Ви коли-небудь замислювалися, чому екран вашого телефону виглядає гладкішим, ніж грубий шматок наждачного паперу?
Або чому деякі автомобільні фарби виглядають дзеркальними, тоді як інші виглядають тьмяними та нерівними?
Відповідь полягає в шорсткості поверхні, вирішальному факторі, який впливає на продуктивність, зовнішній вигляд і довговічність різних виробів.
Від аерокосмічних компонентів до медичних імплантатів виробники повинні точно вимірювати та контролювати шорсткість поверхні, щоб забезпечити якість, надійність і безпеку.
У цій статті я досліджу науку та методи вимірювання шорсткості поверхні та поясню, чому це важливіше, ніж ви думаєте.
Отже, пристебніться та готуйтеся поринути у захоплюючий світ шорсткості поверхні.
Вимірювання шорсткості поверхні — це процес вимірювання невеликих коливань висоти фізичної поверхні. Він відрізняється від більш масштабних змін, таких як форма та хвилястість, які зазвичай є частиною геометрії поверхні.
Шорсткість поверхні можна розглядати як якість поверхні, яка не є гладкою, і пов’язана з людським сприйняттям текстури поверхні.
Це багатомасштабна властивість, яка має різні тлумачення та визначення залежно від розглянутої дисципліни.
Шорсткість поверхні можна виміряти шляхом ручного порівняння з «компаратором шорсткості поверхні» або вимірювання профілю поверхні виконується за допомогою профілометра. Оптичні вимірювальні прилади, такі як інтерферометри білого світла або лазерні скануючі конфокальні мікроскопи, також можуть вимірювати шорсткість поверхні на ділянці.
Параметри площинної шорсткості визначені в серії стандартів ISO 25178, а отримані значення: Sa, Sq, Sz (разом з іншими).
Середня шорсткість (Ra) є загальним параметром, який використовується для вимірювання шорсткості поверхні, і він вимірює відхилення поверхні від середньої висоти.
Зазвичай він вимірюється в мікронах або мікродюймах.
Важливість у вимірюванні розмірів
Вимірювання шорсткості поверхні є важливим для вимірювання розмірів з кількох причин:
- Взаємодія між частинами:Шорсткість поверхні часто визначає, як одна частина взаємодіє з іншою. Наприклад, якщо вал обертається всередині підшипника, шорстка поверхня, швидше за все, спричинить контакт металу з металом, що може призвести до зносу та корозії.
- Профілактичні коригування:Отримання даних про шорсткість поверхні дозволяє аналізувати тенденції та допомагає в профілактичних коригуваннях. Наприклад, вимірювання середньої шорсткості (Ra) може показати, коли інструмент починає зношуватися, в результаті чого його поверхневі характеристики відрізняються. Потім ця інформація може бути використана для прийняття рішення про необхідність заміни інструменту.
- Тертя і адгезія:Шорсткість відіграє важливу роль у різних процесах, таких як тертя та адгезія, і широко вимірюється.
- Змочуваність:Зв’язок між шорсткістю та змочуваністю чітко визначений, і додавання шорсткості поверхні може підвищити змочуваність, спричинену хімічним складом поверхні.
- Характеристика текстури поверхні:Шорсткість поверхні є мірою текстури поверхні, і вона визначається як вертикальне відхилення реальної поверхні від її ідеально гладкої форми. Шорсткість поверхні не можна точно охарактеризувати за допомогою одного параметра, тому визначається набір параметрів шорсткості поверхні.
- Кількісні та якісні методи:Вимірювання шорсткості поверхні можна охарактеризувати за допомогою кількісних або якісних методів. Якісні методи включають оптичний вигляд, тоді як кількісні методи передбачають вимірювання невеликих коливань висоти фізичної поверхні.
