Zamiejscowy Wydział Mechaniczny
Politechniki Białostockiej
Instrukcja do zajęć laboratoryjnych z METROLOGII WARSZTATOWEJ
Ć
WICZENIE NR 12
Temat ćwiczenia:
Pomiary chropowatości powierzchni.
Suwałki 2005
KOD
2
12. Pomiary chropowatości powierzchni.
12.1 Wiadomości wstępne.
Zbiór wszystkich nierówności powierzchni nazywa się strukturą geometryczną
powierzchni. Strukturę geometryczną analizuje się najczęściej w przekrojach płaszczyzną
prostopadłą do powierzchni, zwanych profilami powierzchni. Pomiary profilu
powierzchni wykonuje się względem profilu odniesienia realizowanego przez prowadnicę
przyrządu. RozróŜnia się profil pierwotny(P), który rozdziela się na profil falistości(W) i
chropowatości(R). Do definicji parametrów profilu pierwotnego, chropowatości i
falistości powierzchni uŜywa się pojęć zebranych w normach PN-EN ISO 4287:,PN-ISO-
3247:1997. Dotyczą one struktury geometrycznej powierzchni określonej metodą
profilową, w której końcówka czujnika pomiarowego (ostrze odwzorowujące) przesuwa
się po mierzonej powierzchni. ZróŜnicowana wysokość profilu jest przekazywana do
przetwornika i przekształcana w zmiany sygnału elektrycznego. Długość przesuwu
czujnika pomiarowego l
t
(długość odwzorowania) zawiera: dobieg, odcinek pomiarowy i
wybieg. Do obliczania parametrów chropowatości wykorzystuje się odcinek pomiarowy
(l
n
), który składa się najczęściej z pięciu odcinków elementarnych (l
r
). KaŜdy odcinek
elementarny l
r
ma długość równą granicznej długości fali
λ
c (wartość cut-off). Odcinek l
r
dobiera się z tabel zawartych w normach w zaleŜności od chropowatości powierzchni tak,
aby na jego długości było co najmniej pięć wzniesień i wgłębień.
Wartości parametrów chropowatości są obliczane pojedynczo dla kaŜdego odcinka
elementarnego l
r
=
λ
c a następnie uśrednione dla całej długości pomiarowej (rys.12.1).
Rys. 12.1 Schemat pomiaru chropowatości z zaznaczeniem odcinków pomiarowych.
12.1.2. Parametry chropowatości.
Parametry chropowatości dzieli się na cztery grupy: pionowe (amplitudowe), poziome
(odległościowe), mieszane oraz parametry związane z krzywą udziału materiałowego.
Parametry amplitudowe opisują zmiany w wysokości profilu np. liczba wzniesień.
Parametry mieszane są połączeniem obu wcześniej wymienionych np. średnie nachylenie
profilu. Parametry związane z krzywą udziału materiałowego dotyczą udziału
materiałowego profilu w funkcji poziomu przekroju.
3
Parametry amplitudowe.
Wysokość najwyŜszego wzniesienia profilu chropowatości R
p
jest wysokością
najwyŜszego wzniesienia powyŜej linii średniej wewnątrz odcinka elementarnego.
Głębokość najniŜszego wgłębienia profilu chropowatości R
v
jest głębokością najniŜszego
wgłębienia poniŜej linii średniej wewnątrz odcinka elementarnego (rys. 12.2).
Rys. 2. Parametry R
p
i R
v
na długości odcinka pomiarowego.
Największa wysokość profilu chropowatości R
z
jest sumą R
p
i R
v
wewnątrz odcinka
elementarnego (rys.12.3).
Rys. 12.3. Parametr R
z
dla odcinków elementarnych wg ISO 4287:1998
Całkowita wysokość profilu chropowatości R
t
jest sumą wysokości najwyŜszego
wzniesienia profilu R
p
i największego wgłębienia profilu R
v
wewnątrz odcinka
pomiarowego (rys. 12.4).
Rys. 12.4. Parametr R
t
dla odcinka pomiarowego.
