Профилометры

Профилометр – это специальный прибор для измерения шероховатости поверхности отдельных деталей, механизмов и элементов, изготовленных из материалов различной плотности. Он помогает определить качество продукции и необходимость ее дополнительной обработки. Использование, и особенно выбор аппарата являются важными этапами практически любого производственного процесса. Поэтому прежде чем приобрести и приступить к эксплуатации измерителя, следует подробно изучить, какие бывают виды профилометров, их функционал и технологические особенности.

Показатель шероховатости поверхности – это одна из главных технических характеристик качества изделия, предназначенного для работы в жестких условиях, которые предполагают сильный износ материала изготовления. От уровня шероховатости будет зависеть как общее качество работы продукции – ее эксплуатационные параметры, так и продолжительность использования. Показатель шероховатости очень важен, например, для двигателей внутреннего сгорания, других аналогичных узлов и механизмов с большим количеством движущихся деталей и элементов.

Во время эксплуатации на рабочих поверхностях таких механизмов происходят непрерывные процессы, оказывающие негативное влияние на структуру и целостность материала:

• образование сколов, трещин и заусенцев различной величины;

• механический износ материала;

• эрозия металла, его частичное смятие.

Повысить же технические и эксплуатационные характеристики изделия, улучшить качество его работы, а также продлить срок годности существенно помогает дополнительная технологическая обработка – шлифование. От нее будет зависеть уровень шероховатости поверхности, который и измеряется профилометром.

Подобные возникающие дефекты могут оказывать на качество работы механизма даже большее влияние, чем сильный перегрев или удары, и, соответственно, быстрее вызывать его деформацию. Да и сам перегрев металла чаще всего возникает из-за чрезмерного трения, причиной которого становится излишняя шероховатость поверхности отдельного элемента.

Поэтому именно шероховатость в значительной степени влияет на такие технические показатели материалов, как:

• стойкость к образованию коррозии;

• общая износоустойчивость;

• допустимый коэффициент трения.

По принципу работы профилометры разделяются на контактные и бесконтактные устройства. Контактные приборы оснащены специальным стальным щупом с твердым наконечником. Он определяет уровень шероховатости, перемещаясь по поверхности изделия, и выдает показатели на экран, установленный в корпусе прибора.

Бесконтактные или оптические профилометры определяют уровень шероховатости детали при помощи оптического датчика и лазера, который также, исследуя поверхность, выводит полученные данные на специальный миниатюрный монитор. Рассмотрим подробнее обе разновидности профилометров, особенности их работы и главные технические характеристики.

Для наглядного примера рассмотрим один из наиболее распространенных контактных профилометров – прибор с цифровым отсчетом 296 модели. Он является типовым представителем устройств в этом классе измерительной техники, работа которых основана на индуктивном преобразовании сигнала. Этот измеритель предназначен для определения уровня шероховатости только плоских поверхностей. Конструктивно контактный профилометр состоит из таких элементов:

• стальной щуп с твердым, как правило, алмазным наконечником;

• приспособление для перемещения щупа;

• преобразователь уровня шероховатости;

• цифровой преобразователь и усилитель электросигнала;

• дисплей или миниатюрный монитор;

• обратные датчики для управления щупом, направления его движения;

• переключатель режимов измерения;

• реле установки временного интервала.

Профилометр модели 296, как и приборы подобной модификации, например, профилометр 130 модели, считаются стационарной измерительной техникой. Эти аппараты в основном используются для определения шероховатости поверхностей лишь в лабораторных, цеховых условиях.

Но, кроме них, также существуют и мобильные или портативные профилометры контактного действия, имеющие небольшие габариты. Например, измерительный прибор российского производства модели TR-100 с пьезоэлектрическим преобразователем.

Подстройка показаний выходной величины или индикации в модели TR-100 осуществляется за счет специального узла, дополнительно встроенного в основную рабочую схему устройства. Кроме того, профилометр TR-100 имеет и более широкий диапазон измерения – от 0,05 до 50 микрометров (мкм). Его же существенный минус по сравнению с лабораторными или цеховыми аппаратами – более низкая точность определения (разница между моделями составляет примерно 10-12%).

В отличие от контактных моделей бесконтактные профилометры имеют более широкие возможности. Поэтому сегодня они получили гораздо большее распространение, чаще используются на производстве. Их главные преимущества – возможность дистанционного сканирования, а также функция оперативной передачи данных и автоматический вывод информации на монитор компьютера или принтер для последующей распечатки. Допустимая же удаленность или дистанция от исследуемой поверхности будет зависеть от конкретной модели измерителя. Как и в случае с контактными моделями, бесконтактные аппараты также бывают двух основных видов – стационарные и портативные.

Бесконтактный стационарный профилометр с функцией записи полученного результата включает в себя такие элементы:

• посадочная плита со специальными пазами, в которых фиксируется исследуемый материал или изделие;

• специальная лазерная головка для сканирования поверхности;

• оптическое устройство с первичными измерительными преобразователями – особый датчик или сенсор;

• направляющий канал для передачи волны – волновод;

• компьютеризированный узел с соответствующим пользовательским интерфейсом для управления прибором и подключения к нему дополнительных регистрирующих устройств.

Продуманный функционал бесконтактного оптического профилометра позволяет определять и выводить на монитор очень большой, а в большинстве случаев исчерпывающий объем необходимой информации. Подробные данные помогают максимально точно установить уровень шероховатости поверхности и необходимость ее дальнейшей обработки. Получаемые сведения включают в себя такие важные показатели, как:

• профиль участка сканирования – продольный и поперечный;

• максимально допустимая точность измерения конкретной поверхности;

• дискретность (прерывистость) измерительного шага прибора;

• погрешность отсчета в момент сканирования, а также возможная общая суммарная погрешность.

Кроме основного функционала, в таких профилометрах предусмотрена возможность производить запись полученных результатов на специальную термопечатную рулонную бумагу. Сама запись выполняется в виде профилограммы, благодаря чему прибор можно также использовать как полноценный профилограф. Управление же и контроль сканирования осуществляется в отдельном диалоговом режиме, это позволяет проводить повторное измерение уровня шероховатости не на всем изделии, а только на необходимых участках.

В качестве примера портативного или мобильного бесконтактного профилометра рассмотрим одну из самых популярных моделей такого типа устройств – измеритель немецкого производства Mahr MarSurf PS1. В этом компактном аппарате управляющий сигнал передается в соответствующую схему при помощи специального оптического датчика. Случайные же непроизвольные колебания (периодические частичные изменения) дистанции между исследуемой поверхностью и считывающим приемником аппарата компенсируются за счет автоматической системы калибровки шага измерения.

Профилометр оснащен удобным цифровым дисплеем и специальным выдвижным стилусом бесконтактного действия. Диапазон измерения уровня шероховатости в переносной модели Mahr MarSurf PS1 колеблется от 5 до 15 микрометров.

Выбор измерителя будет напрямую зависеть от типа исследуемой поверхности и предназначения, сложности проверяемого изделия. Стационарные контактные и бесконтактные профилометры позволяют получать более точную и детализированную оценку уровня шероховатости материала. Шероховатость твердых поверхностей, например, деталей из высокоуглеродистой стали, лучше измерять аппаратами с алмазным щупом. Производить оперативную или частичную оценку качества обработки материала удобнее портативным переносным прибором.

Оптические бесконтактные измерители рассчитаны только на сканирование очищенных материалов – пыль и загрязнения могут существенно исказить результат.