Методи вимірювання шорсткості поверхні
Вимірювання шорсткості поверхні можна охарактеризувати різними методами:
- Методи прямого вимірювання:Ці методи оцінюють якість поверхні за допомогою пристроїв типу стилуса. Вимірювання виконуються за допомогою стилуса, проведеного вздовж вимірюваної поверхні, і реєструється рух стилуса перпендикулярно до поверхні. Потім цей зареєстрований профіль використовується для розрахунку параметрів шорсткості.
- Оптичний метод:Цей метод передбачає використання світла для вимірювання шорсткості поверхні. Наприклад, джерело світла використовується для освітлення поверхні за допомогою цифрової системи для перегляду поверхні та даних.
- Рідинні методи:Рідинні методи використовують потік рідини по поверхні для вимірювання шорсткості. Наприклад, потік рідини по поверхні можна використовувати для визначення шорсткості поверхні.
- Електричний метод:Електричні методи використовують електричні властивості поверхні для вимірювання шорсткості. Наприклад, електричний опір поверхні можна використовувати для визначення шорсткості поверхні.
- Методи скануючої зондової мікроскопії:Ці методи використовують скануючий зондовий мікроскоп для вимірювання шорсткості поверхні. Мікроскоп сканує поверхню вимірюваного об’єкта та записує висоту поверхні в кожній точці. Потім ця інформація використовується для розрахунку параметрів шорсткості.
- Геометричний аналіз:Геометричний аналіз передбачає використання математичних моделей для аналізу шорсткості поверхні. Наприклад, опорні лінії, методи огинаючої, цифрові фільтри, фрактали або інші методи можуть бути використані для отримання характеристики поверхні.
- Безконтактний тип:Безконтактні методи не передбачають фактичного контакту з частинами обладнання на поверхні об’єкта вимірювання. Наприклад, оптичні методи, рідинні методи та електричні методи є безконтактними.
- Методи електронної мікроскопії:Методи електронної мікроскопії використовують електронний мікроскоп для вимірювання шорсткості поверхні. Мікроскоп сканує поверхню вимірюваного об’єкта та записує висоту поверхні в кожній точці. Потім ця інформація використовується для розрахунку параметрів шорсткості.
Техніка вимірювання
Використовуються різні методи, засновані на фізичному принципі, для оцінки нанорозмірних, атомних і мікромасштабних характеристик шорсткості поверхні. Методи профілювання, площі та мікроскопії є трьома основними типами методів, які використовуються для вимірювання шорсткості поверхні.
Шорсткість поверхні можна виміряти за допомогою контактних методів, таких як прилади типу стилуса або копії блоків. Ось кілька методів і технік, які використовуються для вимірювання шорсткості поверхні:
- Пристрій стилусного типу:Це прямий метод вимірювання, який обчислює середнє значення шорсткості, обводячи поверхню інструментом типу стилуса. Прилад підсилює свій сигнал, щоб компенсувати хвилястість і вказати лише шорсткість.
- Репліка блоків:Вони використовуються для порівняльних вимірювань і містять певний стандартний шаблон шорсткості.
- Профілометр:Це контактна вимірювальна система, яка використовує алмазний стилус для вимірювання шорсткості поверхні.
- Параметри площинної шорсткості:Ці параметри визначені в серії стандартів ISO 25178 і включають Sa, Sq і Sz.
- Оптичні методи:Оптичні методи включають інтерферометри білого світла та лазерні скануючі конфокальні мікроскопи. Ці прилади здатні вимірювати шорсткість поверхні на певній площі.
Шорсткість поверхні також можна охарактеризувати за допомогою кількісних або якісних методів. Якісні методи включають візуальний вигляд, такий як тест нігтя. Використовуючи показники фрактальності поверхні разом із показниками шорсткості або форми поверхні, можна краще інтерпретувати певні межфазові явища, включаючи контактну механіку, тертя та електричний контактний опір, щодо структури поверхні.
