10. chropowatość, odcinek elementarny, odcinek pomiarowy, długość średnia
Chropowatość powierzchni R  nieregularności, dla których odstęp nierówności jest od 5 do 150 razy
większy od ich głębokości. Uzależniona od procesu produkcyjnego (obróbka skrawaniem, obróbka
plastyczna). Może mieć charakter okresowy lub przypadkowy. Rozpatrywana na powierzchni profilu w
przedziałach umownie określanych przez odcinek elementarny.
Odcinek elementarny l  długość linii odniesienia przyjmowana do wyznaczenia nierówności
charakteryzujących chropowatość powierzchni.
Odcinek pomiarowy l  długość odcinka, na którym ocenia się wartości parametrów chropowatości. Może
zawierać jeden lub więcej odc. elementarnych.
Linia średnia profilu pierwotnego - linia wyznaczona przez dopasowanie nominalnego kształtu do profilu
pierwotnego metodą najmniejszych kwadratów
11. parametry chropowatości w 4 grupach (pionowa, pozioma., złożone i funkcje) bez
wzorów tylko nazwy i do której grupy
a). pionowe
Rp  wysokość najwyższego wzniesienia profilu - wysokość najwyższego wzniesienia profilu Zp
wewnÄ…trz odcinka elementarnego lr,
Rv  głębokość najniższego wgłębienia profilu  głębokość najniższego wgłębienia profilu Zv wewnątrz
odcinka elementarnego lr,
Rz  największa wysokość profilu  suma wysokości najwyższego wzniesienia profilu Zp i głębokości
najniższego wgłębienia profilu Zv wewnątrz odcinka elementarnego lr,
Rc  średnia wysokość elementów profilu  średnia wartość wysokości elementów profilu Zt wewnątrz
odcinka elementarnego Lr
Rt  całkowita wysokość profilu - suma wysokości najwyższego wzniesienia profilu Zp i głębokości
najgłębszego wgłębienia profilu Zv wewnątrz odcinka pomiarowego In.
Ra  średnia arytmetyczna rządnych profilu  średnia arytmetyczna bezwzględnych wartości rzędnych
Z(x) wewnÄ…trz odcinka elementarnego Ir
Rq  średnia kwadratowa rzędnych profilu  średnia kwadratowa wartości rzędnych
Z(x) wewnÄ…trz odcinka elementarnego.
Rsk  współczynnik asymetrii profilu - iloraz średniej wartości trzeciej potęgi rzędnych Z(x)
i trzeciej potęgi odpowiedniego parametru Rq wewnątrz odcinka elementarnego.
Rku  współczynnik spłaszczenia profilu  iloraz średniej wartości czwartej potęgi rzędnych Z(x)
i trzeciej potęgi odpowiedniego parametru Rq wewnątrz odcinka elementarnego
b). poziome
Rsm  średnia szerokość elementów profilu  wartość średnia szerokości elementów profilu Xs wewnątrz
odcinka elementarnego.
c). mieszane
Raq  średni kwadratowy wznios profilu  wartość średniej kwadratowej miejscowych wzniosów profilu
Ź
™Źż wewnÄ…trz odcinka elementarnego
12. maszyny współrzędnościowe: typy maszyn (wysięgnikowe,
kolumnowe,mostowe,& ..) rodzaje głowic (sztywne, przełączające, mierzące)
Istota współrzędnościowej techniki pomiarowej polega na tym, że informacja o postaci i wymiarach
poszczególnych elementów mierzonego przedmiotu odbierana jest jako zbiór współrzędnych
punktów, które, w pewnym przestrzennym układzie współrzędnych (kartezjańskim, walcowym lub
sferycznym), zajmuje środek kulistej końcówki trzpienia pomiarowego stykającego się
z powierzchniÄ… mierzonego przedmiotu (rys. 12. la).
Na podstawie uzyskanej informacji oprogramowanie maszyny pomiarowej wyznacza parametry
skojarzonych elementów geometrycznych, np. walca, płaszczyzny czy kuli (rys. 12,lb), a następnie,
opierając się na tak opracowanej informacji, wykonuje obliczenia umożliwiające stwierdzenie
zgodności wymiarów i odchyłek geometrycznych mierzonego przedmiotu z wymaganiami
konstrukcyjnymi zawartymi na rysunku (rys, 12. lc).
