Содержание к диссертации
Введение
1. Область исследования и задачи по управлению качеством шероховатых меха нооб работай ных поверхностей деталей машин 8
1.1. Обзор методов контроля микронеровностей механообработанных поверхностей деталей машин 8
1.2. Формирование микрорельефа поверхности при различных способах механической обработки 20
1.3. Параметрические, непараметрические характеристики микрогеометрии механообработанных поверхностей деталей и проблемы их определения 26
Выводы по главе 1 29
2. Формализация микрогеометрии функциональных поверхностей деталей при механической обработке 31
2.1. Математическая модель формообразования микрогеометрии функциональной поверхности изделия при обработке точением 31
2.2. Возможности фильтрации суммарного сигнала с помехами при измерении шероховатости механообработанной поверхности с целью выделения информативного сигнала для определения регламентированных параметров шероховатости 35
2.3. Возможности управления технологическим процессом механической обработки поданным измерения микрогеометрии функциональной поверхности 40
Выводы по главе 2 44
3. Структура модернизированного по точности и автоматизированного по быстордействию щупового профилометра и алгоритмы обработки суммарного сигнала 45
3.1 Структура модернизированного профилометра контроля параметров шероховатости механообработанной поверхности 45
3.2. Алгоритмы обработки суммарного сигнала в модернизированном профилометре при измерении шероховатости механообработанной поверхности 60
Выводы по главе 3 67
4. Метрологическое обеспечение щуповых профилометров, обладающих повышенной точностью 68
4.1. Стоимостные и технические ограничения при модернизации щуповых профилометров 68
4.2. Методики контроля шероховатости механообработанных поверхностей с применением модернизированного профилометра .71
4.3. Калибровка модернизированного профилометра контроля шероховатости функциональных поверхностей 76
4.4. Суммарная погрешность измерения модернизированным профилометром контроля шероховатости поверхностей 87
Выводы по главе 4 94
5. Некоторые результаты экспериментального применения модернизированного профилометра по контролю шероховатости механообработанных поверхностей и управлению технологическим процессом 96
5.1. Принципиальные решения, отличающие модернизированный профилометр от исходных аналогов 96
5.2. Методика экспериментального исследования модернизированного профилометра контроля шероховатости механообработанных поверхностей 100
5.3. Экспериментальные исследования шероховатости ФП, полученных различными методами механической обработки 104
5.3.1. Калибровка модернизированного профилометра по стандартным и специальным эталонам 105
5.3.2. Экспериментальная проверка эффективности фильтрации получаемого суммарного сигнала при контроле шероховатости типовой механообработанной поверхности 113
5.3.3. Результаты измерения частных параметров шероховатости ФП5 полученных различными методами механической обработки 115
5.4. Экспериментальное исследование шероховатости поверхностей деталей, полученных точением, и возможность коррекции технологического процесса изготовления этих деталей с применением результатов контроля модернизированным профилометром 118
5.5. Экспериментальное подтверждение соответствия метрологических характеристик модернизированного профилометра контроля шероховатости расчетным данным М20
Выводы по главе 5 121
Заключение 123
Литература 125
Приложение 133
- Формирование микрорельефа поверхности при различных способах механической обработки
- Возможности фильтрации суммарного сигнала с помехами при измерении шероховатости механообработанной поверхности с целью выделения информативного сигнала для определения регламентированных параметров шероховатости
- Алгоритмы обработки суммарного сигнала в модернизированном профилометре при измерении шероховатости механообработанной поверхности
- Методики контроля шероховатости механообработанных поверхностей с применением модернизированного профилометра
Введение к работе
Эффективность эксплуатации изделий машиностроения существенным образом зависит от качества изготовления входящих в из состав деталей, которые имеют функциональные поверхности (ФП), подвергаемые в процессе эксплуатации повышенным механическим, температурным и триботехническим нагрузкам. Физические характеристики функциональных поверхностей всех типов и различного назначения, получаемых, как правило, посредством механической обработки, в значительной степени предопределяются формой и величиной микронеровностей (шероховатостью) последних. Требования по качеству функциональных поверхностей, а также возможности эффективного управления их механической обработкой в значительной степени зависят от технических средств контроля и измерения.