4
Ś
rednia arytmetyczna rzędnych profilu chropowatości R
a
jest średnią arytmetyczną
bezwzględnych wartości rzędnych wewnątrz odcinka elementarnego (rys. 12.5).
∫
=
lr
r
a
dx
x
z
l
R
0
)
(
1
(12.1)
Rys. 12.5. Parametr Ra dla odcinka elementarnego.
Jest to najczęściej stosowany parametr chropowatości, który nie daje jednak dokładnych
informacji o charakterze struktury geometrycznej powierzchni i o rozkładzie rzędnych
profilu. Na rys. 12.6 przedstawiono trzy profile o tej samej wartości R
a
, ale o róŜnym
rozkładzie rzędnych profilu.
Rys. 12.6 Profile o tej samej wartości Ra o róŜnym rozkładzie rzędnych profilu.
Parametry R
p
, R
v
, R
z
i R
a
przedstawiane jako wyniki pomiarów są wartościami średnimi z
wszystkich odcinków elementarnych l
r
stanowiących odcinek pomiarowy l
n
, gdzie l
n
=5l
r
.
Ś
rednia kwadratowa rzędnych profilu chropowatości R
q
jest zdefiniowana podobnie:
∫
=
lr
q
dx
x
z
lr
R
0
2
)
(
1
(12.2)
Parametry odległościowe
Liczba wzniesień jest liczbą wierzchołków na jednostkę długości profilu, a jej odwrotność
to średni odstęp miejscowych wzniesień profilu lub średnia szerokość rowków elementów
profilu chropowatości RSm, będącą średnią odległością między wierzchołkami (rys.12.7).
5
Rys. 12.7 Wzniesienia i odstępy między wierzchołkami, które przecinają linie c1, c2.
Parametry mieszane
Ś
redni arytmetyczny wznios profilu chropowatości R
∆
a
jest średnią wzniosu
pojedynczych stron profilu (rys. 12.8).
∑
=
∆
∆
=
∆
n
n
xi
i
a
z
z
n
R
1
1
(12.3)
Rys. 12.8 Definicja pojedynczych wzniosów profilu.
Parametry związane z krzywą udziału materiału profilu.
Krzywa udziału materiału profilu (krzywa Abotta Firestona) jest sposobem opisu
zróŜnicowania właściwości profilu, zmieniających się wraz z jego głębokością. Krzywa
przedstawia udział materiałowy profilu jako funkcję wysokości cięcia. Tworzy się ją
przez rysowanie prostej równoległej do linii średniej i sumowanie długości nośnych tak
otrzymanego przekroju. Udział materiałowy profilu R
mr
(c) jest określony na kaŜdym
poziomie przekroju poprzecznego (rys. 12.9).
%
100
)
...
(
ln
1
)
(
2
1
⋅
+
+
+
=
n
mr
l
l
l
c
R
(12.4)
6
Rys. 12.9. Obliczanie udziału materiałowego profilu R
mr
(c).
12.2. Metody sprawdzania i pomiaru chropowatości.
Metoda porównawcza.
Metoda porównawcza polega na porównaniu chropowatości przedmiotów z
chropowatością wzorca za pomocą:
•
mikroskopów
•
komparatorów optycznych
•
komparatorów pneumatycznych
•
bez uŜycia przyrządów pomocniczych
Rys. 12.10 Schemat komparatora optycznego: a) schemat układu optycznego, b) obraz
pola widzenia: 1-Ŝródło światła, 2-pryzmat półprzezroczysty, 3-powierzchnia wzorca, 4-
powierzchnia przedmiotu, 5-przysłona, 6-oświetlacz, 7-okular, 8-obiektyw.
Szerokie zastosowanie znalazł mikroskop o rozdwojonej osi optycznej (komparator
optyczny) umoŜliwiający jednoczesną obserwację i porównanie badanych powierzchni
wzorców chropowatości (rys. 12.10). Strumień świetlny wchodzący ze źródła światła 1
7
zostaje rozdzielony w pryzmacie 2. Część strumienia przechodzi przez przesłoną 5 i
oświetla powierzchnię wzorca 3, a druga część przechodzi przez przesłonę 5 i oświetla
badaną powierzchnię 4. W okularze 7 obserwuje się jednocześnie obraz powierzchni
wzorca przedmiotu. W metodzie porównawczej materiałów wzorców i charakter obróbki
powinien być taki sam jak sprawdzanego przedmiotu.
