KATEDRA TECHNIK WYTWARZANIA I AUTOMATYZACJI
KATEDRA TECHNIK WYTWARZANIA I AUTOMATYZACJI
Przedmiot:
Miernictwo i systemy pomiarowe
Miernictwo i systemy pomiarowe
Pomiar chropowatości i falistości Numer ćwiczenia:
Instrukcja do ćwiczenia:
7
powierzchni
1. Cel ćwiczenia
Poznanie podstawowych narzędzi pomiarowych oraz metod pomiaru parametrów struktury
narzę ch oraz metod pomiaru parametrów
geometrycznej powierzchni (SGP). Przeprowadzanie pomiarów chropowatości i falistości
(SGP) pomiarów chropowato
powierzchni oraz analiza wyników
wyników pomiarów.
2. Przebieg ćwiczenia
1. Przygotowanie powierzchni
powierzchni, wybór miejsca i kierunku pomiaru.
2. Wizualna ocena mierzonej powierzchni ze wzorcem chropowatości.
Wizualna ocena mierzonej powierzchni ze wzorcem chropowatości.
3. Dobór odcinka elementarnego i pomiarowego oraz liczby pomiarów.
Dobór odcinka elementarnego i pomiarowego oraz liczby pomiarów
Dobór odcinka elementarnego i pomiarowego oraz liczby pomiarów
4. Pomiar parametrów SGP
SGP przy użyciu profilometru MarSurf RD 18.
5. Pomiar topografii SGP przy użyciu profilometru 3D Talyscan 150.
6. Analiza otrzymanych wyników.
Analiza otrzymanych wyników.
3. Wytyczne do opracowania sprawozdania
Wytyczne do opracowania sprawozdania
Sprawozdanie powinno zawierać
Sprawozdanie powinno zawierać:
1. Ocenę chropowatości powierzchni poprzez porównanie ze wzorcami chropowatości.
powierzchni poprzez porównanie ze wzorcami chropowato
2. Wyznaczone parametry profilu chropowatości i falistości z pomiaru na profilometrze
z pomiaru na profilometrze
MarSurf RD 18.
3. Wyznaczone parametry chropowatości z pomiaru na profilometrze 3D Talyscan 150
3D Talyscan 150.
Uwagi:
Załącznikiem jest wzór sprawozdania
cznikiem jest wzór sprawozdania
Instrukcje zostały opracowane na podstawie prac przej ciowych i dyplomowych
Instrukcje zostały opracowane na podstawie prac przejściowych i dyplomowych
realizowanych w Katedrze Technik Wytwarzania i Automatyzacji.
realizowanych w Katedrze Technik Wytwarzania i Automatyzacji.
Laboratorium Metrologii Technicznej
1. Wprowadzenie
Powierzchnia rzeczywista jest granicą oddzielającą dany przedmiot od otoczenia (od innego
przedmiotu, substancji lub przestrzeni). Zbiór wszystkich nierówności powierzchni
nazywany jest strukturą geometryczną powierzchni (SGP). Strukturę geometryczną bada się
w przekrojach powierzchni płaszczyzną do niej prostopadłą (analiza dwuwymiarowa) lub
oceniając wybrany obszar powierzchni (analiza trójwymiarowa topografii powierzchni). Na
strukturę geometryczną zmierzonego profilu składają się błędy kształtu oraz profil
pierwotny, w którym można wyodrębnić falistość i chropowatość (rys.1.).
Rys.1. Podział profilu powierzchni
W celu wyodrębnienia poszczególnych składowych profilu w przyrządach do pomiaru
profilu chropowatości, falistości i profilu pierwotnego stosowane są trzy filtry o różnych
granicznych długościach fali (rys.2.):
- filtr profilu s: wyznacza przejście od chropowatości do składowych o jeszcze mniejszych
długościach fal występujących na powierzchni,
- filtr profilu c: wyznacza przejście od chropowatości do falistości,
- filtr profilu f: wyznacza przejście od falistości do składowych profilu o jeszcze większych
długościach fal.