Микрогеометрия ФП механообрабатываемой детали как одно из определяющих отображений эксплуатационных свойств изделия измеряется с использованием давно применяемого метода контактно-щупового контроля. В его основе лежит контактное движение датчика-преобразователя (Д-П) по шероховатой поверхности, которое дает информативный сигнал о ее характеристиках. Обработка этого информативного сигнала с целью определения количественных характеристик шероховатости поверхности может проводиться различными способами с различной точностью и трудоемкостью.
Соответствие фактически получаемых физико-технических параметров изделия заданным нормам (т.е. допускам на соответствующие параметры), как правило, обеспечивается техническим контролем, который может быть встроен в технологический процесс или в его отдельные операции. Он может осуществляться на завершенном производством изделии,
Контроль может быть сплошным, когда контролируются все изделия в партии или серии, или выборочным, когда контролируется только часть изделий, например, каждое десятое или сотое. Различают еще два вида контроля - пассивный и активный. При пассивном контроле просто формируется массив данных контроля, анализ которого позволяет выявить бракованные изделия и вносить коррекцию в режимы технологического процесса. Результаты активного контроля в качестве управляющего фактора по месту и времени используется для коррекции и управления отдельными технологическими операциями в реальном масштабе времени. Понятно, что активный контроль считается наиболее эффективным, и поэтому методы и средства технического контроля в производстве различных изделий, когда это возможно, всегда стремятся строить по активному принципу, хотя его реализация более технически сложная, а следовательно, и более дорогостоящая.
Все выше сказанное относится к машиностроению, которое включает обширный класс изделий различного назначения. В любом, даже самом простом изделии и в его отдельных частях имеются функциональные поверхности, ре-
шающие в работе изделия конкретную физико-техническую задачу. К примеру это могут быть поверхности, испытывающие механические нагрузки, например, в подшипниках качения и скольжения и т.п.
Следует утверждать, что качество функциональных поверхностей при всех прочих одинаковых условиях в значительной степени предопределено их состоянием, которое количественно оценивается регламентированными параметрами шероховатости (см. ГОСТ 27964-88, ISO 4287, DIN 4768), т.е. высотными, шаговыми характеристиками и формой микронеровностей самой поверхности. Знание количественных характеристик шероховатости позволяет определить, например, величину сил трения и работоспособность трибосопряжений и т.п.
Наиболее давнишним по времени своего появления является так называемый игольчатый метод (его еще называют щуповым), суть которого состоит в контактирующем движении специальной иглы (как правило, алмазной) по микронеровностям функциональной поверхности. Игла (щупт индентор) является чувствительным элементом датчика-преобразователя Щ-П), который преобразует сложное движение щупа по микрогеометрическому профилю поверхности в электрический сигнал или в какой-либо иной информативный сигнал, по которому вычисляются или графически определяются основные параметры шероховатости, регламентированные стандартами. Следует особо отметить, что последние разработки контактно-щуповых приборов контроля микронеровностей у нас в стране были выполнены более 10 лет тому назад. Поэтому приборы этого типа уже давно и морально, и технически устарели, хотя они и в настоящее время широко применяются. Кажущаяся простота игольчатого метода скрывает его существенные недостатки, о которых обязательно следует сказать. Основные из этих недостатков такие:
невозможность получения в результате контроля экспресс-информации для коррекции и управления технологическим процессом механической обработки функциональной поверхности;
значительная трудоемкость обработки информативного сигнала, несущего сведения о параметрах шероховатости контролируемой поверхности;
отсутствие автоматизации при выявлении частных параметров шероховатости;
отсутствие возможности контролировать сложные по своей форме шероховатые механеобработанные поверхности;
зависимость результатов измерения от базирования Д-П по отношению к контролируемой поверхности;
невозможность выделения полезного информативного сигнала, несущего информацию о фактических параметрах шероховатости из суммарного сигнала, содержащего всяческие паразитные составляющие от дестабилизирующих факторов и помех;
относительная неточность измерителей шероховатости, реализующих щуповой метод, которая образуется в результате воздействия факторов, имею-
щих различную физическую природу;
- отсутствие оптимизированных методик калибровок щуповых измерителей шероховатости и оптимизированных методик проведения измерений.
Важно подчеркнуть, что профипографы-профилометры, реализующие контактно-щуповой метод, предназначены для измерения высот микронеровностей в основном от 0,1 мкм до 40 мкм, т.е, в достаточно широком диапазоне измерений, перекрывающем практически все потенциальные и наиболее распространенные по классу высот меха необработанные изделия.
