Metoda dokładnego i łatwego pomiaru powierzchni
- Metale
- Urządzenia elektroniczne
- Tworzywa sztuczne
- Badania i rozwój
- Tłoczenie
- Formowanie tworzyw sztucznych
Pole powierzchni ogólnie odnosi się do powierzchni trójwymiarowego obiektu, takiego jak sześcian, kula lub stożek. Pomiary te wiążą się jednak z wysokim stopniem trudności. W zastępstwie stosuje się mikroskop optyczny, mikroskop cyfrowy lub przyrząd do pomiaru obrazu CNC. Za pomocą tych narzędzi użytkownicy mogą obliczyć pole powierzchni na podstawie danych 2D, nie mogą jednak uzyskać dokładnych pomiarów powierzchni. Chociaż pomiar jest możliwy za pomocą czujnika przemieszczenia lub miernika chropowatości, przyrządy te mierzą tylko punkty i linie, w związku z czym pomiar pola powierzchni jest zadaniem praco- i czasochłonnym.
Poniżej opisujemy pole powierzchni różnych obiektów pomiarowych, a także problemy z metodami pomiarowymi i rozwiązanie tych problemów.
- Powierzchnia
- Problemy z konwencjonalnym pomiarem pola powierzchni
- Rozwiązanie problemów z pomiarem pola powierzchni
- Podsumowanie: znaczna poprawa i większa wydajność w przypadku pomiaru trudniejszych powierzchni
Powierzchnia
Pole powierzchni odnosi się do powierzchni 3D i jest ono ważnym wskaźnikiem przy ocenie funkcjonalności, wraz z teksturą, przyczepnością, właściwościami ślizgowymi, rozpraszaniem ciepła i chropowatością powierzchni. Na przykład w przypadku powierzchni pęknięcia metalu lub powierzchni ciernej, obudowy PGA lub grawerowania za pomocą markera laserowego pomiar pola powierzchni może dostarczyć szeregu różnych informacji.
Pole powierzchni pęknięcia metalu
Analiza powierzchni pęknięć metalu może być skuteczną metodą badania przyczyn pęknięć. Dzięki szczegółowej obserwacji powierzchni pęknięcia metalu można w pewnym stopniu zidentyfikować przyczynę pęknięcia na podstawie morfologii tego pęknięcia. Pomiar pola powierzchni umożliwia również obliczenie takich cech jak procent pęknięć plastycznych, który wskazuje procent pęknięć kruchych na całej powierzchni pęknięcia.
Powierzchnia zużycia
Ponieważ chropowatość lub falistość występuje na powierzchniach wszystkich ciał stałych, kontakt nawet między nominalnie płaskimi powierzchniami jest w rzeczywistości kontaktem między wypukłościami na powierzchniach (prawdziwy obszar styku). Pomiar powierzchni zużycia pozwala zidentyfikować przyczynę tego zużycia. Rzeczywisty obszar styku można obliczyć na podstawie pola powierzchni i chropowatości powierzchni zużycia, co umożliwia łatwą identyfikację stanów zużycia.
Powierzchnia obudowy PGA (Pin Grid Array)
PGA (Pin Grid Array) to jeden z typów obudowy układów scalonych. Ponieważ piny są montowane z dużą gęstością i są wkładane do gniazd, niemożliwe będzie zamontowanie obudowy PGA w gnieździe, jeśli wystąpią jakiekolwiek odchylenia w grubości, wysokości lub kącie pinu. Z tego względu ważne jest, aby mierzyć charakterystykę, w tym wysokość pinu, objętość i pole powierzchni w wielu miejscach.
Powierzchnia grawerowania markerem laserowym
Jakość grawerowania markerem laserowym można ocenić przez pomiar objętości, pola powierzchni i przekroju poprzecznego grawerowanego elementu. Wartości te mogą być przydatne podczas ustawiania natężenia promieniowania laserowego, absorpcji światła laserowego materiału, średnicy plamki i innych parametrów.
