Геометрические характеристики поверхностного слоя 1 Геометрические характеристики

Геометрические характеристики поверхностного слоя 1

Геометрические характеристики поверхностного слоя • В технике и технологиях накоплен огромный опыт использования знаний о связи качества поверхности с функциональными свойствами поверхностей. • Благодаря оптимальному применению таких понятий как текстура, шероховатость, форма поверхностей, параметров, описывающих эти характеристики, правильному нормированию их значений, их технологическому обеспечению и возможности точного контроля можно ожидать значительного улучшения качества создаваемых машин, приборов и систем. 2 2

Геометрические характеристики поверхностного слоя Поверхностный слой Геометрические характеристики Физико-механические свойства 3

Проблемы формирования поверхностей с заданными свойствами 4

1. Современные технологии должны обеспечивать получение деталей с размерами в огромном диапазоне размеров - от десятых долей нанометра до десятков метров. При этом должны быть выдержаны допуски на размеры, соответствующие требуемому уровню точности. 2. Детали с геометрически идеальными поверхностями (соответствующими номинальным геометрическим образам) не могут быть изготовлены или становятся в производстве недопустимо дорогими. Требуется система параметров и допусков для нормирования требований к геометрии (текстуре) поверхностей. 5 5

Применительно к формируемым текстурам поверхностей размеры отклонений от идеальных геометрических форм составляют от единиц ангстрем (например, атомарно плоские поверхности эталонов нано- текстуры) до сотен микрометров. 4. Часто для обеспечения требуемых функциональных свойств поверхностей деталей необходимо применить специальные технологии, которые позволяют получить поверхности с определенными геометрическими и физикомеханическими характеристиками, а это является сложной технологической и метрологической задачей. 3. 6

Виды поверхностных неровностей Реальная поверхность содержит неровности различных формы и высоты, которые имеют регулярный или нерегулярный характер. 7

• • • Виды поверхностных неровностей условно принято различать в зависимости от отношения шага S к высоте неровностей Н: при S 1/H 1 > 1000 — отклонения формы поверхности (1); при S 2/H 2 > 50… 1000 — волнистость поверхности (2); при S 3/H 3 < 50 — шероховатость поверхности (3). 8

Виды поверхностных неровностей Другим эффективным критерием разделение поверхностных неровностей является длина базового участка Lбаз, на котором рассматриваются поверхностные неровности. • Отклонения формы - измеряют на базовых участках с длинами, сопоставимыми с длиной всей поверхности. • Шероховатость - измеряют на базовых участках с длинами 0, 08…. 2, 5 (8) мм. • Волнистость – длины базовых участков занимают промежуточное положение между этими характеристиками для отклонения формы и шероховатости. • Наноразмерные неровности – измеряются на базовых участках и площадках с размерами в единицы микрометров. 9

Профильный и пространственный методы нормирования и оценивания поверхностных неровностей 1. Для нормирования и оценивания шероховатости и волнистости поверхности, а также некоторых видов отклонений формы поверхностей используют её профиль, полученный в сечении поверхности плоскостью, ориентированной в каком-либо заданном направлении. 2. Современные компьютерные технологии обработки измерительной информации и прецизионные измерительные системы определяют сегодня тенденцию нормирования допуск. отклонений и оценки геометрии поверхности в 3 D представлении. 10

Профильный метод нормирования и оценивания неровностей • Характеристики неровностей рассчитывают по координатам точек профиля. На профиле часто строится средняя линия, как линия наименьших квадратов (МНК). Форма средней линии должна совпадать с формой номинального профиля. 11

Современные толкования понятий, относящихся к поверхностным неровностям (в документах ИСО). • Текстура поверхности (Surface texture) ИСО 4287: 1997 - это повторяющиеся и случайные отклонения от геометрической (номинальной) поверхности, которые формируют трехмерную топографию поверхности. • В документах ИСО есть сходные с ГОСТами по неровностям поверхностей положения и понятия. Однако есть и отличия и новые элементы. 12

