— profil powierzchni — profii uzyskany przez przecięcie powierzchni przed

miotu określoną płaszczyzną.

— profil odwzorowany (ang. traced profile) — miejsce geometryczne punktów

środka wierzchołka ostrza odwzorowującego o idealnym kształcie geome

trycznym (stożkowym z wierzchołkiem kulistym) i wymiarach nomi

nalnych, przemieszczającego się po powierzchni w płaszczyźnie przekroju,

— profil odniesienia (ang. reference profile) — linia odwzorowująca prze

suwanie się czujnika wzdłuż płaszczyzny przekroju wzdłużnego pro

wadnicy,

-—- profil całkowity (ang. total profile) — cyfrowa postać profilu odwzorowanego

względem profilu odniesienia, z przyporządkowanymi wzajemnie

współrzędnymi pionowymi i poziomymi,

— filtr profilu (ang. profile filter) — filtr który wyodrębnia (oddziela)

składowe krótkofalowe lub długofalowe profilu powierzchni,

profil chropowatości (ang. roughness profile) — profil uzyskany z profilu

pierotnego przez oddzielenie składowych długofalowych profilu filtrem λα,

— profil falistości (ang, waviness profile) — profil uzyskany z profilu pierwot

nego przez kolejne zastosowanie filtrów profilu Λ/oddzielającego Długowa iowe składowe profilu (o długościach fal dłuższych niż falistość) i Ac

oddzielającego krótkofalowe składowe profilu (chropowatość),

Do definiowania tolerancji geometrycznych wykorzystuje się geometrycznie

idealne odpowiedniki powierzchni czy linii rzeczywistych. Takimi odpowiednikami

SĄ element przylegający, element minimalnej strefy (ang, minimum

zone) lub element średni (ang. least square). Przykładami elementów przylegających

są: prosta i płaszczyzna przylegająca, okrąg przylegający do wałka (ang.

minimum circumscribed circle), okrąg przylegający do otworu (ang. maximum

inscribed circle), walec przylegający do wałka (ang. minimum circumscribed

cylinder) i walec przylegający do otworu (ang. maximum inscribed cylinder).

Prosta (płaszczyzna) przylegająca to prosta (płaszczyzna) stykająca się

z zarysem rzeczywistym (powierzchnią rzeczywistą) na zewnątrz materiału

w ten sposób, ze odległość między nią a najbardziej oddalonym punktem zarysu

(powierzchni) ma wartość najmniejszą

Prosta przylegająca a) w przypadku zarysu

wklęsłego, b) w przypadku zarysu wypukłego;

/ — prosta przylegająca. 2 — zarys

rzeczywisty

Okrąg (walec) przylegający to okrąg (walec) o najmniejszej średnicy opisany

na zarysie rzeczywistym (powierzchni rzeczywistej) powierzchni obrotowej

zewnętrznej (rys. 13.2a) lub okrąg (walec) o największej średnicy wpisany w zarys

(powierzchnię) powierzchni obrotowej wewnętrznej

Okrąg przylegający, a) dla wałka,

b) dla otworu, / — okrąg

przyiegaiący, 2 — zarys

rzeczywisty

Element średni to powierzchnia (łub linia) o kształcie nominalnym, położona

względem powierzchni (linii) rzeczywistej w ten sposób, że suma

kwadratów odległości punktów powierzchni (linii) rzeczywistej od powierzchni

(linii) średniej jest najmniejsza (rys. 13,3).

