Wydział Budowy Maszyn i Informatyki 19 12 2014

Kierunek: Automatyka i Robotyka

Rok akademicki: 2014/2015

Studia: stacjonarne

Semestr: 3

Grupa: 1b

LABORATORIUM

METROLOGII

ANALOGOWA I CYFROWA TECHNIKA POMIAROWA, POMIARY

CHROPOWATOŚCI POWIERZCHNI

Szymon Gajewski

1. Cel ćwiczenia

Celem ćwiczenia jest poznanie zasad działania przetwornika A/C na przykładzie przetworników stosowanych w przyrządach do pomiaru chropowatości powierzchni. Poznanie podstawowych parametrów chropowatości.

1. Wstęp teoretyczny

• Pomiary profilu

Pomiary profilu powierzchni wykonuje się względem profilu odniesienia

realizowanego przez prowadnice przyrządu. Po wypoziomowaniu profilu, tzn.

oddzieleniu z profilu odwzorowanego nachylenia wynikającego z braku równoległości

powierzchni przedmiotu do linii pomiaru oraz z odchyłek kształtu

otrzymuje się tzw. profil pierwotny. Profil ten zwykle rozdziela się na profile

falistości i chropowatości. Zarówno dla profilu pierwotnego, jak i dla profili chropowatości i falistości definiuje się charakteryzujące je parametry

Parametry pionowe

POMIAR Parametry pionowe to parametry definiowane w oparciu o wartości rzędnych,

nazywane są również amplitudowymi Definicje tych parametrów są następujące

—Pp, Rp, Wp — wysokość najwyższego wzniesienia profilu (ang. maximum

profile peak height) — wysokość najwyższego wzniesienia profilu Zp wew

nątrz odcinka elementarnego lr,

— Pv, Rv, Wv — głębokość najniższego wgłębienia profilu (ang. maximum

profile valley depth) — głębokość najniższego wgłębienia profilu Zv wew

nątrz odcinka elementarnego lr,

— Pz, Rz, Wz — największa wysokość profilu (ang maximum height oj

profile) — suma wysokości najwyższego wzniesienia profilu Zp i głębo

kości najniższego wgłębienia profilu Zv wewnątrz odcinka elementarnego lr,

— Pc, Rc, We — średnia wysokość elementów profilu (ang mean height of

profile elements) — średnia wartość wysokości elementów profilu Zt wewnątrz odcinka elementarnego lr

Pt, Rt, Wt — całkowita wysokość profilu (ang. total height of profile) —

suma wysokości najwyższego wzniesienia profilu Zp i głębokości najgłębszego

wgłębienia profilu Zv wewnątrz odcinka pomiarowego In, Pa Ra, Wa — średnia arytmetyczna rządnych profilu (ang arithmetical mean deviation of the assessed profile) — średnia arytmetyczna bezwzględnych wartości rzędnych Z(x) wewnątrz odcinka elementarnego Ir

Pqt Rq, Wq — średnia kwadratowa rzędnych profilu (ang. root mean square

deviation from the assessed profile) — średnia kwadratowa wartości rzędnych Z(x) wewnątrz odcinka elementarnego

— Psk, Rsk, Wsk — współczynnik asymetrii profilu (ang. skewness oj the

assessed profile) — iloraz średniej wartości trzeciej potęgi rzędnych Z(x)

i trzeciej potęgi odpowiedniego parametru Pqy Rq lub Wą wewnątrz odcinka elementarnego

— Pku, Rku, Wku —

współczynnik spłaszczenia profilu (ang kurtosis of the assessed profile) —iloraz średniej wartości

czwartej potęgi rzędnych Z(x) i trzeciej potęgi odpowiedniego parametru

Pq, Rq lub Wą wewnątrz odcinka elementarnego

CHROPOWATOŚCI POWIERZCHNI

• porównanie z wzorcami chropowatości

Metoda ta polega na porównaniu chropowatości powierzchni przedmiotów z chropowatością wzorców za pomocą komparatorów optycznych względnie pneumatycznych, lub bez użycia przyrządów pomocniczych. Bezpośrednią wzrokowo-dotykową ocenę przez porównanie z wzorcem można stosować dla powierzchni o wysokości nierówności Ra większej od około 0,2 μm. Przy niższej wartości parametru Ra konieczne staje się zastosowanie mikroskopu o rozdwojonej osi optycznej (komparatora optycznego).

Wzorce chropowatości są najbardziej znanym sposobem kontroli wymagań gładkościowych w odniesieniu do powierzchni metalowych. Aby jednak można było posługiwać się nimi muszą być spełnione następujące warunki: - wzorzec i porównywany z nim przedmiot powinny być wykonane z takiego samego lub podobnego materiału, - kształt obu porównywanych powierzchni powinien być zbliżony, - sposób obróbki obu porównywanych powierzchni powinien być taki sam, a wzajemne usytuowanie powierzchni wzorca i przedmiotu w trakcie ich porównywania takie, aby układ śladów obróbki na obu

powierzchniach był zgodny co do kierunku. Przed oceną należy starannie oczyścić zarówno powierzchnię wzorca, jak i powierzchnię z nim porównywaną. Porównanie bezpośrednie metodą wzrokowo dotykową należy przeprowadzać w stałych warunkach zewnętrznych takich samych dla obu powierzchni. Najpierw dokonuje się porównania wzrokowego obserwując jednocześnie obie powierzchnie, a następnie porównania dotykowego przez kilkakrotne przesuwanie paznokciem (lub miękkiej blaszki o stępionych krawędziach) na przemian po obu powierzchniach ze stałą prędkością rzędu 3 ÷ 5 cm/s. Należy przy tym pamiętać, że równoczesne posługiwanie się wzrokiem i dotykiem prowadzi do błędów w ocenie. Dokładniejsze wyniki uzyskuje się przy stosowaniu metody dotykowej, umożliwiającej teoretycznie wyczuwanie zmian w wysokości chropowatości badanych powierzchni rzędu 0.1 ÷ 0.2 μm.