Metoda optyczna.
Metoda optyczna umoŜliwia pomiar parametru chropowatości Rz. W przyrządach
optycznych do pomiaru chropowatości wykorzystano następujące zasady:
-
zasada przekroju świetlnego, umoŜliwiająca pomiar R
z
w zakresie od 1 do 60
µ
m.
Do przyrządów działających na zasadzie przekroju świetlnego badanych powierzchni
naleŜą: podwójny mikroskop Linnika i podwójny mikroskop Schmaltza. W przyrządach
tych przekrój świetlny uzyskuje się przez skierowanie na mierzoną powierzchnię płaskiej
wiązki promieni świetlnych lub obrazu (cienia) kreski prostoliniowej, prostopadłej do
kierunku padania promieni, a równoległej do mierzonej powierzchni. Ślady przecięcia
powierzchni płaszczyzną świetlną lub cień kreski układa się na nierównościach
powierzchni i odwzorowuje je w sposób pokazany na rys. 12.11.
Rys. 12.11. Zasada pomiaru metodą przekroju wiązką świetlną: a) bieg promieni, b)
przekrój wiązki światła.
-
zasada interferencji światła umoŜliwiającego pomiar chropowatości R
z
w zakresie od
0,03 do 2
µ
m. Zjawisko interferencji powstaje przez nakładanie się na siebie dwóch
fal świetlnych pochodzących z jednego źródła o przesuniętych względem siebie
fazach.
8
`Zjawisko interferencji fal światła znajduje wytłumaczenie na rys. 12.12
Rys. 12.12. Schemat powstawania zjawiska interferencji światła. A) interferencja
wielopłytowa, b) interferencja z klinem powietrza.
Tabela 12.2. Zalecane długości odcinka elementarnego lr.
Wartość
parametru Rz
[µm]
400
200
200
100
100
50
50
25
25
12,5
12,5
6,30
6,30
3,20
3,20
1,60
1,60
0,80
0,80
0,40
0,40
0,20
0,20
0,10
0,10
,05
0,05
0,025
Wartość
parametru Ra
[µm]
-
-
-
10,0
5,0
5,0
2,5
2,5
1,25
1,25
0,63
0,63
0,32
0,32
0,16
0,16
0,08
0,08
0,04
0,04
0,02
0,02
0,01
PoniŜej
0,01
Sposób obróbki
Długość odcinka elementarnego lr [mm]
Struganie
25
8
8
2,5
2,5
0,8
0,8
Frezowanie
obwodowe
8
8
2,5
2,5
2,5
0,8
0,8
Frezowanie
czołowe
8
8
2,5
2,5
2,5
0,8
0,25
Toczenie i
wytaczanie
25
8
8
8
2,5
2,5
0,8
0,8
0,25
Rozwiercanie
2,5
0,8
0,8
0,8
0,8
0,25
Szlifowanie
2,5
2,5
0,8
0,8
0,8
0,8
0,25
Skrobanie
8
8
8
2,5
2,5
Toczenie i
wytaczanie
diamentem
0,25
0,25
0,08
Docieranie
luźnym
ziarnem ręcznie
0,8
0,8
0,8
0,25
0,25
0,08
0,08
Docieranie
luźnym
ziarnem
maszynowo
0,25
0,25
0,25
0,25
0,25
0,25
0,25
0,08
0,08
0,08
Dogładzanie
0,8
0,8
0,8
0,25
0,25
0,08
Dogładzanie
oscylacyjne
0,25
0,25
0,25
0,25
0,08
0,08
0,08
9
Promień świetlny AB po przejściu przez szklaną płytkę 1 tworzy szereg odbitych w
punktach C, E, F, H, .. promieni będących źródłem serii promieni R1, R2, R3, ... o
słabnącym natęŜeniu, które przechodzą przez płytkę 2. KaŜdy z promieni R1, R2, R3, ...
