Prostorové měření a hodnocení textury povrchu

PROSTOROVÉ MĚŘENÍ A HODNOCENÍ TEXTURY
POVRCHU PŘÍSTROJI TAYLOR HOBSON Ltd.
Ing. Zdeněk Novák
IMECO TH, Brno
Prostorové měření a hodnocení profilu povrchu přináší velmi cenné a prakticky využitelné
informace o vztazích mezi geometrickou charakteristikou povrchu a jeho funkčními
vlastnostmi. 3D charakteristika povrchu otevírá nové možnosti pro komplexní hodnocení
textury povrchu.
K rozšiřování prostorového hodnocení textury povrchu přispívá především rozvoj měřící
techniky a programového zabezpečení celého procesu. Progresivní měřící přístroje uplatňují
ve větší míře bezdotykové způsoby snímání povrchu, především optické, využívají přesnější a
výkonnější pohybové i náhonové uzly. Výsledkem je, že profil povrchu je snímán výrazně
rychleji v porovnání s klasickými metodami a především je získán popis textury podstatně
větším počtem datových údajů. Programové zabezpečení se soustřeďuje nejen na přípravu a
provedení vlastního měření, ale především na zpracování a vyhodnocení naměřených hodnot.
Měření a zpracování podstatně většího počtu dat, která popisují prostorový profil povrchu,
přináší velké množství informací pro skutečně reálnou prezentaci kontrolovaného povrchu.
Prostorové analýzy textury povrchu vesměs mimo početního hodnocení nabízí i grafické
zobrazení profilu formou axonometrického pohledu, topografické mapy nebo záznamu
rozdělení souřadnic. Charakteristiky povrchu plochy, např. počet, velikost, tvar a rozložení
výstupků a prohlubní profilu, nejen zvyšují objektivitu hodnocení povrchu, ale lze je využít i
pro predikci vlastností funkčně zatíženého povrchu a jejich změn v průběhu provozu. Právě
rozšíření možností kvantitativního posuzování funkčních vlastností povrchu, např. průběhu
opotřebení, tření, podmínek mazání, únavových vlastností, těsnění stykových ploch,
připravenosti povrchu pro nanášení povlaků a nátěrů, odrazových vlastností, procesu stárnutí,
koroze, apod., patří k hlavním přednostem prostorového hodnocení struktury povrchu.
Hodnocení struktury povrchu plochy může přispět k vysvětlení a řešení řady problémů v
tribologii a výrobní technologii. Umožní kvantitavní studium geometrických a rozměrových
změn profilu povrchu v různých etapách výrobních procesů součástí, po jejich dokončení i v
průběhu jejich funkčního využití.
MĚŘÍCÍ TECHNIKA
Výrobce měřící techniky s dlouholetou tradicí Taylor Hobson Ltd. se soustřeďuje nejen na
přípravu vysoce kvalitních systémů a přístrojů na měření textury i tvaru povrchu, ale současně
je aktivně zapojen do přípravy i normalizace metodik měření, zpracování výsledků a jejich
vyhodnocení formou parametrů. Zvláštní pozornost věnuje i konkrétnímu využití kontrolních
postupů a získaných výsledků pro posuzování funkčních vlastností povrchu. V současné době
Taylor Hobson nabízí plynule inovovaný komplexní program prostorového hodnocení textury
povrchu Talymap, který lze využít u následujících měřících systémům :
Form Talysurf PGI – přístroje s dotykovým snímačem a interferometrickým měřícím
systémem. Základními přednostmi přístrojů je velký rozsah měření - horizontálně 200 mm,
vertikální zdvih snímače 12,5 mm, mimořádné rozlišení přístroje až 0,8 nm a automatická
kalibrace.
Talysurf CCI - interferometrický měřící systém přístroje pro bezkontaktní kontrolu a analýzy
drsnosti, vertikálních převýšení a mikrorozměrů. Unikátní je přesnost měření – rozlišitelnost
0,1Å (10pm) v celém rozsahu měření 100 µm a získání více než jednoho milionu datových
bodů z jednoho měření.
Talysurf CLI – univerzální systém měření textury povrchu, který je umožněn volbou měření
buď indukčním dotykovým způsobem Form Talysurf, nebo bezdotykovým způsobem
reprezentovaným laserovou triangulační sondou a CLA konfokálním snímačem. Vyniká
mimořádnou rychlostí a přesností měření v režimu 2D a 3D.
Talyrond – typy 365 a 385 jsou připraveny hodnotit kruhovitost a texturu povrchu z jednoho
měření. Nová funkce zajišťuje prostorové zobrazení a popis válcového povrchu součásti.
Získání kompletní sady 3D parametrů popisujících směr, hloubku, plochu, objem a další
charakteristiky profilu povrchu a jeho částí, je přínosné pro posuzování jeho stavu z hlediska
funkce a životnosti.
Form Talysurf PGI
Nová koncepce měřících přístrojů Form Talysurf má v porovnání s předcházejícími modely
řadu předností. Především bylo zlepšeno modulární uspořádání systému (mechanické i
elektronické části), zvýšena mechanická stabilita a pevnost konstrukce přístrojů, snížen
elektronický a systémový šum přístrojů, zlepšeny vlastnosti měřidla PGI, použito nové řízení
pohybů a zvýšena přesnost systému. Zlepšení funkčních vlastností měřící jednotky PGI bylo
dosaženo zvětšením rozsahu měření (max.12,5 mm), zvýšením stability a opakovatelnosti
měření, zjednodušením seřizování, usnadněním provozního servisu, i zkrácením měřícího
cyklu. Konstrukce přístroje používá nové posuvové jednotky 120 mm a 200 mm, se zvýšenou
stabilitou a zlepšeným sběrem dat v ose X. Upravené nosné a základní části přístroje přispěly
k vyšší stabilitě měřícího procesu. Novinky v elektronické části představují nové řízení
pohybů (elektronikou DEVA), zlepšená interpolace sběru dat a snížený systémový šum.
Používaný program Ultra byl přizpůsoben novým posuvovým rychlostem a zařazení
diagnostického softwaru zajišťuje nejen nastavení zvolené konfigurace, ale i kompletní
testování a komunikaci se systémem. Uživatelé ocení zejména rozšíření možností měření
(např. součástí větších rozměrů), s větší přesností (zlepšenou rozlišitelností) a vyšší rychlostí
(nové posuvové rychlosti ; hodnocení struktury povrchu a tvaru z jednoho snímaného profilu).
K přístrojům je nabízeno bohaté příslušenství, např. ustavovací a upínací nářadí, atd.,
ochranné kryty i průmyslové PC.