Именно для этого широкого диапазона измеряемых высот микронеровностей предполагается модернизировать профилометры, у которых будут исключены недостатки, оговоренные выше и присущие существующим контактно-щуповым аналогам.
Следует отметить также, что для обеспечения возможности управления технологическими процессами механической обработки функциональных поверхностей на основе результатов контроля их фактической шероховатости пришлось рассмотреть различные (в основном типовые) модели механической обработки поверхностей, включая поверхности сложной формы.
На основании «Введения», определяющего общее содержание данной диссертации, можно сформулировать научные положения, которые выносятся на защиту:
Результаты исследования формообразования шероховатости функциональных поверхностей при типовых способах механической обработки, выполненные с тем, чтобы, во-первых, установить требования к параметрам щу-пового датчика-преобразователя, ит во-вторых, выявить наиболее перспективные способы коррекции (управления) параметрами процесса резания по результатам экспресс-контроля шероховатости обрабатываемых функциональных поверхностей.
Результаты исследования контактного (щупового) метода контроля шероховатости функциональных поверхностей механообработанных деталей, выполненные с тем, чтобы выявить его недостатки и потенциальные возможности, позволяющие исключить недостатки, присущие щуповым профилометрам, о которых говорилось выше.
Результаты разработки структуры модернизированного профилометра для контроля шероховатости механообработанных поверхностей щуповым методом, позволяющего производить автоматизированный экспресс-контроль основных параметров шероховатости функциональных поверхностей с повышенной точностью, а также программное обеспечение автоматизированной работы профилометра.
Результаты исследования по метрологическому обеспечению модернизированного профилометра, как сложного измерительного устройства, включающего в себя, в частности, детальный анализ погрешностей контроля основных параметров шероховатости, оптимизацию процедуры контроля по критерию
минимизации погрешностей измерения, методику и результаты сквозной калибровки профилометра.
Можно сформулировать также новые практические положения, выносимые на защиту:
Модернизированный профилометр для автоматизированного экспресс-контроля основных параметров шероховатости механообрэботанных поверхностей, выполненный на основе щупового метода, но обладающий улучшенными метрологическими характеристиками и минимизированным временем проведения контроля в диапазоне измерения высот микронеровностей от 0,1 мкм до 40 мкм.
Методики сквозной калибровки и применения модернизированного профилометра для различных методов механической обработки.
3. Результаты экспериментов, подтверждающие основные теоретиче
ские выводы, полученные в результате выполненных исследований, а также
высокую технико-экономическую эффективность автоматизированных измере
ний основных параметров шероховатости механообрэботанных поверхностей с
повышенной точностью на основе применения модернизированного профило
метра.
Иначе говоря, речь идет о всесторонней и глубокой модернизации контакт-но-щупового метода и о модернизации существующих приборов, главным образом, за счет разработки и введения в типовые существующие решения приборов устройств их автоматического управления и фильтрации с соответствующим программным обеспечением, а также за счет глубокого точностного исследования потенциальных возможностей приборов, работающих по контактно-щуповому методу, включая и оптимизированные методики их применения и наиболее достоверные способы их калибровки и настройки.
Формирование микрорельефа поверхности при различных способах механической обработки
Как было определено в постановке задачи исследования, следует рассмотреть типовые технологические процессы (ТП) обработки ФП с тем, чтобы уточнить требования к комплексу контроля шероховатости поверхности и найти пути оптимизации ТП по критерию минимизации основных параметров шероховатости [2Д28]. Наиболее распространенным, а, следовательно, и типовым ТП является обработка точением, применительно к которой и рассмотрим формирование микрорельефа функциональных поверхностей [54,55],
Условия формирования микрорельефа поверхности в значительной степени зависят от особенностей ТП, формирующего комплекс факторов, определяющих условия воздействия на обрабатываемую поверхность. Технология формообразования поверхности и ее микронеровностей определяется рядом воздействий, основными их которых являются [2,7,56-60]: упруго-пластические; тепловые; химические.
Упруго-пластические воздействия формируются при силовом взаимодействии обрабатываемой поверхности и формообразующего инструмента. Результатом данного воздействия может быть поверхность, полученная метода-ми механической обработки, деформационного упрочнения, контактного взаимодействия и т.п.