Problemy z konwencjonalnym pomiarem pola powierzchni
Do konwencjonalnego pomiaru pola powierzchni używa się mikroskopów optycznych, przyrządu do pomiaru obrazu CNC, mierników chropowatości i czujników przemieszczenia. Istnieją jednak problemy z dokładnością, w tym z zastępowaniem wyników pomiarów pola powierzchni i obliczaniem powierzchni na podstawie danych 2D. Ponadto pomiar jest czasochłonny ze względu na wysoki poziom trudności.
Problemy z pomiarem pola powierzchni za pomocą mikroskopu optycznego
Pomiar za pomocą mikroskopu optycznego jest skuteczny w przypadku małych obiektów. Mikroskopy opracowane w ostatnich latach obsługują kwantyfikację danych pomiarowych i są łatwiejsze w użyciu. Jednak gdy obiekt jest duży, mikroskopu nie można użyć do pomiaru pola powierzchni, obszaru i objętości całego obiektu. Nawet jeśli pomiar jest możliwy, przemieszczanie obiektu podczas pomiaru wymaga ogromnych nakładów czasu i pracy.
Problemy z pomiarem pola powierzchni za pomocą przyrządu do pomiaru obrazu CNC
Zasadniczo przyrząd do pomiaru obrazu CNC rejestruje obiekt na stoliku za pomocą kamery CCD i wykonuje pomiar 3D.
Możliwa jest obserwacja za pomocą kolorowych obrazów, jednak podczas pomiaru pola powierzchni występują poniższe problemy.
- Błędy wykrywania mogą wystąpić, gdy na powierzchni produktu znajdują się wypukłości spowodowane wadami produktu, takimi jak zadziory lub wyszczerbienia. Ponadto jeśli punkty pomiarowe nie zostaną ustawione prawidłowo, wystąpią różnice w dokładności pomiaru.
- Gdy liczba X, Y, Z lub innych elementów pomiarowych wzrasta, program staje się złożony, wymagając zarówno zaawansowanej wiedzy specjalistycznej, jak i większej liczby roboczogodzin przeznaczonej na konfigurację. Wymagana liczba roboczogodzin na pomiary wzrasta proporcjonalnie do liczby obiektów poddawanych pomiarom.
Innym poważnym problemem jest konieczność dysponowania komorą pomiarową, która musi być utrzymywana w temperaturze odniesienia. Ponadto nie wszyscy operatorzy w miejscu pracy są w stanie wykonywać dokładne pomiary.
Problemy z pomiarem pola powierzchni za pomocą miernika chropowatości lub czujnika przemieszczenia
Podczas pomiaru chropowatości powierzchni za pomocą miernika chropowatości pomiar w kierunku wysokości jest ograniczony tylko do punktów lub linii. W rezultacie konieczne jest zwiększenie liczby punktów pomiarowych w celu dokładnej identyfikacji kształtu. Czas pomiaru wykonywanego przez przesuwanie sondy lub rysika wzrasta proporcjonalnie do liczby miejsc pomiarowych. Konieczna jest również regulacja położenia obiektu po jego zamocowaniu. Ponadto zmierzone wartości nie są wiarygodne, ponieważ punkty pomiarowe mogą się różnić w zależności od operatora.
- A
- Rysik
- B
- Detektor
Rozwiązanie problemów z pomiarem pola powierzchni
Przyrządy pomiarowe, które są zwykle używane, wiążą się z takimi problemami jak długi czas wymagany do pozycjonowania obiektu oraz fakt, że pomiar trójwymiarowych obiektów i obszarów odbywa się za pomocą styku punktowego lub liniowego. Aby rozwiązać te problemy pomiarowe, firma KEYENCE opracowała optyczny profilograf 3D ze sterowaniem jednym przyciskiem serii VR.