Для вимірювання шорсткості поверхні використовують безконтактні методи. Ось кілька прикладів:
- Просторовий модулятор світла:Новий безконтактний метод вимірювання шорсткості поверхні, який поєднує в собі переваги різних типів методів за допомогою установки Майкельсона.
- Лазерна профілометрія:Безконтактний метод вимірювання шорсткості поверхонь. Однак отримати точні вимірювання параметрів шорсткості поверхні за допомогою безконтактного методу для поверхонь із високим глянцем може бути складно.
- Оптичний вигляд:Якісні методи включають візуальний вигляд, наприклад візуальний огляд, який можна використовувати для визначення шорсткості поверхні.
- Ефекти деполяризації:Безконтактний метод, який враховує ефекти деполяризації для вимірювання шорсткості поверхні в субмікронному діапазоні.
- Взаємопроникнення шорстких поверхонь:Непрямий метод, що використовує ефект взаємопроникнення шорстких поверхонь, що дозволяє створювати дуже прості вимірювальні пристрої.
Зверніть увагу, що існують також контактні методи вимірювання шорсткості поверхні.
Чому метрологія має значення при вимірюванні шорсткості поверхні
Коли справа доходить до вимірювання шорсткості поверхні об’єкта, точність є ключовою. Ось тут і з’являється метрологія. Метрологія — це наука про вимірювання, яка відіграє вирішальну роль у забезпеченні точності та послідовності вимірювання розмірів.
Використовуючи спеціалізовані інструменти та методи, метрологи можуть вимірювати шорсткість поверхні аж до рівня нанометрів, надаючи безцінні дані для таких галузей, як виробництво, аерокосмічна промисловість та біомедична інженерія.
Без метрології вимірювання шорсткості поверхні були б ненадійними та суперечливими, що призвело б до потенційних помилок у проектуванні продукту та контролі якості.
Отже, наступного разу, коли ви побачите вимірювання шорсткості поверхні, пам’ятайте, що за цим стоїть наука метрології, яка забезпечує точність і точність вимірювання розмірів.
Для отримання додаткової інформації:
Відкриття метрології, одиниць, інструментів тощо
Одиниці та стандарти
Одиницями вимірювання шорсткості поверхні зазвичай є мікрони (µm) або мікродюйми (µ-in, µ"). Один мікрон приблизно еквівалентний 40 мікродюймам. Терміни "мікрон" і "мікрометр" є еквівалентними і обидва зазвичай використовуються.
Параметри поверхневої шорсткості також визначені в серії стандартів ISO 25178 із кінцевими значеннями, такими як Sa, Sq і Sz.
Національна система вимірювання обробки поверхні використовує фізичні еталонні стандарти для калібрування вимірювань шорсткості поверхні до визначеної одиниці довжини: довжини хвилі певних джерел світла.
Вимірювання шорсткості поверхні може мати значний вплив на функціональність виробу. Ось кілька способів, як вимірювання шорсткості поверхні може вплинути на функціональність продукту:
- Опорні поверхні:Багато опорних поверхонь вимагають рівномірної шорсткості, яка допомагає утримувати плівку мастила. Якщо поверхня занадто гладка або шорстка, підшипник вийде з ладу.
- Параметри якості:У інженерних додатках існують жорсткі параметри якості для поверхонь і деталей. Тому вкрай важливо, щоб шорсткість поверхні вимірювалася точно, щоб вона відповідала необхідним стандартам якості. Шорсткість часто небажана, але її важко контролювати на виробництві. Зменшення шорсткості призводить до збільшення вартості виробництва компонентів, тому має бути компроміс між цією вартістю та його застосуванням продуктивності.
- Людське сприйняття:Шорсткість поверхні можна розглядати як якість поверхні, яка не є гладкою, і, отже, вона пов’язана з людським (тактильним) сприйняттям текстури поверхні. З математичної точки зору, це пов’язано з просторовою мінливістю структури поверхонь, і за своєю суттю це багатомасштабна властивість. Він має різні тлумачення та визначення залежно від розглянутих дисциплін.
