Способ определения шероховатости Советский патент 1989 года по МПК G01B11/30 

Изобретение относится к измериельной технике и предназначено для змерения шероховатости обработаных поверхностей с большим диапазо- j ом высот неровностей, имеющих перидическую составляющую.

Цель изобретения - повьшение инормативности за счет увеличения исла определяемых параметров шеро- Q ов.атости и повьппение точности за счет исключения влияния микрогеометрических отклонений поверхности при определении гаероховатости поверхностей, имеющих периодическую состав- 15 ляющую в виде борозд.

На чертеже изображена схема устройства, реализующего предлагаемый способ, с ходом излучения в нем.

Устройство содержит источник 1 20 монохроматического светового потока, фотоприемник 2 и отсчетную шкалу 3 углов, позицией 4 обозначен световой поток (пучок), нормально освещающий контролируемую поверхность 5 объ- 25 екта 6, а позицией 7 - рассеянный световой поток.

Способ осуществляют следующим образом.

От источника 1 монохроматическо- ЗО го света с длиной волны X направляют световой поток 4 нормально к контролируемой поверхности 5 изделия 6. Интенсивность рассеянного светового потока 7 регистрируют фотоприемником 2 j в плоскости, перпендикулярной бороздам шероховатости . Вращают фотоприемник 2 в этой плоскости и определяют по шкале 3 значение углов б иб, ;„, при которых интенсивность рассеянногодд света максимальна и минимальна, а также регистрируют величины максимумов интенсивности 1щд.

Затем по полученным данным определяют параметры шероховатости. Для 45 этого строят зависимость

1п(у f(), где га - порядковый номер максимума

интенсивности рассеянного излучения 1,„,

0„ - его угловое положение, определяют по ней,

tp )г - угол наклона прямой, явля- ющейся графиком зтой зависимости.

Параметры шероховатости рассчитывают из соотношений:

средний шаг неровностей:

т HlA

sine

среднее квадратичное отклонение неровностей:

длина 1 корреляции неровностей

т( 0,1(-)0,2;

средний угол 8 наклона боковых сторон неровностей:

G

tg 4 (-|-).

Теоретическое обоснование способа заключается в следующем.

Если рассеивающая поверхность является гладкой, а сами шероховатости достаточно большими, т.е. выполняется условие

со80, VyKQ,

(1)

где GO - угол падения;

К волновое число;

f - длина волны падающего

света;

Q - локальный радиус кривизны микронеровностей, то для расчета индикатриссы рассеянного света можно пользоваться методом касательной плоскости. В этом случае индикатрисса рассеянного света описьшается зависимостью

Кк- х ) С ,co(f

--ll-), 2)

q-j.

где I - интенсивность рассеянного света в данном направлении света;

С - постоянная; 1 gi/K - ВОЛНОВОЙ вектор падающего

света; - волновой вектор рассеянного

света;

uL - единичный вектор в направлении падающего света; (5 - единичный вектор в направлении рассеянного света; Sp - номинальная площадь рассеивающей поверхности;

CD - плотность распределения тангенса угла наклона боковых сторон микронеровностей:

If ф-) К; q, - величина проекции вектора

q на нормаль к поверхности R ;

q - проекиця вектора q на поверхность Sp.

После операции точения, доводки, шлифования и строгания обработанная поверхность имеет ярко выраженную анизотропию, т.е. уравнение рассеивающей поверхности описьшается функ-. цией

Z Z(x),(3)

если ось Z направлена перпендикулярно бороздам шероховатости. В этих

5

случаях рассеивающая поверхность описывается нормальной случайной функцией с корреляционной функцией, имеющей периодическую составляющую вида

f(C-)«cos(coC ) (Г/1)Ч,

(4)

0 где С0 --2

т

Т

1 е

- средний период микронеровностей;длина корреляции; расстояние между двумя точками рассеивающей поверхности в направлении оси X.

