5.4.2 Назначение профилометра.

Профилометр контактный, тип II, степень точности 2 по ГОСТ 19300-86, модель 170623, предназначен для измерения профиля и параметров шероховатости по системе средней линии (ГОСТ 25142-82) в соответствии с диапазонами значений, предусмотренными ГОСТ 2789-73.

5.4.3 Технические характеристики.

Тип профилометра по ГОСТ 19300 II, Степень точности 2

Принцип действия - электронный.

Метод измерения - контактный последовательного преобразования профиля.

Измеряемые параметры шероховатости (по ГОСТ 25142-82): среднее арифметическое отклонение профиля высота неровностей профиля по десяти точкам наибольшая высота неровностей профиля высота наибольшего выступа профиля глубина наибольшей впадины профиля среднее квадратаческое отклонение профиля средний шаг неровностей профиля средний шаг местных выступов профиля средняя длина волны профиля средняя квадратическая длина волны профиля длина растянутого профиля относительная длина профиля плотность выступов профиля средний арифметический наклон профиля средний квадратический наклон профиля относительная опорная длина профиля при уровнях сечения профиля p в диапазоне (0…99) % Диапазон измерений: параметров Ra и Rq, мкм параметров Rp и Rv, мкм параметров Rz и Rmax, мкм параметров Sm, S, λа, λq, мкм параметра Lo, мкм параметра lo параметра D, 1/см параметров Δа и Δq, град, параметра tp ,% Верхние пределы поддиапазонов измерений: параметра Ra и Rq, мкм параметров Rp и Rv, мкм параметров Rz и Rmax, мкм параметров Sm, S, λа, λq, мкм параметра tp,% Наименьшая дискретность отсчета , мкм Значения отсечек шага λb , мм Максимальная скорость трассирования датчика, мм/с, не менее Максимальная длина трассы ощупывания, мм, не менее Наименьший диаметр отверстия, в котором возможно измерение, мм на глубине до 20 мм на глубине до 130 мм Угол конуса иглы (щупа), град. Радиус кривизны вершины иглы, мкм Радиус кривизны рабочей части опоры датчика в плоскости измерения, мм, не менее Параметр шероховатости рабочей поверхности опоры Rz, мкм, не более Усилие воздействия опоры датчика на измеряемую поверхность, Н, не более Максимальное значение статического измерительного усилия, Н, не более Максимальное значение постоянной изменения статического измерительного усилия, Н/м, не более Предел допускаемой основной погрешности Δ для профиля, близкого к трапецеидальному, с шагом неровностей, не превышающим 0,25 λb: при измерении параметра Ra при измерении параметров Rz, Rmax, Rp, Rv и Rq при измерении параметра Sm, S, λа, λq при измерении параметра tp при измерении параметра D, Lo, lo, Аа и Aq, (где И - действительное (измеренное) значение соответствующего параметра, П - верхний предел поддиапазона измерений соответствующего параметра). Габаритные размеры, мм, не более привод датчик блок электронный стойка информационно-вычислительный блок

Ra; Rz; Rmax; Rp; Rv; Rq; Sm; S; λа; λq; Lo lo D Δа Δq tp 0,012 – 50 0,025 – 125 0,05 – 250 10 – 2500 100 – 100 000 1 – 10 4 – 1000 0,01 – 30 0 – 99 0,2; 0,4; 0,8; 1,6; 3,2; 6,3; 12,5; 25; 50 0,4; 0,8; 1,6; 3,2; 6,3; 12,5; 25; 50; 100 0,8; 1,6; 3,2; 6,3; 12,5; 25; 50; 100; 250 80, 250, 800, 2500 30, 60, 99 0,0001 0,08; 0,25; 0,8; 2,5; 8,0 2 10 6 16 90 (-10, +5) 10 ±2,5 125 0,1 0,5 0,004 200 Δ=0,03П+0,06И Δ=0,06П+0,08И Δ=0,03П+0,15И Δ=0,1П+0,03И Δ=0,15И 210 x 60 x 75; 170 х 15,5 х 15,8; 220 х 205 х 75; 410 x 200 x 300; 120 х 140 х 25.

Рис._____ Профилометр, общий вид.