jest opóźniony względem poprzedniego o te samą róŜnicę
δ
dróg optycznych. RóŜnica
dróg optycznych jest największa dla kąta
∂
=0, czyli dla promieni biegnących równolegle
do osi AA układu optycznego. Dla innych promieni w miarę powiększania się kąta
α
róŜnica dróg
δ
stopniowo maleje. MoŜna znaleźć taki kąt, przy którym
δ
=
λ
/2 i wówczas
promienie padające pod takim kątem gaszą się wzajemnie, tworząc obraz ciemnego
prąŜka. Wartość
∂
2
kąta padania, dla którego
δ
2
=
λ
utworzy jasny prąŜek wywołany
wzmocnieniem się promieni. W pomiarach chropowatości promienie świetlne odbijają się
od poszczególnych nierówności powierzchni i spotykają się z promieniami odniesienia
dając na pochyłej równi optycznej zbiór prąŜków interferencyjnych.
Metoda stykowa.
Zasada stykowego pomiaru nierówności polega na odwzorowaniu profilu powierzchni
przez ostrze wzorujące 1 (rys. 12.13), który przesuwa się wzdłuŜ zadanego odcinka
pomiarowego.
Rys. 12.13. Zasada pomiaru profilometrem: 1 ostrze wzorujące, 2-Ślizgacz, 3-mechanizm
posuwu, 4-wzmacniacz, 5-urządzenie wskazujące, 6-rejestrator.
Ostrze prowadzone przez ślizgacz 2 i związane jest z przetwornikiem (mechanicznym,
pneumatycznym lub mechaniczno-elektrycznym), tworząc łącznie głowicę pomiarową.
Przetwornik kieruje nadane przez ostrze impulsy do wzmacniacza 4 i dalej do urządzenia
wskazującego 5 lub rejestratora 6. PrzełoŜenia pomiarowe dla ruchu pionowego ostrza
250-20 000 oraz 10-1 000 dla przemieszczeń poziomych. Przyrządy dające na wyjściu
trwały zapis (odwzorowanie) profilu powierzchni noszą nazwę profilografów, natomiast
przyrządy podające tylko wynik w postaci parametru chropowatości noszą nazwę
profilometrów.
Przyrządy
łączące
funkcje
obu
przyrządów
nazywa
się
profilografometrem.
12.3. Narzędzia pomiarowe.
-
wzorce chropowatości
-
podwójny mikroskop Schmaltza
-
podwójny zmodernizowany mikroskop Schmaltza
-
mikroskop interferencyjny firmy VEB C. Zeiss Jena
10
-
profilografometr SJ-301P
Wzorce chropowatości.
Wzorce przeznaczone do porównawczej oceny chropowatości nazywają się wzorcami
uŜytkowymi w odróŜnieniu od wzorców kontrolnych. Ocena chropowatości powierzchni
polega na porównaniu powierzchni sprawdzonej z wzorcami chropowatości.
Podwójny mikroskop Schmaltza i zmodernizowany mikroskop Schmaltza.
Obydwa przyrządy róŜnią się tylko szczegółami konstrukcyjnymi. Natomiast metoda
pomiaru jest wspólna, oparta na zasadzie przekroju świetlnego. Wiązka promieni(rys. 14)
oświetlona 1 jest kierowana na przesłoną 2 z prostoliniową szczeliną lub płytką z
równoległymi kreskami. Obraz szczeliny lub kresek poprzez pryzmat i zwierciadło 3 oraz
obiektyw skupiający zostaje skierowane pod kątem 45
°
na powierzchnię przedmiotu P.
Promienie, odpowiadające śladowi płaszczyzny świetlnej lub cieniowi kreski po przejściu
przez obiektyw 5 i odbiciu od zwierciadła 6 przechodzą do kostki dzielącej 7, gdzie
następuje rozdwojenie na dwie wiązki cząstkowe. Jedna, słabsza, przechodzi przez filtry
do okularu 8 słuŜącego do obserwacji przekroju świetlnego i pomiaru wysokości
nierówności. Druga, mocniejsza, wiązka cząstkowa po odbiciu od zwierciadła 9 trafia do
tubusu 10, przeznaczonego do fotografowania. W układzie tym następuje optyczne
podwyŜszenie obserwowanego profilu(R=R/sin 45
°
).