Тепловые воздействия являются определяющими при различных методах температурного поверхностного воздействия, связанных с модификацией поверхностного слоя изделий, нанесением покрытий и т.п.
Химические воздействия формируются путем взаимодействия поверхности с сопутствующими технологическими средами (СОТС) в процессе формообразования, с атмосферными факторами в период межоперационного проле-живания и в результате химических реакций при контактировании поверхностей [25,61-63]. Результатом химического воздействия является коррозия, изменяющая структуру поверхности.
Из перечисленных видов воздействий упруго-пластические и тепловые воздействия носят систематический, направленный характер, так как они происходят во время механической обработки ФП [63-65]. Их результат можно в значительной степени предсказать на основе математического моделирования. Что касается химических воздействий, то их результат носит в основном случайный характер и определяется статистическими моделями [66-69].
Вторым важным обстоятельством является быстродействие процессов, формирующих рассматриваемые воздействия. С данной точки зрения упруго-пластические и тепловые воздействия можно отнести к быстро текущим процессам, а химические воздействия - к медленно текущим процессам [70-73].
Третьим обстоятельством является неотвратимость воздействия. Упруго-пластические и тепловые воздействия являются неотвратимыми. Их результат можно изменять только путем варьирования параметров ТП [74,75]. Химическое воздействие может быть приостановлено путем введения в СОТС соответствующих добавок и защиты (консервации) поверхности при межоперационном пролеживании [25,61,62].
На основе изложенного можно сказать, что возможно построение прогнозных математических моделей, учитывающих воздействия (упруго-пластические и тепловые), которые носят систематический характер при реализации соответствующих ТП механической обработки. Указанные модели могут быть построены в детерминированной постановке [7,65,66,68,73,76,77]. Прогноз результатов случайных воздействий (химических) требует наличия большого объема статистической информации. Он может быть реализован в виде поправок при построении прогнозных моделей, но нами рассматриваться не будет.
Наиболее широкое распространение в машиностроении получили методы механической обработки [2,3]. Особенности формообразования поверхности данными методами определяются кинематикой формообразующих движений и геометрией режущего инструмента. Именно поэтому и рассматриваем в качестве примера условия формообразования микрогеометрии при обработке точением (см. рис. 1.7).
Микрогеометрия поверхности формируется в виде винтового следа, который кинематически реализуется совокупностью двух движений (см. рис. 1.7,а): главного движения 1 и движения подачи 2. Главным движением является вращение шпинделя станка вместе с заготовкой, а движением подачи - поступательное перемещение резца. В результате обработки резец оставляет на поверхности след, который в поперечном сечении соответствует геометрии режущей части резца в плане (см. рис. 17,6). Указанное относится к конструкционным материалам и не относится к изделиям из материалов, обладающих высокой способностью к упругому восстановлению, например, резина, которое необходимо учитывать в виде соответствующих поправок на форму восстановленной поверхности [76,77]. При обработке точением след формируется следующими элементами резца: главной режущей кромкой, расположенной под углом ф (главный угол в лане) к оси вращения заготовки; радиусом р при вершине резца; вспомогательной режущей кромкой, расположенной под углом ф] (вспомогательный угол в плане) к оси вращения заготовки.
Расстояние между формообразованными элементами (т,е, рисками) на поверхности детали в продольном сечении S0 (см. рис. 1.7) соответствует величине подачи на оборот детали. Резец срезает с заготовки слой металла, соответствующий глубине резания 1. При этом на поверхности формируется микрорельеф, высота которого соответствует параметру шероховатости Rm.
Возможности фильтрации суммарного сигнала с помехами при измерении шероховатости механообработанной поверхности с целью выделения информативного сигнала для определения регламентированных параметров шероховатости
Решение данной задачи необходимо для выбора структуры, состава и принципа работы электронно-вычислительного устройства Модернизируемого профилометра контроля шероховатости обработанных поверхностей.
Реально существующий сигнал об измеряемом профиле поверхности как правило, включает сигналы за счет дестабилизирующих факторов, влияющих на результат измерения, о которых говорилось в п. 11. К числу этих дестабилизирующих факторов относятся: погрешность базирования измеряемой поверхности по отношению к Д-П, локальные неоднородности поверхности (трещины, корродированные участки}, кривизна, волнистость и внешние дестабилизирующие факторы (вибрации, электрические помехи и т.п,).