Laboratorium Metrologii Technicznej
Rys.2. Charakterystyki przenoszenia profilu chropowatości i falistości
Profil falistości powstaje z profilu pierwotnego po oddzieleniu składowych długofalowych
za pomocą filtra oraz składowych krótkofalowych za pomocą filtra c. Umownie przyjęto,
że profil falistości tworzą te nieregularności, dla których stosunek odstępu nierówności S do
ich wysokości R zawiera się w przedziale od 50 do 1000.
Profil chropowatości uzyskuje się z profilu pierwotnego po oddzieleniu składowych
długofalowych profilu filtrem. Dla profilu chropowatości stosunek S do R przyjmuje się za
mniejszy niż 50. Na każdym profilu można wyznaczyć linię średnią, która ma kształt
profilu
nominalnego i dzieli profil w ten sposób, że w granicach odcinka elementarnego suma
kwadratów odległości punktów profilu zmierzonego od tej linii jest minimalna. W zależności
od analizowanego profilu wyróżnia się linię średnią profilu chropowatości, falistości i
profilu pierwotnego.
Odcinek elementarny lp, lr, lw jest to znormalizowana długość linii średniej stosowana do
identyfikacji nierówności charakteryzujących oceniany profil. Odcinek elementarny profilu
chropowatości lr jest liczbowo równy długości fali filtra c, odcinek elementarny falistości
lw jest liczbowo równy długości fali filtra f, natomiast odcinek elementarny profilu
pierwotnego lp jest równy odcinkowi pomiarowemu.
Odcinek pomiarowy ln może zawierać jeden lub kilka odcinków elementarnych. Wg
normy dla pomiarów stykowych odcinek pomiarowy składa się z pięciu odcinków
elementarnych, a wyznaczane na nim parametry są średnią arytmetyczną z wartości
parametrów wyznaczonych na poszczególnych odcinkach elementarnych. (rys.3.)
Rys.3. Odcinek zetknięcia końcówki pomiarowej z mierzoną powierzchnią
Laboratorium Metrologii Technicznej
Opisując profil stosuje się następujące terminy (rys.4.):
- wzniesienie profilu - część ocenianego profilu skierowana na zewnątrz (od materiału do
otaczającego ośrodka), łącząca dwa sąsiednie punkty na przecięciu profilu wzdłuż osi X (linii
średniej),
- wgłębienie profilu - część ocenianego profilu skierowana do wewnątrz,łącząca dwa
sąsiednie punkty na przecięciu profilu wzdłuż linii średniej,
- element profilu wzniesienie i sąsiadujące z nim wgłębienie profilu,
- wysokość wzniesienie profilu Zp - odległość od najwyższego punktu wzniesienia profilu
od linii średniej
- głębokość wgłębienia profilu Zv - odległość od najniższego punktu wgłębienia profilu od
linii średniej,
- różnica wysokości elementu profilu Zt  suma wysokości wzniesienia i głębokości
wgłębienia jednego profilu,
- szerokość elementu profilu Xs  odcinek na linii średniej ograniczony przez element
profilu.
Rys.4. Element profilu
1.1 Struktura stereometrii powierzchni
Podstawowa norma w tym obszarze jest norma PL-EN ISO 4287:1999. specyfikacje
geometrii wyrobów. struktura geometryczna powierzchni. metoda profilowa. terminy,
definicje i parametry struktury geometrycznej powierzchni (20,bedącą tłumaczeniem normy
EN ISO 4287:1998).
1.1.1 Terminy parametrów profilu nierówności
Zgodnie z przyjętym dokumentem normalizacyjnym przyjmuje się następujące oznaczenie
literowe stosowanych parametrów SGP :
- P odpowiada profilowi pierwotnemu,
- R dotyczy profilu chropowatości,
- W uwzględnia profil falistości
Laboratorium Metrologii Technicznej
- S parametry topografii powierzchni (parametry 3D).
1.1.2 Parametr profilu nierówności :
Dokument normalizacyjny ustala 4 grupy parametrów : pionowe dotyczą wysokości wniesień
i głębień profilu, amplitudowe (odnoszą się do wartości średnich rzędnych), poziome
określone wzdłuż linii średniej i mieszane.