Przed pomiarem chropowatości naleŜy określić dla kaŜdej pary obiektywów wartości
działki elementarnej bębna odczytowego okularu mikrometrycznego. Powiększenie
okularu jest stałe i wynosi 15x, natomiast obiektywu 7x, 14x, 30x, 60x.
Rys. 12.14. Schemat optyczny podwójnego mikroskopu: 1-oświetlacz, 2-płytka z
kreskami lub przesłona ze szczeliną, 3-zwierciadło, 4-obiektyw skupiający, 5-obiektyw
obserwacyjny, 6-zwierciadło, 7-kostka dzieląca, 8-okular mikrometryczny, 9-zwierciadłlo,
10-tubus układu fotograficznego.
11
Promienie z lampy oświetlającej 1 rys. 12.15. poprzez układ soczewek 11, kostkę dzielącą
4, obiektyw 5 i półprzezroczystą płetkę 6, padają na powierzchnię 7, gdzie następuję
odbicie i wraz z promieniami odbitymi od półprzezroczystej płaszczyzny płytki,
kierowane są na kostkę dzielącą i pryzmat 8 do obiektywu 10.
Mikroskop interferencyjny firmy VEB C. Zeiss Jena.
Oparty jest na zasadzie interferencji wielopromieniowej, co zmniejsza szerokość prąŜków
i podwyŜsza wyrazistość obrazu interferencyjnego w porównaniu z innymi
gładkościomierzami. Warunkiem prawidłowego pomiaru jest uzyskanie rozszczepionych
promieni interferujących biegnących blisko siebie. PodwyŜszy warunek zapewni:
- minimalna odległość między zwierciadlaną płaszczyzną a badaną powierzchnią(rys.
12.16).
- odpowiednie nachylenie płaszczyzny „a” względem powierzchni „b”.
Rys. 12.15. Schemat optyczny mikroskopu interferencyjnego: 1-lampka oświetlająca, 2-
przesłona aperturowa, 3-przesłona, 4-kostka dzieląca, 5-obiektyw, 6-półprzezroczysta
płytka, 7-badana powierzchnia, 8-pryzmat, 9-płytka z krzyŜem, 10-okular, 11-układ
soczewek.
Promienie z lampy oświetlającej 1 (rys. 12.9) poprzez układ soczewek 11, kostkę dzielącą
4, obiektyw 5 i półprzezroczystą płytkę 6, padają na badaną powierzchnię 7, gdzie
następuje odbicie i wraz z promieniami odbitymi od półprzezroczystej płytki, kierowane
są na kostkę dzielącą i pryzmat 8 do obiektywu 10.
12
Rys. 12.16. Interferencja wielopromieniowa: R -padający promień, a-półprzezroczysta
płaszczyzna, b -badana powierzchnia
12.4. Przebieg pomiarów
Pomiary wykonać dla przedmiotu wskazanego przez prowadzącego ćwiczenia.
12.4.1. Ocena chropowatości za pomocą wzorców.
Wybrać z kompletu wzorcowego wzorce odpowiadające następującym warunkom:
-
powinny być wykonane z tego samego materiału co przedmiot sprawdzany,
-
powinny mieć kształt zbliŜony do powierzchni sprawdzanej,
-
rodzaj obróbki obu porównawczych powierzchni powinien być taki sam.
Ocena chropowatości powierzchni polega na wzrokowym porównaniu powierzchni
sprawdzanej badanego przedmiotu z wzorcami lub przeciągnięciu paznokciem
powierzchni badanej i wzorca w celu wyszukania niezauwaŜalnych róŜnic. Przesuwanie
paznokcia lub blaszki o zaokrąglonych brzegach powinno odbywać się w kierunku
prostopadłym do śladów obróbki. Ustalić klasę sprawdzanej powierzchni.