Текстура поверхности (Surface texture по стандарту ISO 4287: 1997 ) 13

Текстура поверхности (Surface texture по стандарту ISO 4287: 1997 ) • Направление неровностей (Lay) — это направление преобладающего рисунка поверхности. • Направление неровностей обычно определяется технологическим процессом получения поверхности. • Изъян поверхности (Imperfection)- элемент, неровность или группа элементов или неровностей реальной поверхности, непреднамеренно или случайно образованные во время производства, хранения или использования поверхности. • К изъянам поверхности относятся царапины, поры, трещины, заусенцы и т. п. 14

Шероховатость поверхности - важный фактор, определяющий конструкторские, функциональные свойства деталей. • • • Свойства и надежность соединений (посадок); износоустойчивость; контактная прочность; светоотражательная способность; теплопередача; удержание смазки; коррозионная стойкость; адгезия покрытий; герметичность соединений; прочность сцеплений покрытий; обтекаемость газами и жидкостями и т. д. 15

Стандартизация в области шероховатости • В СССР первый стандарт, устанавливающий требования на чистоту поверхности, ОСТ ВКС 7540, был выпущен в 1928 г. Он предусматривал подразделение обработанных поверхностей на четыре группы, задаваемые треугольными символами (от одного до четырех) и базировался на визуальной оценке чистоты поверхности. • В 1945 году был введен ГОСТ 2789 -45, который содержал параметры Hck (Rq)— среднее квадратическое отклонение профиля и Hmax (Rmax) — максимальная высота неровностей. • В США разработаны и изданы стандарты ASME (раньше ASA, ANSI), в Германии DIN, в Англии BS, во Франции NF, в Японии - JIS. • В 1946 году на Генеральной Ассамблее Международной организации по стандартизации ИСО обсуждалась возможность международной стандартизации шероховатости поверхности, и с этой целью в 1950 г. был создан Технический Комитет ИСО/ТК 57 "Метрология и свойства поверхностей", Секретариат которого до 1993 г. вел СССР. В настоящее время вопросами стандартизации в области текстуры поверхности занимается Технический Комитет ИСО/ТК 213. 16

Стандартизация в области шероховатости в Российской Федерации • ГОСТ 2789 -73 (с изменениями в редакции 1981 г. ) "Шероховатость поверхности. Параметры и характеристики" • ГОСТ 2. 309 -73 "Единая система конструкторской документации. Обозначение шероховатости поверхности" • ГОСТ 25142 -82 "Шероховатость поверхности. Термины и определения" • ГОСТ 27964 -87 "Измерение параметров шероховатости. Термины и определения" • ГОСТ 19300 -86 "Средства измерений шероховатости поверхности профильным методом. Типы и основные параметры" • ГОСТ 9378 -93 "Образцы шероховатости сравнения. Общие технические условия" • МИ 41 -88 "Методика выполнения измерений параметров шероховатости поверхности по ГОСТ 2789 -73 приборами профильного метода" 17

Стандартизация в области шероховатости в Российской Федерации • ГОСТ 2789 -73 устанавливает шесть параметров 2789 -73 шероховатости для нормирования требований к шероховатости поверхности • Ra — Среднее арифметическое отклонение профиля — среднее арифметическое из абсолютных значений отклонений профиля y в пределах базовой длины l. 18

• Rz— Высота неровностей профиля по десяти точкам сумма средних абсолютных значений высот пяти наибольших выступов профиля и глубин пяти наибольших впадин профиля в пределах базовой длины. • Rmax — Наибольшая высота профиля— расстояние между линией выступов профиля и линией впадин профиля в пределах базовой длины. • Sm — Средний шаг неровностей профиля — среднее значение шага неровностей профиля в пределах базовой длины. (Шаг по средней линии). • S — Средний шаг местных выступов профиля — среднее значение шага местных выступов профиля в пределах базовой длины. • tp — Относительная опорная длина профиля — отношение опорной длины профиля к базовой длине. 19

Параметры Ra и Rz представляют собой среднюю высоту неровностей профиля (Ra - всех неровностей, Rzнаибольших), параметр Rmax - полную высоту профиля. Параметры S и Sm характеризуют взаимное расположение (расстояние) характерных точек неровностей — вершин и точек пересечения профиля со средней линией. Характеристика tp содержит информацию о высотных свойствах профиля и в продольном направлении показывает фактическую площадь контакта поверхностей на заданном уровне сечения. 20