Rys. 12.1. Istota współrzędnościowej techniki pomiarowej; a) informacja pomiarowa ma postać współrzędnych środka
kulistej końcówki trzpienia pomiarowego, b) oprogramowanie wyznacza skojarzone elementy geometryczne, c) porównanie
z wymaganiami zawartymi na rysunku
Maszyny wspornikowe - cechują się małym zakresami pomiarowymi (do 500 mm). Kształt
i wymiary kolumny określają zakres pomiarowy, szczególnie w krótkiej osi, ponieważ wystająca część
przyrządu ze względu na wymaganą sztywność nie może być zbyt długa. W maszynach
wspornikowych z ruchomym stoÅ‚em (rys. 12.12a) stół pomiarowy wykonuje ruch w kierunku osi Ç
(najdłuższa oś), kolumna w kierunku osi yt , pinola wzdłuż osi z. Buduje się również maszyny
wspornikowe z nieruchomym stołem(12.12b).
a).
Rys. 12.12, Schematy kinematyczne maszyn wspornikowych a) z ruchomym stołem, b) z nieruchomym stołem
Maszyny wysięgnikowe - zapewniają łatwe dojście do mierzonego przedmiotu z 3 stron. Ponieważ
wysięgnik jest podparty tylko jednostronnie, to przy różnych położeniach, zarówno pionowych, jak
i poziomych wysięgnika, ze względu na różne obciążenia i sztywność, zmieniają się odkształcenia
układu. Jeżeli nie zastosuje się korekcji tych odkształceń w układzie pomiarowym, to niepewności
pomiaru mogą być znaczne. Maszyny tego typu mają na ogół małe zakresy pomiarowe (3OOV7OO
mm), a jeżeli są stosowane do mniej dokładnych pomiarów (np. części z blachy, odlewy lub elementy
spawane), to mają znaczne zakresy pomiarowe (nawet do 24 m). Wyróżnia się maszyny wysięgnikowe
z ruchomą kolumną (rys. 12.13a), z nieruchomym stołem (rys. 12.13b) oraz z ruchomym stołem (rys.
12.13c),
Rys. 12.13. Schematy kinematyczne maszyn wysięgnikowych, a) z ruchomą kolumną, b} z nieruchomym stołem,
c} z nieruchomym stołem i stołem obrotowym d) z ruchomym stołem
Maszyny portalowe - mają dobrą sztywność i w związku z tym mogą mieć znaczne zakresy
pomiarowe (400-^1200 mm), zachowując niską niepewność pomiaru. Wadą ich jest jedynie
ograniczony dostęp do przestrzeni roboczej, W tej grupie przyrządów spotyka się trzy odmiany:
z nieruchomym portalem (rys. 12.14a), z ruchomym portalem (rys. 12.14b) oraz z ruchomym portalem
w kształcie litery L (rys. 12.14c). Ogólnie, maszyny o budowie portalowej nadają się do pomiaru
wyrobów o bardzo zróżnicowanych kształtach i wymiarach.
Rys. 12.14. Schematy kinematyczne maszyn portalowych: a) z nieruchomym portalem, b) z ruchomym portalem,
c) z ruchomym portalem w kształcie litery L
Maszyny mostowe (rys. 12.15) - podobnie jak portalowe cechuje duża
sztywność i co za tym idzie wysoka dokładność, nawet przy znacznych
zakresach pomiarowych (1500+4000 mm, a nawet do 16 000 mm). W
związku z tym są one używane do pomiarów dużych przedmiotów w
budowie pojazdów, samolotów, statków i dużych maszyn. Wadą tych
maszyn jest ograniczony (przez słupy) dostęp do przestrzeni pomiarowej.
Rys. 12.15. Schemat kinematyczny maszyn mostowych
W maszynach kolumnowych elementy ruchome stanowią stół przemieszczający się w płaszczyz
nie
poziomej, w kierunkach Ç i y oraz pinola przesuwajÄ…ca siÄ™ w kierunku pionowym z (rys 12.16).
Niektóre rozwiązania maszyn kolumnowych mają wbudowany stół obrotowy umożliwiający pomiary
w układzie współrzędnych walcowych. Maszyny kolumnowe cechują się wysoką dokładnością
pomiaru oraz łatwością dostępu do przedmiotu mierzonego. Znajdują zastosowanie do pomiarów
sprawdzianów, korpusów precyzyjnych wyrobów, narzędzi skrawających, części hydrauliki
i pneumatyki przemysłowej, krzywek i kół zębatych.
Rys, 12.16. Schemat kinematyczny maszyny kolumnowej
GÅ‚owice pomiarowe
Głowice stykowe impulsowe  najbardziej rozpowszechnione. W chwili zetknięcia końcówki
trzpienia pomiarowego z mierzonym przedmiotem(a ściślej po nieznacznym wychyleniu trzpienia)
wygenerowany w głowicy impuls jest wykorzystywany do wydania polecenia odczytania aktualnych
współrzędnych z układów pomiarowych i zatrzymania ruchu maszyny. Pomiar odbywa się więc
w warunkach dynamicznych. Najprostsze rozwiązanie głowicy impulsowej to głowica ełektrostykowa
mechaniczna (rys. 12.17). Przy zetknięciu końcówki pomiarowej z
mierzonym przedmiotem, wskutek otwarcia jednego zestyków,
następuje przerwanie obwodu prądowego.