Bibliografia:

W. Jakubiec, J. Malinowski – Metrologia wielkości geometrycznych, WNT, Warszawa 2004

wydanie 4 zmienione.

1. Przebieg ćwiczenia

W pierwszej części ćwiczenia otrzymaliśmy próbki do pomiaru chropowatości metodą bezpośrednią: wzrokowo-dotykową, następnie sprawdzaliśmy poprawność spostrzeżeń przy pomocy profilometru. W drugiej części ćwiczenia otrzymaliśmy dane chropowatości i musieliśmy dokonać następujących obliczeń:

Tabela nr.1

	n	Ra µm	Rz µm	Rt µm	Rq µm	Rsk µm	Rku µm
lr1	77	1,47	8,87	-	1,85	1,58	3,14
lr2	77	1,67	23,33	-	2,84	4,43	26,2
ln	154	1,57	16,1	24,5	2,345	3,005	14,67

Wyniki dla l_n jest to suma lr₁ i lr₂ i podzielone przez 2 wyjątkiem jest pomiar R_t

Seria numer 24
0,43
1,04
0,93
-0,38
-1,24
-1,34
-2,32
-2,81
-2,56
-3,46
-1,3
-0,18
-0,11
-0,78
-0,31
0,9
1,54
1,89
1,95
2,17
2,01
2,04
2,56
1,92
2,46
3,81
4,56
5,22
5,31
5,1
4,27
3,1
2,87
2,17
1,28
0,53
0,98
1,46
2,88
4,03
4,99
3,39
3,02
3,27
3,13
4
4,91
4,64
3,78
3,6
2,33

Obliczenia:

Średnie arytmetyczne odchylenie profilu chropowatości R_a

Dla l_r1

$Ra = \frac{1}{n}\sum_{i = 1}^{n}{\left| z \right| =}\frac{1}{77}$ * 113,141= 1,47 µm

Dla l_r2

$Ra = \frac{1}{n}\sum_{i = 1}^{n}{\left| z \right| =}\frac{1}{77}*$ 128,4312 = 1,67 µm

Całkowita wysokość profilu R_t

R_t = 18, 9033 + |−5,60448| = 24, 5

(dla ln)

Największa wysokość profilu R_z

Dla l_r1

R_z = 3,18 + |-5,6|= 8,78 µm

Dla l_r2

R_z = 18,9 + |-4,43|= 23,33 µm

Srednia kwadratowa rzędnych profilu R_q

Dla l_r1

$Rq = \sqrt{\frac{1}{n}\sum_{i = 1}^{n}z^{2}}$ =$\sqrt{\frac{1}{77}\ 263,8049}$ = 1,85 µm

Dla l_r2

$Rq = \sqrt{\frac{1}{n}\sum_{i = 1}^{n}z^{2}} = \sqrt{\frac{1}{77}\ 624,2214}$ = 2,84 µm

Współczynnik asymetrii profilu R_sk

Dla l_r1

$Rsk = \frac{1}{\text{Rq}^{3}}\frac{1}{n}\sum_{i = 1}^{n}{{|z|}^{3} =}\frac{1}{6,33}*\frac{1}{77}$* 769,8248= 1,58 µm

Dla l_r2

$Rsk = \frac{1}{\text{Rq}^{3}}\frac{1}{n}\sum_{i = 1}^{n}{{|z|}^{3} =}\frac{1}{22,9}*\frac{1}{77}$* 7820,725= 4,43µm

Współczynnik spłaszczenia profilu R_ku

Dla l_r1

$Rku = \frac{1}{\text{Rq}^{4}}\frac{1}{n}\sum_{i = 1}^{n}{z^{4} =}\frac{1}{11,71}*\frac{1}{77}$* 2829,816= 3,14 µm

Dla l_r2

$Rku = \frac{1}{\text{Rq}^{4}}\frac{1}{n}\sum_{i = 1}^{n}{z^{4} =}\frac{1}{65,05}*\frac{1}{77}$* 131289,3= 26,2µm

1. Wnioski

Podczas ćwiczenia dokonywaliśmy dwóch rodzajów pomiarów chropowatości: ocenę wizualna dokonaną przy pomocy zmysłu wzroku i dotyku, a także pomiary dokonane profilometrem. Różnica dokładności obu metod jest ogromna profilometr pozwala nam z dużą dokładnością odwzorować chropowatość powierzchni, gdzie pomiar „oko-ręka” jest metodą wyłącznie poglądową i można uznać ją za wstępny pomiar chropowatości i wystarczający tylko wtedy, gdy nie zachodzi potrzeba pomiaru chropowatości powierzchni z tak dużą dokładnością jaką posiada profilometr.