Profilometry

Profilometr Je speciální zařízení pro měření drsnosti povrchu jednotlivých dílů, mechanismů a prvků vyrobených z materiálů různé hustoty. Pomáhá určit kvalitu produktu a potřebu dalšího zpracování. Použití a zejména výběr zařízení jsou důležitými kroky v téměř každém výrobním procesu. Před nákupem a zahájením provozu měřiče byste si proto měli podrobně prostudovat, jaké typy profilometrů jsou, jejich funkčnost a technologické vlastnosti.

Index drsnosti povrchu - to je jedna z hlavních technických charakteristik kvality výrobku určeného pro práci v náročných podmínkách, které zahrnují silné opotřebení materiálu výroby. Úroveň drsnosti bude určovat jak celkovou kvalitu práce výrobku - jeho provozní parametry, tak i dobu používání. Index drsnosti je velmi důležitý například pro spalovací motory a další podobné součásti a mechanismy s velkým množstvím pohyblivých částí a prvků.

Během provozu probíhají na pracovních plochách takových mechanismů nepřetržité procesy, které mají negativní dopad na strukturu a integritu materiálu:

• tvorba třísek, trhlin a otřepů různých velikostí;

• mechanické opotřebení materiálu;

• eroze kovu, jeho částečné drcení.

Ke zvýšení technických a provozních vlastností výrobku, ke zlepšení kvality jeho práce a prodloužení trvanlivosti výrazně pomáhá dodatečné technologické zpracování - broušení... Na tom bude záviset úroveň drsnosti povrchu, kterou měří profilometr.

Takto vzniklé defekty mohou mít na kvalitu mechanismu ještě větší vliv než silné přehřátí nebo nárazy, a tedy způsobit jeho rychlejší deformaci. A k přehřívání samotného kovu nejčastěji dochází v důsledku nadměrného tření, jehož příčinou je nadměrná drsnost povrchu jednotlivého prvku.

Proto je to drsnost, která do značné míry ovlivňuje takové technické ukazatele materiálů, jako jsou:

• odolnost proti tvorbě koroze;

• obecná trvanlivost;

• přípustný koeficient tření.

Podle principu činnosti se profilometry dělí na Kontakt a bezkontaktní zařízení. Kontaktní zařízení jsou vybavena speciálním ocelovým dotekem s tvrdou špičkou. Určuje úroveň drsnosti, pohybující se po povrchu výrobku, a poskytuje údaje na obrazovce instalované v těle zařízení.

Bezkontaktní nebo optické profilometry zjišťují úroveň drsnosti součásti pomocí optického senzoru a laseru, který také při zkoumání povrchu zobrazuje získaná data na speciálním miniaturním monitoru. Podívejme se podrobněji na oba typy profilometrů, vlastnosti jejich provozu a hlavní technické vlastnosti.

Pro názorný příklad uveďme jeden z nejběžnějších kontaktních profilometrů - zařízení s digitálním čtením modelu 296. Je typickým zástupcem přístrojů této třídy měřicí techniky, jejichž provoz je založen na indukčním převodu signálu.Tento měřič je určen pouze k měření úrovně drsnosti plochých povrchů. Konstrukčně se kontaktní profilometr skládá z následujících prvků:

• ocelový hrot s tvrdým, obvykle diamantovým hrotem;

• zařízení pro pohyb sondy;

• převodník úrovně drsnosti;

• digitální převodník a zesilovač výkonového signálu;

• displej nebo miniaturní monitor;

• zpětné senzory pro ovládání sondy, směr jejího pohybu;

• přepínač režimu měření;

• relé nastavení časového intervalu.

Profiler model 296, stejně jako zařízení podobné modifikace, například profiler model 130, jsou považovány za stacionární měřicí zařízení. Tyto přístroje slouží především ke zjišťování drsnosti povrchů pouze v laboratorních, dílenských podmínkách.

Kromě nich však existují také mobilní nebo přenosné kontaktní profilovače, které mají malé rozměry. Například měřicí přístroj ruské výroby model TR-100 s piezoelektrickým měničem.