Do pierwszej grupy zalicza sie następujące parametry :
- wysokość najwyższego wzniesienia profilu Pp, Rp, Wp, jako wysokość najwyższego
wzniesienia profilu Zp wewnątrz odcinka geometrycznego
- głębokość najniższego wgłębienia profilu Pv, Rv, Wv, jako głębokość najniższego
wgłębienia profilu Zv wewnątrz odcinka elementarnego
- najwyższa wysokość profilu Pz, Rz,Wz, jako sumę wysokości najwyższego wzniesienia
profilu Zv i głębokości najniższego wgłębienia profilu Zv wewnątrz odcinka elementarnego
- średnia wysokość elementów profilu Pc, Rc,Wc jako średnia wartość wysokości elementu
profilu Zt wewnątrz odcinka elementarnego określona zależnością :
1
Pc, Rc, Wc Zt
m
gdzie: Zt - różnica wysokośći elementu profilu
- całkowitą wysokością profilu Pt, Rt, Wt, jako sumę wysokości najwyższego wzniesienia
profilu Zp i największej głębokości wgłębienia profilu Zv wewnątrz odcinka pomiarowego,
do drugiej grupy są zaliczane tzw. parametru amplitudowe odnoszące się do wartości
średnich rzędnych. Do tej grupy zalicza się niżej wymienione i zdefiniowane parametry :
- średnia arytmetyczna rzędnych profilu Pa, Ra, Wa, definiowane jako średnia
arytmetyczna wartości rzędnych Z(x) wewnątrz odcinka elementarnego i określona
zależnością:
Laboratorium Metrologii Technicznej
 , , | |
gdzie: l - długość odcinka elementarnego
- średnia kwadratowa rzędnych profilu Pq, Rq, Wq, rozumianą jako średnia kwadratowa
wartości rzędnych wewnątrz odcinka elementarnego i wyznaczona za pomocą zależności :
- współczynnik asymetrii profilu Psk, Rsk, Wsk, zdefiniowane jako iloraz średniej wartości
potęgi rzędnych Z(x) i trzeciej potęgi odpowiedniego parametru Pq, Rq lub Wq wewnątrz
odcinka elementarnego, określona zależnością :
1 1
| |
gdzie: l - długość odcinka elementarnego, przy czym w zależności od potrzeb l = lp, lr lub lw
- współczynnik nachylenia profilu Pq, Rq, Wq, rozumiany jako iloraz średniej wartości
czwartej potęgi rzędnych Z(x) i czwartej potęgi odpowiedniego parametru Pq, Rq, Wq
wewnątrz odcinka elementarnego określony zależnością :
Do kolejnych grupy zalicza się parametry poziome ustalone w kierunku równoległych do
linii średniej. Do tej grupy zalicza się niżej przedstawiony parametr
Laboratorium Metrologii Technicznej
- średnia szerokość rowków elementu profilu PSm, RMs, WMs zdefiniowany jako wartość
średnia szerokości elementów i określona zależnością :
Do grupy parametrów mieszanych zalicza się również średnik kwadratowy wznios profilu P
q, R q, W" rozumiany jako wartość średniej kwadratowej miejscowych wartości profilu
wewnątrz odcinka elementarnego i określony zależnościa :
1
"
Według literatury stosuje się też inne parametry niezdefiniowane w normie EN-ISO
4287:1999, lecz stosowane w badaniach naukowych i zakładach produkcyjnych. Należą do
nich: Rtm, R3z, R3y, Rpm. Rvm, in..
1.1.3 Terminy parametrów stereometrii powierzchni.
Nie ma w tej chwili normy dotyczącej parametrów topografii powierzchni w ujęciu 3D.
Według projektu takiej normy SGP można scharakteryzować za pomocą zestawu 14
parametrów (tzw. 14 parametrów Birmingham).
Większość proponowanych parametrów jest rozwinięciem parametru profilu nierówności.
Do wyznaczania innych z nich należy się posłużyć powierzchniową funkcją auto korekcji lub
widmowej gęstości mocy oraz trójwymiarową krzywą udziału materiałowego według ww.
projektu można zatem przyjąć następujące oznaczenie literowe stosowanych parametrów - S
dotyczy stereometrii powierzchni.