Параметры шероховатости Параметры шероховатости отражают некоторую определенную особенность профиля поверхностных микронеровностей, выраженную числовым значением. Почему существует так много параметров шероховатости поверхности? 1. Самые распространенные параметры Ra и Rq (H ск. ) не отражают все функциональные особенности поверхностей детали. С точки зрения теории сигналов такие параметры являются малоинформативными. Это обусловило разработку и применение новых параметров. В настоящее время насчитывается более 100 различных параметров шероховатости, которые включены в международные, национальные и даже корпоративные стандарты и описывают все многообразие особенностей геометрии поверхностей и находят применение в производстве. 21

Параметры шероховатости 2. Повышение качества выполнения отдельного специального технологического процесса; 3. В новых, высокотехнологичных производствах, таких как производство компьютерных чипов или биотехнологии, созданы собственные новые параметры также, как в областях традиционной металлообработки, где эта тематика очень хорошо разработана; 4. Новые измерительные технологии с применением компьютеризированных измерительных приборов позволяют применять новые параметры, определяемые по очень сложным вычислительным алгоритмам; 22

Параметры шероховатости по ГОСТ 2789 Система параметров шероховатости, применяемая в ГОСТ 2789, построена на следующих принципах: • информативность, т. е. способность достаточно полно представить (отобразить) информацию о геометрических особенностях профиля поверхности; • ясность и простота физического смысла; • хорошие метрологические свойства параметров (возможность достаточного измерения приборами, построенными на основе известных методов измерений); • преемственность с традиционными параметрами. Это позволяет один и тот же набор параметров использовать для всего многообразия функциональных свойств поверхностей и технологических методов обработки (получения) поверхности, в том числе и для нано- структурированных поверхностных неровностей. 23

Международная стандартизация в области шероховатости • На базе отечественных стандартов, других национальных стандартов (Германия, Франция) в 70 -80 -хх годах были разработаны соответствующие международные стандарты ИСО (ISO), которые в настоящее время получили дальнейшее развитие с учетом последних достижений измерительной и вычислительной техники. • Стандарты ИСО являются рекомендательными, их положения рекомендательными начинают действовать, когда они включены в европейские и национальные стандарты. • Стандарты ИСО, посвященные текстуре поверхности, представляют собой семейство стандартов, связанные с наиболее полным и точным определением, нормированием и измерением параметров поверхности профильным методом. профильным • Кроме того, у этих стандартов четко выраженная перспективная направленность. Не все требования стандартов выполнимы направленность. сейчас, но стандарты ИСО указывают перспективы развития сейчас этой отрасли метрологии. 24

Семейство стандартов ИСО включает следующие стандарты: • ИСО 4287 -1997 Текстура поверхности. Профильный метод. Терминология, определения и параметры текстуры поверхности. • ИСО 1302 -2001 Обозначение шероховатости поверхности на чертеже. • ИСО 3274 -1996 Текстура поверхности. Профильный метод. Номинальные характеристики контактных (щуповых) приборов. • ИСО 4288 -1996 Текстура поверхности. Профильный метод. Правила и процедуры оценки текстуры поверхности. • ИСО 5436 -1 -2000 Текстура поверхности. Профильный метод. Эталоны. Часть 1 Материальные меры. • ИСО 5436 -2 -2000 Текстура поверхности. Профильный метод. Эталоны. Часть 2. Формат программных эталонов • ИСО 8785 -1999 Текстура поверхности. Профильный метод. Изъяны поверхности — Термины, определения и параметры. • ИСО 13565 -1996 Описание поверхностей, имеющих функциональные свойства поверхностей, полученных наложением технологических процессов. 25

Главные тенденции развития стандартов ИСО в области текстуры поверхности: 1. Стандартизация «идеальных» характеристик приборов; 2. Функциональность, приспособленность к нуждам производственного контроля; 3. Учет расширения международной кооперации производителей; 4. Стандарты на текстуру поверхности - часть общей цепи стандартов на допуски размеров, формы, ориентации и месторасположения. 26

