EN
Widzenie chropowatości bez stosowania stylografu
Przez dziesięciolecia pomiar chropowatości powierzchni polegał na przesuwaniu diamentowego stylografu po powierzchni elementu, odczuwaniu każdego wzniesienia i doliny oraz liczeniu na to, że nie uszkodzimy czegoś delikatnego w trakcie procesu. Profilometry kontaktowe pozostają nadal standardem złotym w wielu warsztatach, ale mają swoje ograniczenia. Są wolne, stykają się z powierzchnią i sprawdzają się słabo przy miękkich materiałach, lepkich powłokach lub wyjątkowo drobnoziarnistych wykończeniach. Właśnie wtedy z pomocą przychodzi optyczny analizator chropowatości powierzchni. Zamiast przesuwać igłę po powierzchni, wykorzystuje on światło do mapowania struktury powierzchni – szybko i bez jakiegokolwiek kontaktu z elementem.
Podstawowa zasada działania: interferencja światła
Najczęstszym typem miernika chropowatości powierzchni optycznej jest urządzenie oparte na interferometrii. Oto podstawowa zasada jego działania. Wiązka światła jest dzielona na dwie ścieżki. Jedna wiązka odbija się od idealnie gładkiego zwierciadła odniesienia umieszczonego wewnątrz urządzenia. Druga wiązka przechodzi przez obiektyw, pada na badaną powierzchnię i odbija się od niej z powrotem. Gdy obie te wiązki ponownie się scalą, wzajemnie ze sobą interferują. Jeśli badana powierzchnia jest idealnie płaska, wzór interferencyjny jest jednorodny. Jeśli natomiast powierzchnia ta posiada wypukłości i wgłębienia, to niewielkie różnice wysokości zmieniają długość drogi, jaką przebywa światło, tworząc wzór jasnych i ciemnych prążków przypominający mapę topograficzną. Oprogramowanie następnie dekoduje ten wzór prążków i przekształca go w wysokiej rozdzielczości trójwymiarową mapę tekstury powierzchni.
Techniki konfokalne i techniki zmiany ostrości
Interferometria nie jest jedyną dostępną metodą. Innym podejściem stosowanym w optycznych miernikach chropowatości powierzchni jest mikroskopia konfokalna lub metoda zmiany ostrości. W tych systemach światło przechodzi przez bardzo małą otwór (igłową przesłonę) lub zestaw mikrozerкал. Urządzenie skanuje pionowo przez płaszczyznę ostrości, wykonując obrazy na wielu różnych wysokościach. Dla każdego piksela oprogramowanie określa dokładną wysokość, przy której dany punkt był najbardziej wyraźnie skupiony. Po zsumowaniu wszystkich tych wysokości odpowiadających maksymalnej ostrości uzyskuje się szczegółową trójwymiarową rekonstrukcję powierzchni. Metoda ta szczególnie dobrze sprawdza się przy powierzchniach o stromych nachyleniach lub szorstkich teksturach, które mogłyby wprowadzić w błąd interferometr. Oba podejścia mają jedną kluczową zaletę: pozwalają uzyskać miliony punktów danych w ciągu kilku sekund, zapewniając statystyczny obraz parametrów chropowatości – takich jak Ra, Rz i Sa – dla całej powierzchni, a nie tylko dla pojedynczej linii pomiarowej.
Dlaczego pomiary bezkontaktowe zmieniają grę w zakresie inspekcji
Bezkontaktowy charakter optycznego miernika chropowatości powierzchni umożliwia zastosowania, których nie są w stanie obsłużyć przyrządy kontaktowe z głowicą stykową. Wystarczy pomyśleć o miękkich polimerach, powłokach biomedycznych, foliach klejących lub świeżo pomalowanych powierzchniach. Głowica stykowa wgnie się w materiał i zniszczy teksturę, którą próbujesz zmierzyć. Światło natomiast odbija się bez pozostawiania śladu. Możesz również dokonywać pomiarów wewnątrz małych elementów, np. na dnie kanału mikroprzepływowego lub na bocznej powierzchni zęba małej przekładni – miejscach, do których fizyczna głowica stykowa po prostu nie jest w stanie dotrzeć. Ponadto, ponieważ nie ma tu ruchu mechanicznego skanowania po powierzchni, prędkość pomiaru jest znacznie większa. Skan obszaru, który przyrząd ze stylusem może wykonać w kilka minut, przeskanowując linię po linii, może zostać wykonany przez system optyczny w ciągu kilku sekund.
Jakie parametry dostarcza dane
Gdy tester chropowatości powierzchni optycznej zarejestruje dane trójwymiarowe dotyczące powierzchni, oprogramowanie oblicza całą rodzinę parametrów. Większość użytkowników zaczyna od znanych wartości chropowatości dwuwymiarowej, takich jak Ra i Rz, które oprogramowanie wyznacza, przeprowadzając wirtualne linie profilu przez zestaw danych trójwymiarowych. Jednak prawdziwa moc pomiaru optycznego tkwi w parametrach powierzchniowych zdefiniowanych w normie ISO 25178. Parametry takie jak Sa dostarczają odpowiednika powierzchniowego wartości Ra, Sdq opisuje nachylenie powierzchni, Sdr określa współczynnik rozwiniętego obszaru interfejsu, natomiast Svk, Spk i Sk dokonują rozdzielenia chropowatości podstawowej, zmniejszonych wierzchołków i dolin w ramach analizy stosunku nośności. Taka głębokość informacji jest nieoceniona przy ocenie nie tylko tego, jak chropowata odczuwana jest powierzchnia, ale także tego, jak będzie się zachowywać pod względem uszczelniania, smarowania, przyczepności i zużycia.
Uwagi praktyczne dotyczące rzeczywistych części
Podobnie jak każda technologia, optyczne urządzenia do pomiaru chropowatości powierzchni mają swoje praktyczne ograniczenia. Powierzchnie o bardzo wysokiej odbijalności mogą czasem powodować problemy, choć nowoczesne systemy radzą sobie z większością z nich dzięki sprytnym strategiom oświetlenia. Przezroczyste materiały wymagają starannego przygotowania pomiaru, ponieważ światło może przenikać przez materiał i odbijać się od warstw podpowierzchniowych. Bardzo chropowate powierzchnie o skrajnie stromych nachyleniach mogą przekraczać kąt akceptacji optycznej obiektywu. Zrozumienie tych ograniczeń pozwala wybrać odpowiedni obiektyw, odpowiedni obszar pomiaru oraz odpowiedni tryb pomiaru dla konkretnych elementów. W przypadku prawidłowego zastosowania jakość danych i szybkość pomiaru są niezwykle imponujące. Co więcej, w wielu zastosowaniach, w których stykowy czujnik twardości jest po prostu zbyt wolny lub zbyt inwazyjny, optyczny analizator chropowatości powierzchni nie jest jedynie alternatywą – stanowi jedyną praktyczną możliwość rozwiązania problemu.