1.1.4. Parametry stereometrii powierzchni.
Wszystkie parametry stereometrii powierzchni można ująć w 6 grupach mianowicie :
- parametry amplitudowe (St, Sz, Sq, Sa, Sp, Sv, Ssk, Sku)
- parametry przestrzenne (Sds, Sal, Str, Sde, Sfd)
- parametry powierzchniowe i objętościowe ( Stp, SHp, Smmt, Smvr)
- parametry hybrydowe (Sdg, Ssc, Sdr)
- parametry funkcjonalne (Sbi, Sci, Svi)
- parametry krzywej nośności (parametry pomocnicze według normy ISO 13565
Parametry amplitudowe:
- wysokość nierówności St w mikrometrach jest odległością między najwyższym i
najniższym punktem powierzchni resztkowej w obszarze próbkowania
Laboratorium Metrologii Technicznej
- dziesięcio punktowa wysokość nierówności powierzchni Sz w mikrometrach jest średnią
wartością bezwzględnych wysokości pięciu najwyższych wierzchołków oraz pięciu
najniższych wgłębień w obrębie obszaru próbkowania:
" " | |
5
gdzie: (i = 1, 2 ...5) oznacza odpowiednio pięć njwyższych wierzchołków oraz pięć najniższych wgłębień w
obszarze próbkowania,
- maksymalna wysokość wzniesienia powierzchni Sp w mikrometrach jest odległością
najwyższego punktu od płaszczyzny średniej w obszarze próbkowania
- maksymalna głębokość wgłębienia powierzchni Sv w mikrometrach określa odległość
najniższego punktu od płaszczyzny średniej w obszarze próbkowania
- średnie kwadratowe odchylenie chropowatości powierzchni Sq stanowi wartość średnią
kwadratową odchylenia chropowatości powierzchni w obrębie obszaru próbkowania :
1
,
- średnia arytmetyczna odchylenia chropowatości Sa jest wartością średnią arytmetyczną
odchylenia chropowatości powierzchni resztkowej w obrębie obszaru próbkowania
1
,
- współczynnik skośności Ssk jest miarą skośności, zwany także współczynnikiem
asymetrii. Jest on momentem trzeciego rzędu krzywej rozkładu rzędnych powierzchni
względem powierzchni odniesienia :
1
,
- współczynnik skupienia Sku jest miarą skupienia krzywej rozkładu rzędnych. Jest on
momentem czwartej potęgi rzędnych profilu, określony wzorem :