Основные особенности стандартов ИСО: • нормирование параметров шероховатости волнистости и нефильтрованного (исходного) профиля; • унификация обозначения параметров шероховатости (R), обозначения волнистости (W), профиля (P); волнистости , профиля • стандартизация схем приборов, тенденция применения приборов, измеряющих профиль от дополнительной базы ; • применение приборов с номинальными характеристиками (полосы пропускания фильтров, характеристиками радиусы щупов, длины измеряемых трасс); • обеспечение анализа неровностей поверхностей, полученных наложением различных технологических процессов. С этой целью разрабатываются новые фильтры, Rk-семейство гибридных параметров, параметры вероятностного анализа. 27

Параметры неровностей поверхности по ISO Параметры сгруппированы по четырем направлениям: Высотные, Шаговые, Специальные, Гибридные;

• Параметры, могут быть рассчитаны для любого профиля. Первая заглавная буква в обозначении профиля параметра означает тип рассматриваемого профиля. Например, Ra рассчитывается из профиля шероховатости, Wa — из профиля волнистости и Ра — из исходного профиля поверхности; Различие в выборе базовой длины. 29

Простые высотные параметры 30

Простые высотные параметры 31

Профиль неровностей как пространственная случайная функция • Кривая распределениия амплитуд профиля (Profile height amplitude curve) — функция плотности распределения ординаты Z(x) в пределах длины оценки • Кривая распределения амплитуды является функцией вероятности того, что профиль поверхности имеет определенную высоту в определенном положении. Кривая имеет характерную форму, зависящую от типа профиля, вида обработки и определяет, какая часть профиля занята материалом на определенной высоте. 32

Параметры профиля неровностей как пространственной случайной функции • Методы определения значений параметров (алгоритмы расчетов) соответствуют параметрам по ГОСТ 2789 -73, ГОСТ 25142 -82 и ГОСТ 27964 -87 • Такой подход определяет параметры неровностей профиля как моменты распределений ординат профилей Zi: • Среднее квадратичное отклонение (Root mean square deviation) оцениваемого профиля Pq; Rq; Wq — среднее квадратичное значение ординат Z(x) в пределах базовой длины. (Аналог отечественного параметра Hcк. из ГОСТ 2789 -49). 33

• • Асимметричность (Skewness) оцениваемого профиля Psk, Rsk, Wsk — отклонение среднего кубического значения ординаты Z(x) и куба Pq, Rq или Wq соответственно в пределах базовой длины. Этот параметр подвержен сильному влиянию отдельных выступов или отдельных впадин. Включен из ASME B 46. 1 -2002 (США) Применение: позволяет различать асимметричные профили при одних и тех же значениях Ra и Rq; подсказывает, что преобладает в профиле — выступы или впадины; рекомендуется использовать в комбинации с другими параметрами; ; Примером асимметричных поверхностей являются пористые, чугунные, керамические и поверхности после плосковершинного хонингования. Поверхности с хорошими опорными свойствами имеют отрицательную асимметричность. 34

• Островершинность (Curtosis) оцениваемого профиля Pku, Rku, Wku — отношение среднего значения ординаты Z(x) четвертой степени Pq, Rq или Wq соответственно в пределах базовой длины. • Подобно Psk, Rsk или Wsk этот параметр сильно реагирует на отдельные выступы и впадины. • Используется как исследовательский параметр • Включен из ASME B 46. 1 -2002 (США) 35

Специальные параметры • Относительная опорная длина профиля (Material ratio of the profile) Pmr(c); Rmr(c); Wmr(c) — отношение опорной длины элементов профиля Мl(с) на заданном уровне сечения "с" к длине базового участка. (по ГОСТ 2789 аналогичный параметр tp. ) tp • Определяет опорные свойства поверхности. • Служит для оценивания характеристик поверхностей, полученных при последовательном выполнении технологических операций (растачиваниехонингование и т. п. ) 36

