Metoda pro přesné a snadné měření plochy povrchu
Plocha povrchu obecně označuje plochu trojrozměrného objektu, jako je krychle, koule nebo kužel. Tato měření jsou však velmi obtížná. Jako náhrada se používá optický mikroskop, digitální mikroskop nebo CNC přístroj pro měření obrazu. Pomocí těchto nástrojů mohou uživatelé vypočítat plochu na základě 2D dat, ale nemohou získat přesné měření plochy. Měření je sice možné pomocí laserového senzoru nebo drsnoměru, ale tyto přístroje měří pouze body a čáry a měření plochy vyžaduje mnoho práce a času.
Níže popisujeme povrch různých měřených cílů, jakož i problémy v metodách měření a jejich řešení.
- Plocha povrchu
- Problémy při konvenčním měření plochy povrchu
- Řešení problémů při měření plochy povrchu
- Shrnutí: Dramatické zlepšení a vyšší efektivita při obtížném měření plochy povrchu
Plocha povrchu
Plocha povrchu označuje plochu 3D povrchu a je důležitým ukazatelem při hodnocení funkčnosti, stejně jako textura, přilnavost, kluznost, rozptyl tepla a drsnost povrchu. Například v případě kovového lomového povrchu nebo třecí plochy, PGA nebo gravírování laserovou značkou může měření plochy poskytnout řadu informací.
Lomová plocha kovu
Analýza lomových ploch kovů může být účinnou metodou pro zkoumání příčin lomů. Podrobným pozorováním povrchu lomu kovu lze na základě morfologie lomu do určité míry určit příčinu lomu. Měření plochy také umožňuje vypočítat charakteristiky, jako je procento tvárného lomu, které udává procento křehkého lomu z celé plochy lomu.
Plocha povrchu opotřebení
Vzhledem k tomu, že na povrchu všech pevných předmětů existují nerovnosti nebo zvlnění, je kontakt i mezi nominálně rovnými povrchy ve skutečnosti kontaktem mezi výstupky na povrchu (skutečná kontaktní plocha). Měření plochy povrchu opotřebení nám umožňuje určit příčinu opotřebení. Skutečnou kontaktní plochu lze vypočítat na základě plochy povrchu a drsnosti opotřebovaného povrchu; to umožňuje snadno určit podmínky opotřebení.
Plocha povrchu PGA (pole s mřížkou pinů)
PGA (pole s mřížkou pinů) je jedním z typů pouzder integrovaných obvodů. Protože vodiče jsou osazeny s vysokou hustotou a jsou zasunuty do patic, nebude možné PGA namontovat do patice, pokud dojde k odchylce v tloušťce, výšce nebo úhlu vodičů. Z tohoto důvodu je důležité měřit charakteristiky včetně výšky, objemu a povrchu pinu na velkém počtu míst.
Plocha povrchu gravírování popisovacím laserem
Kvalitu gravírování popisovacím laserem lze vyhodnotit měřením objemu, plochy povrchu a plochy průřezu gravírovaného dílu. Tyto hodnoty mohou být užitečné při nastavování intenzity laserového záření, pohltivosti laserového světla materiálu, průměru bodu a dalších parametrů.
Problémy při konvenčním měření plochy povrchu
Pro konvenční měření plochy se používají optické mikroskopy, CNC přístroje pro měření obrazu, drsnoměry a laserové senzory. Existují však problémy s přesností, včetně nahrazování výsledků měření plochy a výpočtu plochy na základě 2D dat. Kromě toho je na měření potřeba mnoho času kvůli vysoké obtížnosti.
Problémy při měření plochy povrchu pomocí optického mikroskopu
Měření pomocí optického mikroskopu je účinné pro malé cíle. Mikroskopy, které byly vyvinuty v posledních letech, podporují kvantifikaci naměřených dat a zlepšují snadnost ovládání. Pokud je však cíl velký, nelze mikroskop použít k měření povrchu, plochy a objemu celého cíle. I když je měření možné, je třeba vynaložit mimořádně velké množství času a úsilí na přemístění cíle během měření.
Problémy při měření plochy pomocí CNC přístroje pro měření obrazu
Obecně platí, že CNC měřicí přístroj snímá cíl na podložce pomocí CCD kamery a provádí 3D měření.
Pozorování pomocí barevných snímků je možné, ale při měření plochy se vyskytují následující problémy.
- K chybám detekce může dojít, pokud jsou na povrchu produktu výstupky způsobené vadami produktu, jako jsou otřepy nebo odštěpky. Pokud navíc nejsou měřicí body správně nastaveny, dochází k odchylkám v přesnosti měření.