Аналоговые и цифровые аппаратные методы, заложенные в алгоритмы обработки суммарного измеренного сигнала с Д-П, не дают возможности выделить регламентированные параметры шероховатости поверхности. Поэтому получаемые в результате измерения параметры шероховатости включают всю совокупность дестабилизирующих факторов, избежать которых только инструментальными средствами невозможно, т,е. должен быть реализован электронно-программный метод их отфильтровки.
Решение данной задачи методически возможно на основе частотного разделения с помощью электронных и вычислительных средств, которые позволяют, в частности, исключить из результатов измерения: погрешность базирования измеряемой поверхности по отношению к ДП; локальные неоднородности и кривизну поверхности; волнистость поверхности; прочие дестабилизирующие внешние факторы.
Факторы, искажающие информативный сигнал, от контролируемой поверхности, выделяются на основе частотного разделение признаков (т.е. свойств) профиля поверхности с целью выявления ее частных параметров шероховатости, которые нас интересуют. Последнее реализуется методом фильтрации суммарного сигнала от Д-Пр содержащего и полезный (информативный) сигнал, и сигналы «помех». Фильтрация осуществляется путем прямого преобразования Фурье численно заданного профиля с построением амплитудного спектра и установки фильтров, разделяющих интересующие нас признаки шероховатости профиля по частотным составляющим. Для этого и должно быть разработано и использовано в новом профилометре специализированное устройство с соответствующим программным обеспечением. В качестве примера на рис.2,5,а представлен типовой профиль поверхности, дающий суммарный сигнал, который включает как информацию о параметрах шероховатости, так и сигнал за счет всей совокупности дестабилизирующих факторов и помех. Амплитудный спектр данного профиля представлен на рис.2.5,6. Измерение шероховатости по данному исходному профилю с помехами дает большую погрешность, поэтому необходима фильтрация суммарного сигнала с целью выделения информативного сигнала, характеризующего количественно только параметрические характеристики шероховатости поверхности.
В этой связи программное обеспечение модернизированного профило-метра должно содержать электронно-вычислительное устройство, позволяющее решать задачи: во-первых, выделения полезного информативного сигнала на фоне всех дестабилизирующих процесс измерения факторов; во-вторых, из суммарного сигнала выделить регламентированные ГОСТ основные параметры собственно шероховатости.
Принцип подобного разделения и «отсева» паразитных составляющих суммарного сигнала, сформированного перечисленными выше дестабилизи рующши факторами, состоит в его частотной фильтрации, твк как дестабилизирующие факторы в суммарном сигнале ха растеризуются своими, присущими только ИУ частотауи. Подобная частотная фильтрация, естественно, должна осуществляться по специальной программе в зп ктронно-вычислительной час-ц ти комплекса контроля шероховатости ФП.
Поскольку мы пока рассматриваем только идею выделений полезного сигнала ш суммарного сигнала, содержащего всяческие «помехи», то узлы, технически решвшщт частные задачи фильтрации, мы будем пета называть тк финьтр I, фильтр % фильтр 111, фильтр IV,
Исключение 1ШШВШВШ.. Ш1ШШШЙ Д П 00 отношению к измеряемой поверхности осуществляется с использованием фильтра 1, который реализует достаточно простую процедуру [5]. Установлено, что первая гармоника амплитудного спектра с номеров Nh (см. рис.2,5,6) отвечает за наклон профиля в целом. Исключение первой гармоники из амплитудного спектра приводит к ис ключению погрешности базирования Д-П по отношению к измеряемой поверх ности.
