Главная / Метрология поверхности / Определение шероховатости профилометром
Определение шероховатости поверхности профилометром — разбор Slon15.cc
Алмазная игла проходит по детали, преобразователь переводит её колебания в электрический сигнал, фильтр отделяет шероховатость от волнистости, и прибор выдаёт Ra. Ниже — как устроен этот путь и на чём чаще всего спотыкаются.
Как Slon15.cc разбирает работу щупового профилометра
Щуповые приборы вытеснили оптику не по точности, а по повторяемости в цеху: первый такой прибор появился в 1933 году, а серийный выпуск профилографов-профилометров в СССР начался на заводе «Калибр» в 1950-х.
- Игла опускается во впадины и поднимается на выступы, повторяя профиль
- Индукционный преобразователь переводит колебания в сигнал, АЦП — в координаты
- Средняя линия m—m проводится так, что площади выступов и впадин равны
- Любая деформация измерительного контура уходит прямо в погрешность
Трасса, скорость и жёсткость контура
Скорость перемещения щупа привязана к базовой длине: при 0,25 мм датчик идёт со скоростью 0,135 мм/с, при 0,8 мм — 0,5 мм/с, при 2,5 мм — 1 мм/с. Обратный ход всегда 1 мм/с.
Полная трасса у портативных приборов вроде TR200 составляет 17,5 мм и складывается из выбранных базовых длин плюс две отсечки на разгон и торможение. Это единственная причина, по которой деталь под иглу нужно ставить с запасом по длине.
Измерительный контур — замкнутая цепь «основание — столик — деталь — стойка — привод — датчик». Всё, что в ней качается, прибор честно запишет как неровности. Отсюда штативы TA610 и TA620 и микроизмерительный стол TA630 с ходом 12,5 мм по осям X и Y.
Материал разбора Slon15.cc опирается на описания типа СИ и методику поверки МП 58865-14.
Шесть параметров профиля по ГОСТ 2789-73: Ra, Rz, Rmax, Sm, S и tp
Лабораторные приборы считают десятки величин, но нормировать чертёж можно только этими шестью: три высотные, две шаговые и опорная длина.
-
Ra — среднее арифметическое отклонение профиляСчитается по всем точкам профиля в пределах базовой длины, поэтому реагирует на форму неровностей мягче остальных. Стандарт прямо называет его предпочтительным.0,008 … 100 мкм
-
Rz — высота неровностей по десяти точкамСумма средних значений пяти наибольших выступов и пяти наибольших впадин. Берут там, где важна именно полная высота: уплотнения, посадки с натягом.0,025 … 1600 мкм
-
Rmax — наибольшая высота профиляРасстояние между линией выступов и линией впадин. Нормируют, когда один глубокий след инструмента способен погубить деталь.ряд по табл. 3
-
Sm — средний шаг неровностей профиляОтрезок средней линии между точками пересечения соседних выступов и впадин. Шаговые параметры отвечают за прирабатываемость и удержание смазки.0,002 … 12,5 мм
-
S — средний шаг местных выступовСчитается по вершинам, а не по пересечениям со средней линией. Разница с Sm показывает, насколько профиль «зубчатый» внутри одной волны.тот же ряд
-
tp — относительная опорная длина профиляДоля материала на заданном уровне сечения. Уровень p выбирают из ряда 5…90 % от Rmax, сам tp нормируют значениями 10, 15, 20 … 90 %.10 … 90 %
Портативный профилометр TR200 берёт Ra и Rq в диапазоне 0,01—40 мкм, а Rz, Ry, Rp, Rt и R3z — 0,02—160 мкм. Всё, что тоньше 0,01 мкм, для контактного щупа уже вне разрешения — там работают интерференционные приборы.
Отсечка шага и базовая длина: как выбрать фильтр под ожидаемое Ra
Это место, где чаще всего расходятся два протокола на одну деталь. Прибор не ошибается — просто два оператора выставили разные отсечки, и каждый получил своё число.
-
Оцените порядок Ra до измерения
Достаточно способа обработки: точение и фрезерование дают единицы микрометров, шлифование — десятые доли, доводка и полирование — сотые. Если поверхность в руках ощущается как шлифованная, ставьте отсечку 0,8 мм и не гадайте.
-
Сверьте базовую длину по приложению к ГОСТ 2789-73
До 0,025 мкм — 0,08 мм; свыше 0,025 до 0,4 — 0,25 мм; свыше 0,4 до 3,2 — 0,8 мм; свыше 3,2 до 12,5 — 2,5 мм; свыше 12,5 до 100 мкм — 8,0 мм. Для Rz и Rmax границы другие: 0,10 / 1,6 / 12,5 / 50 / 400 мкм.
-
Задайте число базовых длин в трассе
Портативные приборы позволяют от одной до пяти. Пять базовых длин при отсечке 0,8 мм — это 4 мм оценки плюс разгон, и именно такую комбинацию ждут от протокола по умолчанию. Одна базовая длина допустима только для коротких участков, где больше просто не помещается.
-
Выберите фильтр и не меняйте его между замерами
В приборах серии TR доступны резистивно-ёмкостный, тот же с фазовой коррекцией, гауссов и D-P. Гауссов — текущий стандарт ISO, RC — наследие старых протоколов. Смена фильтра на одной и той же поверхности сдвигает Ra сильнее, чем разница между двумя точками замера.