zasada stykowa

Głowica pomiarowa przyrządu

przesuwa się wzdłuż kierunku mierzonego profilu (najczęściej wzdłuż linii

prostej) ze stałą prędkością. Ostrze odwzo-rowujące dzięki naciskowi

pomiarowemu styka się z powierzchnią mierzonego przedmiotu. Zmiany

wzajemnego położenia ostrza odwzorowującego względem pozostałych

elementów głowicy pomiarowej, wywołane chropowatością powierzchni,

falistością powierzchni, odchyłkami kształtu, a także brakiem równoległości

przedmiotu do kierunku przesuwu są zamieniane w przetworniku przyrządu na

sygnał elektryczny. Sygnał ten po wzmocnieniu może być poddany filtracji celem

usunięcia niepożądanych składowych. I tak, przy pomiarze chropowatości

powierzchni z sygnału odfiltrowuje się odchyłki kształtu i falistość, a przy

pomiarze falistości powierzchni — odchyłki kształtu i chropowatość-

Następnie sygnał może zostać zarejestrowany lub poddany opracowaniu celem

wyznaczenia wartości określonego parametru. Główne trudności są związane

z realizacją prostoliniowego prowadzenia głowicy pomiarowej (niezależna baza

pomiarowa) oraz — ze względu na równoczesny odbiór informacji o chropowatości

i falistości powierzchni — z uzyskaniem dużego zakresu pomiarowego

przy wymaganej wysokiej rozdzielczości

Szczególnego podejścia wymagają pomiary chropowatości na powierzchniach

krzywoliniowych. Bardzo charakterystycznym przypadkiem pomiaru na

powierzchni krzywoliniowej jest pomiar chropowatości wałka lub otworu

Głowice pomiarowe

Zasadniczymi elementami głowic pomiarowych są

— ostrze odwzorowujące,

— ślizgacz (w przypadku głowic łączonych wahliwie z mechanizmem po

suwu),

— przetwornik pomiarowy

Ostrze odwzorowujące jest wykonane z diamentu, ma najczęściej kształt

stożka o zaokrąglonym wierzchołku lub ostrosłupa czworokątnego ściętego

Filtry i zespoły opracowujące informację pomiarową

Ważnym elementem proftlometru są filtry, których zadaniem jest wydzielenie

chropowatości lub falistości powierzchni z sygnału pomiarowego W charakterystyce

filtra jest zawarta informacja o tym? jaka część (wyrażona w procentach)

amplitudy fali (sinusoidalnej) o danej długości jest przez filtr przenoszona

Ważnym parametrem filtra jest tzw. graniczna długość fali Ac. Jest to długość

fali, dla której 50% amplitudy jest jeszcze przenoszone w procesie filtracji.

Obecnie podstawowym filtrem jest

filtr Gaussa Filtr ten wyznacza linię średnią profilu jako średnią ważoną

z punktów profilu z odcinka o długości odcinka elementarnego.

Klasyfikacja profilometrów

Profilometry buduje się jako przyrządy laboratoryjne (stałe) (fot. 14.1) lub

warsztatowe (przenośne) (fot. 14.2). Przyrządy warsztatowe cechuje zwykle:

— niezależne źródło zasilania, stąd możliwość łatwego przenoszenia przy

rządu,

— małe gabaryty i masa przyrządu,

— prostota obsługi,

— możliwość pomiaru jedynie ograniczonej liczby ważniejszych parametrów,

— ograniczony zakres pomiarowy,

— mniejsza dokładność pomiaru.

Przyrządy laboratoryjne odznaczają się:

— uniwersalnością uzyskiwaną m.in. dzięki bogatszemu wyposażeniu dodat

kowemu, w szczególności w różne odmiany głowic pomiarowych.

— wysoką dokładnością.

— możliwością wyznaczenia znacznej liczby parametrów.

— możliwością różnorodnego opracowania i dokumentowania wyników

pomiarów.

Rejestratory

Rejestratory umożliwiają uzyskanie wykresu mierzonego profilu- przy czym są

stosowane różne powiększenia poziome i pionowe. Powiększenie poziome

wynika ze stosunku prędkości przesuwu wykresówki do prędkości przesuwu

głowicy pomiarowej i może być zmieniane w granicach od kilku do kilkuset.

Powiększenie pionowe wynika z ustawionego na przyrządzie wzmocnienia

sygnału pomiarowego i wynosi zwykle kilkaset do kilkudziesięciu tysięcy.

Źródła błędów w pomiarach stykowych

Ważniejszymi źródłami błędów w pomiarach stykowych są:

— różny od zera promień zaokrąglenia wierzchołka i kąt wierzchołka ostrza

odwzorowującego, uniemożliwiające dotarcie ostrza do wszystkich wgłębień

profilu (rys. 14.26),

—- nacisk pomiarowy wywierany przez ostrze odwzorowujące, powodujący

sprężyste i plastyczne odkształcenia mierzonego profilu,

— stosowanie w pomiarze zależnej bazy pomiarowej (ślizgacza); na rys. 14.27

pokazano trzy przypadki: wzmocnienie sygnału występujące w przypadku,

gdy odległość ostrza odwzorowującego od płozy ślizgacza jest równa połowie

długości fali nierówności (rys. 14.27a); osłabienie sygnału, gdy

odległość ostrza odwzorowującego od płozy jest równa długości fali nierówności

(rys. 14.27b); zniekształcenie związane z wystąpieniem pojedynczego

występu (rys. 14.27c).