Úprava zobrazení výstupní veličiny nebo indikace v model TR-100 prováděno na náklady speciální jednotky, dodatečně zabudované do hlavního provozního okruhu zařízení. Profilometr TR-100 má navíc širší rozsah měření – od 0,05 do 50 mikrometrů (μm). Jeho podstatnou nevýhodou ve srovnání s laboratorními nebo dílenskými přístroji je nižší přesnost určení (rozdíl mezi modely je cca 10-12%).

Na rozdíl od kontaktních modelů mají bezkontaktní profilometry více možností. Proto jsou dnes mnohem rozšířenější, častěji se používají ve výrobě. Jejich hlavní předností je možnost vzdáleného skenování, dále funkce online přenosu dat a automatický výstup informací na monitor počítače nebo tiskárnu pro následný tisk. Přípustná vzdálenost nebo vzdálenost od zkoumaného povrchu bude záviset na konkrétním modelu měřidla. Stejně jako v případě kontaktních modelů jsou i bezkontaktní zařízení ve dvou hlavních typech – stacionární a přenosné.

Bezkontaktní stacionární profilometr s funkcí záznamu získaného výsledku obsahuje následující prvky:

• přistávací deska se speciálními drážkami, ve kterých je upevněn zkušební materiál nebo výrobek;

• speciální laserová hlava pro povrchové skenování;

• optické zařízení s primárními měřicími převodníky - speciální snímač nebo snímač;

• vodicí kanál pro přenos vln - vlnovod;

• počítačový uzel s vhodným uživatelským rozhraním pro ovládání zařízení a připojení dalších záznamových zařízení k němu.

Promyšlená funkcionalita bezkontaktního optického profilometru umožňuje určit a zobrazit na monitoru velmi rozsáhlé a ve většině případů i vyčerpávající množství potřebných informací. Podrobné údaje pomáhají co nejpřesněji stanovit úroveň drsnosti povrchu a potřebu dalšího zpracování. Výsledné informace zahrnují takové důležité ukazatele, jako jsou:

• profil snímací plochy - podélný a příčný;

• maximální přípustná přesnost měření pro konkrétní povrch;

• diskrétnost (nespojitost) měřícího kroku zařízení;

• chyba čtení v době skenování, stejně jako možná celková chyba.

Kromě hlavní funkčnosti takové profilometry poskytují schopnost zaznamenejte získané výsledky na speciální papír pro termální tisk. Vlastní záznam je prováděn formou profilogramu, aby bylo možné zařízení použít i jako plnohodnotný profilograf. Řízení a sledování snímání probíhá v samostatném dialogovém režimu, což umožňuje přeměření úrovně drsnosti nikoli na celém výrobku, ale pouze v požadovaných oblastech.

Jako příklad přenosného nebo mobilního bezkontaktního profilometru zvažte jeden z nejoblíbenějších modelů tohoto typu zařízení - metr německé výroby Mahr MarSurf PS1. V tomto kompaktním zařízení je řídicí signál přenášen do odpovídajícího obvodu pomocí speciálního optického senzoru. Náhodné nedobrovolné výkyvy (periodické dílčí změny) vzdálenosti mezi zkoumaným povrchem a čtecím přijímačem přístroje jsou kompenzovány automatickým systémem pro kalibraci kroku měření.

Profilometr je vybaven pohodlným digitálním displejem a speciálním výsuvným bezkontaktním stylusem. Rozsah měření úrovně drsnosti v přenosný model Mahr MarSurf PS1 se pohybuje od 5 do 15 mikrometrů.

Výběr měřidla bude přímo záviset na typu zkoumaného povrchu a účelu, složitosti zkoušeného předmětu. Stacionární kontaktní a bezkontaktní profilometry poskytují přesnější a podrobnější posouzení úrovně drsnosti materiálu. Drsnost tvrdých povrchů, jako jsou díly z vysoce uhlíkové oceli, se nejlépe měří diamantovým dotekem. Operativní nebo dílčí posouzení kvality zpracování materiálu je výhodnější provést přenoskou přenosné zařízení.

Optické bezkontaktní měřiče jsou určeny pouze pro snímání čištěných materiálů – prach a nečistoty mohou výsledek výrazně zkreslit.