12.4.2. Pomiar chropowatości powierzchni za pomocą mikroskopu Schmaltza i
zmodernizowanego mikroskopu Schmaltza.
Dobrać odpowiednią parę obiektywów w zaleŜności od określonej klasy chropowatości w
punkcie 3.2., według tabeli 12.4. Przed dokonaniem pomiarów naleŜy określić wartość
działki elementarnej dla dobranej pary obiektywów. W zaleŜności od tego, którym
mikroskopem dokonuje się pomiarów kolejność czynności jest następująca.
Tabela 12.4.Dobór obiektywu w mikroskopie Schmaltza
Zakres pomiarowy
[µm]
Powiększenie
własne obiektywu
Powiększenie
całkowite (około)
Ś
rednica pola
widzenia [mm]
Błąd pomiaru
(około) [%]
0,5-1,5
60
520
0,3
7,7
1,5-5,0
30
260
0,6
4,5-8
5-15
14
120
1,3
5
15-50
7
60
2,5
4
Pomiar mikroskopem Schmaltza. Dobrane obiektywy 20, 21 wkręcić w mikroskop 1
projektujący płaską wiązkę światła oraz absorpcyjny mikroskop 2, obserwuje się i mierzy
13
profil powierzchni odwzorowany przez tę wiązkę (rys. 12.17) Umieścić wzorzec szklany
(rys. 12.13), którego działka elementarna wynosi 0,01 mm na stoliku 16, tak aby jego
podziałka kreskowa była równoległa do kierunku obserwowanej smugi świetlnej, którą
rzutuje mikroskop projektujący. Zwolnić zacisk 8; ustalić na odpowiednia wysokość
zespół mikroskopów wraz z ramieniem 4; obsadą 3 przez pokręceniem pierścieniem 7
zakleszczyć zacisk 8. Następnie śrubą 5 ustawić zespół mikroskopów tak aby obraz smugi
ś
wietlnej – zazwyczaj rozmazany – ukazał się w okularze 11. smugę świetlną wprowadzić
w środkowe połoŜenie pola widzenia śrubą regulacyjną 15, następnie pierścieniem 14
nastawić ostrość obrazu smugi, wewnątrz której leŜy podziałka wzorca kreskowego. Do
wprowadzenia podziałki wzorca w smugę świetlną wykorzystać przesuw stolika za
pomocą śrub mikrometrycznych 17; 18. Po zwolnieniu śruby zaciskowej 13 obrócić
okular dookoła osi, aby podziałka okularu ustawiła się równolegle do podziałki wzorca.
Bębnem 12 ustawić środek krzyŜa kreskowego na jedną z kres wzorca i odczytać
odpowiadające temu ustawieniu wskazanie W
0
w działkach elementarnych na bębnie.
Bęben ma sto działek elementarnych. Pełne obroty bębna wskazuje ruchomy
przeciwwskaźnik na ruchomej podziałce w okularze 11’ (rys.12.19.a)
Rys. 12.17. Mikroskop Schmaltza.
Rys. 12.18. Wzorzec szklany
14
Rys. 12.19. Pole widzenia
Przesunąć krzyŜ bębnem o n działek elementarnych wzorca kreskowego i ustawić kresę
tego wzorca (rys. 12.17b); następnie odczytać wskazanie W
n
.
Wartość działki elementarnej określić ze wzoru:
]
[
01
,
0
0
mm
W
W
n
W
n
r
−
=
(12.5 )
PoniewaŜ w czasie pomiaru parametru R
z
podziałka okularu mikrometrycznego jest
ustawiona pod kątem 45
°
do kierunku pomiaru, wartość działki elementarnej będzie
wynosić:
]
[
5
]
[
)
(
2
01
,
0
0
0
m
W
W
n
mm
W
W
n
W
n
n
r
µ
−
=
−
=
(12.6 )
Rys. 12.20. Pole widzenia w okularze mikroskopu Linnika
Zdjąć wzorzec kreskowy i ustawić badaną próbkę (przedmiot), czynność powtórzyć w
celu otrzymania obrazu w okularze 11 badanej powierzchni. Linię poziomą krzyŜa
widocznego w okularze ustawić stycznie do wierzchołków profilu górnego lub dolnego i
dokonać odczytu na podziałce widocznej w okularze bębna mikrometrycznego 12 (rys.