S využitím uvedených technicky progresivních konstrukčních a programových prvků byla
připravena nová řada velmi přesných měřících systémů Form Talysurf PGI (Ultra Precision
PGI Systems). Čtyři typy této řady svými rozsahy a přesností měření prakticky pokrývají
celou oblast možných aplikací, což dokumentuje následující přehled jejich základní technické
charakteristiky :
Form Talysurf PGI
1200
1000
800
400
Max. délka posuvu (měření) – mm
200
120
200
120
Rozsah měření (Z) – mm
12,5
10
8
4
Rozlišení (Z) – nm
Systémový šum – Rq – nm
Přímost posuv. systému – µm /mm
0,8
12,8
3,2
12,8
2
8
3
5
0,125/200
0,5/120
0,35/200
0,35/120
Všechny přístroje snímají data profilu s roztečí 0,125 µm, jsou vybaveny motorizovaným
sloupem 450 mm a systémem tlumícím chvění. Výrobce k přístrojům nabízí bohaté vybavení,
např. sloup 700 mm, ochranné boxy, vybavení pro korekci základny, programy Ultra Contour,
Talymap 3D, atd.
Talysurf CCI 3000Å
Interferometrický měřící systém přístroje je určen pro bezkontaktní měření a analýzu drsnosti,
vertikálních převýšení a mikrorozměrů. Přístroj splňuje nejvyšší požadavky na přesnost
měření jemných povrchů polovodičů, optických součástí, povrchů dokončovaných
diamantovými nástroji, leštěním, apod. Unikátní je přesnost měření – rozlišitelnost 0,1Å
(10pm) v celém rozsahu měření 100 µm. Měřící systém, který poskytuje více než jeden milion
datových bodů z jednoho měření, se vyznačuje vysokou rozlišitelností a citlivostí na odražené
světlo. Běžná doba jednoho měření je 10 – 20s. Na přístroji lze měřit prakticky všechny čisté
povrchy – od hrubých po jemně dokončené – s odrazivostí světla v rozmezí 0,3 – 100%.
K upínání vzorků lze využít stolky XY ovládané ručně (50x50mm) nebo nově i motorizované
programově řízené (ve třech velikostech ; max. 250x200mm). Velikost pracovního prostoru
(300x300x200mm) umožňuje ukládání rozměrnějších součástí (max. hmotnost 10 kg) i s
upínacím přípravkem. Měřící zařízení je vybaveno antivibračním systémem s možností tří
různých uspořádání a monitorovacím zařízením, které sleduje a zaznamenává stav funkčních
uzlů přístroje. Kalibrace systému ve vertikálním i příčných směrech na mezinárodních
etalonech zaručuje spolehlivost a opakovatelnost měření. Standardním vybavením přístroje je
program pro automatickou prostorovou analýzu povrchu Talymap.
Základní technická data přístroje Talysurf CCI 3000Å
Vertikální rozsah (Z)
Vertikální rozlišení (v celém rozsahu Z)
Efektivní hodnota opakovatelnosti (Z)
Vertikální rychlost skenování (max)
Měřená plocha (X,Y)
Počet měřených bodů
Příčné rozlišení (X,Y)
100 µm
0,1 Å (10 pm)
0,03 Å (3 pm)
7 mm/s
0,36 mm2 – 7,2 mm2
1 048 576 (1024 x 1024 pole obrazových prvků)
0,36 µm
Měřící systém Talysurf CLI
Přístroje Talysurf CLI jsou vysoce účinnými měřícími prostředky k provádění rychlého
prostorového měření a hodnocení povrchu s vysokým rozlišením. Systém CLI nabízí
možnosti měření a analýzy povrchu ve třech osách, s využitím dotykové nebo bezdotykové
měřící techniky. Snadno ovladatelné a výkonné měřící přístroje, vhodné i pro kontrolu
velkého počtu součástí, jsou připraveny provádět analýzu dat při hodnocení struktury povrchu
z jednoho profilu řezu (2D) i profilu plochy povrchu (3D).
Hlavní předností přístrojů je univerzálnost jejich využití, která vyplývá z možností systému
měřit buď indukčním dotykovým způsobem Form Talysurf, nebo bezdotykovým způsobem
reprezentovaným laserovou triangulační sondou a CLA konfokálním snímačem (Chromatic
Length Aberration – CLA). Uvedené tři způsoby měření zajišťují prakticky neomezené
možnosti měření struktury povrchu z hlediska jakosti, přesnosti a druhu materiálu součásti.
Navíc je systém CLI vybaven automatickým posuvem ve všech osách (X, Y, Z), s rychlostí až
do 30 mm/s, což umožňuje rychlé automatické měření. Připravenost přístroje pro kontrolu
širokého sortimentu součástí dokumentuje i velikost měřícího prostoru (max. 200 x 200 x 200
mm) a nosnost stolu (max. 20 kg).
Praktickou předností Talysurf CLI je spojení tradičního 2D a prostorového hodnocení 3D do
jednoho výkonného přístroje. I když je systém CLI speciálně konstruován pro měření 3D, je
současně vybaven mechanickými i analytickými prostředky pro komplexní měření 2D. Lze
tak jedním přístrojem monitorovat výzkum a vývoj, provádět studijní analýzy (např.
opotřebení), rutinní inspekci i řídit výrobní procesy. Vedle zřejmého ekonomického přínosu
má uživatel stále možnost porovnávat výsledky měření se všemi, kteří ještě používají jen
tradiční měření 2D. Univerzálnost systému Talysurf CLI zajišťuje možnost využít na jednom
přístroji až čtyři různé měřící hlavy ke kontrole všech kombinací materiálů a kvality povrchů
součástí.
Základem programového vybavení přístrojů Talysurf CLI je firemní program Talymap, který
zabezpečuje veškeré řídící, kontrolní, vyhodnocovací i informační služby. Výkonný program
pro analýzu dat zahrnuje standardní funkce vyhodnocení struktury povrchu 2D a 3D, včetně
vyjmutí profilu 2D z povrchu 3D, měření ploch a objemů, výšky a vzdálenosti stupňů,
analýzy výstupků, nosného podílu, velikost a hustotu zrn, atd. Významná je vybavenost
zařízení pro automatizaci měření. Možnost programování automatického měření dávek
součástí zefektivní jejich kontrolu. Použití nabízených měřících postupů nejen urychlí proces
analýzy, ale současně zajistí jednotnou formu prezentace výsledků měření. Přístroje Talysurf
CLI používají k hodnocení struktury povrchu všeobecně respektované parametry, včetně
celého souboru pro prostorové hodnocení povrchu, a přispívají tak k tomu, že se třetí rozměr
stává snadno dostupným a srozumitelným v metrologii povrchu.
Přístroje Talysurf CLI jsou připraveny ve třech velikostních provedeních, což uživateli
umožňuje výběr přesně podle svých požadavků :
Talysurf CLI 2000 – základní typ s vysokou rychlostí a přesností v mimořádně velkém
měřícím prostoru (200x200x200 mm) ; je určen nejen pro kontrolu velkých
součástí (délka posuvu X-Y-Z je 200 mm), ale i malých součástí
vyráběných v dávkách. Na stůl lze najednou uložit více součástí ;
mimořádně přesný stůl zajistí posuv z jedné součásti na druhou, zatímco
měřící program automaticky bez dohledu opakuje kontrolní operaci.
