Milyen szűrőbeállításokat és paramétereket kell figyelembe venni a felületi érdesség mérésénél?

A felületi textúra mérése és kiértékelése rendkívül szabványosított folyamat, amely szigorú előírásokra és meghatározott paraméterekre épül. A profilok esetében a felületi textúra paramétereinek ábrázolását a műszaki rajzokon az ISO 21920-1:2021 szabvány határozza meg. A paraméterek definíciója az ISO 21920-2:2021 szabványban, a mérési feltételek pedig az ISO 21920-3:2021 szabványban szerepelnek. A szűrési módszerek hátterét, különösen az alkalmazott szűrők működését az ISO 16610 sorozat részletezi, amelyből az ISO 16610-21:2011 a Gauss-szűrőt ismerteti – ez a legtöbb paraméter esetében az alapértelmezett.

A szűrőbeállítások – vagyis a felület hullámhossz-összetevőinek áteresztési jellemzői – az SC1-től SC5-ig terjedő beállítási osztályokba sorolhatók, ezek a specifikáció szerint meghatározzák az S- és L-szűrők hullámhosszait, a tapintócsúcs maximális sugarát, a mintavételi távolságot és az értékelési hosszúságot. Az SC1 beállítás például 2,5 µm S-szűrőt és 0,08 mm L-szűrőt használ, míg az SC5 beállítás már 25 µm-es S-szűrőt és 8 mm-es L-szűrőt alkalmaz. Az értékelési hossz lₑ = 5·λc alapértelmezésként szolgál, amelyet szintén figyelembe kell venni a kiértékelés során.

A felületi textúra paraméterei – melyeket az ISO 21920-2:2021 és az ISO 25178-2:2021 szabvány határoz meg – négy fő csoport

Miért fontos a mértékegységek helyes használata a tudományban és a technológiában?

A mértékegységek és azok helyes használata kulcsfontosságú szerepet játszik a tudományos és technológiai mérések pontosságában, valamint az eredmények közötti összehasonlíthatóság biztosításában. A mértékegységek szigorú szabályozása, mint például a Nemzetközi Mértékegység Rendszer (SI), segít elkerülni a mérésekkel kapcsolatos zűrzavart és hibákat, amelyek a különböző mérési módszerek és mértékegységek közötti különbségekből adódhatnak. A SI rendszerre épülő egységek biztosítják, hogy minden mérés, legyen az mechanikai, hőmérsékleti vagy elektromos, pontosan és egyértelműen értelmezhető legyen bárhol a világon. Azonban számos olyan helyzet létezik, amikor az SI rendszeren kívüli mértékegységek is használatosak, különösen az iparban és a mindennapi életben.

A nemzetközi szabványok és előírások lehetővé teszik a mérések összehasonlítását akkor is, ha az alkalmazott egységek nem kapcsolódnak közvetlenül az SI rendszerhez. Egy példa erre a keménység mérése, amely különböző módszerekkel történhet, mint például a Rockwell, Brinell vagy Vickers skálák. A keménység mérésénél használt értékek gyakran nem tartoznak közvetlenül a SI egységek közé, mivel az eredmény függ a mérési technikától, mint a vizsgált test keménységi pontja és az alkalmazott terhelés mértéke. Azonban ezek a mérési módszerek általában ISO szabványokban rögzítettek, így a különböző mérési eljárások eredményei mégis összehasonlíthatóak, ha azokat a megfelelő előírások szerint alkalmazzák.

A mértékegységek alkalmazásakor az is alapvető fontosságú, hogy azok pontos formátumban és helyes írásmódban szerepeljenek. Például a tizedes jelölése lehet pont (.) vagy vessző (,), attól függően, hogy a nyelvi és kulturális környezet melyik jelölést használja. A nemzetközi szabványok szerint a tizedesjegyeket nem szabad szóközzel elválasztani, míg a számokat ezeken kívül szóközökkel lehet tagolni, de nem ponttal vagy vesszővel. Az SI egységek mellett az angolszász rendszerben használt mértékegységek, mint az inch vagy a láb, saját, specifikus szabályokkal rendelkeznek, amelyek pontos alkalmazása elengedhetetlen a helyes mérésekhez.

