Měření struktury povrchu

Hovoříme-li o měření povrchu, jde zpravidla o měření jeho drsnosti.

Na této stránce získáte přehled o zabezpečení kvality povrchů.
Můžete kliknout i přímo na některou z kapitol:

Co je drsnost povrchu?

Drsnost, to jsou nerovnoměrnosti, které jsou jinak definované jako povrchové výškové rozdíly. Tyto takzvané odchylky tvaru jsou způsobené řeznou hranou nástroje při povrchovém zpracování. Ty se dělí na makrostrukturu a mikrostrukturu. Do geometrické makrostruktury patří povrchové odchylky tvaru a polohy. Do geometrické mikrostruktury patří povrchová zvlnění a drsnost:

  • Tvar: Dlouhodobé nebo nepravidelné odchylky
    Možné příčiny: Chyba v kondici obráběcího stroje, nesprávné upnutí obrobku, nerovnoměrné opotřebení nástroje.
  • Zvlnění: Dlouhodobější intervaly v nerovnoměrnostech struktury povrchu.
    Možné příčiny: Vibrace obráběcího stroje, uchycení obrobku, výrobního nástroje.
  • Drsnost: Nerovnoměrnosti s kratšími intervaly
    Možné příčiny: Typ řezného nástroje, zrnitost brusného kotouče.

Každý technologický krok ve výrobě má svůj vliv na povrch a způsobuje tak i jeho drsnost. Aby byla zaručena stabilní kvalita vyráběných dílů, definuje se jakost povrchu pomocí takzvané hodnoty drsnosti. Aktuální drsnost dílu se stanovuje změřením profilu. K měření se používá přístroj pro měření drsnosti, neboli drsnoměr.
Přitom je třeba poznamenat, že během výrobního procesu je možné dosáhnout v rámci tolerance pouze určitých hodnot. Ty je tedy potřeba definovat pro každý typ technologie. V praxi to znamená, že se tolerance drsnosti stanovují právě v závislosti na výrobním procesu. Vše podle aritmetického průměru drsnosti Ra v µm na technologii.

Faktory, které ovlivňují kvalitu povrchu:

  • Obrábění:
    • řezné podmínky (hloubka řezu nebo rychlost řezu)
    • nástroje (úhel čela, úhel sklonu, úhel záběru)
    • způsob obrábění (otáčky, broušení, frézování)
  • obráběný materiál (složení)
    • stabilita obráběného dílu
    • chladicí a mazací kapalina
    • vlastnost materiálu při obrábění

Aplikace

Vlastnosti povrchu mohou ovlivnit mechanické, elektrické a chemické chování měřeného dílu. Drsnost povrchu ovlivňuje jeho kvalitu ve vysoké míře. Charakterizovat povrchy z hlediska drsnosti je technicky velmi důležité, protože kontrola drsnosti nabízí možnosti pro další optimalizaci. Z kontroly povrchů pomocí zařízení pro měření drsnosti (drsnoměrů) profituje mnoho průmyslových odvětví. Například:

  • Lékařská technika:
    Dodržením specifické drsnosti povrchu může například zubní implantát rychleji srůst s čelistí. Totéž platí pro endoprotézy. Vzhledem k tomu, že má protéza přímý kontakt s okolní tkání, má kvalita povrchu protézy skutečně velký význam. Výrobci implantátů se proto snaží připravovat své produkty s takovou povrchovou úpravou, která bude pro daný účel použití co nejoptimálnější.
  • Automobilový průmysl:
    Hladkost hnacích ústrojí snižuje tření. Cílem je dosažení co nejnižších energetických ztrát, které jsou třením způsobené. Spolu s vysokými požadavky na efektivitu rostou také požadavky na povrch ložiskových čepů klikových hřídelí. Povrchy čepů jsou vysoce namáhané například u systémů Start-Stop, které automaticky vypínají a zapínají motor. Nízká drsnost povrchu v tomto případě snižuje jopotřebení. U elektromotorů hraje drsnost povrchu důležitou roli při snižování jejich hlučnosti. Preferována je co možná největší hladkost. Proto je nezbytné zaručit kvalitu povrchu změřením drsnosti.
  • Elektronika a polovodiče:
    Mikročipy musí být čím dál menší, rychlejší a výkonnější. To je skutečná výzva, kvůli které je nezbytné dodržování vzájemných poloh jednotlivých součástí. Mezi požadované veličiny patří rovnoběžnost, vzdálenost, úroveň deformace a objem, a také parametry drsnosti, které vyžadují extrémně vysoké rozlišení v řádech nano-metrů a proto se obvykle kontrolují s pomocí systémů pro měření drsnosti.