Talysurf CLI 1000 – s měřícím prostorem 100x100x100 mm ideální typ pro malé a střední
velikosti součástí ; přístroj je z hlediska přesnosti, rychlosti, software a
programovatelnosti zcela rovnocenný základnímu typu CLI 2000. Při délce
posuvu X-Y-Z 100 mm jsou tak u kompaktního přístroje CLI 1000
k dispozici všechny výkonné kontrolní operace.
Talysurf CLI 500 – nejmenší provedení (měřící prostor 50x50x50 mm ; délka posuvu 50 mm)
charakterizované ekonomickou a prostorovou efektivností. Je určen
především pro měření malých součástí. Pro instalaci přístroje stačí
půdorysná plocha stolu 500x310 mm. I Talysurf CLI 500 je připraven
automaticky provádět měřící operace a uvolnit pracovní kapacitu operátora.
Taylor Hobson soustavně zlepšuje na svých výrobcích bezdotykové systémy měření struktury
povrchu s ohledem na požadované praktické aplikace. Právě s využitím bezdotykových
způsobů měření na Talysurf CLI 2000 jsou zdůrazňovány možnosti rozšíření kontrolních
operací do zcela nových součástkových a materiálových oblastí, např. kontroly desek
s plošnými spoji, forem a výrobků z dentálních tvárných hmot, plastových součástí
automobilů, brousících kotoučů, součástí elektronických systémů – pamětí, apod., papíru a
kosmetických výrobků. Příklady využití měřícího přístroje Talysurf CLI 2000 při netradičním
měření povrchu :
Plošné obvody – při výrobě desek plošných obvodů se využívá procesu nanášení vodivých
past na základní materiál. O kvalitě takto vytvářeného vodiče rozhoduje vodivost použitého
materiálu, jeho délka a průřez. Vady vznikající při výrobě – velké úchylky rozměru a tvaru,
póry a necelistvosti, znečištění, deformace, apod., výrazně ovlivňují kvalitu obvodu.
Poněvadž nelze ve výrobě vodičů kontrolovat všechny kritické parametry, hledají výrobci
alternativní metody měření jen vybraných vlastností. Talysurf CLI 2000 lze měřit velikost
plochy naneseného vodivého média, tloušťku, rozmístění a objem plošných obvodů, apod.
Výsledek měření je nejen kvalitativní mírou provedení, ale je i prostředkem monitorování a
zpětné regulace podmínek výrobního procesu.
Brousící kotouče – zvyšování přesnosti a jakosti dokončovaných povrchů broušením vyžaduje
použití tvrdších brousících materiálů, ale současně klade důraz na velikost a rovnoměrnost
rozložení brousících zrn, která by měla s celkovou strukturou brousícího kotouče tvořit
konsistentní celek. Tento kvalitativní aspekt by měl výrobce brusiva sledovat. Měření povrchu
brousícího kotouče nebo jednotlivých zrn brusiva, většinou z kysličníku hlinitého nebo
karbidu křemíku (často povlakovaných), dotykovými způsoby je velmi obtížné nebo zcela
nemožné. Profilometr Talysurf CLI 2000 nabízí bezdotykové triangulační laserové měřidlo,
které umožní přesné monitorování vlastností brusiva v širokém rozmezí. Takto lze měřit
velikost zrn brusiva, rovnoměrnost rozložení zrn na povrchu kotouče, výšku zrn nad
povrchem pojiva, počet vrcholů zrn na funkčně důležitém mezním rozměru kotouče, apod.
Plastové součásti automobilů – zejména pro vybavení interiéru automobilů se často používají
složitě tvarované plastové části, které se lisují z desek se strukturovaným povrchem. Rozměr,
tvar a rovnoměrnost struktury povrchu desek jsou významné pro výrobu kvalitních tvarových
výlisků. Texturu povrchu plastových desek lze kontrolovat měřidlem Talysurf CLI 2000 a to
buď indukčním měřidlem s vysokým rozlišením nebo rychlým bezdotykovým měřením
triangulačním laserem. Vhodnost desek pro lisování lze potom popsat charakteristikou
povrchu vyjádřenou např. směrem textury, rozměrem a rozložením prohlubní, objemem
výstupků povrchu, apod.
Následující technická charakteristika popisuje parametry základního přístroje Talysurf CLI
2000. Je třeba zdůraznit, že všechny údaje s vyjímkou velikostí měřícího prostoru a délek
posuvu jsou pro všechny typy přístrojů CLI stejné.
Základní technická data přístroje Talysurf CLI 2000
Přesnost posuvového mechanismu :
- přímost
profil (L)
(1 profil) výstupek-prohlubeň
- rovinnost
plocha (LxL)
50 mm
± 0,3 µm
50 mm
± 0,5 µm
100 mm
± 0,4 µm
150 mm
± 0,7 µm
200 mm
± 1,2 µm
100 mm
± 0,75 µm
150 mm
± 1 µm
200 mm
± 2 µm
Rozteč datových údajů
v osách X ; Y ; Z
Rychlost měření
30 ; 15 ; 10 ; 5 ; 1 ; 0,5 mm/s
Rychlost polohování (X-Y)
Měřící systémy
Laserový
Konfokální
(CLA)
Indukční
0,5 µm
Typ
max. 30 mm/s
Rozsah
Rozlišení
vertikální
příčné
Triangulační laser
(2000 Hz)
10 mm
30 mm
1,0 µm
3,0 µm
30 µm
70 µm
Chromatic Length
Aberration
(5000 Hz)
HE
3 mm
1 mm
300 µm
100 nm
30 nm
10 nm
5 µm
2 µm
1 µm
Form Talysurf
DIA hrot R2µm
2,5 mm
500 µm
100 µm
Celk. rozměry / hmotnost přístroje
40 nm
10 nm
2 nm
2 µm
2 µm
2 µm
800 x 600 x 800 mm / 280 kg
Přístroj Talysurf CLI 2000 je připraven pracovat v následujícím uspořádání :
•
s max. 4 měřícími hlavami (1 indukční, 1 nebo 2 CLA konfokální, 1 laserová) nebo
•
s max. 3 měřícími hlavami a 1 kamerou (1 indukční, 1 nebo 2 CLA konfokální, 1 kamera)
Maximální rychlost měření CLA konfokálních měřidel je 30 mm/s. Při možnosti volby
frekvence snímání je datová rozteč závislá na rychlosti snímání a frekvenci (při vysoké
frekvenci a nízké rychlosti je malá rozteč). Např. při rychlosti měření 500 µm/s a frekvenci
1000 Hz je datová rozteč 0,5 µm ; naopak při rychlosti 3 mm/s a frekvenci 500 Hz je rozteč 6
µm. – Maximální rychlost indukčního měřidla je 3 mm/s ; doporučená rychlost je ovšem 1
mm/s. Přitom vyšší rychlost nemusí dát přesné výsledky na velmi hrubém povrchu a je proto
doporučováno provést předběžné porovnávací měření. Při dotykovým snímání rychlostí 1
mm/s je datová rozteč 1 µm.
