PROSTOROVÉ MĚŘENÍ A HODNOCENÍ TEXTURY POVRCHU PŘÍSTROJI TAYLOR HOBSON Ltd. Ing. Zdeněk Novák IMECO TH, Brno
Prostorové měření a hodnocení profilu povrchu přináší velmi cenné a prakticky využitelné informace o vztazích mezi geometrickou charakteristikou povrchu a jeho funkčními vlastnostmi. 3D charakteristika povrchu otevírá nové možnosti pro komplexní hodnocení textury povrchu. K rozšiřování prostorového hodnocení textury povrchu přispívá především rozvoj měřící techniky a programového zabezpečení celého procesu. Progresivní měřící přístroje uplatňují ve větší míře bezdotykové způsoby snímání povrchu, především optické, využívají přesnější a výkonnější pohybové i náhonové uzly. Výsledkem je, že profil povrchu je snímán výrazně rychleji v porovnání s klasickými metodami a především je získán popis textury podstatně větším počtem datových údajů. Programové zabezpečení se soustřeďuje nejen na přípravu a provedení vlastního měření, ale především na zpracování a vyhodnocení naměřených hodnot. Měření a zpracování podstatně většího počtu dat, která popisují prostorový profil povrchu, přináší velké množství informací pro skutečně reálnou prezentaci kontrolovaného povrchu. Prostorové analýzy textury povrchu vesměs mimo početního hodnocení nabízí i grafické zobrazení profilu formou axonometrického pohledu, topografické mapy nebo záznamu rozdělení souřadnic. Charakteristiky povrchu plochy, např. počet, velikost, tvar a rozložení výstupků a prohlubní profilu, nejen zvyšují objektivitu hodnocení povrchu, ale lze je využít i pro predikci vlastností funkčně zatíženého povrchu a jejich změn v průběhu provozu. Právě rozšíření možností kvantitativního posuzování funkčních vlastností povrchu, např. průběhu opotřebení, tření, podmínek mazání, únavových vlastností, těsnění stykových ploch, připravenosti povrchu pro nanášení povlaků a nátěrů, odrazových vlastností, procesu stárnutí, koroze, apod., patří k hlavním přednostem prostorového hodnocení struktury povrchu. Hodnocení struktury povrchu plochy může přispět k vysvětlení a řešení řady problémů v tribologii a výrobní technologii. Umožní kvantitavní studium geometrických a rozměrových změn profilu povrchu v různých etapách výrobních procesů součástí, po jejich dokončení i v průběhu jejich funkčního využití.
MĚŘÍCÍ TECHNIKA Výrobce měřící techniky s dlouholetou tradicí Taylor Hobson Ltd. se soustřeďuje nejen na přípravu vysoce kvalitních systémů a přístrojů na měření textury i tvaru povrchu, ale současně je aktivně zapojen do přípravy i normalizace metodik měření, zpracování výsledků a jejich vyhodnocení formou parametrů. Zvláštní pozornost věnuje i konkrétnímu využití kontrolních postupů a získaných výsledků pro posuzování funkčních vlastností povrchu. V současné době Taylor Hobson nabízí plynule inovovaný komplexní program prostorového hodnocení textury povrchu Talymap, který lze využít u následujících měřících systémům : Form Talysurf PGI – přístroje s dotykovým snímačem a interferometrickým měřícím systémem. Základními přednostmi přístrojů je velký rozsah měření - horizontálně 200 mm,
vertikální zdvih snímače 12,5 mm, mimořádné rozlišení přístroje až 0,8 nm a automatická kalibrace. Talysurf CCI - interferometrický měřící systém přístroje pro bezkontaktní kontrolu a analýzy drsnosti, vertikálních převýšení a mikrorozměrů. Unikátní je přesnost měření – rozlišitelnost 0,1Å (10pm) v celém rozsahu měření 100 µm a získání více než jednoho milionu datových bodů z jednoho měření. Talysurf CLI – univerzální systém měření textury povrchu, který je umožněn volbou měření buď indukčním dotykovým způsobem Form Talysurf, nebo bezdotykovým způsobem reprezentovaným laserovou triangulační sondou a CLA konfokálním snímačem. Vyniká mimořádnou rychlostí a přesností měření v režimu 2D a 3D. Talyrond – typy 365 a 385 jsou připraveny hodnotit kruhovitost a texturu povrchu z jednoho měření. Nová funkce zajišťuje prostorové zobrazení a popis válcového povrchu součásti. Získání kompletní sady 3D parametrů popisujících směr, hloubku, plochu, objem a další charakteristiky profilu povrchu a jeho částí, je přínosné pro posuzování jeho stavu z hlediska funkce a životnosti. Form Talysurf PGI Nová koncepce měřících přístrojů Form Talysurf má v porovnání s předcházejícími modely řadu předností. Především bylo zlepšeno modulární uspořádání systému (mechanické i elektronické části), zvýšena mechanická stabilita a pevnost konstrukce přístrojů, snížen elektronický a systémový šum přístrojů, zlepšeny vlastnosti měřidla PGI, použito nové řízení pohybů a zvýšena přesnost systému. Zlepšení funkčních vlastností měřící jednotky PGI bylo dosaženo zvětšením rozsahu měření (max.12,5 mm), zvýšením stability a opakovatelnosti měření, zjednodušením seřizování, usnadněním provozního servisu, i zkrácením měřícího cyklu. Konstrukce přístroje používá nové posuvové jednotky 120 mm a 200 mm, se zvýšenou stabilitou a zlepšeným sběrem dat v ose X. Upravené nosné a základní části přístroje přispěly k vyšší stabilitě měřícího procesu. Novinky v elektronické části představují nové řízení pohybů (elektronikou DEVA), zlepšená interpolace sběru dat a snížený systémový šum. Používaný program Ultra byl přizpůsoben novým posuvovým rychlostem a zařazení diagnostického softwaru zajišťuje nejen nastavení zvolené konfigurace, ale i kompletní testování a komunikaci se systémem. Uživatelé ocení zejména rozšíření možností měření (např. součástí větších rozměrů), s větší přesností (zlepšenou rozlišitelností) a vyšší rychlostí (nové posuvové rychlosti ; hodnocení struktury povrchu a tvaru z jednoho snímaného profilu). K přístrojům je nabízeno bohaté příslušenství, např. ustavovací a upínací nářadí, atd., ochranné kryty i průmyslové PC. S využitím uvedených technicky progresivních konstrukčních a programových prvků byla připravena nová řada velmi přesných měřících systémů Form Talysurf PGI (Ultra Precision PGI Systems). Čtyři typy této řady svými rozsahy a přesností měření prakticky pokrývají celou oblast možných aplikací, což dokumentuje následující přehled jejich základní technické charakteristiky : Form Talysurf PGI 1200
1000
800
400
Max. délka posuvu (měření) – mm
200
120
200
120
Rozsah měření (Z) – mm
12,5
10
8
4
Rozlišení (Z) – nm Systémový šum – Rq – nm Přímost posuv. systému – µm /mm
0,8
12,8
3,2
12,8