Алгоритмы обработки суммарного сигнала в модернизированном профилометре при измерении шероховатости механообработанной поверхности
Важной особенностью комплекса контроля параметров шероховатости является наличие в нем нового функционального блока - программного обеспечения, которое принимает на себя часть функций базового прибора (см. рис.3.4); фильтр, интегратор, индикатор. Выполненный выше анализ показал, что указанные блоки формируют в основном систематическую составляющую погрешности прибора, которая может изменяться в широких пределах. Указанные выше блоки в программном обеспечении структурируются в следующей последовательности (см. рис.3.5); Фурье-преобразователь 1; блок фильтров; Фурье-преобразователь 2; вычислитель; протокол. Первые три блока (Фурье-преобразователь 1, блок фильтров, Фурье-преобразователь 2) включают группу процедур, предназначенных для выделения из суммарного (полного) информативного сигнала важной составляющей -полезного информативного сигнала. Алгоритм реализации данной группы процедур представлен на рис.3.6. Выделение полезного сигнала по процедуре данного алгоритма реализуется в следующей последовательности процедур: - подготовка данных; - расчет характеристик фильтров; - фильтрация; - формирование полезного информативного сигнала. Подготовка данных осуществляется следующим образом. Из буфера данных считывается последовательность из л пар чисел (xjsy;J -1,...0), где Xj -абсциссы а у - ординаты исходного (полного) информативного сигнала. Затем осуществляется преобразование профиля, представляющее собой масштабирование ординат у\ в зависимости от установок прибора и данных калибровки комплекса. По преобразованному информативному сигналу (см. рис.2.5;а) строится амплитудный спектр путем прямого преобразования Фурье (см. рис.2.5,6). Данные, преобразованные в таком виде, можно считать готовыми к дальнейшим вычислениям. Расчет характеристик фильтров предусматривает определение на амплитудном спектре характерных точек N], Nn, Мш, N1V.
Они определяются в соответствии с выражениями (2.10) - (2.12). параметров шероховатости из таблицы решений (см, табл.3.2) выбирается сочетание логических элементов по п.11 Для этого используются выражения (2.11), 2.12), которые позволяют выделить из амплитудного спектра полосу частот в интервале от ]\)ш до Njy {см. рис.2.8) в соответствии с выражениями (3.3),(3.4). Формирование полезного информативного сигнала осуществляется путем обратного преобразования Фурье для модифицированного амплитудного спектра профиля ФПП (см. рис.2.8). Полезный информативный сигнал поступает в вычислитель, алгоритм которого представлен на рис.3.7. Алгоритм вычислителя представляет собой следующую совокупность блоков: параметры шероховатости; управление; параметры модели; моделирование технологической системы. Блоки выполняют следующие функции. Блок «параметры шероховатости» осуществляет вычисление частных параметров шероховатости по данным полезного информативного сигнала в соответствии с алгоритмом, приведенным на рис.3.8. Алгоритм реализует следующую последовательность процедур: координаты локальных выступов; координаты локальных впадин; координаты локальных Микровыступы, для которых выполняется условие (3.14), исключаются из дальнейших расчетов. Выделение отдельных элементов микропрофиля дает возможность определить высотные и шаговые частные параметры шероховатости с использованием выражений (1.3)- (1.7),
Опорная линия профиля строится в соответствии с выражениями (1.8), (1.9), Параметры опорной линии определяются в соответствии со стандартом DIN 4776 (см. рис.1.12). Блок «управление» осуществляет сравнение полученных параметров шероховатости с требуемыми по чертежу. В случае несоответствия между полученными и заданными параметрами шероховатости по запросу включаются блоки «параметры модели» и «моделирование технологической системы» с последующим переходом к блоку «параметры шероховатости». В противном случае осуществляется выход 2. Блоки «параметры модели» и «моделирование технологической системы» реализуются в соответствии с алгоритмом, приведенным на рис.2,13. Подробное описание данного алгоритма приведено в п.2.3. В результате реализации рассмотренных выше алгоритмов удалось решить одну из основных задач, выдвинутых в научных положениях диссертации -существенно повысить точность щупового метода контроля частных параметров шероховатости и приборов, реализующих этот метод за счет уменьшения погрешностей измерения: случайной на четверть, а систематической - на порядок. Подробная схематизация функциональных элементов разрабатываемого комплекса контроля параметров шероховатости ФПП, включающая взаимодействие электронной части и программного обеспечения, является методической основой модернизации всех существующих щуповых приборов контроля параметров шероховатости ФПП с целью повышения их точности и эксплуатационной надежности.