Výsledky měření získané dotykovým a bezdotykovým způsobem je třeba srovnávat a
posuzovat velmi obezřetně. Na stejném povrchu může být reakce odraženého světla a
snímacího hrotu zcela odlišná. Proto ne vždy je možná korelace mezi výsledky dotykového a
bezdotykového měření. Přesto se bezdotykové měření prosazuje svými praktickými
přednostmi : vysoká rychlost měření, oboustranné snímání snižuje dobu kontroly, možnost
měření měkkých a pružných materiálů, a v neposlední řadě i menší náchylnost optických
měřidel k opotřebení nebo poškození.
V současné době firma Taylor Hobson nabízí rozsáhlý sortiment profilometrů : od
jednoduchých dílenských měřidel pro kontrolu pouze drsnosti povrchu dvěma parametry, přes
přístroje Surtronic 25 připravené pro kontrolu struktury povrchu deseti parametry, až po
měřící systémy Form Talysurf PGI, Talysurf CLI a CCI, s bohatým programovým
vybavením, které zajišťují kontrolu nejen struktury , ale i tvaru a rozměru povrchu.
V poslední době sortiment rozšiřují specializované přístroje pro kontrolu povrchu součástí
ložisek a asférických povrchů v optice. Přehled přístrojů Taylor Hobson se základní
technickou charakteristikou je uveden v přiložené tabulce.
Talyrond 365
Přístroj Talyrond 365 je připraven k měření a hodnocení kruhovitosti i textury povrchu, tzn.
drsnosti, vlnitosti, apod. Talyrond 365 (TR 365) je vybaven velmi přesnými skleněnými
měřítky, přesným řízením pohybů ve všech osách, vyznačuje se nízkým systémovým šumem
a extrémní hustotou snímaných dat. Uvedené vlastnosti se spolupodílí na schopnosti přístroje
měřit obě charakteristiky povrchu současně, což může přispět ke zkvalitnění výrobních i
kontrolních procesů.
Charakteristika a přednosti TR 365
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
Automatická kalibrace přístroje v čase kratším než 10 sec
Vysoká přesnost nastavení polohy vřetena < 0,20
Vysoká přesnost nastavení polohy horizontálního ramena a sloupu < 5 µm
Automatické středění a vyrovnávání s excentricitou menší než 0,8 µm zajišťuje
opakovatelnost měření bez ohledu na kvalifikaci obsluhy
Velká hustota záznamu (velký počet) dat pro kruhovitost – až 18 000 bodů
Velká hustota dat pro přímost – až 200 000 bodů
Měřící hlava Talymin 5 s rozlišením až 1,2 nm
Automatická fázová rovnováha
Rozlišení měření na rameni a sloupu 0,25 µm
Možnosti mapování válcového povrchu pro detailní analýzu jeho vlastností
Měřidlo Talymin 5
Nová víceúčelová měřící hlava Talymin 5 má nejen široký rozsah měření pro hodnocení
tvarových úchylek, ale současně je i mimořádně citlivá pro zaznamenání a posuzování textury
a drsnosti povrchu. V této souvislosti je třeba zdůraznit : Talymin 5 měří s rozlišením až 1,2
nm ; takovou přesnost nedosahuje celá řada specializovaných profilometrů pro měření
drsnosti povrchu !
Talymin 5 je vybaven třemi volitelnými rozsahy měření s rozlišením 30 nm, 6 nm a 1,2
nm.Větší univerzálnost měření omezuje potřebu výměny měřidel nebo použití přídavných
prostředků, což má zpravidla negativní dopad na průběh automatizovaných měřících operací.
Nastavitelná měřící síla (v rozmezí 0 až 15 g) a výběr snímacích hrotů s poloměrem R5µm,
R10µm nebo kulového tvaru hrotu zajišťují flexibilitu měření různých typů součástí a
materiálů. Za těchto podmínek je TR 365 připraven provádět lineární a obvodová měření na
vnějším i vnitřním povrchu, na obou čelních plochách součásti, v drážkách a na dalších
rovných plochách.
U některých součástí, např. sedla vstřikovacích trysek nebo ventilová vedení, je často třeba
kontrolovat obvodové povrchy z hlediska připravenosti pro správné těsnění. V těchto
případech TR 365 měří povrch obvodu s využitím diamantového snímacího hrotu, kterým je
snímáno 72 000 radiálních datových bodů (rozteč bodů 0,0050). Na sledovaném povrchu se
mohou objevit hluboké rýhy. Rozvinutí záznamu oblasti výskytu do lineárního profilu může
přinést informace o charakteru rýhy. Další analýzou se vyhodnotí parametry drsnosti, které
přispějí k určení pravděpodobné příčiny vzniku, příp. možnostech odstranění povrchové vady.
Měření struktury povrchu
Struktura povrchu je na rotačně symetrických součástech měřena buď na obvodu nebo ve
směru osy součásti, a to v závislosti na způsobu výroby (kontrola procesu) a předpokládaném
funkčním využití (hodnocení provozní způsobilosti). Měření na lineární dráze je běžně
používáno k určení charakteristiky drsnosti na těsnících plochách, pro posouzení vlastností
povrchu, např. ložisek, schopnosti udržet olej nebo hodnocení opotřebení řezného nástroje.
Rozhodujícím faktorem obvodových i lineárních měření je rozlišení. Při nedostatečné rozteči
snímaných bodů je nebezpečí chybné interpretace výsledků, především vlnových délek. Při
měření v obou směrech může TR 365 získat až 200 000 bodů. To umožňuje uživateli získat
data s roztečí až 0,25 µm, což je dostatečná záruka detailního nezkresleného záznamu profilu
povrchu. Pro měření struktury povrchu má velký význam i automatické středění a vyrovnání
součásti na TR 365. Praxí je totiž ověřeno, že daleko víc než jiné chyby se projeví
nedostatečné osové seřízení stůl – součást, které vede k nepřesným výsledkům měření.
Pro kontrolu struktury povrchu je využíváno snímací raménko s diamantovým hrotem 5 µm
upnutým v měřící hlavě Talymin 5, která je seřízena na extrémně malou kontaktní sílu.
Jemný tlak snímacího hrotu je výhodný pro monitorování vysokofrekvenčních harmonických
složek na povrchu, např. součástí kuličkových ložisek, a současně usnadňuje měření struktury
povrchu. S využitím uvedeného snímacího raménka a záznamové kapacity přístroje 200 000
bodů ve vertikálním i horizontálním směru lze objektivně charakterizovat strukturu povrchu.