Профилометр (см. рис.__________) состоит из четырёх соединённых для выполнения измерения элементов: датчика, механизма привода движения датчика с измерительным столом, монитора, системного блока компьютера, клавиатуры управления компьютером и принтером, наличие и применение которого не является обязательным.

Механизм привода движения датчика установлен на плите и закреплён на ней винтами, отвернув которые можно снять механизм с плиты, что позволяет переносить и устанавливать механизм вместе с датчиком на крупногабаритные детали для измерения шероховатости их поверхностей. Плита для установки механизма посредством втулки подвижно соединена с колонной гайкой, сопряженной с колонной по резьбе. Вращением гайки оператор может перемещать механизм и датчик с целью предварительной установки последнего на измеряемую поверхность. После предварительной установки датчика втулка, несущая плиту, закрепляется на колонне винтами. Плита вместе с механизмом привода и датчиком может быть повёрнута в вертикальной плоскости на некоторый угол, что необходимо для измерения поверхностей, расположенных под углом к плоскости плиты, на контрой установлена колонна.

Датчик устанавливается в цилиндрическое гнездо кронштейна и закрепляется на нем винтом. Кронштейн подвижно посредством направляющих и реечной передачи соединён с кареткой. Вращением маховика шестерни, соединенной с рейкой, установленной на каретке, можно переместить последнюю в направлении нормали к измеряемой поверхности, что необходимо для точной установки алмазной иглы на измеряемой поверхности. В установленном положении каретка фиксируется и закрепляется на подвижной части привода винтом.

П рямолинейное движение датчика с постоянной скоростью сообщается ему от электродвигателя постоянного тока, вращение якоря которого с помощью зубчатой передачи передаётся винту, сопряженному с гайкой, соединённой жестко с подвижной частью механизма перемещения датчика. Скорость движения (трассирование) датчика по измеряемой поверхности может дискретно регулироваться с монитора в пределах 0,8…2 м/с.

Подготовка профилометра включает общую и конкретную.

Общая подготовка производится при вводе профилометра в эксплуатацию и заключается в его расконсервации, соединении внешней электрической цепи посредством разъёмов системного блока, монитора и клавиатуры. После включения питания от электрической сети напряжением 220 в., выдержать прибор во включённом состоянии в течении 10 минут. При необходимости выполнить балансировку и калибровку измерительной системы и др. Общая подготовка производится обслуживающим персоналом и не относится к содержанию данной лабораторной работы.

Конкретная подготовка необходима для выполнения данной лабораторной работы. Она включает в себя следующие действия:

1. Включить системный блок компьютера и монитор нажатием соответствующих кнопок, вызывающим свечение индикаторов, имеющихся на их корпусах.

2. После появления на мониторе обозначения «Профиль» щелкнуть два раза левой клавишей мыши и дождаться появления на мониторе изображения, показанного на рис.

3. Основываясь на собственном опыте, сделать предварительную количественную оценку параметра шероховатости Ra. Поверхности с шероховатостью более Ra>100 мкм или Rz>500 мм на профилометре измерять не следует. Если предварительная оценка затруднена, то производят пробное измерение, выполнив следующие действия.

4. Последовательным нажатием левой клавиши мыши активируйте кнопки «Ra 50 мкм», «автошкала», «скорость 2 мм», «λс=80 мм», «авторасчёт», «возврат» и «трасса».

Рис. _____ Общий вид программы профилометра.

5. Подвести и опустить алмазную иглу на измеряемую поверхность до появления столбика зелёного цвета на индикаторе с помощью кнопок «Подстройка О» установите значение Z, близкое к нулю.

6. Установите курсор мыши на кнопке «трасса» и щёлкните левой клавишей мыши. После появления профилограммы и таблицы результатов измерений выпишите значения Ra и Rz.

7. Установите алмазную иглу на другой участок измеряемой поверхности, обеспечив необходимое положение иглы на поверхности по зелёному цвету индикатора и «подстройки 0» значение Z≈0

8. Установите кнопками «скорость» на необходимое значение, шкалу Ra или Rz, незначительно превышающие полученные при пробном измерении, кнопкой значение λ_с, соответствующей стандартному значению базовой длины l: Ra≤0,4 мкм l=0,25 мм, для 0,4<Ra<3,2 мкм l=0,8 мм, для 3,2<Ra≤12,5 мкм l=2,5 мм, Ra>12,5 мкм l=8 мм. Активируйте кнопки «авто», «авторасчёт», установите курсор на поле «трасса» и щёлкните левой кнопкой мыши: на мониторе появится профилограмма, таблица результатов измерений и информация под профилограммой, справа от неё и над ней.