Nabízíme přístroje pro měření drsnosti (drsnoměry), přístroje pro měření kontur a rovněž kombinované přístroje k měření drsnosti i kontur pro nejrůznější požadavky. S pomocí našeho filtru produktů naleznete správné zařízení pro měření struktury povrchu podle vašich potřeb snadno a rychle.
Konzultaci nebo předvedení si s vámi rádi domluvíme.

Metody měření

V rámci měření drsnosti je výrobek posuzován podle jeho vlastností, funkce a odolnosti vůči opotřebení. Při kontrole kvality povrchu se používají pro měření drsnosti různé metody. Ty se dají v zásadě rozdělit na subjektivní a objektivní metody měření:

  • K subjektivním metodám patří vizuální a fyzická kontrola, která se provádí pozorováním a hmatem. Vizuální kontrola je často prvním krokem před použitím drsnoměru. Protože je vizuální kontrola prováděna lidmi, jde samozřejmě o nižší stupeň kontroly, než je tomu u automatizovaných metod. Důvodem je např. pokles koncentrace, tlak na výkon, únava, vnější vlivy atp.
  • Jako objektivní metody kontroly drsnosti povrchu se používají měřící přístroje a to dotykové nebo optické.
    Tyto metody měření umožňují (v závislosti na zařízení) vyhodnocení ve 2D, resp. 3D (topografie). Data z měření je možné zaznamenávat, ukládat a analyzovat. Hodí se rovněž pro statistická vyhodnocování.

Pro změření a popis struktury povrchu se používá dotyková, profilová metoda. Při dotykové metodě měření povrchu se přes povrch výrobku přesouvá konstantní rychlostí měřící stylus. Během posuvu dochází ke snímání povrchu senzorem bod po bodu. S výslednými hodnotami v rozsahu mikro- až nanometrů je přesnost dotykových přístrojů pro měření drsnosti velmi vysoká. Jejich obsluha je zpravidla snadná a nabízí spolehlivé výsledky. Pro měkké, poddajné povrchy se však příliš nehodí. Dotykové drsnoměry by totiž mohly způsobovat jejich poškození. Pro tyto povrchy se používají spíše optické, 3D měřicí metody, které měří povrch bezdotykově a tedy i bez rizika poškození.

Postup při měření drsnoměrem

Přesná metoda měření drsnosti dotykovým zařízením pro měření struktury povrchu je popsána v normě ISO 4288:1996. Pro přípravu před změřením drsnosti doporučujeme následující postup:

  1. Očistit výrobek a umístit do stabilní polohy.
  2. Musí být zkalibrován měřící systém, a také musí být nasazeno odpovídající dotykové rameno.
  3. Měřenou část nastavte tak, aby povrch směřoval kolmo k ose dotyku stylusu a směr drážek struktury povrchu byl nasměrován v úhlu 90° od směru měření (ne rovnoběžně).
  4. Pokud není pro měření profilu stanoven profilový filtr λc a není zadaná délka (dráha měření), můžete vybrat vlastní nastavení podle tabulky.
  5. Nastavte požadované profilové filtry (λc a λs pro drsnost). (Obvykle se používá Gaussův filtr).
  6. Zvolte požadované povrchové parametry.
  7. Měření a zjištění naměřených hodnot.
  8. Porovnání výsledku měření s tolerovanými hodnotami, které jsou uvedené v technické dokumentaci.

V souladu s DIN EN ISO 4288 musí být při drsnosti profil změřen v 5ti samostatných měřících sekcích. Většina parametrů drsnosti – jako aritmeticky průměrná odchylka (Ra), průměrná hloubka (Rz) nebo maximální hloubka (Rmax) – se vypočítává z jednotlivých změřených sekcí. Charakteristické hodnoty jako je podíl v materiálu (Rmr) nebo celková výška profilu (Rt) se vypočítává z celkového profilu drsnosti.