Wzorcowanie profilometrów

Metoda interferencyjna

Wiązka światła ze zrodła I rozdziela się na płytce półprzepuszczalnej 2 Część

po przejściu przez obiektyw 5 odbija się od powierzchni przedmiotu 6 i wraca tą

samą drogą Druga część przechodzi przez płytkę wyrównującą długości dróg

optycznych 3 i po odbiciu od lustra 4 wraca tą samą drogą Po spotkaniu się obu

wiązek na płytce półprzepuszczalnej 2 następuje interferencja Prążki interferencyjne

są obserwowane przez okular przyrządu 7 Wysokość pojedynczej

nierówności oblicza się wg wzoru

gdzie λ — długość fali światła (dla światła białego λ « 0,6

μπι), AL — ugięcie prążka, L — odległość między prążkami

Wzorce prostoliniowości

Wzorcami prostoliniowości zaliczanymi niekiedy do pomocniczych narzędzi

pomiarowych są liniały krawędziowe: jednokrawędziowe i trójkrawędziowe

). Tolerancje prostoliniowości krawędzi pomiarowych liniałów

wg [PN-74/M-53180] w zależności od długości i klasy dokładności (0

lub 1) liniału wynoszą 0,5-^4 μηι, przy czym przez pojęcie krawędź pomiarowa

rozumie się każdą tworzącą wycinka walca zawartego w kącie dwuściennym

±15° względem płaszczyzny symetrii .

Wzorce płaskości

Najczęściej używanymi w pomiarach wzorcami płaskości są płyty pomiarowe,

liniały powierzchniowe i płytki interferencyjne. Oprócz płytek interferencyjnych płaskich produkuje się także płytki interferencyjne

płasko-równoległe^ stosowane do sprawdzania równoległości powierzchni

pomiarowych, np. w mikrometrach.

Do definiowania tolerancji geometrycznych wykorzystuje się geometrycznie

idealne odpowiedniki powierzchni czy linii rzeczywistych. Takimi odpowiednikami

SĄ element przylegający, element minimalnej strefy

lub element średni. Przykładami elementów przylegających

są: prosta i płaszczyzna przylegająca, okrąg przylegający do wałka

, okrąg przylegający do otworu

, walec przylegający do wałka

i walec przylegający do otworu

Prosta (płaszczyzna) przylegająca to prosta (płaszczyzna) stykająca się

z zarysem rzeczywistym (powierzchnią rzeczywistą) na zewnątrz materiału

w ten sposób, ze odległość między nią a najbardziej oddalonym punktem zarysu

(powierzchni) ma wartość najmniejszą

W większości przypadków odchyłkę płaskości określa się na podstawie pomiarów

wykonanych w pojedynczych punktach powierzchni (pomiary dyskretne).

Im więcej jest punktów pomiarowych, tym realizacja pomiaru jest bliższa

definicji odchyłki. W przypadku powierzchni prostokątnych punkty pomiarowe

rozmieszcza się na przekrojach wzdłużnych, poprzecznych i wzdłuż przekątnych.

Jeżeli pomiary wykonuje się względem powierzchni wzorcowej (wzorzec

płaskości), wystarczy mierzyć odchyłki w punktach siatki prostokątnej.

Odchyłka kształtu – największa odległość pomiędzy zarysem

rzeczywistym a zarysem średnim lub przylegającym

Zarys przylegający –

(płaszczyzna, linia, okrąg, itd.) element

geometryczny o odpowiednim kształcie

usytuowany w ten sposób względem zarysu

rzeczywistego, Ŝe odległość pomiędzy nim,

a najbardziej oddalonym punktem zarysu jest

najmniejsza

Zarys średni – element

geometryczny o

odpowiednim

kształcie ustawiony

względem zarysu

rzeczywistego w

ten sposób, Ŝe suma

kwadratów odległości

między nim, a

punktami zarysu

rzeczywistego jest

najmniejsza.

Odchyłkę okrągłości można definiować względem trzech rożnych elementów

odniesienia:

— względem pary okręgów współśrodkowych obejmujących zarys przedmiotu

(ang. MIC — minimum zone circles) jako najmniejsza różnica promieni

tych okręgów (definicja ścisła).