9. Спишите с экрана монитора результаты измерений и другую интересующую информацию.

10. Подняв датчик, опустите его на другой участок измерения, и выполните настройку его положения по зелёному цвету индикатора и «подстройкой 0» значение Z≈0. Измерения при красном и синим цветах индикатора, не допускаются.

11. Произведите измерение на 3…5 участках измеряемой поверхности. Наибольшее значение Ra, Rz или Rmax являются оценкой шероховатости измеренной поверхности.

Управляя клавишами мыши и активизируя необходимые кнопки можно провести дополнительное исследование параметров профилограммы, а следовательно, измеренной поверхности. Для этого необходимо знать назначение кнопок, линий на профилограмме и смысл информации, имеющейся у окна профилограммы.

На профилограмме имеются изображения: красным цветом средней линии профилограммы, две синие вертикальные линии и одна горизонтальная линия.

Если курсор мыши поставить на поле профилограммы и щелкнуть левой клавишей мыши, то левая синяя вертикальная линяя переместится на место курсора, если щелкнуть правой клавишей, то правая вертикальная линяя переместится на это место. Но правая линяя не может занять место левее левой, а левая – правее правой. Кнопкой под графиком «плотность» и t_p можно перемещать синюю горизонтальную линю, устанавливать её на уровень измерения, нажав кнопки перемещения.

Вертикальные линии позволяют выделить на профилограмме интересующий участок для проведения измерений на нём.

Слева от профилограммы имеются несколько строчек чисел с размерностями мкм или мм.

На профилограмме по вертикали имеются ординаты точек профилограммы со знаком «минус», если точки расположены под средней линией, и без знака, если точки рассоложены под ней. По горизонтали измеряются абсциссы точек. Имеются в виду точки пересечения вертикальных линии с профилограммой.

В группе из трёх чисел, расположенных слева и посредине окна измерения профилограммы, верхнее – ордината точки пересечения правой измерительной линии, снизу в скобках – разность этих ординат, т. е. левой и правой точек пересечения.

Слева от окна профилограммы выводятся ординаты начала и конца в абсолютных единицах, т. е. от средней линии, и в относительных (в скобках), когда левая нижняя точка окна профилограммы принимается за ноль.

Под окном профилограммы выводятся числа – абсциссы точек пересечения с профилограммой левой и правой измерительных линий, а правее разность между ними, значение угла наклона к средней линии прямой, проходящей через точки пересечения вертикальных измерительных линий с профилограммой. Ещё правее выводятся значение длины оценки, т. е. длины профилограммы, находящейся в окне.

На правом графике изображается кривя линия изменения значения относительной опорной длины профиля. Сверху у правой границы графика имеются две кнопки, устанавливая на них курсор мыши можно перемещать в вертикальном направлении горизонтальную измерительную линию (вверх и вниз). При этом справа выводится значение в % уровня измерения, а снизу значение относительной опорной длины профиля для вышеуказанного уровня измерения.

Слева и внизу профилограммы имеются пять кнопок.

Первая кнопка служит для приведения профилограммы в тот вид, когда она размещается полностью в окне.

Вторая кнопка – для растяжения профиля по горизонтали. По вертикали профиль автоматически растягивается на всё окно. Растяжение производится так. Установить две вертикальные измерительные линии по краям интересуемого участка, установить курсор на вторую кнопку справа и щелкнуть левой клавишей мыши – выделенный участок растянется на всю длину окна. Далее можно на этом профиле выделить интересующий участок и растянуть его на всю длину окна измерений. Растяжение возможно до определённого предела.

При активации четвёртой кнопки в виде развёрнутой стрелки возвращается предыдущее состояние окна измерения.

Активация пятой кнопки под окном измерения приводит к изображению профиля в виде точек.

Шестая кнопка и кнопка у правой стороны окна профилограммы служат для горизонтальной прокрутки профиля.

Нажатие кнопки «скорость» можно с помощью кнопок увеличения и уменьшения установить следующие значения скорости трассирования мм/с: 0,2; 0,5; 1; 2.