При условии со 1 1, т.е. при нормальном падении (чтобы исключить затенение) , зависимость (2) для корреляционной функции (4) принимает вид

Изобретение относится к измерительной технике и предназначено для определения параметров шероховатости поверхностей. Целью изобретения является повышение информативности за счет увеличения числа определяемых параметров шероховатости и повы- шения точности за счет устранения влияния макрогеометрических отклонений поверхности при определении шероховатости, имеющей периодическую составляющую в виде борозд. Для этого освещают контролируемую поверхность 5 пучком 4 монохроматического излучения от источника 1 и в плоскости освещения, перпендикулярной бороздам шероховатости, регист- рирзлот экстремальные значения распределения интенсивности рассеянного поверхностью 5 излучения. По получен-, ным данным рассчитывают средний шаг, среднее квадратичное отклонение и длину корреляции неровностей, а также средний угол наклона боковых сторон неровностей. 1 ил. (Л С

®

-l(t3e/,/coG)f(t3e/,/cocr)XV.G) or

00

1 1

cos(2lrn sin9) exp -4lr n l+cose)(7)

К

cce-

где 1 - длина корреляции;

С5 - среднеквадратическая высота микронеровностей. Слагаемые под знаком суммы в (5) быстро уменьшаются с ростом числа п. Из зависимости (5) видно, что распределение интенсивности рассеянного света по направлениям должно получить осциллирующий характер. Действительно, при целых значениях

-г- sin У

m

все члены суммы в (5) имеют одну и ту же фазу, что приводит к появлению максимумов и минимумов на инди- катриссе рассеяния при определенных углах б . Индикатрисса рассеяния в этом случае аналогична спектру рассеяния на периодической поверхности. Направления максимумов определяются соотношением

--- sin6

ni(m-0,l,2... ), (6)

Таким образом, зная длину волны падающего света по измерению углового расстояния 9 между двумя соседними максимумами, можно опреде7)

cce- JJ

(5)

35

лить средний период микронероннос- тей Т.

Из соотнртения (5) видно, что если по оси ординат откладывать

- ln(),

(где 1 - максимальные значения 40интенсивности) как функцию , то должна получиться прямая линия. Второе слагаемое

45 2Г(ёб/) 4-) (ibse) в показателе экспоненты намного меньше первого, поэтому им в дальнейшем пренебрегают. Из тангенса угла наклона tg J кривой In(I) как

функции tg 6,,,/2, можно определить среднее значение величины

5

а поскольку

j

axf

I

2

Т 21ГС

1

(саО-)

:i

(7)

(8)

то, используя зависимости (6).П 4

1455234

и (8), можно определить среднеквад- ратическую высоту С неровностей исследуемой поверхности .

Для оценки параметра 1 - длины корреляции, необходимо сопоставить теоретические зависимости, построенные согласно соотношению (5) с экспериментальными индикатриссами.

Из сопоставления расчетов с индикатриссами рассеяния шероховатости поверхностей (7-И)-го классов чистоты следует, что.

. KGL С01

0,2

(9) 15

Таким образом, сопоставление теоретического расчета (при известных X а следовательно, и

К

21 Т

-л

т, определенным из опыта по формуле (6), и (5 , определенным из опыта по формуле (8)) с конкретной индикатрис- сой позволяет найти точное значение 1 либо пользоваться оценкой (9) для (7-П)-гр классов чистоты.

Таким образом, предлагаемый способ позволяет измерит четыре пара

5

0

25

метра шероховатости: С5 , Т, tgo и 1, а также повысить точность за счет исключения влияния макрогео- метрических отклонений контролируемой поверхности. I Формула изобретения

Способ определения шероховатости, заключающийся в том, что освещают пучком монохроматического излучения контролируемую поверхность и анализируют распределение интенсивности рассеянного этой поверхностью излучения, по которому судят о параметрах шероховатости, о т л и - ч ающийся тем, что, с целью повьш ения информативности и точности при определении параметров шероховатости, имеющей периодическую составляющую в виде борозд, освещение осуществляют нормально к контролируемой поверхности, а анализ распределения интенсивности осуществляют в плоскости освещения, перпендикулярной бороздам шероховатости путем регистрации величины и угловых положений экстремальных значений распределения рассеянного поверхностью излучения.