Metodo di misurazione della rugosità superficiale
La rugosità superficiale è un indicatore importante che riflette la morfologia microscopica della superficie del pezzo, che si riferisce alla lavorazione della superficie presenta un passo piccolo e minuscoli picchi e valli di irregolarità; minore è la rugosità superficiale, più liscia è la superficie del pezzo in lavorazione.
Minore è la rugosità superficiale, più liscia è la superficie del pezzo in lavorazione. Gli indicatori di rugosità superficiale applicati all'industria di lavorazione per migliorare la qualità del pezzo in lavorazione e la produttività sono significativi.
Allo stesso tempo, anche la resistenza all'usura del pezzo ha un impatto diretto. Più ruvida è la superficie, più efficace sarà l'area di contatto con la superficie e la pressione diventerà più evidente, così che la resistenza all'attrito diventerà maggiore, portando a un'usura accelerata ma influenzando anche la stabilità del pezzo con la resistenza alla fatica degli indicatori e così via.
Persone per la rugosità superficiale della ricerca completa e sistematica finora solo uno o duecento anni di storia. Negli ultimi anni, la ricerca si è concentrata principalmente sulla rugosità superficiale dei metodi di misurazione del pezzo e sul meccanismo di stampaggio.
Sebbene valori di rugosità elevati siano solitamente indesiderabili, controllarli risulta difficile e costoso.
Attualmente, ci sono molti metodi per misurare la rugosità superficiale del pezzo in lavorazione. Questo documento introdurrà la rugosità superficiale dalla teoria della misurazione della rugosità superficiale e il suo sviluppo della strumentazione, lo stato della ricerca sul metodo di rilevamento della rugosità superficiale e altri aspetti della rugosità superficiale.
Teoria della misurazione della rugosità superficiale e sviluppo del suo strumento
La rugosità superficiale, precedentemente nota come finitura superficiale, è un indicatore importante per valutare la qualità meccanica della superficie.
Nello studio della rugosità superficiale, il professore russo Chebyshev è il primo a condurre uno studio sistematico e completo degli studiosi. 1874, sulla base delle sue ricerche precedenti, è stato il pioniere del calcolo della rugosità superficiale della formula massima applicata alla fresatura cilindrica.
All'inizio del XX secolo, nei paesi industrialmente sviluppati, alcuni studiosi iniziarono a pubblicare articoli anche sull'impatto della finitura superficiale sulle prestazioni, sulla durata, ecc. delle parti meccaniche.
Nel 1929, un membro dell'Accademia delle scienze dell'URSS di nome Linnik inventò un microscopio a luce tagliente per misurare la rugosità superficiale del pezzo.
Nello stesso anno, lo scienziato tedesco Schmaltz iniziò per primo a valutare quantitativamente l'altezza delle irregolarità microscopiche superficiali e pubblicò una monografia sulla rugosità superficiale; il libro proponeva i parametri di valutazione Humax e la misurazione della linea di base due concetti.
Ciò aprì un precedente che permise agli scienziati di misurare la rugosità superficiale e diede inizio alla descrizione quantitativa della rugosità superficiale.
Nel 1936, Abbott (EJ Abbott) sviluppò la prima strumentazione di successo per la misurazione della rugosità superficiale del pezzo in lavorazione in officina, attraverso la quale lo strumento può essere utilizzato per misurare la profondità del picco del contorno e l'area di appoggio e per ottenere la relazione tra le due curve, ovvero la curva di Abbott per caratterizzare la rugosità superficiale.
Pochi anni dopo, gli studiosi britannici svilupparono con successo lo strumento di misura della rugosità superficiale dello stilo Taylor Shelf (Talysurf). 1951, la Repubblica Federale Tedesca produsse uno stabilimento Opto per la misurazione della rugosità superficiale del microscopio a interferenza.
Nel 1975, la società Taylor-Hobson ha persino sviluppato il profilatore di superficie Talysurf-5. Questo tipo di elaborazione dati computerizzata e il computer possono essere visualizzati direttamente sui 15 parametri di valutazione allo stesso tempo del profilatore, molto più avanti di tutto il livello di ricerca sulla rugosità superficiale mondiale [6].
Da allora, continuano a emergere vari altri strumenti di misurazione della rugosità superficiale, poiché ulteriori ricerche sulla rugosità superficiale forniscono un potente mezzo di prova.
Lo sviluppo della scienza e della tecnologia, in particolare nell'industria manifatturiera dei macchinari, ha fatto grandi progressi. L'industria manifatturiera nei paesi sviluppati è fondamentale per la relazione tra la qualità della superficie e la funzione della parte, ha avviato molte ricerche sulla qualità della superficie dei parametri micro-geometrici e a tal fine è stata formulata una serie di standard pertinenti.
Nel 21° secolo, con l'emergere dell' microscopio elettronico a scansione (SEM), la misurazione della rugosità superficiale ha aperto una nuova strada.
