11. Методы и Средства измерений шероховатости

Методы исследования шероховатости поверхности можно разделять на локальные и интегральные.

Если исследуют каждый элемент неровности поверхности (высоты отдельных неровностей, их форму, взаимное расположение на малых участках поверхности и т. п.) путем сечения плоскостью, то такие методы следует считать локальными.

В противоположность этому интегральные методы исследования шероховатости, не позволяя судить о характере неровности и о строении ее отдельных элементов, дают представление только об общих характеристиках поверхности на сравнительно больших ее участках. С помощью интегральных методов исследования получают средние значения каких-либо параметров или критериев, на основании которых можно лишь предполагать наличие неровностей и в очень неопределенной форме судить об их характере.

Таким образом, если при локальных исследованиях происходит некоторое суммирование отдельных элементов для определения их средних значений, то чисто интегральными методами исследования определят только средние значения, причем усреднением охватывают весьма большую плошадь по сравнению с размерами элементов неровностей. Большая площадь поверхности нужна для захвата при исследовании не только области шероховатости, но и волнистости, и даже отклонений от правильной геометрической формы.

При локальных методах судить о средних значениях отдельных элементов поверхности, соответствующих выбранным критериям, можно только после интегрирования, на что требуется определенный промежуток времени даже при автоматизации измерений.

Интегральными методами исследования охватывают достаточно большой участок поверхности, и в суммировании одновременно участвует большое число неровностей и отдельных параметров; интегрирование можно выполнить значительно быстрее. Интегральные методы исследования фактически являются такими, при которых приборы можно считать непосредственно показывающими числовые значения какого-либо критерия шероховатости.

Как локальные, так и интегральные методы исследования шероховатости, в свою очередь, могут быть подразделены еще на две группы в зависимости от конструктивных особенностей приборов — на контактные и бесконтактные методы. Само название указывает на их сущность.

Контактными методами следует называть такие, при которых прибор или его часть непосредственно соприкасаются с исследуемой поверхностью или с изучаемым участком. В противоположность этому бесконтактными методами можно считать те, при которых не происходит какого-либо механического соединения или механического воздействия на поверхность. При контактных методах в результате соприкосновения прибора с поверхностью всегда возникает опасность повреждения ее. С этой точки зрения бесконтактные методы исследования в принципе более предпочтительны. Как те, так и другие методы распространены достаточно широко, причем в настоящее время во всех приборах, в которых используется контакт с поверхностью, стремятся сделать этот контакт наимене действующим на состояние геометрии самой поверхности, так как всякое механическое воздействие на поверхность может не только ее испортить, но и исказить процесс ее профилирования, а следовательно, и результат исследования.

В свою очередь, контактные и бесконтактные методы можно подразделить по принципу абсолютных и относительных измерений. Шероховатость поверхности и ее критерии являются величинами линейными. Абсолютными измерениями шероховатости можно считать такие, которые базируются на непосредственных измерениях высот неровностей в единицах длины. При этом высоты сравнивают с каким-нибудь линейным масштабом. И на основе этих линейных измерений элементов неровностей вычисляют все характеристики, все критерии, которые наблюдатель считает необходимыми для полноты освещения расположения неровностей на поверхности.

В отличие от этого относительным методом измерения можно считать такой, в котором вычисление критериев шероховатости основывается на вспомогательных приемах и связи линейных характеристик шероховатости (критериев шероховатости) с другими физическими величинами, например с объемами, углами, электрическими величинами, емкостями между двумя электродами (одним из которых является сама поверхность и вторым — вспомогательная поверхность, располагаемая вблизи нее), магнитной проницаемостью пространства, образованного данной поверхностью, данным участком поверхности, и вспомогательной поверхностью, находящейся вблизи этого участка, и т. д.

Кроме того, методы исследования поверхностей можно разделить на единичные и комплексные. Под единичными методами следует понимать такие, которые позволяют вычислить или определить какую-нибудь одну характеристику неровностей или шероховатости, т. е. измерить какой-нибудь один элемент неровностей и вычислить один критерий. Методы, с помощью которых можно определить целый комплекс величин, характеризующих поверхность, вычислить их или непосредственно отсчитать по шкале прибора для различных критериев, соответствующих выбранной системе координат и базовых линий, называются комплексными.

И, наконец, все приведенные методы можно разделить на объективные и субъективные. К субъективным методам, главным образом визуальным, относят обычно оптические методы. Они могут выть как абсолютными, так и относительными, как контактными, так и бесконтактными, как локальными, так и интегральными. В объективных методах, где участие наблюдателя полностью исключено или в значительной степени его роль в оценке измеряемой величины ослаблена, процесс измерения элементов профиля, а также и вычисление или интегрирование определенных величин (шагов, высот, углов и т. д.) автоматизировано, и прибор выдает непосредственно данные об одной или нескольких интересующих величинах одновременно или последовательно по желанию оператора. И объективные и визуальные методы могут быть и единичными, и комплексными.