2
8
3
5
0,125/200
0,5/120
0,35/200
0,35/120
Všechny přístroje snímají data profilu s roztečí 0,125 µm, jsou vybaveny motorizovaným sloupem 450 mm a systémem tlumícím chvění. Výrobce k přístrojům nabízí bohaté vybavení, např. sloup 700 mm, ochranné boxy, vybavení pro korekci základny, programy Ultra Contour, Talymap 3D, atd. Talysurf CCI 3000Å Interferometrický měřící systém přístroje je určen pro bezkontaktní měření a analýzu drsnosti, vertikálních převýšení a mikrorozměrů. Přístroj splňuje nejvyšší požadavky na přesnost měření jemných povrchů polovodičů, optických součástí, povrchů dokončovaných diamantovými nástroji, leštěním, apod. Unikátní je přesnost měření – rozlišitelnost 0,1Å (10pm) v celém rozsahu měření 100 µm. Měřící systém, který poskytuje více než jeden milion datových bodů z jednoho měření, se vyznačuje vysokou rozlišitelností a citlivostí na odražené světlo. Běžná doba jednoho měření je 10 – 20s. Na přístroji lze měřit prakticky všechny čisté povrchy – od hrubých po jemně dokončené – s odrazivostí světla v rozmezí 0,3 – 100%. K upínání vzorků lze využít stolky XY ovládané ručně (50x50mm) nebo nově i motorizované programově řízené (ve třech velikostech ; max. 250x200mm). Velikost pracovního prostoru (300x300x200mm) umožňuje ukládání rozměrnějších součástí (max. hmotnost 10 kg) i s upínacím přípravkem. Měřící zařízení je vybaveno antivibračním systémem s možností tří různých uspořádání a monitorovacím zařízením, které sleduje a zaznamenává stav funkčních uzlů přístroje. Kalibrace systému ve vertikálním i příčných směrech na mezinárodních etalonech zaručuje spolehlivost a opakovatelnost měření. Standardním vybavením přístroje je program pro automatickou prostorovou analýzu povrchu Talymap. Základní technická data přístroje Talysurf CCI 3000Å Vertikální rozsah (Z) Vertikální rozlišení (v celém rozsahu Z) Efektivní hodnota opakovatelnosti (Z) Vertikální rychlost skenování (max) Měřená plocha (X,Y) Počet měřených bodů Příčné rozlišení (X,Y)
100 µm 0,1 Å (10 pm) 0,03 Å (3 pm) 7 mm/s 0,36 mm2 – 7,2 mm2 1 048 576 (1024 x 1024 pole obrazových prvků) 0,36 µm
Měřící systém Talysurf CLI Přístroje Talysurf CLI jsou vysoce účinnými měřícími prostředky k provádění rychlého prostorového měření a hodnocení povrchu s vysokým rozlišením. Systém CLI nabízí možnosti měření a analýzy povrchu ve třech osách, s využitím dotykové nebo bezdotykové měřící techniky. Snadno ovladatelné a výkonné měřící přístroje, vhodné i pro kontrolu velkého počtu součástí, jsou připraveny provádět analýzu dat při hodnocení struktury povrchu z jednoho profilu řezu (2D) i profilu plochy povrchu (3D). Hlavní předností přístrojů je univerzálnost jejich využití, která vyplývá z možností systému měřit buď indukčním dotykovým způsobem Form Talysurf, nebo bezdotykovým způsobem reprezentovaným laserovou triangulační sondou a CLA konfokálním snímačem (Chromatic
Length Aberration – CLA). Uvedené tři způsoby měření zajišťují prakticky neomezené možnosti měření struktury povrchu z hlediska jakosti, přesnosti a druhu materiálu součásti. Navíc je systém CLI vybaven automatickým posuvem ve všech osách (X, Y, Z), s rychlostí až do 30 mm/s, což umožňuje rychlé automatické měření. Připravenost přístroje pro kontrolu širokého sortimentu součástí dokumentuje i velikost měřícího prostoru (max. 200 x 200 x 200 mm) a nosnost stolu (max. 20 kg). Praktickou předností Talysurf CLI je spojení tradičního 2D a prostorového hodnocení 3D do jednoho výkonného přístroje. I když je systém CLI speciálně konstruován pro měření 3D, je současně vybaven mechanickými i analytickými prostředky pro komplexní měření 2D. Lze tak jedním přístrojem monitorovat výzkum a vývoj, provádět studijní analýzy (např. opotřebení), rutinní inspekci i řídit výrobní procesy. Vedle zřejmého ekonomického přínosu má uživatel stále možnost porovnávat výsledky měření se všemi, kteří ještě používají jen tradiční měření 2D. Univerzálnost systému Talysurf CLI zajišťuje možnost využít na jednom přístroji až čtyři různé měřící hlavy ke kontrole všech kombinací materiálů a kvality povrchů součástí. Základem programového vybavení přístrojů Talysurf CLI je firemní program Talymap, který zabezpečuje veškeré řídící, kontrolní, vyhodnocovací i informační služby. Výkonný program pro analýzu dat zahrnuje standardní funkce vyhodnocení struktury povrchu 2D a 3D, včetně vyjmutí profilu 2D z povrchu 3D, měření ploch a objemů, výšky a vzdálenosti stupňů, analýzy výstupků, nosného podílu, velikost a hustotu zrn, atd. Významná je vybavenost zařízení pro automatizaci měření. Možnost programování automatického měření dávek součástí zefektivní jejich kontrolu. Použití nabízených měřících postupů nejen urychlí proces analýzy, ale současně zajistí jednotnou formu prezentace výsledků měření. Přístroje Talysurf CLI používají k hodnocení struktury povrchu všeobecně respektované parametry, včetně celého souboru pro prostorové hodnocení povrchu, a přispívají tak k tomu, že se třetí rozměr stává snadno dostupným a srozumitelným v metrologii povrchu. Přístroje Talysurf CLI jsou připraveny ve třech velikostních provedeních, což uživateli umožňuje výběr přesně podle svých požadavků : Talysurf CLI 2000 – základní typ s vysokou rychlostí a přesností v mimořádně velkém měřícím prostoru (200x200x200 mm) ; je určen nejen pro kontrolu velkých součástí (délka posuvu X-Y-Z je 200 mm), ale i malých součástí vyráběných v dávkách. Na stůl lze najednou uložit více součástí ; mimořádně přesný stůl zajistí posuv z jedné součásti na druhou, zatímco měřící program automaticky bez dohledu opakuje kontrolní operaci. Talysurf CLI 1000 – s měřícím prostorem 100x100x100 mm ideální typ pro malé a střední velikosti součástí ; přístroj je z hlediska přesnosti, rychlosti, software a programovatelnosti zcela rovnocenný základnímu typu CLI 2000. Při délce posuvu X-Y-Z 100 mm jsou tak u kompaktního přístroje CLI 1000 k dispozici všechny výkonné kontrolní operace. Talysurf CLI 500 – nejmenší provedení (měřící prostor 50x50x50 mm ; délka posuvu 50 mm) charakterizované ekonomickou a prostorovou efektivností. Je určen především pro měření malých součástí. Pro instalaci přístroje stačí půdorysná plocha stolu 500x310 mm. I Talysurf CLI 500 je připraven automaticky provádět měřící operace a uvolnit pracovní kapacitu operátora.
