Измерение шероховатости поверхности

Качественный контроль шероховатости поверхности осуществляют путём сравнения с образцами или образцовыми деталями визуально или на ощупь. ГОСТ 9378-75 устанавливает образцы шероховатости, полученные механической обработкой, снятием позитивных отпечатков гальванопластикой или нанесением покрытий на пластмассовые отпечатки. Наборы или отдельные образцы имеют прямолинейные, дугообразные или перекрещивающиеся дугообразные расположения неровностей поверхности. На каждом образце указаны значение параметра R_a (в мкм) и вид обработки образца. Визуально можно удовлетворительно оценить поверхности с R_a = 0,6…0,8 мкм и более. Для повышения точности используют щупы и микроскопы сравнения.

Количественный контроль параметров шероховатости осуществляют бесконтактными методами (с помощью приборов светового сечения, микроинтерферометров, имерсионнорепликовых микроинтерферометров, растровых измерительных микроскопов и др.) и контактными методами с помощью щуповых приборов (профилометров и профилографов). При выборе метода и типа прибора необходимо учитывать возможность контроля предписанного чертежом параметра, пределы измерения, допускаемые отклонения контролируемого параметра, погрешность измерения и прибора, производительность прибора, форму, размеры и материал детали и другие факторы. Контактные профилометры и профилографы, имеющие высокую точность, применяют для контроля наиболее ответственных измерений. Игла прибора оставляет след (царапину) на поверхности детали, поэтому для контроля деталей из мягких материалов применяют бесконтактные приборы. Принцип действия бесконтактных приборов основан на измерении параметров проекции светового сечения исследуемой поверхности с помощью наклонно направленного к ней светового пучка. Световой луч проходит через диафрагму с узкой щелью и конденсор и проецирует световую полоску поверхности объективом в фокальную плоскость окуляра. Высоту микронеровностей измеряют с помощью окуляра – микрометра.

Принцип действия интерферометров основан на использовании явления интерференции света, отражённого от образцовой и исследуемой поверхностей. Форма образующихся интерференционных полос зависит от вида и высоты (до 1мкм) неровностей контролируемой поверхности. Принцип действия растровых микроскопов основан на явлении образования муаровых полос при наложении изображений элементов двух периодических структур (направленных следов обработки и дифракционной решётки). При наличии неровностей муаровые полосы искривляются. Высоту микронеровностей определяют по степени искривления муаровых полос.

В щуповых приборах контактного действия для измерения высоты неровностей используют вертикальные колебания иглы, перемещаемой по контролируемой поверхности. Колебания преобразуются в электрическое напряжение с помощью индуктивных, механотронных, пьезоэлектрических и других преобразователей. Так, профилограф – профилометр мод.252, в котором использован индуктивный преобразователь, позволяет записывать профиль неровностей в увеличенном масштабе в виде профилограммы или измерять параметры шероховатости в цифровом виде по шкалам приборов. Прибор снабжён преобразователем, электронным измерительным блоком со счётно – решающим блоком и записывающим устройством. Индуктивный преобразователь выполняют в виде сдвоенного сердечника с двумя катушками. Катушки и две половины первичной обмотки дифференциального входного трансформатора включены по мостовой схеме, питание которой происходит от генераторов. При перемещении по контролируемой поверхности алмазная игла преобразователя вместе с якорем, подвешенном на опоре, совершает крутильные колебания. Повороты якоря перераспределяют индуктивности катушек, изменяя тем самым выходное напряжение дифференциального трансформатора. Изменения амплитуды напряжения характеризуют высоту микронеровностей, а изменение частоты (при работе прибора в режиме профилометра) – их шаг. Числовые значения параметров определяют с помощью цифрового отсчётного устройства. При работе прибора в режиме профилографа изменения напряжения подаются на записывающее устройство.

В цеховых условиях возникает потребность в оперативном определении параметров шероховатости поверхности, а не в записи профилограмм. Для этих целей выпускают цеховые профилометры мод.253 и 283, принцип действия которых основан на преобразовании колебаний иглы с помощью механотронного преобразователя. Алмазная игла закреплена на конце щупа, который через тонкую мембрану связан с подвижным анодом механотрона. Крепление механотрона с помощью кольца и пружины позволяет осуществлять его быструю замену и точное регулирование положения иглы относительно передней твёрдосплавной опоры. Игла перемещается с постоянной скоростью. С механотрона сигнал подаётся на усилитель, линейный выпрямитель, интегратор и стрелочный показывающий прибор, шкала которого проградуирована в значениях параметра R_a.