Con i requisiti sempre più elevati sulla qualità della superficie dei pezzi, è necessario promuovere in particolare lo sviluppo di tecnologie di lavorazione ottica e ultra-precisa e portare la rugosità superficiale verso la tecnologia a livello nanometrico.
Stato della ricerca sul metodo di rilevamento della rugosità superficiale
Con il continuo sviluppo della tecnologia informatica, il mezzo principale per misurare la rugosità superficiale dei componenti è gradualmente passato dall'osservazione visiva a una forma numerica di misurazione quantitativa della rugosità superficiale.
Attualmente, il metodo di misurazione della rugosità superficiale comprende principalmente un tipo di misuratore di contorno elettrico e altri metodi di misurazione a contatto, un metodo di diffusione laser e un altro metodo di misurazione senza contatto, due categorie.
1. Metodo di misurazione del contatto
Il più utilizzato nella misurazione quantitativa è il profilometro motorizzato a stilo. Questi strumenti sono più stabili, visualizzano valori accurati e affidabili e sono piuttosto convenienti.
Tuttavia, insieme allo sviluppo di innovazioni meccaniche e ottiche, in particolare nella tecnologia laser, per la lavorazione della superficie del pezzo, i requisiti di qualità sono sempre più elevati. Il tradizionale misuratore di contorno a stilo per la misurazione della rugosità superficiale del pezzo in alcuni aspetti della misurazione della superficie del pezzo e l'esistenza di molti problemi insormontabili, i problemi specifici si manifestano principalmente in:
(1) lo stilo del profilometro nella rilevazione della topografia superficiale microscopica, nella risoluzione laterale, è facilmente soggetto alle limitazioni del raggio di larghezza della testa dello stilo. Oggigiorno, la larghezza minima della punta dello stilo è di 0.1μm, quindi non è facile applicare questo strumento per misurare pezzi con superficie ultra-liscia.
(2) Anche lo stilo del profilometro presenta alcune limitazioni nell'applicazione. Non può essere applicato al rilevamento di materiali morbidi. Nel processo di misurazione, la punta dell'ago eserciterà una certa pressione sulla superficie dell'oggetto misurato e lo stilo graffierà facilmente la superficie dell'oggetto misurato. Sulla base dell'effetto ottico, alcuni studiosi hanno creato un metodo di misurazione ottica della rugosità superficiale.
Il dispositivo di misurazione principale è un dispositivo riflettente, in cui la luce laser viene emessa sulla superficie dell'oggetto da misurare in modo parallelo o divergente attraverso il sistema. La luce laser riflessa dalla superficie dell'oggetto da misurare ha informazioni ottiche che possono riflettere la forma della superficie dell'oggetto da misurare, che viene accettata, trasformata e registrata dai sensori ottici e dai circuiti di elaborazione.
Tra questi, il metodo di misurazione del contatto è dominato dal metodo di scansione della sonda minuscola, che mira ad amplificare i piccoli cambiamenti rilevati dal circuito ottico.
Innanzitutto controlla la componente di vibrazione tramite un microcontrollore per produrre una frequenza di risonanza fissa sulla scheggia, così da azionare la vibrazione della sonda.
Allo stesso tempo, la direzione dell'asse X e dell'asse Y dei due motori in modo che il campione produca un piano sul movimento piatto nel processo di spostamento dovuto a cambiamenti nella superficie dell'ondulazione del materiale, la frequenza di vibrazione della sonda per produrre un cambiamento nell'ampiezza della sonda, dopo l'amplificazione del percorso della luce laser, in modo che i lievi cambiamenti di ampiezza della sonda amplificati utilizzando il CCD line array rilevato dal microcontrollore saranno rilevati dai risultati trasmessi al computer e infine utilizzare la simulazione grafica del software MATLAB, che mostra i piccoli cambiamenti nella simulazione grafica del software MATLAB, che mostra i piccoli cambiamenti nella sonda. La simulazione grafica del software mostra l'immagine a tre bit del livello microscopico. Calcola il valore di rugosità o il software applicativo del computer superiore viene utilizzato per ricevere ed elaborare i dati e calcolare direttamente la sua rugosità.
2. Metodo di misurazione senza contatto
1) Metodo di diffusione laser.
La formazione di punti sparsi è attribuita principalmente all'effetto di interferenza. Quando si deve misurare un fascio di irradiazione di luce coerente sulla superficie, la superficie di diverse parti dell'interferenza di luce riflessa forma la distribuzione di intensità per la diffusione granulare.
Nel frattempo, il fenomeno della diffusione si verifica quando la luce viene riflessa da una superficie ruvida nel modello di diffusione sullo schermo di osservazione, composto da diffusione riflessa e bande di luce diffusa.
La distribuzione della luminanza, il contrasto, ecc. della dispersione risultante sono strettamente correlati alla rugosità della superficie. Tuttavia, sono piuttosto diversi perché la differenza di fase della luce riflessa è modulata dalla microforma della superficie.