Taylor Hobson soustavně zlepšuje na svých výrobcích bezdotykové systémy měření struktury povrchu s ohledem na požadované praktické aplikace. Právě s využitím bezdotykových způsobů měření na Talysurf CLI 2000 jsou zdůrazňovány možnosti rozšíření kontrolních operací do zcela nových součástkových a materiálových oblastí, např. kontroly desek s plošnými spoji, forem a výrobků z dentálních tvárných hmot, plastových součástí automobilů, brousících kotoučů, součástí elektronických systémů – pamětí, apod., papíru a kosmetických výrobků. Příklady využití měřícího přístroje Talysurf CLI 2000 při netradičním měření povrchu : Plošné obvody – při výrobě desek plošných obvodů se využívá procesu nanášení vodivých past na základní materiál. O kvalitě takto vytvářeného vodiče rozhoduje vodivost použitého materiálu, jeho délka a průřez. Vady vznikající při výrobě – velké úchylky rozměru a tvaru, póry a necelistvosti, znečištění, deformace, apod., výrazně ovlivňují kvalitu obvodu. Poněvadž nelze ve výrobě vodičů kontrolovat všechny kritické parametry, hledají výrobci alternativní metody měření jen vybraných vlastností. Talysurf CLI 2000 lze měřit velikost plochy naneseného vodivého média, tloušťku, rozmístění a objem plošných obvodů, apod. Výsledek měření je nejen kvalitativní mírou provedení, ale je i prostředkem monitorování a zpětné regulace podmínek výrobního procesu. Brousící kotouče – zvyšování přesnosti a jakosti dokončovaných povrchů broušením vyžaduje použití tvrdších brousících materiálů, ale současně klade důraz na velikost a rovnoměrnost rozložení brousících zrn, která by měla s celkovou strukturou brousícího kotouče tvořit konsistentní celek. Tento kvalitativní aspekt by měl výrobce brusiva sledovat. Měření povrchu brousícího kotouče nebo jednotlivých zrn brusiva, většinou z kysličníku hlinitého nebo karbidu křemíku (často povlakovaných), dotykovými způsoby je velmi obtížné nebo zcela nemožné. Profilometr Talysurf CLI 2000 nabízí bezdotykové triangulační laserové měřidlo, které umožní přesné monitorování vlastností brusiva v širokém rozmezí. Takto lze měřit velikost zrn brusiva, rovnoměrnost rozložení zrn na povrchu kotouče, výšku zrn nad povrchem pojiva, počet vrcholů zrn na funkčně důležitém mezním rozměru kotouče, apod. Plastové součásti automobilů – zejména pro vybavení interiéru automobilů se často používají složitě tvarované plastové části, které se lisují z desek se strukturovaným povrchem. Rozměr, tvar a rovnoměrnost struktury povrchu desek jsou významné pro výrobu kvalitních tvarových výlisků. Texturu povrchu plastových desek lze kontrolovat měřidlem Talysurf CLI 2000 a to buď indukčním měřidlem s vysokým rozlišením nebo rychlým bezdotykovým měřením triangulačním laserem. Vhodnost desek pro lisování lze potom popsat charakteristikou povrchu vyjádřenou např. směrem textury, rozměrem a rozložením prohlubní, objemem výstupků povrchu, apod. Následující technická charakteristika popisuje parametry základního přístroje Talysurf CLI 2000. Je třeba zdůraznit, že všechny údaje s vyjímkou velikostí měřícího prostoru a délek posuvu jsou pro všechny typy přístrojů CLI stejné. Základní technická data přístroje Talysurf CLI 2000 Přesnost posuvového mechanismu : - přímost profil (L) (1 profil) výstupek-prohlubeň - rovinnost
plocha (LxL)
50 mm ± 0,3 µm 50 mm ± 0,5 µm
100 mm ± 0,4 µm
150 mm ± 0,7 µm
200 mm ± 1,2 µm
100 mm ± 0,75 µm
150 mm ± 1 µm
200 mm ± 2 µm
Rozteč datových údajů
v osách X ; Y ; Z
Rychlost měření
30 ; 15 ; 10 ; 5 ; 1 ; 0,5 mm/s
Rychlost polohování (X-Y)
Měřící systémy Laserový Konfokální (CLA)
Indukční
0,5 µm
Typ
max. 30 mm/s
Rozsah
Rozlišení vertikální
příčné
Triangulační laser (2000 Hz)
10 mm 30 mm
1,0 µm 3,0 µm
30 µm 70 µm
Chromatic Length Aberration (5000 Hz) HE
3 mm 1 mm 300 µm
100 nm 30 nm 10 nm
5 µm 2 µm 1 µm
Form Talysurf DIA hrot R2µm
2,5 mm 500 µm 100 µm
Celk. rozměry / hmotnost přístroje
40 nm 10 nm 2 nm
2 µm 2 µm 2 µm
800 x 600 x 800 mm / 280 kg
Přístroj Talysurf CLI 2000 je připraven pracovat v následujícím uspořádání : •
s max. 4 měřícími hlavami (1 indukční, 1 nebo 2 CLA konfokální, 1 laserová) nebo
•
s max. 3 měřícími hlavami a 1 kamerou (1 indukční, 1 nebo 2 CLA konfokální, 1 kamera)
Maximální rychlost měření CLA konfokálních měřidel je 30 mm/s. Při možnosti volby frekvence snímání je datová rozteč závislá na rychlosti snímání a frekvenci (při vysoké frekvenci a nízké rychlosti je malá rozteč). Např. při rychlosti měření 500 µm/s a frekvenci 1000 Hz je datová rozteč 0,5 µm ; naopak při rychlosti 3 mm/s a frekvenci 500 Hz je rozteč 6 µm. – Maximální rychlost indukčního měřidla je 3 mm/s ; doporučená rychlost je ovšem 1 mm/s. Přitom vyšší rychlost nemusí dát přesné výsledky na velmi hrubém povrchu a je proto doporučováno provést předběžné porovnávací měření. Při dotykovým snímání rychlostí 1 mm/s je datová rozteč 1 µm. Výsledky měření získané dotykovým a bezdotykovým způsobem je třeba srovnávat a posuzovat velmi obezřetně. Na stejném povrchu může být reakce odraženého světla a snímacího hrotu zcela odlišná. Proto ne vždy je možná korelace mezi výsledky dotykového a bezdotykového měření. Přesto se bezdotykové měření prosazuje svými praktickými přednostmi : vysoká rychlost měření, oboustranné snímání snižuje dobu kontroly, možnost měření měkkých a pružných materiálů, a v neposlední řadě i menší náchylnost optických měřidel k opotřebení nebo poškození. V současné době firma Taylor Hobson nabízí rozsáhlý sortiment profilometrů : od jednoduchých dílenských měřidel pro kontrolu pouze drsnosti povrchu dvěma parametry, přes přístroje Surtronic 25 připravené pro kontrolu struktury povrchu deseti parametry, až po
měřící systémy Form Talysurf PGI, Talysurf CLI a CCI, s bohatým programovým vybavením, které zajišťují kontrolu nejen struktury , ale i tvaru a rozměru povrchu. V poslední době sortiment rozšiřují specializované přístroje pro kontrolu povrchu součástí ložisek a asférických povrchů v optice. Přehled přístrojů Taylor Hobson se základní technickou charakteristikou je uveden v přiložené tabulce. Talyrond 365 Přístroj Talyrond 365 je připraven k měření a hodnocení kruhovitosti i textury povrchu, tzn. drsnosti, vlnitosti, apod. Talyrond 365 (TR 365) je vybaven velmi přesnými skleněnými měřítky, přesným řízením pohybů ve všech osách, vyznačuje se nízkým systémovým šumem a extrémní hustotou snímaných dat. Uvedené vlastnosti se spolupodílí na schopnosti přístroje měřit obě charakteristiky povrchu současně, což může přispět ke zkvalitnění výrobních i kontrolních procesů. Charakteristika a přednosti TR 365 • • • • • • • • • •
