Wydział Budowy Maszyn i Informatyki Data przeprowadzenia ćwiczenia 19 12 2014

Automatyka i Robotyka

Rok studiów 2 semestr 3

Grupa 1b , Piątek/tydz. Parzysty

Godz. Zajęć 13,15-14,45

Laboratorium Metrologii

Technicznej

Temat ćwiczenia

ANALOGOWA I CYFROWA TECHNIKA POMIAROWA, POMIARY CHROPOWATOŚCI POWIERZCHNI.

Wykonał: Robert Szczypka

1 cel ćwiczenia

Poznanie zasad określania chropowatości powierzchni, parametrów chropowatości oraz technik ich pomiaru.

2 wstęp teoretyczny

Chropowatość lub chropowatość powierzchni – cecha powierzchni ciała stałego, oznacza rozpoznawalne optyczne lub wyczuwalne mechanicznie nierówności powierzchni, niewynikające z jej kształtu, lecz przynajmniej o jeden rząd wielkości drobniejsze. Chropowatość w przeciwieństwie do innej podobnej cechy – falistości powierzchni jest pojęciem odnoszącym się do nierówności o relatywnie małych odległościach wierzchołków. Wielkość chropowatości powierzchni zależy od rodzaju materiału i przede wszystkim od rodzaju jego obróbki.

Odcinek elementarny jest to część linii odniesienia wybierana do określenia chropowatości. Znormalizowane długości odcinka elementarnego wynoszą: 0,08 ; 0,25 ; 0,8 ; 2,5 ; 8 i 25 mm. Długość odcinka elementarnego Lr dobiera się w zależności od wartości (przewidywalnej) parametrów chropowatości. Pomiar chropowatości powierzchni przeprowadza się na pięciu odcinkach elementarnych, a jako wynik przyjmuje się wartość średnią.

Odcinek pomiarowy ln jest to odcinek, na którym przeprowadza się pomiar; składa się on z pięciu odcinków elementarnych.

Odcinek odwzorowania lt – całkowita długość odcinka profilu , zmierzonego za pomocą przyrządu

Linia średnia profilu - jest to linia o kształcie profilu nominalnego, dzieląca profil zaobserwowany w ten sposób, że w granicach odcinka elementarnego suma kwadratów odległości punktów profilu zaobserwowanego od tej linii jest minimalna. Z warunku tego wynika, że linia średnia profilu jest odległa od linii odniesienia o wartość ‘a’ stanowiąca średnią arytmetyczną odległości punktów profilu od linii odniesienia.

Średnie arytmetyczne odchylenie profilu chropowatości R_a jest to średnia wartość odległości punktów profilu zaobserwowanego od linii średniej na długości odcinka elementarnego lr

Całkowita wysokość profilu Rt

Suma wysokości najwyższego wzniesienia profilu Zp i głębokości najniższego wgłębienia profilu Zv wewnątrz odcinak pomiarowego ln

Rt = Zp + |Zv| dla ln

Największa wysokość profilu Rz

Suma wysokości najwyższego wzniesienia profilu Zp i głębokości najniższego wgłębienia profilu Zv wewnątrz odcinak pomiarowego lr

Rz = Zp + |Zv| dla lr

Rq

średnia kwadratowa wartości rzędnych Z(x) wewnątrz odcinka elementarnego lr

Rq=$\sqrt{\frac{1}{\text{lr}}\int_{0}^{\text{lr}}{{|Z}^{2}\left( x \right)|dx}}$ $\approx \sqrt{\frac{1}{n}\ \sum_{i = 1}^{n}{(Zi)}^{2}}$

Rsk

Iloraz średniej wartości trzeciej potęgi rzędnych Z(x) i trzeciej potęgi odpowiedniego parametru Rq wewnątrz odcinak pomiarowego Lr

Rsk=$\frac{1}{\text{Rq}^{3}}\ \left\lbrack \frac{1}{\text{lr}}\int_{o}^{\text{lr}}{|Z^{3}\left( x \right)|} \right\rbrack$ ${\approx \frac{1}{\text{Rq}^{3}}\frac{1}{n}\sum_{i = 1}^{n}Z}_{i}^{3}$

Rku

Iloraz średniej wartości czwartej potęgi rzędnych Z(x) i trzeciej potęgi odpowiedniego parametru Rq wewnątrz odcinak elementarnego Lr

Rku=$\frac{1}{\text{Rq}^{4}}\ \left\lbrack \frac{1}{\text{lr}}\int_{o}^{\text{lr}}{|Z^{4}\left( x \right)|dx} \right\rbrack$ ${\approx \frac{1}{\text{Rq}^{4}}\frac{1}{n}\sum_{i = 1}^{n}Z}_{i}^{4}$

Współczynnik długości nośnej profilu chropowatości Rmr- jest to inaczej stosunek długości nośnej profilu MI(c)do długości odcinka elementarnego ln MI(c)

Rmr =$\frac{MI(c)}{\ln}$ * 100%

MI(c) suma długości odcinków przecięć profilu chropowatości linią równoległą do linii średniej na określonym poziomie.