- Продуктивність:Розмір і конфігурація елементів істотно впливає на якість і функціональність оброблених поверхонь і продуктивність кінцевих виробів. Отже, будь ласка, виміряйте шорсткість поверхонь, щоб відповідати високим стандартам продуктивності кінцевих продуктів. Рівень шорсткості повинен регулюватися на основі бажаної якості та характеристик поверхні.
Шорсткість поверхні можна виміряти ручним порівнянням із «компаратором шорсткості поверхні» або вимірюванням профілю поверхні за допомогою профілометра. Стандартом ISO для вимірювання шорсткості поверхні є конічний щуп 60° або 90° зі сферичним наконечником радіусом 2 м¼м.
Належний аналіз властивостей поверхні визначає можливі недоліки в матеріалі, які, якщо їх виконати за достатньо високими стандартами, можуть зробити різницю між придатним для використання продуктом і продуктом, який буде викинуто, і може вплинути на критичні фактори проекту, такі як вартість і використання матеріалів. Як безпека для оператора готового продукту.
Шорсткість поверхні є важливим аспектом вимірювання розмірів. Ось деякі промислові стандарти та методи вимірювання шорсткості поверхні:
- Компаратор шорсткості поверхні:Для ручного порівняння можна використовувати зразок із відомою шорсткістю поверхні.
- Профілометр:Вимірювання профілю поверхні можна виконати за допомогою профілометра, який може бути контактним (зазвичай алмазним стилусом) або оптичним (приклад: інтерферометр білого світла або лазерний скануючий конфокальний мікроскоп).
- Стандарти ISO:Параметри шорсткості профілю включені в британський стандарт BS EN ISO 4287:2000, ідентичний стандарту ISO 4287:1997. Параметри шорсткості зони визначені в серії ISO 25178.
- Вимірювання шорсткості поверхні, акредитоване A2LA:Dimensional Measurement, Inc. (DMI) пропонує акредитовану A2LA вимірювання шорсткості поверхні, калібрування (2D аналіз поверхні) для деталей.
- Середня шорсткість (Ra):Ra вимірює відхилення поверхні від середньої висоти. Зазвичай він вимірюється в мікронах (µm) або мікродюймах (µ-in, µ").
- Параметри площинної шорсткості:Ці параметри дають більш значні значення, ніж параметри шорсткості профілю.
Будь ласка, зверніть увагу, що стандарту для атомно-силової мікроскопії (АСМ) немає.
Удосконалення виробничих процесів
Вимірювання шорсткості поверхні є важливим у виробничих процесах, оскільки воно може допомогти покращити якість деталей і виробів. Ось кілька способів використання вимірювань шорсткості поверхні для покращення виробничих процесів:
- Контроль якості:Вимірювання шорсткості поверхні є життєво важливим для контролю якості обробки деталей. Шорсткість поверхонь на виробництві повинна залишатися в межах бажаних меж, щоб забезпечити оптимальну якість деталей.
- Прогноз продуктивності:Шорсткість поверхні є чудовим показником продуктивності механічних частин, оскільки нерівності на поверхні можуть спричинити зародження для розломів або корозії. У трибології шорсткі поверхні зношуються швидше і мають більший коефіцієнт тертя, ніж гладкі поверхні.
- Підвищення адгезії:Шорсткість може знадобитися в деяких випадках для полегшення зчеплення з косметичними фінішними покриттями, такими як покриття, порошкове покриття або фарбування.
- Запобігання забрудненню:Виробництво високої чистоти вимагає гладких поверхонь всередині технологічного обладнання, щоб уникнути забруднення або накопичення всередині нього.
- Уніфіковані процедури:Інженери та виробники повинні постійно підтримувати шорсткість поверхні, щоб допомогти у виробництві єдиних процедур і надійних товарів.
