MOŻLIWOŚCI POMIAROWE MODUŁOWEGO SYSTEMU DO POMIARU I ANALIZY TOPOGRAFII POWIERZCHNI TOPO 01 

Tatiana Miller 

 
W  związku  ze  stałym  postępem  techniki,  w  każdej  dziedzinie  produkcji  następuje  wzrost  wymagań  dotyczących  jakości 

elementów,  z których  powstają  złożone  mechanizmy.  Często  od  ich  jakości,  w  tym  dokładności  geometrycznej  i jakości 
powierzchni  (między  innymi  chropowatości,  falistości,  prostoliniowości),  zależy  trwałość  wyrobów,  a  nawet  bezpieczeństwo 
ludzi. Dlatego też stała kontrola jakości wyrobów staje się wymogiem koniecznym do spełnienia wzrastających wymagań w tym 
zakresie.  

Do  tego  celu  przydatne  są  między  innymi  profilometry  i  kształtografy,  wchodzące  w skład  modułowego  systemu  do 

pomiaru  i  analizy  topografii  powierzchni  TOPO  01  (rys.1).  Profilom

etry  przeznaczone są  do  pomiaru i  analizy  chropowatości, 

falistości    i  profilu  pierwotnego  (bez  filtracji),  ale  mają  też  pełne  możliwości  analizy  wymiarowej  zmierzonego  zarysu. 
Kształtografy  w głównej mierze przeznaczone są do kontroli wymiarowej wyrobów, ale wprowadzona  możliwość skanowania 
przestrzennego powierzchni, w 

zakresie pomiarów kształtu, znacznie rozszerza możliwości zastosowania przyrządów. Pozwala 

to np. na kontrolowanie geometrii narzędzi i ocenę ich zużycia.   

W zakładach przemysłowych najbardziej rozpowszechnione są proste przyrządy warsztatowe do pomiarów chropowatości, 

ale  mają  one  ograniczone  możliwości  pomiarowe.  Przyrządy  laboratoryjne  są  stosowane  głównie  przez  duże  laboratoria 
pomiarowe oraz tam, gdzie z uwagi na prowadzoną produkcję zaistniała konieczność wprowadzenia bardziej zaawansowanych 
metod kontroli jakości. Bardziej złożone systemy pomiarowe, w tym obejmujące pomiary przestrzenne – 3D stosowane są do tej 
pory jedynie w laboratoriach wyższych uczelni. 

Instytut  Zaawansowanych  Te

chnologii  Wytwarzania  w  Krakowie  (dawniej  Instytut  Obróbki  Skrawaniem)  jest  jedynym 

polskim  producentem  takich  przyrządów.  Instytut  już  w  latach  1994  –  2002  wdrażał  pierwsze  przyrządy  do  pomiarów 
przestrzennych topografii powierzchni, współpracujące z komputerem. Były to profilografometr PGM-1C i kształtograf PG-2/200. 
Obecnie  opracowane  w 

Instytucie  przyrządy  z  systemu  TOPO  01  są  urządzeniami  najnowszej  generacji,  mają  znacznie 

rozszerzone możliwości pomiarowe w stosunku do wcześniejszych wersji oraz bardzo  szeroki zakres analizy zapamiętanych 
danych pomiarowych. 

 

 

Rys 1. Modułowy system do pomiaru i analizy topografii powierzchni TOPO 01 

nagrodzony Złotym Medalem MTP na targach INNOWACJE – TECHNOLOGIE – MASZYNY POLSKA  2008 

nominowany do Godła „TERAZ POLSKA” dla Przedsięwzięć Innowacyjnych 2009 

 

MODUŁOWY SYSTEM DO POMIARU I ANALIZY TOPOGRAFII POWIERZCHNI TOPO 01 

System  TOPO  01  przeznaczony  jest  do  pomiarów  i  analizy  profili  chropowatości  i falistości  powierzchni  oraz  profilu 

pierwotnego, zarysów kształtu i ich wymiarowania oraz do pomiarów i analizy przestrzennej powierzchni 3D. 

Modułowa  struktura  systemu  TOPO  01  umożliwia  kompletowanie  stanowisk,  w zależności  od  potrzeb  i wymagań 

użytkowników.  Z  modułów  systemu  można  tworzyć  oddzielne  przyrządy  przeznaczone  do  pomiarów  chropowatości  - 
PROFILOMETR 

TOPO  01P  (rys.2)  oraz  kształtu  -  KSZTAŁTOGRAF  TOPO 01K.  Modułowa  struktura  systemu  pozwala  na 

rozszerzanie jego konfiguracji sprzętowej w trakcie eksploatacji, w miarę zmieniających się potrzeb pomiarowych i możliwości 
finansowych użytkownika. 