12.20). Następnie przez pokręcanie bębnem 12 przesunąć linię poziomu krzyŜa stycznie
do wgłębień profilu tego samego z rysu (linia przerywana), dokonać odczytu II. RóŜnica
odczytu (II-I) wyraŜa wielkość S. Wartość chropowatości powierzchni moŜna obliczyć ze
wzoru:
R
z
=SW
r
(12.7 )
15
Pomiar wykonać w trzech miejscach badanej powierzchni. Wyniki zapisać w tabeli
pomiarowej.
Pomiar zmodernizowanym mikroskopem Schmaltza. Po dobraniu bloku obiektywów
dźwignię 2 obrócić ku górze, następnie wsunąć blok obiektywów 1 w korpus 3 i opuścić
dźwignię 2. Napis charakteryzujący powiększenie obiektywu powinien być zwrócony w
kierunku patrzącego.
Na stoliku 5 umieścić wzorzec kreskowy szklany. Opuścić korpus pokręcając pokrętłem
6, tak aby pole widzenia w okularze 4 było całe oświetlone. NaleŜy dźwignię 8 ustawić w
połoŜenie skrajne. Ustawić lustro 9, aby zapewniało najkorzystniejsze oświetlenie
podziałki (rys. 12.22). Pierścieniem 7 opuścić lub podnieść korpus 3 aŜ w polu widzenia
pojawi się wyraŜana podziałka wzorca (rys. 12.22). Dźwignię 8 ustawić w połoŜenie
ś
rodkowe.
Rys.12.21. Zmodernizowany mikroskop Schmaltza
Rys. 12.22. Pole widzenia
16
Wtedy smuga świetlna widoczna będzie w postaci wąskiego pasma świetlnego (rys.
12.18). Do prowadzenia smugi świetlnej w środek pola widzenia słuŜy gałka 10.
Mikroskop pomiarowy 11 ustawić tak, aby linia przerywana była równoległa do kres
podziałki wzorca (rys. 12.20). Pierścieniem nastawczym 12 naprowadzić przerywaną linię
na jedną z kres wzorca (rys. 12.20a) i odczytać odpowiadające temu ustawieniu wskazanie
W
0.
Wartość wskazania odczytać w okularze 14. Następnie pierścieniem 12 przesunąć
przerywaną linię o n działek elementarnych wzorca i dokonać odczytu W
n
(rys. 12 ).
Wartość działki elementarnej mikroskopu określić ze wzoru:
]
[
(
2
10
]
[
(
2
01
,
0
)
0
)
0
m
W
W
n
mm
W
W
n
W
n
n
n
µ
−
=
−
=
(12.8)
W miejsce wzorca szklanego ułoŜyć badany przedmiot tak, aby ślady obróbki na
sprawdzonej powierzchni były równoległe do płaszczyzny przechodzącej przez osie obu
obiektywów, uzyskuje się przez obrót stolika 5 po zluzowaniu śruby 13. Ustalić ostrość
profilu chropowatości pokrętłem 6 i pierścieniem 7. Gałką 10 przesunąć smugę świetlną
na najostrzejszą część widocznego pasma powierzchni, zluzować zacisk i obrócić
mikroskop pomiarowy 11 tak, aby przerywana linia była równoległa do rzutowanej
szczeliny świetlnej, następnie śrubę dociskową dokręcić. Pierścieniem 12 linię
przerywaną widoczną w okularze 4 ustawić stycznie do wierzchołków profilu górnego i
dokonać odczytu na podziałce widocznej w okularze (rys. 12.23a). Analogicznie
powtórzyć czynności ustawiając przerywaną linię stycznie do wierzchołków profilu
dolnego (rys. 12.21b) dokonać odczytu.
Rys. 12.23a,b Pole widzenia w mikroskopie Schmaltza przy ustaleniu działki
elementarnej.
Rys. 12.24a,b Pole widzenia przy pomiarze chropowatości w mikroskopie Schmaltza.