- Відповідність промисловим стандартам:Вимірювання шорсткості поверхні можна використовувати для визначення відповідності обладнання різним промисловим стандартам.
Обмеження вимірювання шорсткості поверхні
Методи вимірювання шорсткості поверхні мають деякі обмеження:
- Відсутність стандартизації:Основним обмеженням деяких методів вимірювання шорсткості поверхні є відсутність стандартизованого методу оцінки. Це може ускладнити порівняння результатів, отриманих за допомогою різних методів.
- Обмежена точність:Реальна геометрія поверхні настільки складна, що кінцева кількість параметрів не може забезпечити повний опис. Якщо збільшити кількість використовуваних параметрів, можна отримати більш точний опис. Однак це не завжди можливо через практичні обмеження.
- Фільтрування:Для отримання характеристики поверхні практично всі вимірювання підлягають фільтрації. Це один із найважливіших етапів вимірювання шорсткості поверхні. Однак фільтрація також може внести помилки та спотворення в вимірювані дані.
- Обмежений діапазон:Деякі методи вимірювання мають обмежений діапазон вимірювання. Наприклад, деякі методи підходять лише для вимірювання шорсткості в малому масштабі, тоді як інші підходять лише для вимірювання шорсткості у великому масштабі.
- Залежність від довжини хвилі:Виміряні параметри шорсткості залежать від обмежень коротких і довгих хвиль. Ці міркування є результатом не лише техніки вимірювання, а й фізичних властивостей вимірюваної поверхні.
- Залежність від техніки:Різні методи використовуються для оцінки нанорозмірних, атомних і мікромасштабних особливостей шорсткості поверхні. Кожен метод має свої обмеження та підходить для вимірювання конкретних типів поверхонь.
Незважаючи на ці обмеження, вимірювання шорсткості поверхні залишається важливим інструментом у різних галузях промисловості для забезпечення якості та продуктивності продукції.
Заключні думки та міркування
Завершуючи цю публікацію про вимірювання шорсткості поверхні, я не можу не відчувати збентеження через тонкощі вимірювання розмірів. Захоплююче думати про різні методи та технології, що використовуються для вимірювання шорсткості поверхні, і про те, як невеликі варіації текстури можуть мати значний вплив на функціональність виробу.
Але що мене справді вражає, так це потенціал вимірювання шорсткості поверхні для покращення виробничих процесів. Точно вимірюючи шорсткість поверхні, виробники можуть визначити області для вдосконалення та внести корективи для оптимізації виробництва. Це не тільки призводить до вищої якості продукції, але й зменшує відходи та економить гроші в довгостроковій перспективі.
Однак важливо враховувати вплив вимірювання шорсткості поверхні не лише на виробничий процес. Шорсткість поверхні також може впливати на продуктивність продуктів у різних галузях промисловості, від аерокосмічної до медичних пристроїв. Розуміючи вплив шорсткості поверхні на ці галузі, ми можемо продовжувати розробляти нові та інноваційні способи вимірювання та покращення текстури поверхні.
Підсумовуючи, вимірювання шорсткості поверхні є захоплюючою та складною темою з далекосяжними наслідками. Оскільки технології продовжують розвиватися, я радий побачити, як ми можемо застосувати ці вимірювання для вдосконалення наших виробничих процесів і підвищення продуктивності наших продуктів. Тому наступного разу, коли ви візьмете в руки виріб, знайдіть хвилинку, щоб оцінити точність і увагу до деталей, які використовуються для вимірювання шорсткості його поверхні.
Розуміння метрологічних одиниць вимірювання
Порада: увімкніть кнопку субтитрів, якщо вона вам потрібна. Виберіть «автоматичний переклад» у кнопці налаштувань, якщо ви не знайомі з англійською мовою. Можливо, вам доведеться спершу натиснути мову відео, перш ніж ваша улюблена мова стане доступною для перекладу.
Посилання та посилання
Запис для себе: (статус статті: план)
Поділіться на…