A mérések precizitása és a megfelelő mértékegységek alkalmazása nemcsak a tudományos és mérnöki területeken fontos, hanem a mindennapi életben is. Azok a termékek, amelyek a mérések pontosságától függnek, például orvosi eszközök, autók, elektronikai készülékek, mind szigorú szabványok szerint készülnek, és a mértékegységek helyes alkalmazása biztosítja a megbízhatóságot és biztonságot. A mérések és a mértékegységek pontos alkalmazása nélkül a modern technológia és tudományos kutatás nem lenne lehetséges.

Hogyan történik a koordinátamérő gépek (CMM) kalibrálása és a mérési hibák értékelése?

A koordinátamérő gépek (CMM) kalibrálása és a mérési hibák értékelése az ipari mérnöki gyakorlat egyik alapvető része. A CMM-ek pontos mérési eredményeinek biztosítása érdekében fontos, hogy minden egyes mérési hibát pontosan felismerjünk és kijavítsunk. A CMM-eket használva különböző geometriai eltérések, mint a síkossági hibák, forgási hibák és derékszög hibák értékelése végezhető el. A mérési eredmények pontosságának biztosításához alkalmazott eszközök és technikák alapvető szerepet játszanak a minőségbiztosításban és a gépek működésének ellenőrzésében.

A mérési hibák értékelése különböző típusú eszközökkel végezhető el. A kalibrálás során különböző mérőeszközök, mint például mérőlécek, lépcsőmérők és lézer interferométerek alkalmazhatók a mérési távolságok és geometriai hibák meghatározására. Az alkalmazott mérési módszerek attól függnek, hogy egyirányú vagy kétirányú hatásokat kívánunk mérni, vagy épp elkerülni. A gépek kalibrálása során különösen fontos figyelembe venni a mérőeszközök hőmérsékletének hatását, mivel a hőmérsékletváltozások torzíthatják az eredményeket. A hőmérséklet korrekciókhoz ismerni kell a skála hőtágulási együtthatóit, vagy az eszközt a használati környezetben kell tesztelni.

A mérési hibák, például a síkossági hibák közvetlenül is mérhetők kalibrált egyenesek segítségével, míg a forgási hibák mérésére különböző eszközök állnak rendelkezésre, mint például elektronikus szintezők vagy autokolimátorok. A forgási hibák méréséhez lézer interferométerek is alkalmazhatók, amelyek segítenek meghatározni az x, y és z tengelyek közötti eltéréseket. Mindezek az eszközök közvetlenül kapcsolódnak a gép konfigurációjához, és annak beállításaitól függően különböző mérési módszerek választhatók.

A népszerű konfigurációk, mint a függőleges z-tengely és a vízszintes x- és y-tengelyek esetében különböző mérési lehetőségek állnak rendelkezésre. A forgási hibák értékeléséhez használt eszközöket és módszereket a gép beállításaihoz igazítják. A CMM beállításai alapján különböző technikák alkalmazhatók, például a mérőlécek és a lépcsőmérők közvetett módszerei, hogy a pontosságot biztosítsák a mért távolságok és irányok meghatározásában.

A derékszög-hibák mérése során a legelterjedtebb eszköz a lézer interferométer, amely képes meghatározni a két tengely közötti szögeltérést. Ehhez az optikai négyzetek vagy optikai prizma rendszerek, mint például a pentagon-prizma alkalmazásával végezhetők el a mérési feladatok. A mérési eljárás során a ball bar vagy lépcsőmérő diagonálisan kerül mérésre, ami segít kiszűrni a legtöbb hibát, kivéve a derékszög eltéréseket. A mérés során alkalmazott geometriai számítások és trigonometriás módszerek, mint a koszinusz és szinusz szabályok, segítenek meghatározni a mért távolságokat és szögeket, ezáltal biztosítva a pontos eredményeket.