Нажатием кнопки «шкала» можно установить предел измерения – наибольшее значение измеряемого параметра и вид параметра Ra или Rz с помощью кнопок увеличения и уменьшения.

Активация кнопки «автошкала» приводит к автоматическому увеличению предела измерений, если значения измеренной неровности превышают предел установленный кнопкой «шкала».

Кнопка «возврат» возвращает датчик в исходное для трассирования положение. Если при этом активирована кнопка «авто», то возврат происходит автоматически. При этом не требуется активация кнопки «возврат».

Третья кнопка слева под окном профилограммы при её активации придаёт курсору вид лупы. При этом нажатие левой клавиши мыши приводит к уменьшению длины выведенного в окне участка профиля, а нажатие правой клавиши приводит к увеличению длины этого участка. При этом профиль растягивается или сокращается вдвое.

Для вычисления параметров шероховатости выведенного в окне профиля, нужно установить необходимую отсечку шага кнопкой λа, (базовую длину), нажав левую клавишу мыши на кнопку панели управления «фильтр», профильтровать профиль.

Фильтрация профиля исключает из профилограммы отклонения формы.

После этого активизация кнопки «расчёт» выводит значения параметров шероховатости для фильтрованного профиля.

Для вычисления параметров шероховатости на отдельном участке профиля следует выделить его с помощью вертикальных измерительных линий, установить необходимую отсечку шага кнопкой λс, профильтровать профиль с помощью кнопки «фильтр» и нажать кнопку «расчёт» - на экране монитора будут выведены параметры шероховатости для фильтрованного профиля.

Активизация кнопки «авторасчёт» автоматически запускает фильтрацию профиля и расчет.

Если в окне профиля необходимо сохранить лишь его часть, то интересующий участок надо выделить вертикальными измерительными линиями и нажать кнопку «отсечь».

Если результаты измерений необходимо представить в дюймах, то следует нажать кнопку «дюймы».

Чтобы получить серию профилей для одной поверхности, надо после первого трассирования установить датчик на следующий выбранный участок измерения, нажать кнопку «Доп. трасса» и повторить эти действия для измерения других участков поверхности. После очередного трассирования измеренный профиль выводится на панель в окно измерения. При этом в имени отображаемого профиля в скобках указывается, какой из нескольких профилей выведен в данный момент в окно измерения. Вывести в окно любой из записанных профилей можно, нажимая на кнопки, расположенные справа и слева от кнопки «Доп. трасса».

Информация, полученная в результате каждого трассирования, а также серии трасс, полученных дополнительным трассированием, сохраняется в памяти компьютера на жёстком диске в папке «С:\622» в виде файла. Любой созданный ранее файл можно открыть, нажав кнопку «Открыть», при этом открывается папка «С:\622» с файлами. Щёлкнув мышкой на выбранном файле, можно рассмотреть результаты ранее проведённых измерений. Имя файла присваивается либо оператором, либо автоматически программой. До начала трассирования оператор вводит имя в окно справа от кнопки «Трасса». По окончании трассирования результаты измерения сохраняются в файле с введённым именем.

Для вычисления усреднённых параметров шероховатости серии профилей, полученных дополнительным трассированием, надо установить флажок на кнопке «Средн. по всем» и нажать кнопку «Расчёт». При этом параметры вычисляются в виде U±ΔU, где U – среднее арифметическое значение параметра, а ΔU – среднее квадратическое отклонение. При этом фильтровать полученные профили не обязательно, т. к. в программе это предусмотрено и выполняется автоматически. Перед вычислением усреднённых параметров рекомендуется просмотреть все полученные профили, т. к. на измеренной поверхности могут оказаться царапины или канавки. Не нужный профиль, включающий вышеуказанные царапины или канавки, необходимо удалить. Для этого надо вывести его в окно измерения и нажать кнопку «Удалить».

Распечатка результатов производиться при нажатии кнопки «Печать». При этом к компьютеру должен быть подключен принтер с объёмом памяти не менее 1 Мб.

Результаты измерения параметров шероховатости могут быть сохранены в текстовом файле «С:\622\Protocol.txt» в виде строк измеренных значений параметров. Для этого надо после проведения вычислений нажать кнопку «Протокол».