Rys. 12.17. GÅ‚owica impulsowa elektrostykowa mechaniczna:
a) schemat konstrukcyjny,
b) schemat układu elektrycznego, S1,S2, S3  styki
W elektronicznych głowicach impulsowych oprócz styków mechanicznych stosuje się sensory
piezoelektryczne. Impuls pomiarowy jest generowany przez sensory piezoelektryczne już przy
naciskach rzędu 0,01 N, co niemal całkowicie eliminuje błędy odkształceń sprężystych. Dodatkowy
sygnał generowany przez styki mechaniczne wykorzystuje się jedynie (w specjalnym układzie
logicznym) dla upewnienia się, że otrzymany impuls nie był przypadkowy (błędny). Niepewność
głowic impulsowych zawiera się w granicach 0,2-2 źm. W zależności od budowy czujnika styku,
głowice impulsowe umożliwiają doprowadzenie do styku końcówki pomiarowej z mierzonym
przedmiotem z pięciu (ąx, ąy, -z) lub sześciu (ąx, ąy, ąz) kierunków.
Głowice stykowe mierzące stosuje się w najdokładniejszych maszynach pomiarowych (Leitz, Mahr,
SIP, Zeiss). Zasadnicze elementy głowicy mierzącej stanowią indukcyjne przetworniki pomiarowe
mierzące przemieszczenia jejruchomych elementów (rys. 12.18).
Głowice mierzące umożliwiają, podobnie jak głowice impulsowe, pomiar dynamiczny. Sygnał do
odczytania współrzędnych z układów pomiarowych jest wysyłany po osiągnięciu odpowiedniego
przemieszczenia trzpienia z położenia początkowego. Współrzędne środka kulistej końcówki trzpienia
pomiarowego w chwili jej styku z mierzonym przedmiotem otrzymuje siÄ™ przez zsumowanie
współrzędnych odczytanych z układów pomiarowych maszyny z przemieszczeniami trzpienia
pomiarowego zmierzonymi przez głowicę pomiarową. Głowice mierzące umożliwiają również pomiar
w warunkach statycznych, tzn. po zatrzymaniu wszystkich ruchów maszyny. Możliwe jest tutaj 
podobnie jak w pomiarach dynamicznych  sumowanie wskazań układów pomiarowych maszyny i
głowicy. Najlepsze wyniki uzyskuje się jednak po doprowadzeniu do stanu, w którym przy styku
końcówki z przedmiotem przetworniki pomiarowe
głowicy znajdują się
w położeniu zerowym.
Rys. 12.18. Głowica mierząca  zasada działania: a) trzy
układy sprężyn płaskich oraz związane z
nimi przetworniki pomiarowe tworzą kartezjański układ
współrzędnych zgodny z układem
maszyny {Leitz, SIP, Zeiss), b) układ dz
wigniowy (nie
pokazany na rysunku) umożliwia przesuw
oraz wychylenia trzpienia pomiarowego mierzone przez trzy
przetworniki pomiarowe i przeliczane
na zmianę współrzędnych x, y, z (Mahr), c) trzy układy
sprężyn płaskich w postaci zwartej konstrukcji oraz trzy
układy pomiarowe CCD (Renishaw)
Głowice mierzące dają możliwość pomiaru powierzchni krzywoliniowych
przez tzw. skaning. Głowica pomiarowa mierząca, będąc cały czas w stanie aktywnym, przemieszcza
się wzdłuż mierzonego zarysu, by  bez przerywania tego ruchu  co jakiś czas przesłać informację
o położeniu końcówki trzpienia pomiarowego. Typowym zastosowaniem skaningu jest pomiar
powierzchni krzywoliniowych o złożonych kształtach. W miarę rozwoju konstrukcji głowic
mierzących, szczególnie
w rozumieniu szybkości i dokładności pomiaru, technikę skaningu stosuje się coraz częściej w
pomiarach typowych elementów geometrycznych, jak płaszczyzna czy okrąg.
Ciekawe rozwiązanie głowicy pomiarowej stanowi głowica o nazwie QMP(Quartz Micro Probe)
firmy Zeiss. Do rezonatora kwarcowego drgającego z częstotliwością 30 kHz przymocowany jest
trzpień pomiarowy wykonany z włókna szklanego o długości 10 mm i średnicy 0,07 mm i zakończony
kulistą końcówką pomiarową o średnicy 0,1 mm. Przy zetknięciu końcówki trzpienia z powierzchnią
przedmiotu następuje zaburzenie częstotliwości drgań stanowiące sygnał pomiarowy.