Oryginalne, własne oprogramowanie opracowane zostało z uwzględnieniem specyficznych potrzeb systemu pomiarowego 

i zgodnie z 

obowiązującymi w tym zakresie normami PN-ISO i ISO. Należy pamiętać że normy te zmieniane są sukcesywnie od 

roku 1997. Program analizy zawiera też wyprzedzająco elementy analizy stereometrycznej, które dopiero będą w najbliższym 
czasie wprowadzone przez ISO. Opracowanie tych algorytmów programu zgodne jest z zawartością projektów norm  ISO/DIS 
25178-2  Geometrical  product  specifications  (GPS) 

—  Surface  texture:  Areal.  Part  2:  Terms,  definitions  and  surface  texture 

parameters,  2008  oraz  ISO/DIS  25178-3  Geometrical  product  specifications  (GPS) 

—  Surface  texture:  Areal.  Part  3: 

Specification operators, 2007. 

Sz

eroki zakres możliwości pomiarowych i wieloaspektowe, rozbudowane oprogramowanie umożliwiają przeprowadzenie 

pełnej analizy topografii zmierzonej powierzchni: chropowatości, falistości, prostoliniowości i kształtu, zarówno dla pojedynczych 
przekrojów jak i dla pomiarów przestrzennych 3D oraz analizę wymiarową geometrii przekrojów, w tym również mikrogeometrii. 
Mając  tak  rozbudowany  i  szeroki  zakres  analizy,  system  TOPO 01  pozwala  na  przeprowadzanie  zaawansowanych  badań 
naukowych. Na podstawie analizy wielu 

różnorodnych  parametrów, wyznaczanych funkcji i rozkładów możliwa jest np. analiza 

    

wpływu  parametrów  technologicznych  procesów  stosowanych  w  czasie  obróbki  na    własności  tribologiczne  powierzchni 
podczas jej eksploatacji. 

Charakterystyczną  cechą  systemu  jest  możliwość  skanowania  przestrzennego  powierzchni  w zakresie  mikro  

(chropowatość) i makro (kształt) oraz ich analiza. Pozwala to np. na kontrolowanie geometrii narzędzi i ocenę ich zużycia. 

ZAKRES ZASTOSOWANIA PRZYRZĄDÓW 

Zakres  zastosowań  modułowego  systemu  pomiarowego  TOPO  01  to  pomiary  elementów  wykonanych  tradycyjnymi 

ubytkowymi  metodami  obróbki  (frezowanie,  szlifowanie,  toczenie,  docieranie,  honowanie,  itp.)  oraz  niekonwencjonalnymi 
metodami  obróbki  (ultradźwiękowa,  laserowa,  strumieniem  elektronów,  jonów  lub  wiązką  plazmy,  obróbka  strumieniowo–
ścierna, elektroerozyjna, elektrochemiczno–ścierna i inne).  

Przyrządy  mogą  być  wykorzystane  w  tribologii  (ocena  nacisków  powierzchni  w kontakcie,  smarowania,  pomiary 

rzeczywistej  powierzchni  kontaktu,  analiza 

tarcia,  zużycia,  odkształceń)  oraz  dla  powierzchni  poddawanych  procesom 

chemicznym,  a  także  w wielu  innych  dziedzinach  nie  związanych  bezpośrednio  z budową  maszyn:  w  naukach  medycznych 
i 

bioinżynierii  (badania  powierzchni  kości,  zębów,  endoprotez),  np.  w biologii,  elektronice  i wielu  innych.  Przy  zastosowaniu 

odpowiednich końcówek pomiarowych możliwy jest nawet pomiar powierzchni drewna, gumy i papieru. 

System może znaleźć szerokie zastosowanie do badań w zakresie mikrotechnologii wytwarzania. Jest znacznie tańszy 

od podobnych urządzeń zagranicznych, w szczególności od  urządzeń optycznych, a umożliwia pomiary parametrów struktury 
geometrycznej powierzchni w zakresach poniżej 1 



m, w tym 

pomiary i wymiarowanie mikrokształtów. 