• Относительная опорная кривая профиля (Material ratio curve of the profile. Abbott-Firestone curve) — графическое изображение зависимости значений относительной опорной длины профиля от уровня сечения. • Кривая отражает особенности формы профиля. 37

Специальные параметры (пример) • В стандарте ISO применяются специальные параметры профиля, которые могут эффективно характеризовать регулярность неровностей и применяться для оценки стабильности техпроцесса и некоторых функциональных свойств поверхностей. 38

Об информативности Ra • Ra — самый распространенный из всех параметров шероховатости поверхности. Что же он характеризует? 39

Об информативности Ra и других высотных параметров • Требуется разработка и применение дополнительных, специальных параметров. 40

Гибридные специальные параметры профиля поверхности Необходимость обеспечить особые функциональные параметры, свойства поверхностей при выборе и выполнении соответствующих технологий, обусловило разработку и применение специальных отраслевых и даже корпоративных параметров.

Гибридные параметры профиля Семейство Rk параметров, ИСO 13565 -2: 1998 • Для профилированию зеркала цилиндра двигателя. Универсальной характеристикой профиля зеркала цилиндра является кривая Abbott-Firestone. • Зоны кривой и ее части описываются параметрами семейства Rk. Применение: • многофункциональные поверхности, полученные в результате нескольких последовательных технологических процессов, таких процессов как плосковершинное хонингование после шлифования или размерного хонингования; • спеченные пористые поверхности. (порошковые поверхности технологии, аддитивные технологии и др. ) 42

Vo — объем удерживающий масло мм 3/см 2 • • А 1 — зона выступов профиля, наполненная материалом (зона пиков) в мкм 2/мм; А 2— зона впадин профиля, заполняемая маслом (зона следов обработки) в мкм 2/мм; Rk — глубина сердцевины профиля; Rpk — высота уменьшенного выступа; RVk — глубина уменьшенной впадины; Мг 1 — относительная материальная составляющая по выступам – доля материала в процентах, отделенная линией, разделяющей выступы от сердцевины профиля; Мг 2 — относительная материальная составляющая по впадинам — доля материала в процентах, отделенная линией, разделяющей впадины от сердцевины профиля. 43

Пространственные параметры поверхностных неровностей. • Эффективно применяются вместе с профильными характеристиками для оценки отклонений формы поверхностей; • Развитие технологий с необходимостью оценивания геометрических характеристик с субмикронными и наноразмерными неровностями вызвали потребность внедрения ЗD параметров шероховатости. • Внедрение зондовой сканирующей микроскопии для измерения поверхностных неровностей в нанотехнологиях 44

Пространственные параметры поверхностных неровностей. • • 1. 2. 3. 4. Рассматриваемые пространственные параметры относятся прежде всего к оценкам самых малых составляющих неровностей – шероховатости. Параметры объединены в четыре группы: Амплитудные параметры, Гибридные параметры, Функциональные параметры, Специальные параметры. 45

Пространственные параметры поверхностных неровностей. • В основе системы 3 D параметров разработки стандартов DIN, ANSI, ISO, JIS. • Часть 3 D-параметров являются пространственными аналогами профильных параметров поверхностных неровностей. • Параметры рассчитываются на участке (площадке) Mx. N. 46

Перечень пространственных параметров в составе ПМО сканирующих зондовых микроскопов. 47

Перечень пространственных параметров в составе ПМО сканирующих зондовых микроскопов. 48

Примеры пространственных параметров • Средняя арифметическая высота неровностей поверхности Sa. где 49

Примеры пространственных параметров • Среднеквадратическая высота неровностей поверхности Sq. 50

Примеры пространственных параметров • Пространственная асимметричность неровностей поверхности Ssk. • Пространственная плосковершинность неровностей поверхности Sku. 51

Примеры гибридных пространственных параметров • Среднеквадратичное значение уклона неровностей поверхности на базовой площадке Ssk. 52

Примеры функциональных пространственных параметров • Функциональные параметры, определяющие свойства смачиваемости и удержания жидкости шероховатой поверхностью. 53

Примеры специальных пространственных параметров • Плотность выступов (вершин) на неровностях на базовом участке Sdq. 54