Talyrond 365 s rozsáhlým programovým vybavením je připraven na měření a hodnocení
struktury povrchu parametry základního profilu (P), drsnosti povrchu (R) a vlnitosti povrchu
(W). Hodnocení v plném rozsahu vychází z normativních předpisů ISO 4287-1997, ISO
13565-1-2 a ISO 12085. Přístroj využívá filtrací Gauss a ISO 2CR a hodnoty cut-off 0,25 ;
0,8 ; 2,5 a 8 mm, příp. velikosti volené uživatelem. – Mimo to jsou nabízeny některé
nestandardní analýzy jako např. pro stanovení dominantní vlnové délky VDA 2004 nebo
porovnávání dvou profilů apod.
Přehled analýz Talyrond 365
Mimo uvedené přednosti současného měření kruhovitosti a drsnosti povrchu je praktická
využitelnost nového přístroje podstatně širší. Mimořádné technické parametry přístroje
Talyrond 365 s rozsáhlým a výkonným programem Ultra, připraveným na bázi Windows,
umožňuje (v některých případech v kombinaci s firemním programem Talymap 3D) měření a
provedení následujících komplexních analýz :
• Kruhovitost
• Válcovitost
• Vertikální přímost
• Horizontální přímost (jen RSU)
• Rovnoběžnost
• Rovinnost (jedné nebo více rovin)
• Pravoúhlost (kolmost)
• Soustřednost a výstřednost
• Souosost
• Analýzy harmonických složek profilu
•
•
•
•
•
•
Tolerování
3D mapování válcového povrchu
Kruhovitost části oblouku
Rovinnost části oblouku
Analýzy radiálních vrcholů (max.obvodové házení)
Drsnost a vlnitost povrchu
S cílem rozšířit aplikační možnosti nového přístroje v souladu s potřebami uživatelů výrobce
nabízí řadu specializovaných konfigurací systému Talyrond 365 s rozsáhlým programovým
vybavením např. pro nový systém kontroly tvaru a jakosti povrchu ložisek (Taylor Roller
Bearing System), součástí motorů (Powertrain Inspection System), kontrolu tvaru a
geometrických parametrů klikových hřídelí (Crankshaft System), pístů (Piston Measuring
System), kontrolu tvaru ortopedických implantátů, apod.
PROGRAM TALYMAP
Programu Taylor Hobson Talymap zpracovává prostorovou charakteristiku povrchu z dat
získaných dotykovým i bezdotykovým měřícím systémem profilometru. Program umožní
několika různými způsoby zobrazit sledovaný povrch, včetně axonometrické projekce (čárové
nebo síťové) s volitelným úhlem pohledu a barevným rozlišením výšek, s nastavitelným
zvětšením celku nebo vybrané části povrchu. Dále lze provádět rozměrová měření ve třech
osách, inverzi profilu povrchu, simulaci opotřebení povrchu, apod. Práce s programem i
vkládání dat k analýze je jednoduché a rychlé ; výsledky probíhající analýzy lze přímo
sledovat. Při analýze řady profilů program zajistí rychlé opakování stejné operace, úlohy nebo
výpočtu, včetně grafické dokumentace.
Talymap zajišťuje cílenou a podrobnou analýzu různých povrchů s využitím rozměrových
měření (např. objemu prohlubní a výstupků, vzdálenosti a výškových rozdílů dvou bodů,
stanovení velikosti úhlu ve vodorovné rovině, apod.), úpravy tvaru a filtrace. Předností
programu je, že je připraven nejen pro zpracování měřených dat přístroji Taylor Hobson, ale i
pro zpracování měření z většiny komerčních měřících zařízení struktury povrchu. Tak je
zajištěno, že data z měření různými přístroji jsou stejným postupem analyzována a výsledky
jsou prezentovány ve stejném formátu, což usnadní jejich porovnání.
Program využívá pro prostorové hodnocení povrchu amplitudové parametry (většina z nich je
odvozena z parametrů 2D), dále parametry popisující materiálový poměr povrchu (ISO 13565
– 2), parametry vztažené k rozmístění nerovností ( např. hustota výstupků, rozvinutý povrch,
apod.) a konečně objemové parametry (zavedené ke kvantifikaci nosného podílu a poměru
objemů materiál / dutiny). Celkem program nabízí pro charakteristiku povrchu 120 parametrů
v režimu 2D a 40 parametrů pro 3D Navíc dovoluje vyjmout z hodnoceného povrchu jeden
profil a provést jeho hodnocení (2D). Na 3D zobrazený povrch lze v libovolném směru
vyznačit jeden profil (čáru), který je následně vyhodnocen funkcemi 2D.
Prostorovou analýzou povrchu se otevírají nové možnosti hodnocení struktury, které byly
dvourozměrným měřením nedosažitelné. Přínosným se ukazuje tento detailní prostorový
popis povrchu především při posuzování jeho funkčních vlastností jako např. opotřebení,
tření, mazání, únavové vlastnosti, těsnění stykových ploch, vhodnost povrchu pro nátěry,
apod. - Programy Talymap jsou pro prostorové hodnocení připraveny v několika provedeních
od nejjednodušší až po rozšířenou verzi, která umožňuje rozsáhlejší hodnocení (např. i
frekvenční analýzu, stanovení autokorelační funkce, nosného podílu ve zvolené výšce profilu
povrchu, atd.).
Program Talymap využívá pro hodnocení textury povrchu následující parametry :
Amplitudové parametry představují skupinu parametrů prostorového hodnocení, která
vychází z rozložení výšek souřadnic profilu povrchu. Parametry jsou vesměs odvozeny
z parametrů 2D dle ISO 4287. Některé z nich jsou zařazeny do dokumentu EUR 15178 EN.
Sa
Průměrná aritmetická úchylka povrchu
Sq
Průměrná kvadratická úchylka (RMS) povrchu
St
Celková výška povrchu
Sp
Maximální výška výstupků
Sv
Maximální hloubka prohlubní
Sz
Výška z deseti bodů povrchu
Ssk
Šikmost křivky rozdělení výšek
Sku
Špičatost křivky rozdělení výšek
.
Plošné a objemové parametry
Smr
Nosný poměr v dané hloubce
Tento parametr musí být určován s mezní hodnotou
a referenčním údajem. Např. 3µm pod nejvyšším
výstupkem, 1µm nad středem, 1µm nad hranicí
určenou 20% Tp.
Sdc
Výškový rozdíl řezů povrchem
Výška oddělující dva nosné poměry. Tento parametr
musí být určován dvěmi mezním hodnotami
zadávanými v %.
Smvr
Střední hodnota poměru nezaplněného objemu
Představuje celkový objem
nezaplněného povrchu, který se získá měřením
prostoru mezi body povrchu a imaginární
horizontální rovinou proloženou v největší výšce
profilu povrchu.
Smmr
Střední hodnota poměru materiálového objemu
Představuje celkový objem
materiálu povrchu, který se získá měřením prostoru
mezi imaginární horizontální rovinou proloženou
v největší hloubce profilu povrchu a body povrchu.
Prostorové parametry
SPc
Počet výstupků na ploše
Hustota výstupků mezi dvěma úrovněmi c1 a c2.