Nabízíme přístroje pro měření drsnosti (drsnoměry), přístroje pro měření kontur a rovněž kombinované přístroje k měření drsnosti i kontur pro nejrůznější požadavky. S pomocí našeho filtru produktů naleznete správné zařízení pro měření struktury povrchu podle vašich potřeb snadno a rychle.Konzultaci nebo předvedení si s vámi rádi domluvíme.

Definice měřených sekcí

  • Jednotlivá měřená délka (Ir): Délka jednotlivě vyhodnocené dráhy se početně rovná horní mezní vlnové délce (lr = λc , lw = λf ).
  • Vyhodnocená délka (ln): Vyhodnocená délka (ln) je součtem jednotlivých měřených sekcí (I). Obsahuje minimálně jednu délku, obvykle však při celkovém vyhodnocení obsahuje těchto délek pět.
  • Snímaná délka (It): Dráha, po které se snímací systém během měření posouvá ve skutečnosti. Sestává z vyhodnocované délky In, délky náběhu a doběhu (dráha při zakmitávání a zklidnění), dráha vyhodnocené délky je přitom celá nebo poloviční. U velmi přesných metod měření je vyhodnocená délka až třetinová.

Charakteristické veličiny drsnosti povrchu

Na rozdíl od dimenzionálních měřicích veličin jako je např. délková míra, není měřicí veličina drsnosti povrchu jednoznačně definována. Proto existují pro posuzování kvality povrchu různé hodnoty měření drsnosti. V konstrukčních výkresech jsou označované zkratkami. Nejdůležitějšími veličinami pro drsnost, resp. parametry drsnosti v souladu s mezinárodní normou DIN EN ISO 4287, které se u klasické dotykové metody měření používají, jsou:

  • Ra: Mezinárodně používaný parametr drsnosti je definován jako střední aritmetická odchylka, tedy průměrná hodnota z absolutních hodnot v jedné změřené délce.
  • Rmr(c): Procentuální podíl v materiálu je určen součtem hmotných délek a podílem prvků v profilu materiálu, řezem a stanovením výšky c (v μm) a změřenou délkou In.
  • RSm: Průměrná šířka drážky znamená průměrnou hodnotu šířky prvků profilu Xs. Pro vyhodnocení jsou stanovené horizontální a vertikální prahové hodnoty.
  • Rt: Zkratka znamená „Celkovou výšku profilu drsnosti“ a představuje součet výšky Zp nejvyšší špičky profilu a hloubky Zv největší prohlubně profilu v rámci vyhodnocované délky In.
  • Rzi: Parametr drsnosti znamená největší výšku profilu drsnosti a představuje součet výšky největší špičky profilu a hloubky největší prohlubně profilu v rámci jednotlivé vyhodnocované délky Iri.
  • Rz1max: Jedná se o maximální hloubku drsnosti a tím i nejvyšší z pěti hodnot Rzi z pěti jednotlivých vyhodnocovaných délek Iri v rámci vyhodnocované délky In.
  • Rz: Průměrná hloubka drsnosti je definována průměrnou hodnotou pěti hodnot Rzi z pěti jednotlivých vyhodnocovaných délek Iri v rámci vyhodnocované délky In.
Technical drawing: surface profile by stylus and gaussian filter

Faktory ovlivňující výsledky měření

Při měření drsnosti povrchu může být výsledek měření ovlivněn mnoha různými faktory. Tyto faktory lze shrnout následovně:

  • Prostředí (faktor vlivu prostředí ve výrobě): Výsledek měření drsnosti může být ovlivněn například kolísáním teploty. Výsledek měření může být ovlivněn také vlhkostí vzduchu.
  • Strategie měření, např. volba metody měření a čidla.
  • Člověk: Zkušenosti obsluhy měření mají na výsledek rovněž vliv.
  • Objekt měření: Jak čistý je povrch?
  • Měřicí zařízení: Čím snadnější je obsluha drsnoměru, tím méně jsou měření náchylná k chybám. Volba drsnoměru může navíc zvýšit přesnost měření. Tak je tomu například u zařízení série SURFCCOM, s lineárním pohonem, který extrémně redukuje vibrace a umožňuje vysokou přesnost polohování.

Jednotlivé faktory, které ovlivňují měření struktury povrchu, jsou přesně popsány v našem Rádci pro měření struktury povrchu, který si můžete stáhnout zdarma.