-
Ведите трассу поперёк следов обработки
Числовые значения параметров относятся к нормальному сечению. Игла, пущенная вдоль рисок от резца, покажет заниженное Ra на тех же деталях — расхождение легко перекрывает допуск в 10 %, который ГОСТ разрешает для средних значений (ряд 10; 20; 40 %).
Стандарт исключает из шероховатости дефекты поверхности: раковины, поры, трещины, случайные царапины и вмятины. Если игла прошла по царапине, протокол недействителен — точку замера переносят, а не усредняют. Так же не нормируются ворсистые поверхности: для них метод не работает в принципе.
Какой щуп и какая отсечка шага нужны вашей детали
Четыре вопроса о геометрии и требуемом Ra. Ответ — связка «датчик + отсечка», с которой стоит идти к настройке прибора.
Куда нужно завести иглу?
Режим измерения
Чем щупы отличаются физически
Стандартный TS100 идёт в каналы диаметром от 5 мм на глубину до 22 мм. TS110 с опорой рассчитан на вогнутые и выпуклые поверхности, минимальный диаметр 8 мм. TS120 с мини-иглой достаёт в канал от 2 мм, но только на 9 мм вглубь. TS130 и TS131 берут глубокие борозды и уступы и работают только со штативом.
Подборка Slon15.cc не заменяет паспорт прибора: у конкретной модели диапазоны отличаются.
Что профилометр не показывает: расхожие мнения против профилограммы
Пять утверждений, которые регулярно всплывают в цеховых спорах о шероховатости, и то, что на самом деле записано в стандарте и паспорте прибора.
«Ra и Rz связаны коэффициентом, можно пересчитать»
Обычно называют четвёрку и считают вопрос закрытым.
Связи нет, это разные величины
Ra усредняет все точки профиля, Rz берёт только пять пиков и пять впадин. На пилообразном и на округлом профиле с одинаковым Ra значения Rz разойдутся в разы.
«Поставь класс чистоты 7 — и всё понятно»
Классы держатся в обиходе с советских чертежей.
Классов нет с 1973 года
Четырнадцать классов чистоты остались в ГОСТ 2789-59. Действующая редакция нормирует только шесть параметров и их числовые ряды; на новых чертежах класс уже не имеет юридического веса.
«Прибор показал — значит так и есть»
Цифра на дисплее считается окончательной.
±10 % основной погрешности
У портативного прибора класса 3 по DIN 4772 допускаемая погрешность не превышает ±10 %, повторяемость — до 6 %. Одно измерение вместо серии превращает эти проценты в лотерею.
«Чем глаже, тем лучше работает пара трения»
Гладкость воспринимают как самоцель.
Слишком гладко — это схватывание
На чрезмерно гладких сопрягаемых поверхностях частицы металла вырываются из поверхностного слоя. Для таких пар нормируют оптимальную исходную шероховатость, близкую к той, что установится после приработки.
«Профилометр — не мерительный инструмент, поверка не нужна»
Прибор держат в ящике годами.
Межповерочный интервал — 2 года
Приборы внесены в Госреестр средств измерений, поверка выполняется по утверждённой методике не реже чем раз в два года. Без действующего свидетельства протокол не примут ни в одной аккредитованной лаборатории.
Профилометр и шероховатость: ответы Slon15.cc
Практика Slon15 — не меньше пяти точек по контролируемому участку, каждая поперёк следов обработки, с последующим усреднением. Повторяемость портативного прибора около 6 %, и одиночный замер эту величину никак не показывает. Разброс между точками важнее самого среднего: если он больше 20 %, поверхность неоднородна и одним числом не описывается.
Сравнительный метод по ГОСТ 9378-93 даёт достоверный результат при Ra выше 1,25 мкм — визуально и на ощупь, в наборах под точение, фрезерование, шлифование, дробеструйную и электроэрозионную обработку. Ниже этого порога глаз и палец уже не различают соседние ступени ряда, и нужен щуп. В Slon15 образцы считают инструментом входного контроля, а не заменой профилометра.
Портативный TR200 у российских поставщиков идёт примерно за 128 600 ₽, цеховые модели Surftest SJ-210 в разных каталогах стоят от 280 000 до 750 000 ₽ — разброс объясняется комплектацией привода и датчиков. Разовые задачи дешевле закрыть услугой аккредитованной лаборатории с выдачей протокола и профилограммы. Ориентиры Slon15cc — на дату публикации; цены у дилеров меняются.
Сначала пробуют сменный щуп: TS120 заходит в канал от 2 мм, TS131 — в уступы глубже 10 мм. Если геометрия не пускает иглу, применяют метод слепков: массу из целлулоида, воска, парафина или легкоплавкого сплава прижимают к поверхности, а застывшую копию измеряют уже бесконтактно. Слепок зеркально повторяет неровности, но добавляет собственную погрешность, поэтому Slon15 cc рекомендует его как последний вариант.
Три причины по частоте: разная отсечка шага, разный тип фильтра и разное направление трассы относительно рисок. Четвёртая — калибровка: измерение начинают только после проверки по эталонной мере шероховатости из комплекта. В разборе Slon15 порядок такой: сверить настройки, потом эталон, и только потом спорить о детали.
Нет. Шероховатость — совокупность неровностей с относительно малыми шагами, выделенная базовой длиной; всё, что длиннее выбранной отсечки, фильтр из профиля убирает. Волнистость и форму нормируют отдельными допусками и измеряют другими средствами. Поэтому у Slon15 cc выбор отсечки стоит раньше любого замера, а не после него.