- Při zvýšení počtu položek X, Y, Z nebo jiných měření je program příliš složitý a vyžaduje pokročilé odborné znalosti i větší počet člověkohodin při konfiguraci. Potřebný počet člověkohodin měření se zvyšuje úměrně počtu cílů měření.
Dalším velkým problémem je potřeba měřicí komory, která musí být udržována na referenční teplotě. Spolu s tím nemohou přesné měření provádět všichni operátoři na pracovišti.
Problémy při měření plochy povrchu pomocí drsnoměru nebo laserového senzoru
Při měření drsnosti povrchu pomocí drsnoměru je měření ve směru výšky omezeno pouze na body nebo čáry. V důsledku toho je nutné zvýšit počet měřicích bodů, aby bylo možné přesně určit tvar. Doba měření prováděného pohybem sondy nebo stylusu se zvyšuje úměrně počtu měřicích míst. Po instalaci je také nutné upravit polohu cíle. Naměřené hodnoty navíc nejsou spolehlivé, protože body měření se mohou lišit v závislosti na operátorovi.
- A
- Stylus
- B
- Detektor
Řešení problémů při měření plochy povrchu
Běžně používané měřicí přístroje se potýkají s problémy, jako je např. dlouhá doba potřebná k umístění cíle a skutečnost, že měření trojrozměrných cílů a ploch se provádí pomocí bodového nebo liniového kontaktu. Pro řešení těchto problémů s měřením vyvinula společnost KEYENCE optický 3D profilometr řady VR.
Řada VR přesně zachycuje 3D tvar celého povrchu cíle, aniž by došlo ke kontaktu s ním. Měří také 3D tvar pomocí 3D skenování cíle na podložce, a to již za jednu sekundu a s vysokou přesností. Řada VR je schopna okamžitého a kvantitativního měření bez chyb ve výsledcích měření. V této části jsou představeny některé konkrétní výhody řady VR.
Výhoda 1: Možnost měření plochy široké až 300 mm × 150 mm.
Měření lze provádět jednoduše umístěním cíle na podložku a stisknutím tlačítka. Přesné polohování ani jiná příprava nejsou nutné. To umožňuje provádění vysoce přesných měření i operátorům, kteří nemají znalosti nebo zkušenosti s měřicími přístroji.
Na rozdíl od konvenčních měřicích přístrojů řada VR extrahuje vlastnosti cíle umístěného na podložce a automaticky koriguje jeho polohu. Dříve nezbytné přesné polohování, které vyžadovalo mnoho času a úsilí, již není nutné. Řada VR může také měřit oblast širokou až 300 mm × 150 mm spojením několika měřicích snímků. Díky tomu může měření snadno a okamžitě provádět i nezkušený operátor a není nutné, aby se měřením zabýval specializovaný operátor.
S řadou VR lze přesně měřit i cíl s velkou plochou, jako je chladicí deska, pouhým položením na podložku a stisknutím tlačítka.
Výhoda 2: Provádění kvantitativního hodnocení ploch a průřezů.
U tvárných kovových lomových ploch je možné měřit plochu povrchu a plochu průřezu a také poměr plochy povrchu a plochy průřezu.
Řada VR umožňuje použít údaje o výšce k měření objemu a plochy cíle a také průměru XY v zadané výšce. Současně lze provádět i počítání.
Shrnutí: Dramatické zlepšení a vyšší efektivita při obtížném měření plochy povrchu
Řada VR dokáže přesně a okamžitě měřit 3D tvary cílů pomocí vysokorychlostního 3D skenování bez kontaktu s cílem. Dokáže vyřešit všechny problémy, se kterými se potýkají konvenční měřicí přístroje při měření plochy povrchu, objemu, plochy průřezu a poměru plochy povrchu k ploše průřezu.
- Objem i povrch lze měřit současně.
- Tím se eliminují odchylky způsobené lidským faktorem, což umožňuje skutečné kvantitativní měření.
- Bez nutnosti polohování nebo jiné přípravy lze měření provést pouhým umístěním cíle na podložku a stisknutím tlačítka. Díky tomu není pro měřicí práce nutné přidělovat specializovanou obsluhu.
- 3D tvary lze měřit snadno vysokou rychlostí a s vysokou přesností. To umožňuje měřit velký počet cílů v krátkém čase, což přispívá ke zlepšení kvality.
Tento systém také umožňuje porovnání s minulými daty 3D tvarů, daty CAD a snadnou analýzu dat, například rozložení v rámci tolerancí. Lze jej efektivně využít pro širokou škálu účelů včetně vývoje produktů, analýzy výrobních trendů a kontroly vzorků.