После тщательного ознакомления с кнопками управления и информацией у окон результатов измерения можно приступать к измерению на профилометре и выполнению лабораторной работы в соответствии с заданием, выданным преподавателем. Содержания различных вариантов заданий могут быть различны. Ниже приведены лишь некоторые. При этом управление компьютером проводится оператором.

Задание 1. Измерение параметров шероховатости образца, поверхность которого образована шлифованием на плоскошлифовальном станке.

Для этого необходимо выполнить следующие действия после включения измерительной установки и выхода её на режим функционирования.

1. Установить измеряемый образец на призму и датчик на измеряемую поверхность, обеспечив появление зелёного поля индикатора подстройки и отрегулировать положение кнопками «Подстройка 0», добившись значения Z, близко к нулю.

2. Установить кнопками «Шкала» параметр настройки Ra или Rz и пределы измерения кнопками увеличения или уменьшения.

3. Установить необходимую скорость трассирования кнопкой «Скорость» и кнопками увеличения или уменьшения.

4. Кнопками увеличения или уменьшения установить шаг отсечки λ_с, соответствующий базовой длине.

5. Последовательно нажать кнопки левой клавиши мыши «Возврат» и «Трасса».

6. После трассирования и появления профиля в окне измерений нажать кнопку «Фильтр», а затем кнопку «Расчет».

7. С помощью кнопки «Печать» распечатать профилограмму и результаты измерений на принтере.

Если активировать кнопки «Авто» и «Авторасчёт», то активизация кнопок «Возврат», «Фильтр» и «Расчет» не производится. Однако погрешность прибора при этом будет больше.

Задание 2. Провести исследование параметров шероховатости после выполнения задания 1 на участках наименьшей и наибольшей шероховатости.

Для этого необходимо выполнить следующие действия.

1. С помощью вертикальных измерительных линий выделить на профиле участок с наибольшей неровностью, т. е. с наибольшим расстоянием между вершиной и впадиной профиля.

2. Установить левую измерительную линию по наивысшей точке впадине профиля, а правую по низшей точке впадины по правой стороне профиля. Запишите показания ординат, выведенных в середине и слева от окна измерений, и показания для абсцисс, выведенных под окном измерения. Сравните разность ординат со значением Ra и Rmax, приведенных на поле результатов измерения. Запишите показания для угла наклона правой стороны выступа неровности профиля. Выполните те же действия для левой стороны профиля.

3. Выполнить все действия п.п. 1, 2 для наименьшей неровности.

4. Найдите отношения одноименных величин, относящихся к наибольшей и наименьшей неровностям. Оцените степень неравномерности размеров неровностей в пределах профилограммы.

5. С помощью второй кнопки (растяжение) растяните дважды выделенные участки с наибольшей и наименьшей неровностями на всю длину окна измерения. Измерьте углы наклона боковых сторон наибольшей и наименьшей неровностей и сопоставьте их с соответствующими показателями, выведенными под окном измерения в его средней части в градусах.

Требования к отчёту.

1. Название и общие характеристики профилометра модели 170623.

2. Блок – схема измерительной установки.

3. Схема датчика с указанием элементов и описанием его работы.

4. Таблица результатов измерений.

5. Рисунки наибольшей и наименьшей неровностей, построенных в масштабе по выведенным в окне результатам измерения.

Контрольные вопросы.

1. Как устанавливают датчик на измеряемую поверхность?

2. Принцип измерения шероховатости на профилометре.

3. Назовите составные элементы профилометра.

4. Для чего необходимо растягивание профиля?

5. Какими кнопками производится растягивание профиля?

6. Какой кнопкой устанавливается верхний предел измерения параметров Ra или Rz?

7. Зачем предусмотрен возврат датчика с помощью кнопки «Возврат» и автоматический возврат с помощью кнопки «Авто»?

8. Для какой цели предусмотрена фильтрация профиля?

9. Каковы предельные значения скорости трассирования?

10. Одинаковы ли скорости трассирования иглы по измеряемой поверхности и перемещение конца линии профилограммы в окне измерения?

11. Для какой цели применяются вертикальные и горизонтальные измерительные линии?

12. Как производится измерение горизонтальных размеров профиля?

13. Как производится измерение вертикальных размеров профиля?

14. Для чего производится дополнительное трассирование?

15. С помощью какой кнопки регулируется чувствительность профилометра?