— okręgu przylegającego, czyli w przypadku wałków okręgu o najmniejszej

średnicy opisanego na zarysie przedmiotu (ang MCC — minimum circum

scribed circle)^ a w przypadku otworów okręgu o największej średnicy wpi

sanego w zarys (ang MIC — maximum inscribed circle),

— okręgu średniego (ang. LSQ— least squares circle). Przyrządy do pomiaru odchyłek okrągłości są ciągle drogie, a czas trwania

pomiaru dość długi. Dlatego w praktyce przemysłowej często stosuje się przybliżone

metody wyznaczania odchyłki okrągłości Są one oparte na założeniu, ze

znany jest charakter odchyłki okrągłości, tzn ze w mierzonym elemencie występuje

(a praktycznie dominuje) tylko jedna ze szczególnych odmian odchyłki:

owalność (dwułukowość), graniastość (trojgraniastość), czterołukowość czy

ogólnie «-łukowość Dzięki temu w pomiarach wykorzystuje się wzajemne

usytuowanie wybranych dwóch lub trzech punktów zarysu

Metody bezodniesieniowe

Typowym przedstawieniem wyników pomiaru odchyłki metodą bezodniesięniową

jest wykres odchyłki okrągłości w biegunowym układzie współrzędnych

Powstawanie wykresu odchyłki okrągłości;

/ —- powiększony zarys elementu,

2 — okrąg, w stosunku do którego określa się

odchyłki, 3 — okrąg, w stosunku do którego

wykreśla się wykres odchyłki,

4 — wykres odchyłki okrągłości

Wykres taki powstaje następująco.

Gdyby zmierzyć odległości punktów zarysu od osi elementu i powiększyć je, to

kształt otrzymanego wykresu byłby identyczny jak kształt zarysu elementu. Na

wykresie nanosi się jednak nie powiększone wartości promieni, lecz

powiększone zmiany promienia. Wartości tych różnic przedstawia się w

stosunku do pewnego okręgu (np. okręgu o średnicy 80 mm).

Należy zauważyć, że kształt wykresu zależy od zastosowanego powiększenia

(rys. 13,28) oraz — co jest istotniejsze — od położenia osi pomiarowej (rys.

13.29). W czasie pomiaru środek mierzonego przekroju powinien leżeć na osi

obrotu stołu (lub pinoli), W związku z tym, pomiar odchyłki okrągłości

rozpoczyna się od centrowania przedmiotu, czyli od doprowadzenia do tej

współśrodkowości. Podobnie w pomiarach odchyłki walcowości oś mierzonego

przedmiotu powinna pokrywać się z osią obrotu stołu (pinoli) i wobec tego

pomiar rozpoczyna się od doprowadzenia do tej współosiowości. Wynikiem pomiaru jest wykres odchyłki wykonany w układzie współrzędnych

biegunowych. Wyniki pomiaru opracowuje komputer. Typowa postać wyników

to wykres i wartość odchyłki określona względem okręgu minimalnej

strefy, przylegającego lub średniego. Przyrząd do pomiaru odchyłki okrągłości

umożliwia również wyznaczanie odchyłek bicia promieniowego, osiowego

i w wyznaczonym kierunku, odchyłki równoległości powierzchni czołowych

oraz odchyłki współśrodkowości

Metody odniesieniowe

Pomiar przy użyciu czujnika nadaje się do stosowania w przypadkach, gdy wiadomo,

ze odchyłka kształtu to rc-łukowość o parzystej liczbie łuków,

a szczególnie do pomiaru owalności. Możliwe są dwa warianty. Zamiast pomiaru ciągłego można wykonać pomiar kilku średnic (w przypadku

owalności najlepiej trzech lub czterech) w równomiernie rozłożonych na

obwodzie koła miejscach. Odchyłkę oblicza się według wzoru :

gdzie- AA jest największą różnicą otrzymanych wyników, a F dla pomiarów

owalności jest równe. F = 1,6 w przypadku trzech pomiarów, F = 1,7 w przypadku

czterech, F = 2 w przypadku sześciu lub więcej.

Pomiary z wykorzystaniem pryzmy można zastosować, jeżeli wiadomo, ze

odchyłka okrągłości to «-łukowość o nieparzystej i znanej liczbie łuków n. Możliwe

są dwa warianty pomiaru: symetryczne (rys 13 32a, c, c) i niesymetryczne

(rys 13.32b, d) ustawienie osi czujnika w stosunku do osi pryzmy Odchyłkę

okrągłości oblicza się według wzoru gdzie: AA — największa różnica wskazań czujnika, Fn — współczynnik zależny

od kąta pryzmy a (w wariancie niesymetrycznym również kąta β) i liczby

łuków n. Wartość współczynnika Fn dla najczęściej stosowanych kątów a ι β