Najbardziej znanym rozwiązaniem głowicy bezstykowej jest głowica laserowa pracująca na zasadzie
triangulacyjnej. Głowice bezstykowe stosuje się głównie do pomiarów przedmiotów płaskich lub
odkształcalnych, ale również w pomiarach zarysów krzywoliniowych, zarówno w technice pomiarów
punktowych, jak i skaningu.
13. ogólna strategia pomiarów na maszynach współrzędnościowych
Strategia pomiaru w szerokim rozumieniu obejmuje:
 wybór maszyny pomiarowej.
 określenie ustawienia (ustalenia i zamocowania) przedmiotu do pomiaru,
 zaprojektowanie i zbudowanie uchwytu,
 określenie szczegółowej interpretacji wymagań dokładnościowych podanych na rysunku i podjęcie
decyzji o ewentualnym zastosowaniu pomiarów uproszczonych,
 wybór rodzajów skojarzonych elementów geometrycznych, kryteriów dopasowania i strategii
próbkowania
 wybór układu (układów) trzpieni pomiarowych,
 określenie szczegółowego przebiegu pomiaru,
 określenie sposobu opracowania wyników pomiaru,
 ocena niepewności pomiaru (dla ważniejszych charakterystyk).
Przy wyborze maszyny pomiarowej należy kierować się nie tylko zakresem pomiarowym i
dokładnością, ale również łatwością programowania pomiaru i czasem trwania pomiaru. Można
wskazać przykłady zadań pomiarowych, w których pomiar maszyną ręczną (np, ramieniem
pomiarowym) trwa znacznie krócej niż pomiar maszyną CNC.
Przedmiot powinien być tak ustalony i zamocowany, by był możliwy dostęp do wszystkich
wymaganych powierzchni, tzn. zarówno do baz pomiarowych, jak i elementów mierzonych. Przy
bardziej złożonych kształtach przedmiotów; taką możliwość daje zamocowanie przedmiotu w
uchwycie w znacznej odległości od stołu pomiarowego. Można w tym celu wykonywać specjalnej
oprzyrządowanie albo korzystać z zestawów do budowy uchwytów składanych. Zamocowanie
przedmiotu powinno być pewne, ale nie może powodować odkształceń. Nie dotyczy to części
niesztywnych (np. wykonanych z blachy lub tworzyw sztucznych) które często wymagają
usztywnienia w uchwycie o dokładnie wykonanych elementach bazowych.
Przy wyborze układu trzpieni pomiarowych trzeba mieć na uwadze, że stosowanie długich
trzpieni pomiarowych i ciężkich konfiguracji to zmniejszanie dokładności pomiaru, a ponadto
ograniczanie przestrzeni roboczej maszyny. Jeżeli do pomiaru jednego przedmiotu używa się więcej
niż jednego układu, konieczna będzie zamiana układu w czasie pomiaru. W przypadku maszyn CNC
możliwe jest zastosowanie magazynu i automatyczna zamiana układów w cyklu pomiarowym.
Odpowiedz
na pytanie o rodzaj skojarzonych elementów geometrycznych wymaga dobrego
rozumienia intencji konstruktora lub technologa. Dla przykładu, walcowy otwór można mierzyć jako
walec albo jako okrąg (względnie kilka okręgów). W przypadku pomiaru otworu jako walca uzyskuje
siÄ™ dobrÄ…
informację o kierunku jego osi i średnią wartość jego średnicy, natomiast tracona jest informacja
o charakterze odchyłek kształtu. Ta z kolei jest do uzyskania, jeżeli otwór zostanie zmierzony w kilku
przekrojach jako okręgi.
Wybór kryterium dopasowania wynika z roli danego elementu geometrycznego w zadaniu
pomiarowym. Na przykład dla płaszczyzny stanowiącej bazę prawidłowe będzie wyznaczenie
płaszczyzny przylegającej, zaś w celu wyznaczenia osi wałka lub otworu odpowiednie będą okręgi
średnie.
Strategia próbkowania obejmuje liczbę i rozmieszczenie punktów pomiarowych. Zwykle punkty
pomiarowe powinny być rozmieszczone równomiernie na mierzonym elemencie i ich liczba powinna
być wyraz
nie większa od teoretycznie minimalnej. Należy stosować nadmiar punktów pomiarowych
również wtedy, gdy odchyłka kształtu nie jest celem pomiaru; duża wartość odchyłki kształtu jest
wówczas sygnałem
o wystąpieniu błędu nadmiernego, Przy pomiarach odchyłek kształtu liczba punktów pomiarowych
powinna być znaczna, bowiem w przeciwnym razie wyznaczona wartość odchyłki kształtu jest
zaniżona.