Rz, korzystając ze wzoru podanego w punkcie 2.1.
= 
[(R1+R3+R5+R7+R9)-(R2+R4+R6+R8+R10)]=8⋅6μm=48μm±6μm
Korzystając z tablic przyjęto parametr Rz = 50μm
Badając podziałkę chropowatości, zmierzono następujące wartości odstępu chropowatości: S1=700μm, S2= S3= S4=750μm.
Podziałka chropowatości w obrębie odcinka pomiarowego jest średnią arytmetyczną odstępów chropowatości i wynosi Sc=738μm±50μm.
Krzywa nośności jest zależnością pomiędzy współczynnikiem długości nośnej profilu chropowatości tp, a rozkładem rzędnych profilu chropowatości.
Współczynnik długości nośnej profilu chropowatości tp wyraża się wzorem:
gdzie ηp jest długością nośną profilu chropowatości, i wyraża się wzorem:
Wyniki pomiarów zebrano w tabeli:
c |
ηp |
tp |
[j] |
[j] |
[%] |
8 |
78 |
100 |
9 |
73 |
94 |
10 |
66 |
85 |
11 |
56 |
72 |
12 |
43,2 |
55 |
13 |
39,2 |
50 |
14 |
32,9 |
38 |
15 |
18,6 |
24 |
16 |
11,4 |
12 |
17 |
4,6 |
6 |
18 |
2,7 |
2 |
19 |
0 |
0 |
Oznaczenia w tabeli:
c[j] - rozkład rzędnych profilu chropowatości, gdzie 1j = 6μm.
ηp[j] - długość nośna profilu chropowatości, gdzie 1j = 50μm
Krzywa nośności została naszkicowana na taśmie profilogramu.
Parametry chropowatości badanego przedmiotu, przy długości odcinka pomiarowego Lc = 3,9mm:
Ra = 12,5μm ± 6μm
Rz = 50μm ± 6μm
Sc = 738μm ± 50μm
W otrzymanym zarysie powierzchni, nie występowały błędy falistości (S/R<40).
3.Podsumowanie.
W ćwiczeniu pomiar chropowatości powierzchni został wykonany za pomocą mikroskopu Schmaltza, oraz profilografometru ME 10 produkcji CARL ZEISS JENA. Celem ćwiczenia było nabycie umiejętności praktycznych pomiaru elementów struktury geometrycznej powierzchni, zapoznanie się z podstawowymi pojęciami opisującymi chropowatość powierzchni oraz poznanie przyrządów służących do pomiaru chropowatości i falistości.
Cechą charakterystyczną pomiarów wykonywanych metodą przekroju świetlnego (mikroskop Schmaltza) jest bardzo ograniczony. Niemożliwy jest pomiar parametru Ra, niska jest dokładność pomiaru parametru Rz. Natomiast pomiary metodą stykową, pozwalają wyznaczyć wszystkie parametry chropowatości powierzchni. Ponadto pomiary za pomocą profilografometru, pozwalają odfiltrować błędy wynikające z falistości powierzchni za pomocą filtrów mechanicznych (ślizgacz), bądź elektrycznych.
Wyszukiwarka