Приборы для измерения шероховатости. Профилометры, профилографы и их модификации
Параметры шероховатости поверхности - один из самых важных показателей качества продукции, работающей с большим износом. Шероховатость - это одна из самых важных эксплуатационных характеристик движущихся механизмов, изделий, двигателей внутреннего сгорания. Именно от шероховатости зависит коэффициент трения, коррозионная стойкость, износостойкость, и другие механические характеристики деталей.
Таким образом, на поверхностях рабочих деталей постоянно происходят процессы, которые могут оказывать на них негативное влияние. К таким процессам относят: появление трещин, механический износ, обуславливаемый трением, эрозия, коррозия металла, смятие, появление заусенцев. Такие дефекты могут оказывать даже большее негативное влияние на работу всего механизма, чем деформация тел, в результате перегрева или гидроудара. Кстати, перегрев может возникать и от усиленного трения, в том числе, вызванного повышенной шероховатостью.
Если придать поверхности некоторые микрогеометрические свойства, то можно повысить сопротивляемость детали различным внешним воздействиям, и тем самым, улучшить параметры прочности и надежности.
Значения параметров поверхности детали, которые смогли бы обеспечить хорошие эксплуатационные характеристики, можно повысить путём технологической обработки поверхности - т.е. шлифования. Измерить качество уже обработанной поверхности можно при помощи приборов, измеряющих шероховатость: профилометра и профилографа.
Отметим, что разница в техническом устройстве и принципе действия у данных приборов невелика. Отличаются они, по-сути, только способом предоставления результатов. Профилометр отображает значения измеряемого параметра шероховатости на специальном индикаторе (встроенном дисплее или шкале). Профилограф, в свою очередь, представляет результаты измерений в конце всей процедуры в виде графика - так называемой профилограммы, которая представляет собой кривую линию. Профилограмма, обычно, нуждается в анализе и расшифровке.
Но рассмотрим эти приборы более подробно:
1) Профилометр - прибор, который предназначается для измерения шероховатости контактным методом. Контактный метод означает, что по исследуемой поверхности перемещается специальная алмазная игла, колеблющаяся от неровностей поверхности. Такие колебания иглы передаются на датчик, где преобразуются в малые электрические токи, которые, в свою очередь, усиливаются гальванометром и регистрируются. Показания выводятся на дисплей прибора и дают представление о характере неровностей исследуемой поверхности - их высоте и глубине. Часто, для оценки шероховатости выбираются другие параметры - средневзвешенные, амплитудные, суммарные и деленые на длину поверхности.
Попробуем вкратце описать, как же работает профилометр, из чего состоит, на чем базируется принцип его действия.
Итак, как и в любом измерительном устройстве, у профилометра должен быть объект измерения, измерительный источник сигналов (генератор сигналов), блок обработки сигналов и блок вывода результатов измерений. Объектом, в данном случае, является поверхность, шероховатость которой необходимо измерить. В качестве генератора сигналов, используется тонко заточенная игла, чаще всего - алмазная, но встречаются профилометры с иглами из твердых сплавов. Игла перемещается вдоль поверхности, перпендикулярно её плоскости, при этом, на шероховатой поверхности, неизбежно, возникают колебания иглы. Такие механические колебания являются первичным сигналом, который при помощи преобразователя - индуктивного, ёмкостного или пьезоэлектрического - преобразуется в токовый. После этого, электрический сигнал поступает на электронный усилитель, после чего интегрируется и визуализируется. Таким образом, на дисплее можно увидеть уже усредненный параметр, характеризующий не только количественные, но и качественные показатели неровности и шероховатости поверхности.
Профилометры принято различать в зависимости от вида трассы интегрирования.
По этому признаку выделяют приборы:
- Профилометр с постоянной трассой интегрирования, трасса ощупывания в которых, равна, по длине, трассе интегрирования. Таким образом, результаты измерений можно увидеть только в конце, при завершении процедуры.