Laboratorium Metrologii Technicznej
2. Stanowiska pomiarowe
2.1. Urządzenie MarSurf GD 120.
Laboratorium Metrologii Technicznej
2.2. Stanowisko pomiarowe MarSurf RD 18.
Laboratorium Metrologii Technicznej
2.3. Stanowisko pomiarowe 3D Talyscan 150.
Laboratorium Metrologii Technicznej
3. Przebieg ćwiczenia
Metodyka przeprowadzania pomiarów :
- oczyszczenie powierzchni (ze smarów, ziaren ściernych, pyłów itp.),
- wybór miejsca oraz kierunku pomiaru: na podstawie kontroli wizualnej ustala się
miejsce tak, aby reprezentowało ono pełny zakres chropowatości, a pomiar był
miarodajny. Obszary o różnej strukturze chropowatości należy badać odrębnie,
zwłaszcza jeżeli mogą mieć one wpływ na maksymalne wartości wyznaczanych
parametrów. Kierunek pomiaru powinien być prostopadły do śladów obróbki lub
dominujących elementów SGP, tj. taki, w którym wartości wysokościowych
parametrów chropowatości (Ra, Rz) są największe. W miejscach pomiarów nie
powinny występować wady i uszkodzenia powierzchni, np. rysy,
- wykonanie replik (jeśli jest to konieczne): repliki są stosowane w przypadkach
pomiaru dużych i ciężkich części lub kiedy dostęp do badanej powierzchni jest
utrudniony,
- zamocowanie mierzonego przedmiotu, np. za pomocą plasteliny lub imadła,
- wyznaczenie długości odcinka elementarnego:
a) wyznaczenie długości odcinka elementarnego nieokresowych profilów
chropowatości:
" oszacowanie parametrów chropowatości Ra, Rz, Rz1max lub RSm metodą
wizualną- porównanie z wzorcami,
" dobranie odcinka elementarnego dla oszacowanego parametru (według tabeli),
" wykonanie pomiarów dla przyjętego odcinka elementarnego,
" sprawdzenie, czy zmierzone wartości parametrów mieszczą się w zakresie
zmienności. Jeżeli warunki dla wszystkich parametrów są spełnione dokonuje się
pomiarów dla najbliższego krótszego odcinka elementarnego. Jeżeli warunek nie
jest spełniony pomiary wykonuje się dla dłuższego lub krótszego odcinka
elementarnego, do momentu aż parametry będę się mieścić w przedziale
zmienności,
" ostateczny odcinek elementarny jest najmniejszym odcinkiem, dla którego
wyznaczone parametry mieszczą się w zakresie zmienności,
Laboratorium Metrologii Technicznej
b) wyznaczenie długości odcinka elementarnego okresowych profilów
chropowatości:
" oszacowanie parametrów chropowatości RSm metodą wizualną- porównanie z
wzorcami,
" przyjęcie odcinka elementarnego dla parametrów RSmna (według tabeli),
" wykonanie pomiarów dla przyjętego odcinka elementarnego,
" sprawdzenie, czy zmierzone wartości parametrów mieszczą się w zakresie
zmienności podanych w ww. normie. Jeżeli warunek nie jest spełniony pomiary
wykonuje się dla dłuższego lub krótszego odcinka elementarnego,
" jeśli parametry mierzone dla danego odcinka elementarnego mieszczą się w
przedziale zmienności jego długość przyjmuje się do dalszych badań.
- przeprowadzenie pomiarów,
- analiza wyników.
Przeprowadzenie ćwiczenia
1. Porównanie badanej powierzchni ze wzorcami chropowatości
2. Pomiar chropowatości powierzchni na profilometrze 2D
3. Pomiar topografii powierzchni na profilometrze 3D
4. Obliczenie parametru Ra dla profilu zamieszczonego na sprawozdaniu:
- ustalenie powiększenia w osi X (Vx) oraz Z (Vz) (wartości powiększeń podaje
prowadzący)
- zmierzenie linijką wartości rzędnych punktów maksymalnych 30 kolejnych
wzniesień i wgłębień profilu
Laboratorium Metrologii Technicznej
- obliczenie hi - wartości rzędnych w naturalnej skali,
- obliczenie am  położenia linii średniej na wykresie,
- wyrysowanie linii średniej na wykresie,
- obliczenie parametru m,
| |- odległości wgłębienia lub wzniesienia od linii średniej,
- obliczenie
- obliczenie parametru Ra.
Laboratorium Metrologii Technicznej
KATEDRA TECHNIK WYTWARZANIA I AUTOMATYZACJI
Przedmiot:
Miernictwo i systemy pomiarowe
Numer ćwiczenia:
Sprawozdanie:
Pomiar chropowatości i falistości powierzchni
7
grupa - & & & & & & & & .. rok akademicki
& & & & & & & & & & & & & & & ..
kierunek - & & & & & & & & & & & ..& & & ..
(imię i nazwisko)
Data odrobienia Data oddania Ocena Podpis
ćwiczenia sprawozdania
& & & & ..& & & . & & & & & & & & &
& & & & & & & . & & & & & & & &
Laboratorium Metrologii Technicznej
Laboratorium Metrologii Technicznej
Laboratorium Metrologii Technicznej
 3. Wnioski
........................................................................................................................................................................
........................................................................................................................................................................
........................................................................................................................................................................
........................................................................................................................................................................
........................................................................................................................................................................
........................................................................................................................................................................
........................................................................................................................................................................
........................................................................................................................................................................
........................................................................................................................................................................
........................................................................................................................................................................
........................................................................................................................................................................
........................................................................................................................................................................
........................................................................................................................................................................
Laboratorium Metrologii Technicznej