Контактные средства измерения шероховатости

Принцип действия контактных приборов для измерения шероховатости поверхности, которые часто называют «щуповыми приборами», заключается в том, что по измеряемой поверхности перемещается игла с малым радиусом закругления, и вертикальные колебания иглы, вызванные поверхностными неровностями, преобразуются в колебания напряжения электрического тока с помощью индуктивных, емкостных, пьезоэлектрических, механотронных и других датчиков.

По виду выдаваемой информации эти приборы обычно разделяют на профилографы-профилометры и профилометры.

1. Профилограф-профилометр — этот прибор состоит из двух приборов по характеру выдаваемой измерительной информации - профилографа и профилометра.

Профилографом - называется прибор для записи величин неровностей поверхности в нормальном к ней сечении в виде профилограмма, обработкой которой определяют параметры, характеризующие шероховатость и волнистость поверхности.

Профилометром - называется прибор для измерения поверхностных неровностей в нормальном к ней сечении и представлении результатов измерения на шкале прибора в виде значения одного из параметров, используемых для оценки этих неровностей (шероховатостей).

Профилограф-профилометр мод. 252. основан на индуктивном методе преобразования колебаний иглы в колебания напряжения (рисунок 7.2.1).

Прибор (рисунок 7.2.1 а, б, в) состоит из датчика (рисунок 7.2.1 в), электронного измерительного блока 7 со счетно-решающим блоком 8 и записывающим Р. Магнитная система индуктивного датчика состоит из сдвоенного Ш-образного сердечника 3 с двумя катушками 2. Катушки датчика и две половины первичной обмотки дифференциального входного трансформатора образуют мостовую схему, питание которой осуществляется от генератора 4 звуковой частоты. При перемещении датчика алмазная игла 1, касаясь неровностей поверхности, совершает колебания, приводя в колебание якорь 5 на опоре 6, Колебание якоря изменяет воздушный зазор с сердечником и тем самым изменяет индуктивность катушек и напряжение на выходе дифференциального трансформатора. Изменения напряжения преобразуются в параметры шероховатостей в случае работы прибора как профилометра и передаются на цифровое отсчетное устройство. В случае работы прибора как профилографа после усиления изменение напряжения передается на записывающее устройство.

В приборе используется алмазная игла с радиусом закругления 0,01 ± 0,0025 мм или 0,002 ± 0,002 мм.

При работе прибора как профилографарегистрируется профиль поверхностных неровностей с вертикальным увеличением (т.е. величины неровности) от 200 до 100000 крат (9 ступеней). Протягивание бумаги (горизонтальное увеличение) производится с увеличением в 0,5-200 крат (12 ступеней). Общий диапазон записи от 0,02 до 250 мкм. Максимальная трасса записи 50 мм, ширина записи 50 мм. Запись осуществляется на электротермической бумаге в прямоугольных координатах (бумага прожигается пером).

По результатам записи можно определить все параметры шероховатости по специальной методике (МИ41-75), хотя сам процесс весьма длителен.

Систематическая погрешность профилографа не более 2,5%, а среднее квадратическое отклонение случайной погрешности 0,6%.

Рисунок 7.2.1 – Профилограф-профилометр: а – общий вид; б – блок-схема; в – датчик.

 

При работе как профилометра приборв цифровом виде выдает значения таких параметров, как Ra, t_p, значение Н_тах и Н_тт - т.е. наибольший выступ и наибольшая впадина, которые в сумме характеризуют R max; значение п - число шагов неровностей в пределах длины трассы ощупывается по базовой линии (зная длину трассы, можно определить значения S_m). Предыдущие приборы выдавали только Ra.

Диапазон измерения по Ra от 0,02 до 100 мкм, по Я- от 0,1 до 100 мкм, по t_p - от 0 до 100% и по п до 1000. Длина ощупывания 1,5; 3; 6 мм.

При оценке критерия t_p могут быть взяты уровни сечения, составляющие 10, 20, 30; 40, 50, 60, 70, 80, 90% от R_max.

Систематическая погрешность измерения составляет 5% при измерении Ra и 15% при остальных параметрах. Средняя квадратическая случайной погрешности составляет соответственно 1 и 4%.

При работе прибора как профилометра, а так же как профилографа скорость трассирования датчика составляет 0,6; 6; 60 мм/мин. Измерительное усилие, т.е. усилие иглы на измеряемую поверхность, не более 0,1 сН, что дает возможность измерять поверхность относительно мягких материалов. Наименьший диаметр внутренних цилиндров измеряемой детали на глубине до 5 мм равен 3 мм.

2. Профилометр.Выделение профилометра в виде отдельного прибора объясняется тем, что в производственных условиях потребность в определении шероховатости по определенным параметрам возникает чаще, чем необходимость записи профилограмм.

Большинство профилометров дают оценку поверхностных неровностей в критериях Ra. Объясняется это, видимо, достаточностью опенки критерием Ra для большинства производственных измерений.

У нас в стране изготовляют профилометры, в которых преобразование колебаний алмазной иглы в колебание напряжений тока осуществляется с помощью механотронного датчика (рисунок 7.2.2). (Ранее выпускались приборы с индуктивными датчиками.)

В механотронном датчике основным элементом является механотрон, который представляет собой электровакуумный прибор (лампу) с механически управляемыми электродами. Подвижный анод механотрона 1 (рисунок 7.2.2 в) с помощью тонкой мембраны связан с измерительным рычагом 2, на конце которого находится алмазная игла 3 с радиусом закругления 0,01 мм.

Преимущества прибора с механотронным датчиком по сравнению с индуктивным заключается в более простой электрической схеме, а следовательно, в меньшей стоимости и простоте изготовления. Однако механотроны менее надежны в работе, чем индуктивные датчики.

Профилометр мод. 283 (рисунок 7.2.2 а) имеет диапазон измерения по критерию Ra от 0,02 до 10 мкм. Наименьший диаметр внутреннего цилиндра 6 мм при измерении на глубине до 20 мм и 18 мм на глубине до 130 мм. Длина трассы, на которой производится определение поверхностных неровностей, составляет 1,5 и 4,5 мм.

Рисунок 7.2.2 – Профилометр мехатронный: а – общий вид; б – блок-схема (1 – датчик; 2 – усилитель; 3 – линейный выпрямитель; 4 – интегратор; 5 – показывающий прибор; 6 – источник питания; 7 – реле времени); в – датчик.