Методики контроля шероховатости механообработанных поверхностей с применением модернизированного профилометра
Выбранная методика процедуры контроля или измерений, при всех прочих равных условиях, во многом предопределяет их результат по информативности (т.е. по точности и надежности измерений) вообще для любых используемых технических средств [95,96,97]. Оптимизацию методики контроля следует начинать с исследования объекта контроля (ОК), т.е. исследуемой шероховатой механообработанной поверхности с точки зрения выявления наиболее характерных и, следовательно, наиболее информативных величин, сформированных данным технологическим процессом параметров шероховатости. Результаты такого исследования дадут некую обобщенную матрицу информативных величин (признаков) шероховатости механообработанной поверхности, подлежащей контролю varminX-г varmaxX и var miiiAL-Ї-vannaxAL - соответственно минимальная и максимальная вариация высот и шага микронеровностей в пределах контролируемой поверхности; mind-s-max d -ожидаемые минимальные и максимальные протяженности длин вершин микронеровностей (что особенно важно для платообразных микронеровностей механообработанных поверхностей). Символ [ОІ ]є говорит о том, что матрица (4.3) описывает информативные признаки ОК (т.е. механообработанной поверхности) в пределах зоны контроля ее шероховатости. Ориентируясь на типовые процессы механической обработки функцио нальных поверхностей формирующих соответствующую их шероховатость, формализованную обобщенную матрицу признаков шероховатости (4.3) можно численно конкретизировать. Такая численная матрица признаков шероховато сти механообработанной поверхности, контроль которых должен обеспечить модернизированный профилометр, приводится ниже xmin =0Дмкм-гхтах = 40 мкм; Численная матрица (4.4) позволяет решить две важные принципиальные задачи. Во-первых, сформировать требования к игольчатому (щуповому) Д-П профилометра и к его характеристикам (например, длина иглы и ее диаметр, диапазон ее перемещения, допустимая скорость перемещения Д-П по контролируемой поверхности с учетом механической и электромагнитной инерционности последнего и т.п.)
Иначе говоря, численная матрица (4,4) своим массивом данных устанавливает технические условия на модернизацию профилометра. Во-вторых, разработать оптимизированную методику контроля, к которой относится: - максимально допустимая скорость перемещения Д-П по контролируемой поверхности, что предопределяет и максимальную производительность контроля (что предопределяет быстродействие профилометра); - выявление необходимости однократного или многократного контроля шероховатости механообработанной поверхности в различных направлениях при отсутствии или наличии рисок на поверхности, т.е. достаточно протяженных высот микронеровностей (см. последнюю строчку матрицы (4.4). Такое исследование было выполнено, и его некоторые результаты сводятся к тому, что численная матрица признаков ФП, надлежащих контролю, является исходным массивом данных, необходимых для расчета точности модернизированного профилометра для экспресс-контроля регламентированных параметров шероховатости. Кроме того, существуют еще две возможности оптимизации методики контроля шероховатости модернизированным профилометром: - по критерию снижения случайной ошибки; - по критерию надежности (т.е. достоверности) контроля. Ниже следующие соображения являются общими, но они могут быть при определенных услоаиях реализованы и в нашем случае. Первое соображение базируется на известной теории и практике измерений [95,96]. Ее суть сводится к тому, что с увеличением числа m однотипных измерений одного и того же параметра (или параметров) - у нас это параметр Var X случайная погрешность Аслт среднего арифметического значения измерения величины Хт (например, Rmax) Поэтому при всех прочих одинаковых условиях в отношении метрологических характеристик профилометра и выбранных закономерностях движения его щу-пового Д-П по контролируемой поверхности, зная случайную погрешность единичного измерения Дсл1 и задаваясь допустимой величиной случайной только в том случае, только тогда, когда численные значения составляющих матрицу признаков
ОК (см. матрицу 4.4) остаются практически неизменными во всей области контроля шероховатости. Этот вариант частной оптимизации методики контроля шероховатости оказывается весьма эффективным только для однородных по поверхностным свойствам функциональных поверхностей. Есть еще одно важное направление по оптимизации методики применения средств контроля и измерений, направленное на повышение надежности (т.е. достоверности) получаемого результата. Напомним, что под надежностью контроля принято понимать вероятность проведения контрольных измерений в определенный период времени, по принятой методике при сохранении заданных метрологических характеристик данными техническими средствами контроля [98,99]. Именно поэтому в матрице исходных параметров ОК [см. матрицы (4.3) и (4.4)] обязательно указано и минимально допустимое значение надежности minH 0. Фактическое значение надежности контроля Н предопределяется несколькими значимыми факторами, имеющими различную физическую природу, но которые в некоторых случаях коррелированны между собой.