Automatická kalibrace přístroje v čase kratším než 10 sec Vysoká přesnost nastavení polohy vřetena < 0,20 Vysoká přesnost nastavení polohy horizontálního ramena a sloupu < 5 µm Automatické středění a vyrovnávání s excentricitou menší než 0,8 µm zajišťuje opakovatelnost měření bez ohledu na kvalifikaci obsluhy Velká hustota záznamu (velký počet) dat pro kruhovitost – až 18 000 bodů Velká hustota dat pro přímost – až 200 000 bodů Měřící hlava Talymin 5 s rozlišením až 1,2 nm Automatická fázová rovnováha Rozlišení měření na rameni a sloupu 0,25 µm Možnosti mapování válcového povrchu pro detailní analýzu jeho vlastností
Měřidlo Talymin 5 Nová víceúčelová měřící hlava Talymin 5 má nejen široký rozsah měření pro hodnocení tvarových úchylek, ale současně je i mimořádně citlivá pro zaznamenání a posuzování textury a drsnosti povrchu. V této souvislosti je třeba zdůraznit : Talymin 5 měří s rozlišením až 1,2 nm ; takovou přesnost nedosahuje celá řada specializovaných profilometrů pro měření drsnosti povrchu ! Talymin 5 je vybaven třemi volitelnými rozsahy měření s rozlišením 30 nm, 6 nm a 1,2 nm.Větší univerzálnost měření omezuje potřebu výměny měřidel nebo použití přídavných prostředků, což má zpravidla negativní dopad na průběh automatizovaných měřících operací. Nastavitelná měřící síla (v rozmezí 0 až 15 g) a výběr snímacích hrotů s poloměrem R5µm, R10µm nebo kulového tvaru hrotu zajišťují flexibilitu měření různých typů součástí a materiálů. Za těchto podmínek je TR 365 připraven provádět lineární a obvodová měření na vnějším i vnitřním povrchu, na obou čelních plochách součásti, v drážkách a na dalších rovných plochách. U některých součástí, např. sedla vstřikovacích trysek nebo ventilová vedení, je často třeba kontrolovat obvodové povrchy z hlediska připravenosti pro správné těsnění. V těchto případech TR 365 měří povrch obvodu s využitím diamantového snímacího hrotu, kterým je snímáno 72 000 radiálních datových bodů (rozteč bodů 0,0050). Na sledovaném povrchu se mohou objevit hluboké rýhy. Rozvinutí záznamu oblasti výskytu do lineárního profilu může
přinést informace o charakteru rýhy. Další analýzou se vyhodnotí parametry drsnosti, které přispějí k určení pravděpodobné příčiny vzniku, příp. možnostech odstranění povrchové vady. Měření struktury povrchu Struktura povrchu je na rotačně symetrických součástech měřena buď na obvodu nebo ve směru osy součásti, a to v závislosti na způsobu výroby (kontrola procesu) a předpokládaném funkčním využití (hodnocení provozní způsobilosti). Měření na lineární dráze je běžně používáno k určení charakteristiky drsnosti na těsnících plochách, pro posouzení vlastností povrchu, např. ložisek, schopnosti udržet olej nebo hodnocení opotřebení řezného nástroje. Rozhodujícím faktorem obvodových i lineárních měření je rozlišení. Při nedostatečné rozteči snímaných bodů je nebezpečí chybné interpretace výsledků, především vlnových délek. Při měření v obou směrech může TR 365 získat až 200 000 bodů. To umožňuje uživateli získat data s roztečí až 0,25 µm, což je dostatečná záruka detailního nezkresleného záznamu profilu povrchu. Pro měření struktury povrchu má velký význam i automatické středění a vyrovnání součásti na TR 365. Praxí je totiž ověřeno, že daleko víc než jiné chyby se projeví nedostatečné osové seřízení stůl – součást, které vede k nepřesným výsledkům měření. Pro kontrolu struktury povrchu je využíváno snímací raménko s diamantovým hrotem 5 µm upnutým v měřící hlavě Talymin 5, která je seřízena na extrémně malou kontaktní sílu. Jemný tlak snímacího hrotu je výhodný pro monitorování vysokofrekvenčních harmonických složek na povrchu, např. součástí kuličkových ložisek, a současně usnadňuje měření struktury povrchu. S využitím uvedeného snímacího raménka a záznamové kapacity přístroje 200 000 bodů ve vertikálním i horizontálním směru lze objektivně charakterizovat strukturu povrchu. Talyrond 365 s rozsáhlým programovým vybavením je připraven na měření a hodnocení struktury povrchu parametry základního profilu (P), drsnosti povrchu (R) a vlnitosti povrchu (W). Hodnocení v plném rozsahu vychází z normativních předpisů ISO 4287-1997, ISO 13565-1-2 a ISO 12085. Přístroj využívá filtrací Gauss a ISO 2CR a hodnoty cut-off 0,25 ; 0,8 ; 2,5 a 8 mm, příp. velikosti volené uživatelem. – Mimo to jsou nabízeny některé nestandardní analýzy jako např. pro stanovení dominantní vlnové délky VDA 2004 nebo porovnávání dvou profilů apod. Přehled analýz Talyrond 365 Mimo uvedené přednosti současného měření kruhovitosti a drsnosti povrchu je praktická využitelnost nového přístroje podstatně širší. Mimořádné technické parametry přístroje Talyrond 365 s rozsáhlým a výkonným programem Ultra, připraveným na bázi Windows, umožňuje (v některých případech v kombinaci s firemním programem Talymap 3D) měření a provedení následujících komplexních analýz : • Kruhovitost • Válcovitost • Vertikální přímost • Horizontální přímost (jen RSU) • Rovnoběžnost • Rovinnost (jedné nebo více rovin) • Pravoúhlost (kolmost) • Soustřednost a výstřednost • Souosost • Analýzy harmonických složek profilu
• • • • • •
Tolerování 3D mapování válcového povrchu Kruhovitost části oblouku Rovinnost části oblouku Analýzy radiálních vrcholů (max.obvodové házení) Drsnost a vlnitost povrchu
S cílem rozšířit aplikační možnosti nového přístroje v souladu s potřebami uživatelů výrobce nabízí řadu specializovaných konfigurací systému Talyrond 365 s rozsáhlým programovým vybavením např. pro nový systém kontroly tvaru a jakosti povrchu ložisek (Taylor Roller Bearing System), součástí motorů (Powertrain Inspection System), kontrolu tvaru a geometrických parametrů klikových hřídelí (Crankshaft System), pístů (Piston Measuring System), kontrolu tvaru ortopedických implantátů, apod.