Rozšíření 2D parametru Pc.
c1 a c2 jsou mezní úrovně (roviny) definované ve
vztahu ke střední rovině 0. c1 musí být nižší než c2.
Výstupek se bere v úvahu jen tehdy, když překročí
c2 a přejde pod c1. Parametr je vyjádřen počtem
výstupků na mm2.
Sds
Hustota výstupků povrchu
Sal
Délka odpovídající nejrychlejšímu poklesu autokorelační funkce
Délka nejrychlejšího poklesu na 0,2 autokorelační
funkce.
Parametr vyjadřuje množství vlnových délek
profilu povrchu. Vysoké hodnoty ukazují na
obsahující především vysoké vlnové délky (tj.
nízké frekvence).
Str
Poměrný aspekt textury povrchu Poměr nejkratší délky poklesu na 0,2 autokorelační
funkce k největší délce.
Parametr se pohybuje v rozmezí 0 až 1. Je-li
hodnota blízká 1 lze povrch označit za isotropní,
tzn. Má ve všech směrech stejnou charakteristiku.
Blíží-li se hodnota 0 je povrch anisotropní, tzn.
S orientovanou a/nebo periodickou texturou
povrchu.
Std
Směr textury povrchu
Sfd
Fraktální dimense povrchu
Parametr je vyjádřen počtem výstupků na mm. Za
výstupek je považován bod, který je vyšší než 8
sousedních bodů.
Stanovuje hlavní úhel směru textury povrchu. Parametr
má význam je-li hodnota menší než 0,5. Úhel směru se
vyjadřuje ve stupních od -900 do 900. – Jestliže má
povrch kruhovou texturu (soustružený, řezaný) potom
parametr udává chybný směr blízký tangentě kružnice.
– V případě, že povrch má dva nebo více hlavních
směrů textury, Std udává úhel směru rozhodujícího
z nich.
Parametr ukazuje tvarovou složitost profilu povrchu
s využití teorie fraktální geometrie. Dimense
povrchu se pohybuje mezi hodnotami 2 (rovinná
plocha) a 3 (velmi složitý tvar povrchu). U
některých tvarů povrchu nelze fraktální dimensi
stanovit a parametr pro hodnocení využít.
Hybridní parametry hodnocení textury, které charakterizují spojení kritérií amplitudových
s prostorovými jako jsou sklony, zakřivení, atd.
Sdq
Kvadratický sklon povrchu
Ssc
Aritmetický průměr zakřivení výstupků povrchu
Sdr
Poměrná rozvinutá styková plocha
Funkční parametry (také nazývané parametry nosného podílu) jsou skupinou parametrů
charakterizující funkční aspekty povrchu, především mazání a broušení. Jsou speciálně určeny
kontrole v automobilním průmyslu.
Sk
Hloubka jádra drsnosti (hloubka drsnosti jádra)
Rozšířený 2D parametr Rk
Spk Redukovaná výška výstupků (výška výstupků drsnosti)
Rozšířený 2D parametr Rpk
Svk Redukovaná hloubka prohlubní (hloubka drsnosti prohlubní) Rozšiř. 2D parametr Rvk
Sr1
Horní materiálový poměr
Rozšířený 2D parametr MR1
Sr2
Dolní materiálový poměr
Rozšířený 2D parametr MR2
Sa1 Horní plocha (plocha trojúhelníku odpovídající výstupkům)
Rozšíř. 2D parametr A1
Sa2 Dolní plocha (plocha trojúhelníku odpovídající prohlubním) Rozšíř. 2D parametr A2
Parametry Rk
Sbi
Index únosnosti
Sci
Index udržení kapaliny v jádře
Svi
Index udržení kapaliny v prohlubních
Na rozdíl od parametrů Rk, které jsou využitelné na povrchu s opotřebovanými plochami
výstupků jsou indexy Sbi, Sci a Svi využitelné pro hodnocení všech typů povrchů.
Parametry SURFSTAND byly navrženy v rámci řešení evropského programu SURFSTAND
pod vedením university v Huddersfield.
Vm(h)
Objem materiálu v dané hloubce
Vv(h)
Nevyplněný objem v dané hloubce
Vmp
Objem materiálu výstupků
Vmc
Objem materiálu jádra
Vvc
Nevyplněný objem jádra
Vvv
Nevyplněný objem prohlubní
Parametry rovinnosti jsou stanoveny v souladu s normou ISO 12781 pro povrch vyrovnaný
s využitím metody nejmenších čtverců a poté filtrován filtrem s nízkou propustností a
hodnotou cut-off zvolenou uživatelem.
FLTt
Úchylka rovinnosti povrchu výstupek – prohlubeň
FLTp
Úchylka rovinnosti vztažená k výstupku
FLTv
Úchylka rovinnosti vztažená k prohlubni
FLTq
Kvadratická úchylka rovinnosti
PROSTOROVÉ HODNOCENÍ TEXTURY V PRAXI
Taylor Hobson nabízí mimo uvedený program Talymap řadu progresivních specializovaných
modulů, které jsou určeny k vyhodnocování parametrů a vlastností povrchů důležitých pro
jejich konkrétní funkci, např. opotřebení, poškození, eroze povrchu, apod. Následující
aplikační příklady využití 3D analýz textury povrchu ukazují nejen současnou úroveň –
obsah a rozsah – hodnocení, ale zároveň dokumentují i jejich nezastupitelný význam pro
posuzování kvality funkčních povrchů.
Hodnocení povrchu komplexního substrátu
Program „Textured Surfaces“ je určený k 3D hodnocení textury povrchu komplexního
(složeného) substrátu (základního, podkladového materiálu). Základní funkcí je výpočet ploch
a objemů výstupků i prohlubní povrchu vzhledem k výškové mezi zadané uživatelem.
Výstupní informace zahrnují plochu, objem, maximální a průměrnou výšku i hloubku
výstupků a prohlubní. Použité parametry hodnocení představují cenné informace o
schopnosti povrchu udržet mazací médium nebo umožní predikci životnosti funkčního
povrchu z hlediska opotřebení.
•
Smr, (STp) - nosný podíl v definované hloubce
•
Sdc, (SHTp) - povrch řezu různé výšky
•
Smvr
- poměr průměrného objemu dutin (nezaplněného prostoru)
•
Smmr
- poměr průměrného objemu materiálu
Program umožní binární uspořádání celého souboru naměřených dat vzhledem ke zvolené
mezní (hraniční) hodnotě, takže všechny body nad/pod mezí tvoří soubor 1. Data, která se
ocitnou mimo soubor jsou z dalších analýz vyřazena. Tento postup je velmi užitečný pro
třídění dat podle výšek při měření 3D.
Grafické zobrazení výsledků hodnocení zajišťuje funkce „Coloured Binary Image“, která
v plném rozsahu využívá 256 různých barev k vytvoření stupnice výšek. Naopak lze využít
jen dvou barev k jednoduchému rozdělení povrchu na oblasti nad a pod zvolenou výškovou
mezní hodnotou.