Пример отображения результатов анализа неровностей поверхности с помощью ПМО СЗМ 55

Пример отображения результатов анализа неровностей поверхности с помощью ПМО СЗМ 56

ИЗЪЯНЫ ПОВЕРХНОСТИ (по стандарту ISO 8785: 1998)

Изъяны поверхности • • • Изъян поверхности SIM — элемент неровности или группа элементов или неровностей реальной поверхности непреднамеренно или случайно образованные во время производства, хранения или применения поверхности. Изъян поверхности является одним из компонентов текстуры поверхности и не относится ни к шероховатости, ни к волнистости поверхности. Эти элементы значительно отличаются от неровностей, составляющих шероховатость поверхности. Присутствие изъянов на реальной поверхности не обязательно означает, что поверхность не пригодна к применению. Допустимость изъянов зависит от применения или функции поверхности и нормируется в соответствующих параметрах, например длина, глубина, ширина, высота, число на единицу участка и т. д. 58

Примеры изъянов поверхности 59

Современные измерительные технологии для оценки качества обработки поверхности, субмикронных и нанометровых структур 60

Методы измерения поверхностных неровностей • В настоящее время основным методом и измерения и нормирования поверхностных нормирования неровностей является профильный метод. • При измерениях шероховатости применяют контактный, щуповой и бесконтактный (чаще щуповой бесконтактный всего оптический) методы • В последнее время получают развитие топографические (трехмерные-ЗD) методы топографические измерений шероховатости поверхности. • Для оценивания шероховатости применяют шероховатости метод сравнения с образцами шероховатости. образцами 61

Классификация средств измерения поверхностных неровностей 62

Измерение шероховатости поверхности является сложным процессом, зависящим от многих факторов влияющим на результаты измерения, к которым следует отнести: • условия подготовки и проведения измерения; • выбор отсечки шага (базовой длины); • выбор количества отсечек шага или длины оценки (длина базового участка); • тип фильтра для разделения, фильтрации неровностей ; • радиус и состояние иглы; • скорость трассирования; • измерительное усилие; • опорные или безопорные схемы измерения; • калибровка прибора. 63

Проблемы фильтрации и разделения поверхностных неровностей. Проблемы применения фильтрации. 64

Выбор и состояние иглы щупа 65

Измерение шероховатости • • Средства измерения параметров шероховатости профильным методом. Средства измерения с последовательным преобразованием профиля основаны на ощупывании исследуемой поверхности. Эти приборы могут быть построены по контактному и бесконтактному методу измерения. При контактном методе измерения поверхность ощупывается с помощью алмазной иглы с малым радиусом закругления (5 или 10 и реже 1…. 2 мкм). При бесконтактном методе измеряемая поверхность сканируется сфокусированным лучом света с диаметром (до 0. 6 мкм). Профиль отображенный на дисплее, позволяет зрительно лучше оценить особенности структуры микрогеометрии поверхности, проанализировать влияние различных факторов технологических процессов формообразования на шероховатость поверхностей. 66

Измерение шероховатости • Средства измерения с одновременным преобразования профиля измерительные преобразования на принципах светового сечения, теневого сечения, интерференции света и применения структурированного освещения шероховатой поверхности (растровый микроскопический метод). 67

Измерение шероховатости Средства измерения параметров шероховатости по поверхности (по площади). • Для качественной оценки шероховатости обработанной поверхности на рабочем месте могут быть использованы образцы шероховатости по шероховатости ГОСТ 9378 – 93 (ИСО 2632 -1 -85, ИСО 2632 -2 -85). • Сравнение контролируемой поверхности с поверхностью образца шероховатости является наиболее простым и экономичным методом контроля шероховатости. Поверхности сравнивают невооруженным глазом, с помощью увеличительной лупы, сравнительным микроскопом, ощупыванием поверхностей пальцем (ногтем) и т. п. Пределы применения от Ra 0, 05 мкм (50 нм). 68