 

ELEMENTY SYSTEMU 



 

zespół pomiarowo-sterujący TOPO 01 



 

kolumna z płytą granitową 750 x 450 mm 



 

zespół przesuwu do pomiarów chropowatości TOPO L50 lub TOPO L120 



 

zespół przesuwu do pomiarów kształtu TOPO L200 lub TOPO L120 



 

czujniki do pomiaru chropowatości: S250, BS250, BS1000 



 

czujnik do pomi

aru kształtu PG40 



 

programy pomiarowo-

sterujące i analizy dla chropowatości i kształtu w wersjach 2D i 3D oraz dowolny komputer 

 

PODSTAWOWE DANE TECHNICZNE 



 

zakres pomiarowy głowic profilometru (oś Z) 

1000 



m lub 250 



m 



 

zakres pomiarowy głowic kształtografu (oś Z)  40 mm  



 

odcinki pomiarowe profilometru (oś X)   

do 120 mm 

 



 

odcinki pomiarowe kształtografu (oś X)  

do 200 mm 

 



 

zakres skanowania 3D (oś Y)  

 

25 mm - 

standard  (możliwość opcji) 

 

 

 

Rys.2. Profilometr TOPO 01P 

 

 
 
 
 
 
 
 
 

    

 
 
PROGRAM ANALIZY PROFILU 2D 
Prog

ram analizy profilu 2D umożliwia obliczanie parametrów wg 

aktualnych norm ISO i PN-ISO, generuje najbardziej 
rozpowszechnione funkcje i charakterystyczne krzywe, oblicza 
statystykę parametrów. Umożliwia wymiarowanie zarysów profilu 
w zakresie mikrogeometrii.  
 
Analiza przeprowadzana jest dla następujących rodzajów profilu: 
Profil R   - 

profil chropowatości  

Profil W  - 

profil falistości  

Profil P  - profil pierwotny  



  parametry wg aktualnych norm ISO i PN -ISO 

oraz dodatkowo inne 

– nieznormalizowane, 



  programowe filtry profilu - Gaussa z 

korekcją fazy  

  wg PN-EN ISO 111562 oraz wg PN-EN ISO 13565-1, 



  najbardziej rozpowszechnione funkcje  

  i charakterystyczne krzywe, 



 

statystyka parametrów:  

  XQ, s, Rs, MIN, MAX, 



 

możliwość wymiarowania zarysów profilu, 



 

obliczanie pól pod i nad profilem na wybranych odcinkach, 



 

eksport punktów profilu i parametrów 2D - formaty txt, xls, 



 

dowolne redagowanie protokołów pomiarowych. 

 
Parametry 2D 
Wyznaczane są dla profili R,W,P  
zgodnie z PN-EN ISO 4287, PN-EN ISO 13562-2 . 
Dodatkowo  wyzn

aczane  są  parametry  nie  ujęte  w  aktualnych 

normach,  a  przydatne  w 

analizach  porównawczych  i  prowadzonych 

pracach badawczych (rys. 3).  

Rys.3. Dostępne w programie parametry 2D 

Funkcje i charakterystyczne krzywe 



 

krzywe udziału materiału - Abbotta Firestona, 



 

krzywa gęstości amplitudowej, 



 

symetryczna krzywa nośności,  



 

rozkład liczby wierzchołków, 



 

funkcja autokorelacji, 



 

funkcja widmowej gęstości mocy. 

 
 
 
 
 

 

 

 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

 

 

Rys.4. Przykłady analizy 2D i 3D powierzchni zmierzonej profilometrem TOPO 01vP 

 

    

 
PROGRAM ANALIZY PRZESTRZENNEJ 3D PROFILU 
I KSZTALTU 
 

Program  analizy  przestrzennej  3D  pozwala  na  rysowanie 

widoku 

izometrycznego, 

tworzenie 

map 

warstwicowych 

i 

wyznaczanie parametrów przestrzennych (rys. 5). Możliwe jest też 

ob

liczanie objętości materiału na wybranych obszarach powierzchni 

płaskiej, walcowej i kulistej oraz obliczanie promieni z wycinków kuli 
i walca. 

 



 

rysowanie widoku izometrycznego, 



 

tworzenie map warstwicowych, 



 

wyznaczanie parametrów przestrzennych chropowatości, 
falistości i powierzchni pierwotnej (R,W,P),  



 

możliwość wybierania profili do analizy 2D oraz do 
wymiarowania, 



 

obliczanie objętości materiału lub ubytku materiału na 
wybranych obszarach powierzchni płaskiej, walcowej i kulistej, 



 

obliczanie promieni z wycinków kuli i walca, 



 

eksport pun

któw powierzchni i parametrów 3D - formaty txt, xls. 