Předností programu je morfologický operátor, který umožní ze souboru binarizovaných dat
vytvořit modifikovanou masku. Použitím zmíněné funkce lze redukovat nebo rozšiřovat
soubor binarizovaných dat. Modifikovaná maska může být potom přiřazena k původnímu
datovému souboru použitím funkce binární masky, která zajistí, že dále jsou využívána jen
data zahrnutá v masce.
Třídění zrn – vlastnosti povrchu definované průměrem, hustotou, objemem a směrem mohou
být tříděny a vypočítány podle jejich umístění pod nebo nad mezní výškou, kterou volí
uživatel. Prohlubně (příp. vyvýšeniny při převrácení dat) na povrchu mohou být
kvantifikovány s využitím velkého počtu parametrů, které popisují tvar, hloubku, plochu,
objem, velikost a další.Výpočtem lze získat informace o složení substrátu z hodnocení
maximální a průměrné hloubky podélných rýh i jejich hustotě.
3D charakteristika opotřebení nebo eroze povrchu
Program „Talymap Wear“ umožňuje provedení filtrace souboru 3D dat před dalšími výpočty
rovinnosti. Filtrací – nabízené možnosti zahrnují i Gaussovu a spline metodu – jsou před
výpočtem odstraněny krátké vlnové délky, což zlepšuje stabilitu a opakovatelnost. Vyrovnání
dat souboru do roviny lze i využitím 3 bodové metody nebo metody nejmenších čtverců.
Software Talymap umožní uživateli zaměřit se na data určité zajímavé oblasti a ty podrobit
další podrobné analýze. Mezi další přednosti patří možnosti úprav souboru prostorových dat ;
nabízené způsoby úprav zahrnují i vymazání dat nebo doplnění interpolovaných dat.
Jedním z klasických požadavků na charakteristiku procesu eroze je porovnání povrchu vzorku
před a po opotřebení. Program zajistí kompletní provedení takové analýzy, přičemž využívá
jednoduchým způsobem úbytku materiálu z povrchu. Praktické výsledky přináší i možnost
simulovat řadu horizontálních řezů profilem povrchu a vypočítat parametry na základě
množství materiálu nad mezní hodnotou definovanou řezem. Tyto parametry zahrnují plochu,
objem volného (nezaplněného) prostoru v procentech, objem materiálu a měrný objem
volného prostoru v prostorové jednotce.
Pro provozní praxi jsou cenné výpočty objemu a ploch povrchu výstupků nebo úplného
souboru dat o povrchu, které jsou užitečné pro stanovení úbytku materiálu v procesu
opotřebení. Výstupní informace obsahují : plochu a objem povrchu prohlubní / výstupků,
maximální a průměrnou hloubku / výšku prohlubní / výstupků. Pro vlastní hodnocení jsou
doporučovány již zmíněné parametry Smr (STp), Sdc (SHTp), Smvr a Smmr.
Kvalita textury abrasivních povrchů
Textura povrchu brousících nástrojů má rozhodující význam v aplikacích kde je vyžadována
vysoká kvalita dokončeného povrchu, např. u kovových částí převodových systémů čerpadel,
motorů, ventilů, apod. Výroba vysoce přesných součástí z tvrdých materiálů klade vyšší
požadavky na výkon a kvalitu brusiv. Proto je připravována široká paleta abrasivních
materiálů. Důkladná kontrola výroby se již soustřeďuje nejen na kvalitu broušeného povrchu,
ale i na charakteristiku brousícího povrchu (nástroje) – především velikost brousících zrn,
jejich tvar, rozložení a hustotu.
Výsledky analýz ukazují, že se při kontrole povrchu brousících nástrojů v plné míře uplatní
přednosti bezkontaktních 3D měření profilů s integrovaným vyhodnocovacím programem.
Vhodným přístrojem pro uvedenou kontrolu je systém Talysurf CLI firmy Taylor Hobson,
který s využitím analýz Talymap zajistí vysokou úroveň přesnosti a opakovatelnosti výsledků
měření. Rozsáhlé využití statistických metod zjednoduší kontrolu a diagnostiku defektů všech
nebo i jednotlivých brousících zrn vzorku.
Povrch abrasivních výrobků obsahuje velmi tvrdé částice a lze je proto kontrolovat jen
bezkontaktními metodami CLA (chromatická konfokální) a laserovými sondami, kterými je
Talysurf CLI vybaven. Vysoká funkční rychlost přístroje, který může pracovat i plně
automaticky a rychlé zpracování dat výrazně snižuje čas skenování povrchu.
Velikost, struktura a rozdělení zrn brusiva na povrchu musí být důkladně monitorovány, aby
povrch dokončený tímto nástrojem splňoval předepsané kvalitativní požadavky. Každý druh
abrasivního výrobku musí mít rovnoměrnou hustotu brusiva, s minimálními rozdíly ve
složení. Mimo to u mnoha aplikací je třeba brusivo kontrolovat z hlediska rovnoměrnosti
opotřebení.
Univerzálnost měřícího systému Talysurf CLI umožňuje jeho využití pro prakticky všechny
typy brusiv, tzn. konvenční i progresivní – PKD, KNB, různá provedení, brousící kotouče,
kameny, povlakovaná abrasiva, brousící papíry, plátna a pásy. Program může být využit pro
kontrolu velikosti zrn, jejich struktury a rozdělení, stejně i pro posouzení rovnoměrnosti
opotřebení. Jednotlivá zrna lze hodnotit z hlediska určité plochy, obvodu, průměru
(minimálního, maximálního, středního, ekvivalentního), tvarového faktoru, hustoty a
orientace. Brousící zrna mohou být rozdělena do dvou skupin podle uživatelem zvolené
výškové meze a každá skupina statisticky hodnocena podle kteréhokoliv z uvedených
parametrů. Z rozsáhlého souboru 2D a 3D amplitudových, funkčních, plošných i objemových,
prostorových a hybridních parametrů se pro brusiva ukazují jako nejvýznamnější tyto :
•
Sq
- průměrná kvadratická úchylka povrchu
•
St
- celková výška profilu povrchu
•
Vmp - objem materiálu výstupků
•
Vmc - objem materiálu jádra
•
Vvc - nevyplněný objem jádra povrchu
•
Vvv - nevyplněný ob jem prohlubní
Zkoumány jsou i další možnosti hodnocení, např. rozdělení výstupků – zrn (počet zrn v dané
výškové rovině na 1 mm2) a objemové, výškové i plošné parametry vystouplých zrn
(průměrný objem, průměrná výška, průměrná plocha a průměrný poměr výška / plocha).
Stanovení výšky stupně
Program „Step Height Analysis“ je určen pro stanovení a hodnocení vertikálních rozměrů,
např. tloušťky tenkých povlaků, výšky (převýšení) stupňů nebo hloubky mělkých vybrání..