17
RóŜnica odczytów „R” pomnoŜona przez wartość działki elementarnej W
r
określa
wysokość chropowatości powierzchni.
R
z
=RW
r
(12.9)
12.4.3. Pomiar chropowatości powierzchni za pomocą mikroiterferometru firmy
VEB c. Zeiss Jena
Badany przedmiot połoŜyć na stoliku pomiarowym (rys12.21), następnie zwolnić zacisk 4
i podnieść na odpowiednią wysokość, śrubą 5, zespół optyczny 3 po prowadnicy 2,
dokręcić zacisk 4. W głowicy 19 wkręcić dobraną półprzezroczystą płytkę umocowaną w
oprawie, na której jest napisana średnica płytki. WaŜne jest dobranie płytki o
odpowiedniej średnicy i tak:
- przy uŜyciu achromatu 10/0,30 średnica płytki winna wynosić
φ
=2,2
- przy uŜyciu achromatu 20/0,40 średnica płytki winna wynosić
φ
=1,2
Pokrętłem 6 ustawić symetrycznie podwójny wskaźnik 20 względem wskaźnika 21.
Sprawdzić czy okienko lampy 11 znajduje się w osi mikroskopu. JeŜeli nie, to naleŜy
wyregulować śrubami 12, 13. Odtworzyć przysłony pierścieniami 14, 15. ObniŜyć zespół
optyczny 3, śrubą 5 do uzyskania obrazu w okularze 10. Po uzyskaniu obrazu dokładnie
ustalić wysokość względem powierzchni badanej pokrętłem 6 i w tym momencie powinny
pokazać się prąŜki interferencyjne w okularze. Do osiągnięcia interferencji niezbędny jest
klin powietrza, który uzyskuje się poprzez nachylenie powierzchni półprzezroczystej
płytki w głowicy 19. zmianę połoŜenia półprzezroczystej płytki w kierunku pionowym
zrealizować naleŜy śrubami 22, co obrazuje się w rozszerzaniu i obrocie prąŜków
interferencyjnych względem krzyŜa w okularze. Czynność tę wykonuje się w celu
prawidłowego ustawienia prostopadłych prąŜków względem nierówności i rys, co ma
istotny wpływ na jakość pomiaru. Do pomiaru wybrać miejsce o największej nierówności
(rys 12.22), w tym celu śrubą23 naleŜy uprzednio podnieść płytkę, aby nie uszkodzić.
Następnie pokręcając śrubami mikrometrycznymi 17, 18 zmienić połoŜenie stolika.
Wysokość nierówności obliczyć ze wzoru:
]
[
2
m
m
R
z
µ
λ
=
(12.10)
Gdzie:
m-
ugięcie prąŜków
λ
-
długość fali światła uŜytego do obserwacji wynosi 0,54µm.
18
Rys 12.25. Zasada pomiaru mikroskopem interferencyjnym: a) rys na powierzchni oraz
obraz pola widzenia w okularze, b) ocena wysokości nierówności
12.5. Tabele pomiarowe.
Tabela 12.5.1.
Ocena chropowatości przez porównanie z wzorcami
Badany przedmiot:
Materiał
Sposób obróbki
Kształt przedmiotu
Wzorce chropowatości
uŜyte do sprawdzania
(parametry)
Tabela 12.5.2.
Pomiar chropowatości profilografometrem SJ-301P
Parametry
Mierzony przedmiot
R
a
, R
q
R
z
, R
t
R
sm
, R
mr
Pytania kontrolne:
1. Rodzaje parametrów chropowatości.
2. Wymienić i scharakteryzować parametry amplitudowe.
3. Wymienić i scharakteryzować parametry odległościowe.
4. Metody sprawdzania i pomiaru chropowatości.
5. Narzędzia pomiarowe i sposób pomiaru.
LITERATURA:
1. z. Humienny: Specyfikacje geometrii wyrobów (GPS), WNT W-wa 2004;
2. W. Jakubiec, J. Malinowski: Metrologia wielkości geometrycznych, WNT W-wa 2004;
3. PN-EN ISO 4287:1999r.