 
 

 

 

 

 

 

 

Rys. 5. Dostępne w programie parametry 3D 

PROGRAM ANALIZY ZARYSU KSZTA

ŁTU 2D 

Program analizy zarysu kształtu 2D umożliwia wymiarowanie odległości, kątów oraz promieni, często z bardzo krótkiego 
i 

trudno dostępnego wycinka zarysu. Dla potrzeb kontroli produkcji seryjnych dostępne jest automatyczne wymiarowanie 

zarysów kształtu jednakowych elementów. Jest to szczególnie przydatne do wymiarowania skomplikowanych kształtów, 
o powtarzalnych zarysach. P

rzykłady analizy 2D i 3D powierzchni zmierzonej kształtografem TOPO 01K przedstawiono na 

rys. 6. 



 

wymiarowanie  odległości  punktów  z pomiaru  oraz  punktów  wyznaczanych  analitycznie,  np.  środków  okręgów,  punktów 
przecięcia prostych, punktów przecięcia okręgów, punkty przegięcia profilu i wiele innych, 



 

wyznaczanie  prostych i  okręgów  wg  różnych  algorytmów,  np.  prostych  równoległych,  prostopadłych,  stycznych,  okręgów 
średniokwadratowych, stycznych do  profilu, do dwóch prostych, wpisany itp., 



 

wyznaczanie kątów, w tym między bardzo krótkimi odcinkami zarysu, kąty do pionu i poziomu, 



 

wyznaczanie promieni i odchyłek od promienia z wycinka okręgu, 



 

obliczanie pól pod i nad profilem z wybranych odcinków, 



 

automatyczne wymiarowanie zarysów kształtu jednakowych elementów, 



 

e

ksport punktów zarysu kształtu - formaty txt,xls, 



 

dowolne redagowanie protokołów pomiarowych i wybór parametrów edycji okienek ekranów. 

 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

    

 
 
 

 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

 

 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

 

Rys. 6. Przykłady analizy 2D i 3D powierzchni zmierzonych kształtografem 

 

 
 

WYPOSAŻENIE DODATKOWE 
Oferowane dodatkowe wyposażenie systemu (rys. 7) 
ułatwia wykonywanie pomiarów i rozszerza podstawowe 
możliwości pomiarowe przyrządów: 



 

stolik ustawczy:  

przesuwy w osiach X i Y - 25 mm  
obrót 



 5



 w 

płaszczyźnie XY,  

poziomowanie w 

płaszczyznach XZ i YZ, 



 

imadło obrotowe na przegubie kulowym, 



 

stolik skaningowy z układem sterowania,   

standardowy zakres przesuwu w osi Y to 25 mm,  
opcjonalnie - do uzgodnienia. 

 
 
System  TOPO  01  jest  bardzo  nowoczesnym  narzędziem 

pomiarowym, 

umożliwiającym 

przeprowadzanie 

pomiarów 

stereometrycznych  powierzchni  i  wyposażonym  w wieloaspektowe 
oprogramowanie, które pozwala na pełną analizę topografii zmierzonej 
powierzchni. Wszystkie te czynniki powodują, że system TOPO 01 jest 
szczególnie  przydatny  do  przeprowadzania    zaawansowanych  badań 
naukowych. 

 
 
 

Rys. 7. Wyposażenie dodatkowe 

 

Jest  to  oryginalne  opracowanie  IZTW  i  nie  ma  krajowych  odpowiedników  takich  urządzeń.  Parametry  techniczne 

przyrządów i  zakresy analizy są porównywalne z poziomem nowoczesnych rozwiązań oferowanych przez renomowane firmy 
zagraniczne.  

System jest stale rozbudowywany, zarówno w zakresie wyposażenia w nowe elementy rozszerzające zakres możliwości 

pomiarowych  jak  też  w  zakresie  programu  analizy.  Oprogramowanie,  które  jest  własnym  opracowaniem  IZTW,  jest  stale 
weryfikowane  i 

rozbudowywane,  zgodnie  z  potrzebami  użytkowników.  Uwzględniane  są  również  nietypowe  potrzeby 

użytkowników, co nie jest możliwe w przypadku przyrządów z produkcji seryjnej firm zagranicznych.  

 
Szczegółowy  opis  przyrządów  oraz    zakres  możliwości  pomiarowych  i  programy  analizy  w  wersjach  profilometr  TOPO  01P 

i 

kształtograf TOPO 01K można znaleźć na stronie Instytutu 

http://www.ios.krakow.pl/metrol/topo01.php

.