2) Metodo di taglio leggero.
Secondo il principio del taglio della luce, è possibile misurare la luce parallela sulla superficie con l'angolo di proiezione indicato.
Possiamo ricavare la micro-geometria della superficie da misurare dalla curva di intersezione della banda luminosa e del contorno della superficie. Ciò evita il contatto con la superficie da misurare e risolve il problema di misurazione del pezzo in lavorazione dovuto all'esistenza di micro picchi e valli di profondità sulla superficie.
A causa del principio di taglio della luce, la profondità di campo e la risoluzione della lente dell'obiettivo limitano l'altezza massima e minima dei picchi e delle valli del contorno sulla superficie misurabile.
3) Interferometria.
Si riferisce principalmente all'uso del fenomeno dell'interferenza luminosa per misurare la rugosità e il contorno di superfici ottiche di alta qualità. Attualmente, l'eliminazione dell'influenza di fattori esterni sui risultati delle misurazioni è diventata il fulcro della ricerca interferometrica.
Per superare l'interferenza dell'aria, l'errore orbitale e la vibrazione, che possono avere un impatto sulla misurazione online, alcuni esperti hanno sviluppato un interferometro laser outlier utilizzando una soppressione di modo comune del percorso ottico laser comune, consentendo alla tecnologia di misurazione della superficie online di raggiungere una svolta zero. La macchina realizza un ampio intervallo di misurazione dinamica e un'elevata risoluzione di misurazione ed elabora il segnale outlier combinando numeri grandi con numeri decimali.
Non vedremo frange spaziali se viene utilizzata una sorgente luminosa a banda larga non coerente e la differenza di intervallo ottico tra i due bracci è maggiore della lunghezza di coerenza. Tuttavia, gli spettri nella regione spettrale sovrapposta cambieranno con la rugosità superficiale del pezzo in lavorazione. L'accuratezza della misurazione della rugosità superficiale è positivamente correlata alla differenza di intervallo ottico e alla visibilità relativa degli spettri.
4) Metodo della sonda ottica.
Questo metodo è simile nel principio al metodo di misurazione con sonda meccanica, sostituendo la sonda con un fascio focalizzato, realizzando così una misurazione senza contatto.
L'intervallo di misurazione del sistema di misurazione ottico di tipo stilo è più ampio rispetto a quello degli altri metodi e può non solo misurare la rugosità della superficie localizzata, ma anche misurare con precisione le variazioni della forma della superficie entro un intervallo di 1 mm, nonché rilevare piccoli difetti sulla superficie.
Conclusione
Con l'attuale industria di trasformazione in continua maturazione, nonché con il rigoroso controllo dell'utilizzo del prodotto, anche nello sviluppo sostenibile dell'impatto attuale sull'ambiente, è necessario mettere in campo una nuova tecnologia di trasformazione, in particolare per la padronanza delle caratteristiche di rugosità superficiale, che farà sì che la catena tecnologica dell'industria di trasformazione tenda a maturare.
Gli esperti del settore hanno svolto numerose ricerche sulle caratteristiche superficiali degli utensili di lavorazione e il metodo di scansione con sonda minuscola per misurare lo stato superficiale dell'oggetto presenta numerosi vantaggi.
Da un lato, rispetto al tradizionale metodo di rilevamento dello stilo, la scansione della sonda nel rilevamento della superficie del pezzo per i requisiti di planarità della superficie dell'oggetto misurato è più piccola. Allo stesso tempo, è anche possibile rilevare senza problemi un piccolo numero di sbavature sull'oggetto misurato.
Rispetto alla misurazione ottica senza contatto, la scansione della sonda dell'ambiente di rilevamento è ampiamente applicabile, non deve considerare la polvere nell'aria e altri fattori che avranno un impatto sui risultati dell'ispezione, il sistema di ispezione è piccolo, economico, adatto a un'ampia gamma di input e utilizzi.
D'altra parte, i risultati della scansione tradizionale dello stilo sono limitati solo a una linea di parametri, non all'intero piano per la scansione continua, i dati raccolti non sono molto rappresentativi e la scansione della sonda può risolvere efficacemente i problemi di cui sopra, con la sonda per eseguire un movimento "Z", è possibile essere l'intero oggetto da misurare il macro-piano è la superficie spazzata Completa, l'intero processo di scansione non richiede la partecipazione manuale, un alto grado di automazione.
La considerazione completa di vari fattori, con l'aumento della domanda di strumenti ad alta precisione, sarà sempre più richiesta per parti di alta qualità. Lo studio della rugosità superficiale sarà sempre più critico.
L'uso del metodo di rilevamento della rugosità superficiale tramite sonda di piccole dimensioni è conveniente e gode di un elevato grado di popolarità; la rugosità superficiale del pezzo e lo sviluppo dell'intero settore di lavorazione avranno un ruolo importante nel promuoverlo.