Urządzenie serii VR dokładnie rejestruje kształt 3D całej powierzchni docelowej bez kontaktu z obiektem. Mierzy również trójwymiarowy kształt obiektu umieszczonego na stoliku urządzenia przez skanowanie 3D wykonywane z wysoką dokładnością w ciągu zaledwie sekundy. Profilograf serii VR umożliwia natychmiastowy i ilościowy pomiar bez błędów w wynikach pomiarowych. W tej sekcji przedstawiono kilka konkretnych zalet serii VR.
Korzyść nr 1: możliwość pomiaru szerokiego obszaru o wymiarach do 300 mm × 150 mm.
Pomiar można wykonać, po prostu umieszczając obiekt na stoliku urządzenia i naciskając przycisk. Nie jest konieczne ścisłe pozycjonowanie ani inne przygotowania. Umożliwia to wykonywanie bardzo dokładnych pomiarów przez operatorów, którzy nie mają wiedzy ani doświadczenia związanego z przyrządami pomiarowymi.
W przeciwieństwie do konwencjonalnych przyrządów pomiarowych urządzenie serii VR wyodrębnia cechy obiektu umieszczonego na stoliku i automatycznie koryguje jego położenie. Nie jest już konieczne ścisłe pozycjonowanie, co wcześniej było czasochłonne i wymagało wiele wysiłku. Profilograf serii VR może również mierzyć szeroki obszar o wymiarach do 300 mm × 150 mm przez połączenie wielu obrazów pomiarowych. Umożliwia to nawet niedoświadczonemu użytkownikowi łatwe i natychmiastowe wykonanie pomiaru oraz eliminuje potrzebę przydzielania wyspecjalizowanego operatora do prac pomiarowych.
Korzystając z profilografów serii VR, można dokładnie zmierzyć nawet obiekt o dużej powierzchni, taki jak chłodnica płytowa, po prostu umieszczając go na stoliku urządzenia i naciskając przycisk.
Korzyść nr 2: przeprowadzanie ilościowej oceny pola powierzchni i przekrojów poprzecznych.
W przypadku metalowych powierzchni pęknięć ciągliwych możliwe jest zmierzenie pola powierzchni i pola przekroju poprzecznego, a także stosunku pola powierzchni do pola przekroju poprzecznego.
Profilograf serii VR umożliwia wykorzystanie danych wysokości do pomiaru objętości i powierzchni obiektu, a także średnicy XY na określonej wysokości. W tym samym czasie może być również wykonywane zliczanie.
Podsumowanie: znaczna poprawa i większa wydajność w przypadku pomiaru trudniejszych powierzchni
Urządzenie serii VR umożliwia dokładny i natychmiastowy pomiar trójwymiarowych kształtów obiektu przez szybkie bezkontaktowe skanowanie 3D. Pozwala to rozwiązać wszystkie problemy napotykane przez konwencjonalne przyrządy pomiarowe w pomiarach pola powierzchni, objętości, pola przekroju poprzecznego i stosunku powierzchni do pola przekroju poprzecznego.
- Objętość i pole powierzchni mogą być mierzone jednocześnie.
- Eliminuje to zmienność wynikającą z czynnika ludzkiego, umożliwiając prawdziwy pomiar ilościowy.
- Aby wykonać pomiar, wystarczy umieścić obiekt na stoliku i nacisnąć przycisk. Nie jest potrzebne pozycjonowanie ani inne przygotowania. Eliminuje to konieczność przydzielania wyspecjalizowanego operatora do prac pomiarowych.
- Kształty 3D mogą być łatwo mierzone przy dużych prędkościach z wysoką dokładnością. Umożliwia to pomiar dużej liczby obiektów w krótkim czasie, pomagając poprawić jakość.
System ten umożliwia również porównywanie z wcześniejszymi danymi kształtu 3D i danymi CAD, a także zapewnia łatwą analizę danych, takich jak rozkład w granicach tolerancji. Może być skutecznie wykorzystywany do szerokiego zakresu celów, w tym rozwoju produktu, analizy trendów produkcyjnych i kontroli pobierania próbek.