Измерение шероховатости • Для повышения достоверности контроля шероховатости методом сравнения с образцами шероховатости необходимо выполнять следующие условия: образец должен быть изготовлен из того же условия: материала, что и контролируемая деталь; способы обработки поверхностей образца и контролируемой детали, а также их геометрические формы должны быть одинаковы; контрольные поверхности образцов, изготовленные самими предприятиями, должны удовлетворять требованиям ГОСТ 9378 -93 на образцы шероховатости. • С помощью образцов шероховатости можно контролировать поверхности с шероховатостью по параметру Ra от 0, 1 мкм (для полирования и шлифования) до 25 мкм (для строгания, дробеструйной и пескоструйной обработки). 69

Измерение шероховатости. Метод слепков. • Для контроля параметров шероховатости поверхностей сложной формы в труднодоступных местах применяют метод слепков. Сущность метода заключается в снятии слепков с шероховатости поверхностей для последующего измерения неровностей этих слепков. • В настоящее время для снятия слепков используют композиционные материалы серии «Компар» . Методики «Компар» . выполнение измерений с помощью слепочных материалов «Компар» утверждены Федеральным агентством по техническому регулированию и метрологии. Они позволяют получать слепки с металлических, стеклянных, керамических и других поверхностей. Слепки позволяют воспроизвести шероховатость по параметру Ra от 0, 04 мкм. Твердость слепка мкм. составляет не менее 200 МПа, что позволяет использовать для его измерения практически все средства измерения, приведенные в таблицах 3 и 4. Полученные слепки поверхности слепки могут храниться несколько лет (3 – 4 года), что позволяет лет использовать их для повторных измерений и в качестве арбитражных образцов. 70

Контактные профилометры и профилографы • Form Talysurf PGI Bearings Systems Универсальная измерительная система для работы с высокоточными подшипниками Приборы с датчиком на базе фазового интерферометра Form Talysurf одновременно измеряют форму, размеры и текстуру. 71

Контактные профилометры и профилографы • Защитная кабина для создания искусственного микроклимата при измерении. • Анализ контуров • Обеспечивает анализ размеров геометрических элементов, • Сравнение файлов формата DXF (CAD) для изображения рельефа. 72

Контактные профилометры и профилографы 73

Контактные профилометры и профилографы. Щупы 74

Профилографы Hommel. Werke Nanoscan 855 Измерительная станция для контроля шероховатости и контура поверхности 75

Hommel Nanoscan 855 Измерительная станция для контроля шероховатости и контура поверхности Самая точная измерительная машина в своем классе, обеспечивающая одновременный контроль параметров шероховатости и контура поверхности за один проход с разрешением 0, 6 нанометра на диапазоне 24 мм • Использование дифракционного интерферометра обеспечивает высочайшую точность измерения параметров микро и макрогеометрии контура в широком диапазоне • Система активного подавления вибрации • Программно управляемое изменение величины и направления измерительного усилия • Автоматическое выравнивании поверхности перед измерением, • Возможность измерения шероховатости на сферах • Измерение параметров элементов профиля с высокой точностью: • окружности (радиуса, диаметры, межцентровые расстояния), участки контура (расстояния, углы, шаги, прямолинейность, автовыравнивание) и т. д. 76

Цеховые средства измерения 77

Цеховые средства измерения Программное обеспечение RUGOSOFT 10 78

Контактные профилометры и контуромеры 79

Контактные профилометры и контуромеры 80

Контактные профилометры и контуромеры 81

Приборы светового сечения 82

Интерференционные методы измерения 83

Оптические сканирующие системы для измерения текстуры (шероховатости) • Лазерный интерференционный микроскоп МИМ. • В оптической системе лазерного микроскопа МИМ реализовано два оптических канала: канал белого света (навигационный) и лазерный интерференционный канал (измерительный с субмикронным и нано- разрешением). 84

Оптические сканирующие системы для измерения текстуры (шероховатости) Обозначения: 1 –лазер 2 – светодиод белый 3 – светоделитель, 4 – тубусная линза, 5 – поворотное зеркало, 6 – объектив, 7 – объектив объектного плеча, 8 – исследуемый объект, 9 – объектив опорного плеча, 10 – фазовый модулятор, 11 – цифровая камера канала белого света 12 – цифровая камера лазерного канала. 85