PROGRAM TALYMAP Programu Taylor Hobson Talymap zpracovává prostorovou charakteristiku povrchu z dat získaných dotykovým i bezdotykovým měřícím systémem profilometru. Program umožní několika různými způsoby zobrazit sledovaný povrch, včetně axonometrické projekce (čárové nebo síťové) s volitelným úhlem pohledu a barevným rozlišením výšek, s nastavitelným zvětšením celku nebo vybrané části povrchu. Dále lze provádět rozměrová měření ve třech osách, inverzi profilu povrchu, simulaci opotřebení povrchu, apod. Práce s programem i vkládání dat k analýze je jednoduché a rychlé ; výsledky probíhající analýzy lze přímo sledovat. Při analýze řady profilů program zajistí rychlé opakování stejné operace, úlohy nebo výpočtu, včetně grafické dokumentace. Talymap zajišťuje cílenou a podrobnou analýzu různých povrchů s využitím rozměrových měření (např. objemu prohlubní a výstupků, vzdálenosti a výškových rozdílů dvou bodů, stanovení velikosti úhlu ve vodorovné rovině, apod.), úpravy tvaru a filtrace. Předností programu je, že je připraven nejen pro zpracování měřených dat přístroji Taylor Hobson, ale i pro zpracování měření z většiny komerčních měřících zařízení struktury povrchu. Tak je zajištěno, že data z měření různými přístroji jsou stejným postupem analyzována a výsledky jsou prezentovány ve stejném formátu, což usnadní jejich porovnání. Program využívá pro prostorové hodnocení povrchu amplitudové parametry (většina z nich je odvozena z parametrů 2D), dále parametry popisující materiálový poměr povrchu (ISO 13565 – 2), parametry vztažené k rozmístění nerovností ( např. hustota výstupků, rozvinutý povrch, apod.) a konečně objemové parametry (zavedené ke kvantifikaci nosného podílu a poměru objemů materiál / dutiny). Celkem program nabízí pro charakteristiku povrchu 120 parametrů v režimu 2D a 40 parametrů pro 3D Navíc dovoluje vyjmout z hodnoceného povrchu jeden profil a provést jeho hodnocení (2D). Na 3D zobrazený povrch lze v libovolném směru vyznačit jeden profil (čáru), který je následně vyhodnocen funkcemi 2D. Prostorovou analýzou povrchu se otevírají nové možnosti hodnocení struktury, které byly dvourozměrným měřením nedosažitelné. Přínosným se ukazuje tento detailní prostorový popis povrchu především při posuzování jeho funkčních vlastností jako např. opotřebení, tření, mazání, únavové vlastnosti, těsnění stykových ploch, vhodnost povrchu pro nátěry, apod. - Programy Talymap jsou pro prostorové hodnocení připraveny v několika provedeních od nejjednodušší až po rozšířenou verzi, která umožňuje rozsáhlejší hodnocení (např. i
frekvenční analýzu, stanovení autokorelační funkce, nosného podílu ve zvolené výšce profilu povrchu, atd.). Program Talymap využívá pro hodnocení textury povrchu následující parametry : Amplitudové parametry představují skupinu parametrů prostorového hodnocení, která vychází z rozložení výšek souřadnic profilu povrchu. Parametry jsou vesměs odvozeny z parametrů 2D dle ISO 4287. Některé z nich jsou zařazeny do dokumentu EUR 15178 EN. Sa
Průměrná aritmetická úchylka povrchu
Sq
Průměrná kvadratická úchylka (RMS) povrchu
St
Celková výška povrchu
Sp
Maximální výška výstupků
Sv
Maximální hloubka prohlubní
Sz
Výška z deseti bodů povrchu
Ssk
Šikmost křivky rozdělení výšek
Sku
Špičatost křivky rozdělení výšek
.
Plošné a objemové parametry Smr
Nosný poměr v dané hloubce
Tento parametr musí být určován s mezní hodnotou a referenčním údajem. Např. 3µm pod nejvyšším výstupkem, 1µm nad středem, 1µm nad hranicí určenou 20% Tp.
Sdc
Výškový rozdíl řezů povrchem
Výška oddělující dva nosné poměry. Tento parametr musí být určován dvěmi mezním hodnotami zadávanými v %.
Smvr
Střední hodnota poměru nezaplněného objemu Představuje celkový objem nezaplněného povrchu, který se získá měřením prostoru mezi body povrchu a imaginární horizontální rovinou proloženou v největší výšce profilu povrchu.
Smmr
Střední hodnota poměru materiálového objemu Představuje celkový objem materiálu povrchu, který se získá měřením prostoru mezi imaginární horizontální rovinou proloženou v největší hloubce profilu povrchu a body povrchu.