- Профилометр обладающий скользящей трассой интегрирования, в котором трасса ощупывания в несколько раз длиннее трассы интегрирования. Таким образом, отсчет показаний и результатов измерения производится одновременно с перемещением иглы по поверхности.
К тому же, существуют профилометры с механотронными преобразователями, которые измеряют параметры неровностей, указывая среднее арифметическое значение отклонения профиля - Ra.
Большинство приборов оснащены анализатором, который позволяет судить о неровностях поверхности по гармоническим колебаниям сигнала от иглы.
Погрешность профилометра обычно колеблется впределах от ±25%, до ±10%.
В качестве примера профилометра можно привести профилометр модели 130. Данный прибор внесен в Госреестр средств измерений. Работает путем подключения к компьютеру и настройкой специальной программой. Профилометр модели 130 является лабораторным стационарным прибором высокой точности.
Также стоит выделить профилометр «СЕЙТРОНИК-ПШ8-1» из линейки профилометров СЕЙТРОНИК. Эти приборы являются переносными, имеют подключение к компьютеру через порт RS232, и позволяют производить основные измерения параметров шероховатости с достаточной точностью.
2) Профилограф - это прибор, который, идентично профилометру, предназначается для контроля параметров шероховатости поверхности, однако, имеет от него отличия в плане вывода результатов измерений. В профилографе результаты измерений представляются в виде кривой - профилограммы, определяющей волнистость и шероховатость. Обработка результатов производится графоаналитическим методом.
Конструктивно, профилограф состоит из нескольких блоков, а именно: измерительного, преобразовательного и записывающего.
Первый блок - называется измерительным, поскольку именно в нем получается сигнал, который является основой всего измерения. На основании этого сигнала и строится, в последствии, кривая, характеризующая микронеровности. Данный блок состоит, как правило, из иглы, привода иглы и измерительного столика.
Второй блок - электронный преобразовательный, в котором сигнал из первого блока усиливается и преобразуется при помощи специальных электронных преобразователей.
Третий блок - записывающий, на который поступает обработанный сигнал со второго блока. Обработанный сигнал, при помощи записывающего устройства, аналогового или электронного, преобразуется в профилограмму в увеличенном масштабе. При этом, в качестве материала для вычерчивания профилограммы может выступать металлизированная бумага, светочувствительная бумага или специальная пленка.
Таким образом, принцип действия профилографа, мало чем отличается от принципа действия профилометра, единственным отличием, здесь, является отображение результатов не на экране в виде числовых значений, а графически.
Профилограмма записывается устройством в увеличенном масштабе, при этом, по горизонтали увеличение достигает 100 000 раз, а по вертикали от 400 до 200 000 раз. Благодаря увеличению, расшифровку делать становится гораздо удобнее.
Погрешность профилографа не выходит за рамки ±5-10 %.
Помимо перечисленных устройств: профилометров и профилографов, существуют комбинированные приборы, называемые профилографы-профилометры.
3) Профилограф-профилометр - приборы данного типа предназначаются для записи измеренных параметров микронеровностей поверхности на бумажный носитель (например, электротермическую бумагу), и одновременного наблюдения, в режиме реального времени, за результатами проводимых измерений при помощи показывающего устройства - цифрового или аналогового.
Самыми распространёнными профилографами-профилометрами являются приборы «Сейтроник-ПШ8» различных модификаций. Так, например, выпускаются модели СЕЙТРОНИК-ПШ8-4, СЕЙТРОНИК-ПШ8-3 и СЕЙТРОНИК-ПШ8-2 , которые отличаются шагом длины трассы ощупывания, наличием/отсутствием встроенного принтера, параметрами увеличения.
Принцип действия профилографа-профилометра идентичен принципам действия приборов, входящих в его название. Также, как и вышеописанные приборы, он работает путем ощупывания контролируемой поверхности заточенной иглой с малым радиусом закругления и преобразовании колебаний от иглы в электрический сигнал, а также последующего мониторинга и записи результатов.