Индивидуальные датчики шероховатости поверхности для труднодоступных мест

Автор:Александр Дюфур, директор по инженерным решениям Mahr Inc.

Появившиеся около 30 лет назад портативные приборы для измерения шероховатости поверхности — некоторые из них достаточно малы, чтобы поместиться в кармане рубашки, — вывели производственный цех на новый уровень контроля деталей. Вынести контроль отделки поверхности из лаборатории на пол было важно по нескольким причинам. В течение предыдущих 50 лет допуски на размеры деталей сокращались. В результате обработка поверхности и неровности формы поглощали постоянно растущую долю общего допуска на размеры, и эта тенденция сохраняется и сегодня. Также стало ясно, что чистота поверхности играет очень важную роль в работе детали. Уникальные характеристики поверхности могут определять, останется ли краска на месте, удержится или вытечет смазка, или сколько «шума» будет производиться, когда поверхности двигаются друг относительно друга.

При правильном размещении и креплении небольшие портативные приборы для измерения шероховатости поверхности могут легко измерять параметры шероховатости поверхности, как правило, нажатием одной кнопки. Как и габаритные ручные инструменты, портативные шероховатости общего назначения обеспечивают простые в использовании и надежные результаты для многих приложений. Просто поместите карманный измерительный прибор на деталь так, чтобы его встроенные опорные подушки зафиксировали его на месте, нажмите кнопку, и на экране появятся результаты, готовые для сравнения с требованиями.

Но это не всегда так просто. Параметры шероховатости поверхности могут быть применены практически к любой поверхности детали, внутри небольшого отверстия, на короткой площадке или вокруг отверстия, до наружного диаметра между двумя стенками или даже на этих стенках. Часто стандартный портативный прибор для измерения шероховатости поверхности просто не работает — либо привод слишком большой, либо щуп слишком короткий, либо препятствия на самой детали мешают размещению датчика.

Удлинители щупа

Одним из возможных решений является использование удлинителей измерительных щупов, хотя и они имеют свои ограничения. Добавление удлинителей увеличивает вес измерительной консоли. При использовании датчиков на салазках дополнительный вес может привести к повреждению поверхностей деталей, особенно при работе с более мягкими материалами, такими как алюминий. Кроме того, дополнительный вес может преобладать над усилием пружины салазок, когда манометр используется в положениях, отличных от горизонтального. Это может привести к потере контакта зонда с поверхностью во время измерения, что приведет к ошибочным результатам измерения и ошибкам «вне диапазона измерений». При использовании безопорных датчиков дополнительный вес кронштейна датчика может вызвать вибрацию, что также повлияет на результаты измерений.

Как правило, удлинение зонда не должно превышать 100 мм, чтобы сила скольжения не превышала 0,6 Н. Кроме того, угловой диапазон инструмента должен находиться в пределах 135°, начиная с 45° от горизонтали до положения в узел привода обращен вниз к земле.

Разработанные решения

Когда стандартные устройства не могут обеспечить ожидаемых результатов, лучшим решением является разработка индивидуального дизайна или разработка датчика, подходящего для конкретного приложения. Это особенно актуально в тех случаях, когда имеется большой объем деталей и требуется быстрое надежное измерение, часто выполняемое машинистами, не обладающими навыками измерения размеров и качества поверхности, чтобы обеспечить качество деталей и исключить высокие затраты на отзыв деталей. Специализированные или изготовленные по индивидуальному заказу датчики работают быстрее, проще в использовании и дают результаты с лучшими характеристиками и показателями GR&R. Благодаря специальному прибору практически любой оператор может легко осматривать обработанные детали и принимать решения относительно их качества. Они даже могут собирать результаты для анализа и контроля процесса.

Для получения надежных и воспроизводимых результатов любой прибор для измерения шероховатости поверхности должен выполнять две функции:1) он должен точно располагать алмазный щуп на конце щупового рычага для измерения заданной площади поверхности, и 2) он должен защищать чувствительные щуп и щуп от повреждений во время измерительных операций. Удовлетворение этим требованиям для труднодоступных участков поверхности привело к созданию целого семейства специальных измерительных приборов, предназначенных для быстрого и надежного анализа шероховатости поверхности в руках механиков на этапе производства — часто на этапе изготовления детали. закрепляется в станке.

Отверстия цилиндров

Отверстия цилиндров требуют специальной обработки, чтобы сбалансировать удержание масла и плавное осевое перемещение. Они были одними из первых приложений, в которых были предусмотрены специальные измерительные приборы, предназначенные для измерения шероховатости поверхности. Отверстия бывают разных размеров и могут быть относительно глубокими, некоторые до восьми дюймов. Отпечатки могут указывать определенную глубину и места для проверки, а до 12 цилиндров в некоторых блоках и до четырех в подавляющем большинстве приложений с большим объемом, поэтому необходимо измерить множество отверстий. Таким образом, датчики должны быть очень портативными и простыми для оператора, чтобы их можно было выровнять и настроить на глубину. Конструкция также должна защищать чувствительный датчик, чтобы он не был поврежден при поднесении датчика к детали.

Специальный портативный нутромер для шероховатости поверхности очень похож на расширяемый трехканальный калибр. Треугольное отверстие имеет определенную регулировку размера, но его можно установить на определенный размер. Это позволяет ему «фиксироваться» на месте и помогает получать очень воспроизводимые показания без вмешательства оператора. Показывающее устройство также защищено передаточным механизмом, поэтому к нему не прилагаются установочные силы, когда датчик помещается на деталь.