Оптические сканирующие системы • Трехмерный оптический профилометр для измерения характеристик поверхности и толщины пленки с высоким разрешением CCI Taylor Hobson • Принцип построения - Оптическая интерферометрия • Характеристики. Вертикальный диапазон 2, 2 мм при использовании сканера по оси Z с замкнутым циклом, без пьезоэлемента. • Разрешение 0, 1 ангстрема на всем диапазоне измерений. • Массив до 2048 x 2048 пикселей, обеспечивающий широкое поле обзора с высоким разрешением. • Применим к поверхностям с отражательной способностью от 0, 3 % до 100 %. 86

Оптические сканирующие системы 87

Оптические сканирующие системы 88

Оптические системы. Пример применения. Задача : Требуется измерить шероховатость поверхности канала тонкого трубопровода. 89

Оптические сканирующие системы. Пример применения конфокального лазерного микроскопа. 90

Оптические сканирующие системы. Пример применения. 91

Оптические сканирующие системы. Пример применения. 92

Рефлектометрические методы 93

Рефлектометрические методы 94

Сканирующая зондовая микроскопия • Сканирующая зондовая микроскопия (СЗМ) - один из мощных современных методов исследования морфологии и локальных свойств поверхности твердого тела с высоким пространственным разрешением. • Вслед за туннельным микроскопом в течение короткого времени были созданы: • атомно-силовой микроскоп (АСМ), • магнитно-силовой микроскоп (МСМ), • электросиловой микроскоп (ЭСМ), • ближнепольный оптический микроскоп (БОМ) и многие другие приборы, имеющие сходные принципы работы и называемые сканирующими зондовыми микроскопами (СЗМ). 95

• • Принципы работы сканирующих зондовых микроскопов В сканирующих зондовых микроскопах исследование микрорельефа поверхности и ее локальных свойств проводится с помощью специальным образом приготовленных зондов в виде игл. 1). Рабочая часть таких зондов (острие) имеет размеры порядка десяти нанометров. 2). Характерное расстояние между зондом и поверхностью образцов в зондовых микроскопах по порядку величин составляет 0, 1 – 10 нм. В основе работы зондовых микроскопов лежат различные типы взаимодействия зонда с поверхностью: явление протекания туннельного тока между металлической иглой и проводящим образцом; силовое взаимодействие атомно-силовое, магнитносиловое и электросиловое. Особое взаимодействие световой волны с исследуемым образцом. 96

Сканирующая туннельная микроскопия (СТМ) • Герд Карл Бинниг и Генрих Рорер из лаб. IBM в Цюрихе в 1981 году, Нобелевской премии по физике за 1986 год. • Туннельный эффектпреодоление микрочастицей потенциального барьера в случае, когда её полная энергия меньше высоты барьера. • Принцип работы СТМ основан на явлении туннелирования электронов через узкий потенциальный барьер между металлическим зондом и проводящим образцом во внешнем электрическом поле. 97

• В СТМ измеряется туннельный ток, протекающий между металлическим зондом, который изменяется в зависимости от потенциала на поверхности образца и от рельефа его поверхности. • Зонд представляет собой иглу, радиус закругления острия которой может достигать нескольких нанометров. В качестве материала для зонда обычно используются металлы с высокой твердостью и химической стойкостью: вольфрам или платина. 98

Атомно-силовая микроскопия(АСМ) изобретёна в 1986 году Гердом Биннигом, Кэлвином Куэйтом и Кристофером Гербером. 99

• Оптическая система АСМ юстируется таким образом, чтобы излучение полупроводникового лазера фокусировалось на консоли зондового датчика, а отраженный пучок попадал в центр фоточувствительной области фотоприемника. В качестве позиционно - чувствительных фотоприемников применяются четырехсекционные полупроводниковые фотодиоды. 100

Режимы работы АСМ. • В зависимости от расстояний от иглы до образца возможны следующие режимы работы атомно-силового микроскопа: • контактный режим; • бесконтактный режим; • полуконтактный режим 101

Оптический профилометр. 102

Лекция закончена. Спасибо за внимание! 103