Analýza je významná u všech aplikací nanášení nebo úběru materiálu mechanickými,
chemickými nebo jinými metodami. Program vybavený prostředky filtrace, vyrovnání a
konfokace (již dříve uvedeny při zpracování charakteristiky opotřebení) zajišťuje 3D
charakteristiku kontrolovaného povrchu – zobrazení a určení vertikálních i horizontálních
rozměrů. Vypočte průměrnou výšku vybrané oblasti nebo rozdíly ve výškách mezi více
oblastmi. Při výběru dvou bodů plochy stanoví jejich vodorovnou vzdálenost, vzájemné
převýšení a sklon. Program je připraven ze souboru 3D vybrat jen jeden profil (2D) a
rozměrově jej popsat obdobným způsobem jak bylo uvedeno u plochy. V případě, že je
kontrolován profil s více stupni program je automaticky vyhledá a postupně určí jejich výšky
a šířky. Uvedený program obsahuje několik způsobů výpočtu výšky stupně (nebo převýšení),
včetně interaktivní manuální metody a ISO metody s kritériem dle ISO – 5436 – 1.
Program hodnocení textury „Twist“
Hřídel otočně uložený v ložiskách představuje funkční uzel, který je velmi často využíván
v řadě strojů a přístrojů. Typickými příklady takových aplikací jsou zalomené a vačkové
hřídele motorů i rotory čerpadel v automobilním průmyslu nebo části domácích spotřebičů,
např. praček. Pro zajištění správné funkce těchto uzlů je nezbytné zajistit těsnění ložisek
rotujících hřídelí, které zamezí úniku maziva z ložisek a naopak zabrání pronikání
nežádoucích nečistot a kapalin, např. vody, do ložisek. Praxe ukázala, že profil a rozměr
textury povrchu výrazně ovlivňují kvalitu těsnících spojů. Dokončovací metody válcových
součástí, obvykle broušením, zanechávají na povrchu charakteristické stopy podobné
šroubovitým „drážkám“ nebo ryskám. V případě, že mají tyto stopy nevhodný tvar a rozměr
umožní vznik tzv. Archimédova efektu, který se projeví vytláčením maziva ven a vnikáním
nečistot dovnitř ložiska. V obou případech se zhoršují podmínky funkce, které mohou vést až
k předčasné poruše uzlu.
Dřívější způsoby posuzování vlivu povrchu na kvalitu těsnění využívaly měření posunu
závaží působením šroubovitých stop na povrchu, což nepostihovalo podstatu problému.
Představená metoda analýzy vychází z reálných funkčních podmínek stykových povrchů
Nová metoda hodnocení byla vyvinuta firmou Daimler – Chrysler AG a jejím základem je
analýza prostorové mapy povrchu. Taylor Hobson tuto měřící a hodnotící metodu pod názvem
Twist zařadil jako aplikační program do svého prostorového hodnocení textury Talymap.
Program je využíván při hodnocení drsnosti povrchu i kruhovitosti.
Základem analýzy programem Twist je 3D měření profilu povrchu s cílem získání dostatečně
rozsáhlého reprezentativního souboru dat k vytvoření prostorové mapy povrchu. V současné
době lze snímání profilu provádět dotykovým způsobem (přístroji Form Talysurf PGI,
Talysurf CLI, Talyrond) nebo rychleji bezdotykovou metodou (Talysurf CCI, Talysurf CLI).
V případě měření dotykovým snímačem je provedena řada rovnoběžných měření o délce asi
5mm. Ze získané prostorové mapy se vybere pruh o šířce obvykle 1 nebo 2mm tak, aby se
z dalšího zpracování vyloučily defekty povrchu. Vlastní analýza textury povrchu je rozdělena
do dvou částí – filtrace a stanovení parametrů.
Filtrace dat
Filtrace profilu povrchu v axiálním směru je prováděna buď standardním Gaussovým filtrem
pro drsnost nebo speciálním filtrem s nulovou pásmovou propustí (fitr ZBD – Zero BandPass). Analýza dominantní vlnové délky je využita pro volbu typu filtru a velikosti mezní
vlnové délky (cut-off). Není-li nalezena dominantní vlnová délka je využíván Gaussův filtr a
cut-off zvolené uživatelem. V případě vyhodnocení jedné dominantní vlnové délky se data
zpracovávají filtrem ZBP a hodnota cut-off se rovná velikosti dominantní vlnové délky.
Prakticky jsou uvedeným speciálním filtrem ZBP potlačeny všechny další vlnové délky mimo
dominantní.
Stanovení parametrů textury
Data profilu povrchu jsou zpracována prostorovou Fourierovou transformací. Výsledky
analýzy zahrnují následující základní parametry : vlnovou délku povrchových stop v axiálním
směru, frekvenci a směr stop v obvodovém směru (počet šroubovic na otáčku), spolu
s průměrnou výškovou amplitudou (hloubka). Ze základních parametrů jsou potom odvozeny
další a to průměrná hodnota průřezu, gradient a úhel. Průměrný průřez je plocha vymezená
sinusoidou dané vlnové délky a hloubkou. Gradient odpovídá stoupání jedné šroubovice
měřeném v axiálním směru. Úhel označuje úhel šroubovice, jehož tangenta je dána poměrem
stoupání k obvodu. Výsledky analýzy Twist mohou popisovat texturu povrchu takto :
Vlnová délka
= 0,100 mm
Hloubka
= 1,275 µm
Gradient
= 3,000 mm
Průřez
= 64,00 µm2
Počet šroubovic / otáčku = 30 vlevo
Úhel
= 00 41'
Průměr
= 80,000 mm
Prostorovou představu o analyzovaném povrchu umožňují vytvořit axonometrické pohledy
jednak na povrch po filtraci a dále na povrch po autokorelační transformaci. Názorné je
především zobrazení po autokorelaci, která zvýrazňuje všechny periodické složky
povrchových stop po dokončovacích operacích.
Literatura
/1/
WHITEHOUSE D. : Surfaces and their Measurement, Kogan Page Science, 2004
/2/
WHITEHOUSE D. : Handbook of Surface Metrology, Institut of Physics Publishing,
London, 1994
/3/
Podklady TAYLOR HOBSON :
Program Talymap
Precision News 2005, 2006
Prospekty měřících přístrojů TH
/4/
ZECCHINO M. : Characterizing Surface Quality : Why Average Roughness is Not
Enough, Veeco Instruments Inc., 2006
/5/
NOVÁK Z. : Prostorové hodnocení textury povrchu, studie 2006
/6/
NOVÁK Z. : Prostorové hodnocení textury povrchu přístroji Taylor Hobson Ltd. ,
Sborník „Měřící technika pro kontrolu jakosti“, 16. mezinárodní
seminář, Plzeň 2007
Výhradní zastoupení firmy Taylor Hobson Ltd. pro ČR a SR :
IMECO TH spol.s r.o.
Ing. František Klein
Bc. David Hladík
Mariánské nám.1
tel. 545 129 449
617 00 Brno
545 233 148
603 423 291
e-mail: [email protected]
[email protected]
736 613 666