Измеритель нутрометра цилиндра с шероховатостью поверхности заимствует те же принципы. Чтобы обеспечить возможность регулировки для блокировки различных размеров, используются взаимозаменяемые пластины для достижения правильного диапазона измерения диаметра. Установка манометра с помощью правильного набора блоков позволяет легко входить в отверстие цилиндра, а после установки пневмоцилиндр с ручным управлением расширяет калибровочные блоки, чтобы они зафиксировали манометр в нужном положении.

Но у цилиндра манометра есть еще одна, еще более важная функция. При сжатии без подачи воздуха он удерживает чувствительный датчик шероховатости поверхности во втянутом положении. Это означает, что во время введения зонд защищен внутри корпуса уровнемера. Как только оператор удовлетворен положением датчика, он подает воздух, фиксирует датчик в нужном положении, и зонд выдвигается, чтобы он мог провести испытание поверхности. Когда это сделано, воздух выпускается, зонд втягивается, и датчик освобождается, что позволяет пользователю легко удалить его.

Небольшие закрытые отверстия

Измерение шероховатости поверхности направляющих клапанов головок цилиндров особенно сложно выполнить из-за их небольшого размера (6 мм) и расположения внутри головки цилиндров. Наиболее надежные измерения выполняются с «пружинной стороны» головки блока цилиндров, так как они наиболее доступны. Однако опоры распределительных валов представляют собой проблему, поскольку они выступают в зону, где для измерения должна быть расположена система привода манометра. Наличие небольшой системы привода является лучшим техническим решением, поскольку система привода может быть размещена между башнями распределительных валов. Можно использовать специальный манометр, который устраняет эти проблемы, поскольку блок привода можно разместить близко к месту измерения без необходимости чрезмерного удлинения и настройки измерительного зонда. Оператор просто устанавливает манометр на наружный диаметр направляющей клапана, и прибор помещается в измеряемую область.

Как и в цилиндрическом манометре, эта версия с чистовой обработкой поверхности втягивает зонд до тех пор, пока механический передаточный механизм не освободит зонд, когда плунжер находится в конечном положении измерения.

Глубокие глухие дыры

На отверстиях обычно легко выполнить измерение шероховатости поверхности в условиях цеха. Это, конечно, если отверстие доступно, а глубина измерения сведена к минимуму. Однако отверстия распределительного вала блока цилиндров и коленчатого вала часто представляют собой глубокие глухие отверстия (до 500 мм для большинства двигателей) и настолько малы в диаметре, что типичный приводной блок с чистовой обработкой поверхности не поместится внутрь для правильного расположения для измерения.

Как правило, приводной блок для обработки поверхности должен располагаться снаружи отверстия, а длинный удлинитель измерительного щупа используется для доступа к центральному отверстию кулачка и коленчатого вала. Однако идеальным решением для проведения таких измерений является размещение измерительного привода непосредственно на измеряемой поверхности.

Специализированный датчик может расположить блок привода и измерительный зонд непосредственно над измеряемой поверхностью без необходимости использования длинных измерительных удлинителей. Сам привод имеет небольшой диаметр и может быть размещен в отверстии непосредственно над местом измерения.

Поверхности с препятствиями

Плоские поверхности также легко измерить на чистоту поверхности и волнистость в цехе, если поверхность достаточно велика для размещения измерительного устройства и нет препятствий, блокирующих его направление измерения. Однако часто препятствия и минимальная площадь земли не позволяют использовать традиционные портативные устройства.

Некоторые поверхности не только имеют небольшую площадь поверхности, но также имеют некоторые препятствия на отливке, которые не позволяют использовать традиционную систему волнистости отделки поверхности. Обычно эту поверхность необходимо измерять с помощью приводной системы, которая находится вдали от детали, и для достижения поверхности необходимо использовать длинный удлинитель измерительного зонда.

Измерительный прибор может выполнять измерения шероховатости поверхности без полозьев в цеху, удерживая безопорный привод и измерительный щуп близко друг к другу и без удлинителей щупа. В системе используется приспособление-шаблон для позиционирования безопорного привода, и она немного приподнята для устранения любых препятствий.

Поверхности журнала

Чистота поверхности очень важна для коленчатого вала. При вращении с тысячами оборотов в минуту, а также с поверхностями подшипников и кривошипов и их торцами в контакте металл-металл существует огромный потенциал износа. Обработка поверхности помогает определить срок службы этих продуктов.

Концепция, аналогичная калибру-скобе, используется при измерении шероховатости поверхности шатунных шеек. Измеритель шероховатости поверхности должен регулироваться для различных размеров, должен фиксироваться на месте и защищать датчик.

Пневматическое специальное устройство для измерения толщины цапфы позволяет пользователям установить зажимные губки на приблизительный размер. При ручном пневматическом срабатывании датчик фиксируется в нужном положении и освобождает зонд для контакта с деталью. Как и во всех этих манометрах, зонд не вступает в контакт, пока манометр не будет полностью зафиксирован на месте. Основное отличие этого датчика заключается в том, что он работает с поперечным щупом, так что щуп перемещается горизонтально вдоль вершины детали.

Так же важны, как подшипники и шатунные шейки, упорные поверхности, на которые они опираются. Для размещения датчика шероховатости здесь используется другая концепция калибра-защелки с теми же соображениями:простота использования, отсутствие вмешательства оператора и защищенное позиционирование датчика.

Ранее публиковался в журнале Quality Magazine.