3.przebieg ćwiczenia

Ćwiczenie było podzielone na dwie części.

W pierwszej części otrzymaliśmy próbki w celu określenia chropowatości w sposób wizualny i dotykowy a następnie te próbki były sprawdzone za pomocą programu komputerowego w celu sprawdzenia czy nasz odczyt był dokładny.

Moja grupa otrzymała próbkę o Ra = 0,4

Taką samą wartość odczytaliśmy z wzorca jak i za pomocą programu komputerowego.

W drugiej części ćwiczenia prowadzący podał na serie pomiarów chropowatość a my mieliśmy do tych wyników obliczyć następujące dane zawarte w tabeli nr 1

Tabela nr 1

	n	Ra µm	Rz µm	Rt µm	Rq µm	Rsk µm	Rku µm
lr1	77	1,54	14,04	-	2,04	1,79	3,81
lr2	77	1,60	10,07	-	2,08	1,75	3,66
ln	154	1,57	12,05	14,04	2,06	1,77	3,735

Wyniki dla ln jest to suma lr₁ i lr₂ i podzielone przez 2 wyjątkiem jest pomiar Rt

Obliczenia do tabeli nr 1

Średnie arytmetyczne odchylenie profilu chropowatości R_a

Dla lr₁

$Ra = \frac{1}{n}\sum_{i = 1}^{n}{\left| z \right| =}\frac{1}{77}$ * 119,1964493 = 1,54 µm

Dla lr₂

$Ra = \frac{1}{n}\sum_{i = 1}^{n}{\left| z \right| =}\frac{1}{77}$ * 123,0788582 =1,60 µm

Rt

Rt = 9,69 + |-4,35|= 14,04 µm

Rz

Dla lr₁

Rz = 9,69 + |-4,35|= 14,04 µm

Dla lr₂

Rz = 6,15 + |-3,92|= 10,07 µm

Rq (Średnia kwadratowa rzędnych profilu)

Dla lr₁

$Rq = \sqrt{\frac{1}{n}\sum_{i = 1}^{n}z^{2}}$ =$\sqrt{\frac{1}{77}\ 322,2168}$ = 2,04 µm

Dla lr₂

$Rq = \sqrt{\frac{1}{n}\sum_{i = 1}^{n}z^{2}} = \sqrt{\frac{1}{77}\ 334,3133}$ = 2,08 µm

Rsk (Współczynnik asymetrii profilu)

Dla lr₁

$Rsk = \frac{1}{\text{Rq}^{3}}\frac{1}{n}\sum_{i = 1}^{n}{{|z|}^{3} =}\frac{1}{8,49}*\frac{1}{77}$* 1169,631= 1,79 µm

Dla lr₂

$Rsk = \frac{1}{\text{Rq}^{3}}\frac{1}{n}\sum_{i = 1}^{n}{{|z|}^{3} =}\frac{1}{9}*\frac{1}{77}$* 1214,698 = 1,75 µm

Rku (Współczynnik spłaszczenia profilu)

Dla lr₁

$Rku = \frac{1}{\text{Rq}^{4}}\frac{1}{n}\sum_{i = 1}^{n}{z^{4} =}\frac{1}{17,31}*\frac{1}{77}$*5082,7332=3,81 µm

Dla lr₂

$Rku = \frac{1}{\text{Rq}^{4}}\frac{1}{n}\sum_{i = 1}^{n}{z^{4} =}\frac{1}{18,72}*\frac{1}{77}$* 5278,818 = 3,66 µm

4 wnioski

Pomiar chropowatości powierzchni wykonano za pomocą dwóch metod. Pierwsza metoda dotykowo-wzrokowa, polegała na określeniu parametru Ra bez pomocy jakichkolwiek przyrządów technicznych. Metoda ta jest wielce nieprecyzyjna, to też powinno się ją stosować w przypadku gdy błędne oszacowanie chropowatości materiału nie spowoduje większych konsekwencji lub też, jako pomiar wstępny przed określeniem chropowatości inną, dokładniejszą metodą.

Drugim sposobem pomiaru chropowatość pow. jest pomiar przy pomocy profilogrametru. Urządzenie to pozwala na bardzo dokładne odwzorowanie kształtu powierzchni. Wartości chropowatości uzyskane za pomocą tego urządzenia pokrywały się w określonych granicach z wynikami uzyskanymi w metodzie wzrokowo dotykowej.