Prostorové parametry SPc
Počet výstupků na ploše
Hustota výstupků mezi dvěma úrovněmi c1 a c2. Rozšíření 2D parametru Pc. c1 a c2 jsou mezní úrovně (roviny) definované ve vztahu ke střední rovině 0. c1 musí být nižší než c2. Výstupek se bere v úvahu jen tehdy, když překročí c2 a přejde pod c1. Parametr je vyjádřen počtem výstupků na mm2.
Sds
Hustota výstupků povrchu
Sal
Délka odpovídající nejrychlejšímu poklesu autokorelační funkce Délka nejrychlejšího poklesu na 0,2 autokorelační funkce. Parametr vyjadřuje množství vlnových délek profilu povrchu. Vysoké hodnoty ukazují na obsahující především vysoké vlnové délky (tj. nízké frekvence).
Str
Poměrný aspekt textury povrchu Poměr nejkratší délky poklesu na 0,2 autokorelační funkce k největší délce. Parametr se pohybuje v rozmezí 0 až 1. Je-li hodnota blízká 1 lze povrch označit za isotropní, tzn. Má ve všech směrech stejnou charakteristiku. Blíží-li se hodnota 0 je povrch anisotropní, tzn. S orientovanou a/nebo periodickou texturou povrchu.
Std
Směr textury povrchu
Sfd
Fraktální dimense povrchu
Parametr je vyjádřen počtem výstupků na mm. Za výstupek je považován bod, který je vyšší než 8 sousedních bodů.
Stanovuje hlavní úhel směru textury povrchu. Parametr má význam je-li hodnota menší než 0,5. Úhel směru se vyjadřuje ve stupních od -900 do 900. – Jestliže má povrch kruhovou texturu (soustružený, řezaný) potom parametr udává chybný směr blízký tangentě kružnice. – V případě, že povrch má dva nebo více hlavních směrů textury, Std udává úhel směru rozhodujícího z nich. Parametr ukazuje tvarovou složitost profilu povrchu s využití teorie fraktální geometrie. Dimense povrchu se pohybuje mezi hodnotami 2 (rovinná plocha) a 3 (velmi složitý tvar povrchu). U některých tvarů povrchu nelze fraktální dimensi stanovit a parametr pro hodnocení využít.
Hybridní parametry hodnocení textury, které charakterizují spojení kritérií amplitudových s prostorovými jako jsou sklony, zakřivení, atd. Sdq
Kvadratický sklon povrchu
Ssc
Aritmetický průměr zakřivení výstupků povrchu
Sdr
Poměrná rozvinutá styková plocha
Funkční parametry (také nazývané parametry nosného podílu) jsou skupinou parametrů charakterizující funkční aspekty povrchu, především mazání a broušení. Jsou speciálně určeny kontrole v automobilním průmyslu. Sk
Hloubka jádra drsnosti (hloubka drsnosti jádra)
Rozšířený 2D parametr Rk
Spk Redukovaná výška výstupků (výška výstupků drsnosti)
Rozšířený 2D parametr Rpk
Svk Redukovaná hloubka prohlubní (hloubka drsnosti prohlubní) Rozšiř. 2D parametr Rvk
Sr1
Horní materiálový poměr
Rozšířený 2D parametr MR1
Sr2
Dolní materiálový poměr
Rozšířený 2D parametr MR2
Sa1 Horní plocha (plocha trojúhelníku odpovídající výstupkům)
Rozšíř. 2D parametr A1
Sa2 Dolní plocha (plocha trojúhelníku odpovídající prohlubním) Rozšíř. 2D parametr A2 Parametry Rk Sbi
Index únosnosti
Sci
Index udržení kapaliny v jádře
Svi
Index udržení kapaliny v prohlubních
Na rozdíl od parametrů Rk, které jsou využitelné na povrchu s opotřebovanými plochami výstupků jsou indexy Sbi, Sci a Svi využitelné pro hodnocení všech typů povrchů. Parametry SURFSTAND byly navrženy v rámci řešení evropského programu SURFSTAND pod vedením university v Huddersfield. Vm(h)
Objem materiálu v dané hloubce
Vv(h)
Nevyplněný objem v dané hloubce
Vmp
Objem materiálu výstupků
Vmc
Objem materiálu jádra
Vvc
Nevyplněný objem jádra
Vvv
Nevyplněný objem prohlubní
Parametry rovinnosti jsou stanoveny v souladu s normou ISO 12781 pro povrch vyrovnaný s využitím metody nejmenších čtverců a poté filtrován filtrem s nízkou propustností a hodnotou cut-off zvolenou uživatelem. FLTt
Úchylka rovinnosti povrchu výstupek – prohlubeň
FLTp
Úchylka rovinnosti vztažená k výstupku
FLTv
Úchylka rovinnosti vztažená k prohlubni
FLTq
Kvadratická úchylka rovinnosti
PROSTOROVÉ HODNOCENÍ TEXTURY V PRAXI Taylor Hobson nabízí mimo uvedený program Talymap řadu progresivních specializovaných modulů, které jsou určeny k vyhodnocování parametrů a vlastností povrchů důležitých pro jejich konkrétní funkci, např. opotřebení, poškození, eroze povrchu, apod. Následující aplikační příklady využití 3D analýz textury povrchu ukazují nejen současnou úroveň – obsah a rozsah – hodnocení, ale zároveň dokumentují i jejich nezastupitelný význam pro posuzování kvality funkčních povrchů. Hodnocení povrchu komplexního substrátu Program „Textured Surfaces“ je určený k 3D hodnocení textury povrchu komplexního (složeného) substrátu (základního, podkladového materiálu). Základní funkcí je výpočet ploch a objemů výstupků i prohlubní povrchu vzhledem k výškové mezi zadané uživatelem.