A végső mérési értékelés során a CMM rendszert referencia tárgyakkal, például lépcsőmérőkkel kalibrálhatjuk különböző pozíciókban és irányokban a mérési térfogaton belül. Ez lehetővé teszi a mérési hibák közvetlen mérésének kihagyását, és a lézer interferométerekkel végzett mérések segítenek meghatározni a geometriai hibákat a mérési térben. Az ilyen típusú értékelési módszerek segítenek az eszköz teljesítményének pontos megértésében, és biztosítják a mérési eredmények megbízhatóságát.

Hogyan határozható meg stabilan egy pont koordinátája és hogyan korrigálhatóak interferometriai mérések hibái?

Az egyenletrendszerek megoldása során gyakran találkozunk azzal a kihívással, hogy a megoldás nem mindig egyértelmű vagy stabil. Egy olyan példát tekintve, amelyben egy pont N(x, y, z) helyzetét kell meghatározni adott távolságok alapján referencia pontoktól, az optimális megoldás keresése iteratív módszerekhez vezet. Az egyik eljárás szerint egy kezdeti becslést választunk a pont helyére, majd minden referencia pontból meghatározunk egy új becslést, amely a referencia pont és az előző becslés irányában, adott távolságra helyezkedik el. Az új koordináták átlaga lesz a következő iteráció kiindulópontja, és ezt addig ismételjük, amíg a pont helyzete kielégítően stabilizálódik. Ez a megközelítés különösen hasznos akkor, amikor a távolságadatok egyenletesen vannak elosztva, és az objektumot gömbként vagy annak részletként értelmezzük, így elkerülve a sugár és középpont korrelációjából eredő bizonytalanságokat.

Az ilyen korrekciók nélkül a diszplációnak nevezett elmozdulás számítása pontatlan lesz, mivel a valódi jel a torzítások miatt eltér az ideálistól. A korrekció több iterációban is finomítható, hogy még pontosabb eredményt kapjunk, különösen ha az eltolások aránya jelentős az eredeti jel amplitúdójához képest. A Heydemann-módszer nemcsak az interferométer pontosságát növeli, hanem segít az ún. "decenter" és ellipticitás szinusszoidális hibáinak feltárásában is, amelyek a mérések periodicitásában egy- illetve kétszeres hullámhosszon jelennek meg.

Az elmozdulás kiszámításának pontosságát tovább növelhetjük, ha az illesztett paramétereket nem csak egyszer, hanem többször, iteratív módon finomítjuk. A paraméterek helyes becslése nélkül ugyanis a mért eredmények jelentős torzulást mutathatnak, ami a mérési hibák elkerülhetetlen növekedéséhez vezet.

Fontos szem előtt tartani, hogy a mérési adatok bizonytalanságának helyes kezelése és a paraméterek közötti korrelációk elemzése elengedhetetlen a megbízható eredmény eléréséhez. A sugár és középpont eltolódásának korrelációja, az interferométer jeleinek nemlineáris torzulásai, valamint a mérési pontok szórásának figyelembevétele mind-mind hozzájárulnak a mérési bizonytalanságok pontos becsléséhez és a kapott eredmények helyes értelmezéséhez.

A mérési eredmények feldolgozása során a legkisebb négyzetek módszere kínál hatékony eszközt az illesztésekhez, akár gömbfelületre, akár ellipszisre, vagy más geometriai alakzatra vonatkozóan. Az eljárások iteratív jellegéből fakadóan a stabil konvergencia és a megoldás egyértelműsége érdekében előzetes becslések és megfelelő kiindulási pontok kiválasztása elengedhetetlen. Ezáltal elkerülhető, hogy a numerikus módszerek helytelen vagy instabil eredményekhez vezessenek.