Výstupní informace zahrnují plochu, objem, maximální a průměrnou výšku i hloubku výstupků a prohlubní. Použité parametry hodnocení představují cenné informace o schopnosti povrchu udržet mazací médium nebo umožní predikci životnosti funkčního povrchu z hlediska opotřebení. •
Smr, (STp) - nosný podíl v definované hloubce
•
Sdc, (SHTp) - povrch řezu různé výšky
•
Smvr
- poměr průměrného objemu dutin (nezaplněného prostoru)
•
Smmr
- poměr průměrného objemu materiálu
Program umožní binární uspořádání celého souboru naměřených dat vzhledem ke zvolené mezní (hraniční) hodnotě, takže všechny body nad/pod mezí tvoří soubor 1. Data, která se ocitnou mimo soubor jsou z dalších analýz vyřazena. Tento postup je velmi užitečný pro třídění dat podle výšek při měření 3D. Grafické zobrazení výsledků hodnocení zajišťuje funkce „Coloured Binary Image“, která v plném rozsahu využívá 256 různých barev k vytvoření stupnice výšek. Naopak lze využít jen dvou barev k jednoduchému rozdělení povrchu na oblasti nad a pod zvolenou výškovou mezní hodnotou. Předností programu je morfologický operátor, který umožní ze souboru binarizovaných dat vytvořit modifikovanou masku. Použitím zmíněné funkce lze redukovat nebo rozšiřovat soubor binarizovaných dat. Modifikovaná maska může být potom přiřazena k původnímu datovému souboru použitím funkce binární masky, která zajistí, že dále jsou využívána jen data zahrnutá v masce. Třídění zrn – vlastnosti povrchu definované průměrem, hustotou, objemem a směrem mohou být tříděny a vypočítány podle jejich umístění pod nebo nad mezní výškou, kterou volí uživatel. Prohlubně (příp. vyvýšeniny při převrácení dat) na povrchu mohou být kvantifikovány s využitím velkého počtu parametrů, které popisují tvar, hloubku, plochu, objem, velikost a další.Výpočtem lze získat informace o složení substrátu z hodnocení maximální a průměrné hloubky podélných rýh i jejich hustotě. 3D charakteristika opotřebení nebo eroze povrchu Program „Talymap Wear“ umožňuje provedení filtrace souboru 3D dat před dalšími výpočty rovinnosti. Filtrací – nabízené možnosti zahrnují i Gaussovu a spline metodu – jsou před výpočtem odstraněny krátké vlnové délky, což zlepšuje stabilitu a opakovatelnost. Vyrovnání dat souboru do roviny lze i využitím 3 bodové metody nebo metody nejmenších čtverců. Software Talymap umožní uživateli zaměřit se na data určité zajímavé oblasti a ty podrobit další podrobné analýze. Mezi další přednosti patří možnosti úprav souboru prostorových dat ; nabízené způsoby úprav zahrnují i vymazání dat nebo doplnění interpolovaných dat. Jedním z klasických požadavků na charakteristiku procesu eroze je porovnání povrchu vzorku před a po opotřebení. Program zajistí kompletní provedení takové analýzy, přičemž využívá jednoduchým způsobem úbytku materiálu z povrchu. Praktické výsledky přináší i možnost simulovat řadu horizontálních řezů profilem povrchu a vypočítat parametry na základě množství materiálu nad mezní hodnotou definovanou řezem. Tyto parametry zahrnují plochu,
objem volného (nezaplněného) prostoru v procentech, objem materiálu a měrný objem volného prostoru v prostorové jednotce. Pro provozní praxi jsou cenné výpočty objemu a ploch povrchu výstupků nebo úplného souboru dat o povrchu, které jsou užitečné pro stanovení úbytku materiálu v procesu opotřebení. Výstupní informace obsahují : plochu a objem povrchu prohlubní / výstupků, maximální a průměrnou hloubku / výšku prohlubní / výstupků. Pro vlastní hodnocení jsou doporučovány již zmíněné parametry Smr (STp), Sdc (SHTp), Smvr a Smmr. Kvalita textury abrasivních povrchů Textura povrchu brousících nástrojů má rozhodující význam v aplikacích kde je vyžadována vysoká kvalita dokončeného povrchu, např. u kovových částí převodových systémů čerpadel, motorů, ventilů, apod. Výroba vysoce přesných součástí z tvrdých materiálů klade vyšší požadavky na výkon a kvalitu brusiv. Proto je připravována široká paleta abrasivních materiálů. Důkladná kontrola výroby se již soustřeďuje nejen na kvalitu broušeného povrchu, ale i na charakteristiku brousícího povrchu (nástroje) – především velikost brousících zrn, jejich tvar, rozložení a hustotu. Výsledky analýz ukazují, že se při kontrole povrchu brousících nástrojů v plné míře uplatní přednosti bezkontaktních 3D měření profilů s integrovaným vyhodnocovacím programem. Vhodným přístrojem pro uvedenou kontrolu je systém Talysurf CLI firmy Taylor Hobson, který s využitím analýz Talymap zajistí vysokou úroveň přesnosti a opakovatelnosti výsledků měření. Rozsáhlé využití statistických metod zjednoduší kontrolu a diagnostiku defektů všech nebo i jednotlivých brousících zrn vzorku. Povrch abrasivních výrobků obsahuje velmi tvrdé částice a lze je proto kontrolovat jen bezkontaktními metodami CLA (chromatická konfokální) a laserovými sondami, kterými je Talysurf CLI vybaven. Vysoká funkční rychlost přístroje, který může pracovat i plně automaticky a rychlé zpracování dat výrazně snižuje čas skenování povrchu. Velikost, struktura a rozdělení zrn brusiva na povrchu musí být důkladně monitorovány, aby povrch dokončený tímto nástrojem splňoval předepsané kvalitativní požadavky. Každý druh abrasivního výrobku musí mít rovnoměrnou hustotu brusiva, s minimálními rozdíly ve složení. Mimo to u mnoha aplikací je třeba brusivo kontrolovat z hlediska rovnoměrnosti opotřebení. Univerzálnost měřícího systému Talysurf CLI umožňuje jeho využití pro prakticky všechny typy brusiv, tzn. konvenční i progresivní – PKD, KNB, různá provedení, brousící kotouče, kameny, povlakovaná abrasiva, brousící papíry, plátna a pásy. Program může být využit pro kontrolu velikosti zrn, jejich struktury a rozdělení, stejně i pro posouzení rovnoměrnosti opotřebení. Jednotlivá zrna lze hodnotit z hlediska určité plochy, obvodu, průměru (minimálního, maximálního, středního, ekvivalentního), tvarového faktoru, hustoty a orientace. Brousící zrna mohou být rozdělena do dvou skupin podle uživatelem zvolené výškové meze a každá skupina statisticky hodnocena podle kteréhokoliv z uvedených parametrů. Z rozsáhlého souboru 2D a 3D amplitudových, funkčních, plošných i objemových, prostorových a hybridních parametrů se pro brusiva ukazují jako nejvýznamnější tyto : •
Sq
- průměrná kvadratická úchylka povrchu
•
St
- celková výška profilu povrchu
•
Vmp - objem materiálu výstupků
•
Vmc - objem materiálu jádra
•
Vvc - nevyplněný objem jádra povrchu
•
Vvv - nevyplněný ob jem prohlubní
Zkoumány jsou i další možnosti hodnocení, např. rozdělení výstupků – zrn (počet zrn v dané výškové rovině na 1 mm2) a objemové, výškové i plošné parametry vystouplých zrn (průměrný objem, průměrná výška, průměrná plocha a průměrný poměr výška / plocha). Stanovení výšky stupně Program „Step Height Analysis“ je určen pro stanovení a hodnocení vertikálních rozměrů, např. tloušťky tenkých povlaků, výšky (převýšení) stupňů nebo hloubky mělkých vybrání.. Analýza je významná u všech aplikací nanášení nebo úběru materiálu mechanickými, chemickými nebo jinými metodami. Program vybavený prostředky filtrace, vyrovnání a konfokace (již dříve uvedeny při zpracování charakteristiky opotřebení) zajišťuje 3D charakteristiku kontrolovaného povrchu – zobrazení a určení vertikálních i horizontálních rozměrů. Vypočte průměrnou výšku vybrané oblasti nebo rozdíly ve výškách mezi více oblastmi. Při výběru dvou bodů plochy stanoví jejich vodorovnou vzdálenost, vzájemné převýšení a sklon. Program je připraven ze souboru 3D vybrat jen jeden profil (2D) a rozměrově jej popsat obdobným způsobem jak bylo uvedeno u plochy. V případě, že je kontrolován profil s více stupni program je automaticky vyhledá a postupně určí jejich výšky a šířky. Uvedený program obsahuje několik způsobů výpočtu výšky stupně (nebo převýšení), včetně interaktivní manuální metody a ISO metody s kritériem dle ISO – 5436 – 1. Program hodnocení textury „Twist“ Hřídel otočně uložený v ložiskách představuje funkční uzel, který je velmi často využíván v řadě strojů a přístrojů. Typickými příklady takových aplikací jsou zalomené a vačkové hřídele motorů i rotory čerpadel v automobilním průmyslu nebo části domácích spotřebičů, např. praček. Pro zajištění správné funkce těchto uzlů je nezbytné zajistit těsnění ložisek rotujících hřídelí, které zamezí úniku maziva z ložisek a naopak zabrání pronikání nežádoucích nečistot a kapalin, např. vody, do ložisek. Praxe ukázala, že profil a rozměr textury povrchu výrazně ovlivňují kvalitu těsnících spojů. Dokončovací metody válcových součástí, obvykle broušením, zanechávají na povrchu charakteristické stopy podobné šroubovitým „drážkám“ nebo ryskám. V případě, že mají tyto stopy nevhodný tvar a rozměr umožní vznik tzv. Archimédova efektu, který se projeví vytláčením maziva ven a vnikáním nečistot dovnitř ložiska. V obou případech se zhoršují podmínky funkce, které mohou vést až k předčasné poruše uzlu. Dřívější způsoby posuzování vlivu povrchu na kvalitu těsnění využívaly měření posunu závaží působením šroubovitých stop na povrchu, což nepostihovalo podstatu problému. Představená metoda analýzy vychází z reálných funkčních podmínek stykových povrchů Nová metoda hodnocení byla vyvinuta firmou Daimler – Chrysler AG a jejím základem je analýza prostorové mapy povrchu. Taylor Hobson tuto měřící a hodnotící metodu pod názvem Twist zařadil jako aplikační program do svého prostorového hodnocení textury Talymap. Program je využíván při hodnocení drsnosti povrchu i kruhovitosti. Základem analýzy programem Twist je 3D měření profilu povrchu s cílem získání dostatečně rozsáhlého reprezentativního souboru dat k vytvoření prostorové mapy povrchu. V současné
době lze snímání profilu provádět dotykovým způsobem (přístroji Form Talysurf PGI, Talysurf CLI, Talyrond) nebo rychleji bezdotykovou metodou (Talysurf CCI, Talysurf CLI). V případě měření dotykovým snímačem je provedena řada rovnoběžných měření o délce asi 5mm. Ze získané prostorové mapy se vybere pruh o šířce obvykle 1 nebo 2mm tak, aby se z dalšího zpracování vyloučily defekty povrchu. Vlastní analýza textury povrchu je rozdělena do dvou částí – filtrace a stanovení parametrů. Filtrace dat Filtrace profilu povrchu v axiálním směru je prováděna buď standardním Gaussovým filtrem pro drsnost nebo speciálním filtrem s nulovou pásmovou propustí (fitr ZBD – Zero BandPass). Analýza dominantní vlnové délky je využita pro volbu typu filtru a velikosti mezní vlnové délky (cut-off). Není-li nalezena dominantní vlnová délka je využíván Gaussův filtr a cut-off zvolené uživatelem. V případě vyhodnocení jedné dominantní vlnové délky se data zpracovávají filtrem ZBP a hodnota cut-off se rovná velikosti dominantní vlnové délky. Prakticky jsou uvedeným speciálním filtrem ZBP potlačeny všechny další vlnové délky mimo dominantní. Stanovení parametrů textury Data profilu povrchu jsou zpracována prostorovou Fourierovou transformací. Výsledky analýzy zahrnují následující základní parametry : vlnovou délku povrchových stop v axiálním směru, frekvenci a směr stop v obvodovém směru (počet šroubovic na otáčku), spolu s průměrnou výškovou amplitudou (hloubka). Ze základních parametrů jsou potom odvozeny další a to průměrná hodnota průřezu, gradient a úhel. Průměrný průřez je plocha vymezená sinusoidou dané vlnové délky a hloubkou. Gradient odpovídá stoupání jedné šroubovice měřeném v axiálním směru. Úhel označuje úhel šroubovice, jehož tangenta je dána poměrem stoupání k obvodu. Výsledky analýzy Twist mohou popisovat texturu povrchu takto : Vlnová délka = 0,100 mm Hloubka = 1,275 µm Gradient = 3,000 mm Průřez = 64,00 µm2 Počet šroubovic / otáčku = 30 vlevo Úhel = 00 41' Průměr = 80,000 mm Prostorovou představu o analyzovaném povrchu umožňují vytvořit axonometrické pohledy jednak na povrch po filtraci a dále na povrch po autokorelační transformaci. Názorné je především zobrazení po autokorelaci, která zvýrazňuje všechny periodické složky povrchových stop po dokončovacích operacích.
Literatura /1/
WHITEHOUSE D. : Surfaces and their Measurement, Kogan Page Science, 2004
/2/
WHITEHOUSE D. : Handbook of Surface Metrology, Institut of Physics Publishing, London, 1994
/3/
Podklady TAYLOR HOBSON :
Program Talymap Precision News 2005, 2006 Prospekty měřících přístrojů TH
/4/
ZECCHINO M. : Characterizing Surface Quality : Why Average Roughness is Not Enough, Veeco Instruments Inc., 2006
/5/
NOVÁK Z. : Prostorové hodnocení textury povrchu, studie 2006
/6/
NOVÁK Z. : Prostorové hodnocení textury povrchu přístroji Taylor Hobson Ltd. , Sborník „Měřící technika pro kontrolu jakosti“, 16. mezinárodní seminář, Plzeň 2007
Výhradní zastoupení firmy Taylor Hobson Ltd. pro ČR a SR : IMECO TH spol.s r.o. Ing. František Klein Bc. David Hladík Mariánské nám.1 tel. 545 129 449 617 00 Brno 545 233 148 603 423 291 e-mail:
[email protected] [email protected] 736 613 666
