Ocena parametrów 3D wyznaczonych metodą próbkowania spiralnego

pol Article in Polish DOI:

send Radomir Majchrowski Zakład Metrologii i Systemów Pomiarowych, Instytut Technologii Mechanicznej, Politechnika Poznańska

Download Article

Streszczenie

W Zakładzie Metrologii i Systemów Pomiarowych Politechniki Poznańskiej opracowano nową metodę pomiaru trójwymiarowej geometrii powierzchni bazującą na próbkowaniu spiralnym. Jest to nowe podejście do zagadnienia zbierania punktów z powierzchni za pomocą niekartezjańskiej siatki próbkowania. Pomiar wykonuje się na siatce utworzonej ze zbioru punktów tworzących spiralę Archimedesa. Główną zaletą tej metody jest mniejsza czasochłonność pomiaru w porównaniu z innymi siatkami próbkowania. Stosując siatkę prostokątną, po każdym przejściu końcówki pomiarowej należy wycofać ją w położenie początkowe. Należy także poprzecznie przesunąć stolik pomiarowy o wartość odpowiadającą odległości między kolejnymi przejściami. Jeśli przy próbkowaniu spiralnym może być mowa o odcinkach wejściowym i wyjściowym, to tylko przy rozpoczęciu i przy zakończeniu pomiaru, ponieważ końcówka przez cały czas pomiaru jest w ruchu. Jest to oczywisty zysk czasu, który może wynosić od 30% do 70% w porównaniu z czasem przy użyciu siatki prostokątnej. Próbkowanie spiralne rozwiązuje problem czasochłonności pomiarów przestrzennych powierzchni. Jednakże, jak pokazały badania, istnieją różnice w wartościach parametrów 3D, uzyskanych metodą próbkowania spiralnego i metodą siatki prostokątnej. Nie była również znana zależność opisująca wpływ parametrów siatki spiralnej (skok spirali) na wartości parametrów przestrzennych. W artykule przedstawiono analizę wpływu próbkowania spiralnego na parametry topografii powierzchni. Podczas badań korzystano z programów MATLAB, AWK, Statistica. Do pomiarów powierzchni wykorzystano profilometry Perthen, TOPO, Wyko. Za pomocą wymienionych narzędzi opracowano program do analizy i symulacji metody próbkowania spiralnego. Przeprowadzono badania symulacyjne strategii próbkowania spiralnego dla wytypowanych powierzchni.

Słowa kluczowe

próbkowanie spiralne, topografia powierzchni

The evaluation of 3D parameters appointed using the spiral sampling method

Abstract

In the world around us, all the surfaces are rough. Most of surfaces in mechanics are very complicated, and in order to describe it with certain values, the measurement and analysis of some parameters should be performed. Before 1980th, roughness analysis consisted of 2D measurement, which gave twodimensional characteristics of the surface. During the last decades, many scientists and constructors became convinced that the third dimension should be added to the analysis. At present, 3D analysis of the surface geometry is widely accepted, though some disorder in terminology and in 3D parameters classification is still present. One of important problems is also the way of measurement (points collection) for further analysis. Most of known measuring systems collect a number of parallel profiles. Are known also efforts to collect radial profiles from one point. Anyway, the stereometrical surface measurement requires far more time than typical 2D measurement. In the Division of Metrology of Poznan University of Technology the new method of measurement has been worked out, based on spiral sampling. One of the most important merits of this kind of measurement is much shorter time, when the surface of same dimensions is to be measured. When the parallel profiles are being collected, after each movement forward, the useless move back would come, and also the movement in perpendicular direction (step between profiles) would take additional time. Moreover, in each profile, beside the evaluation length, there are allowances for run-up and for overtravel. In spiral sampling, those allowances appear only once, at the beginning and at the end of measuring process, and the stylus collects the point during all the time of movement. Comparing to parallel profiles, the spiral sampling takes 30% to 70% less time of measurement.

Keywords

spiral sampling, surface topography

Bibliography

  1. Bronsztejn 1.N., Siemiendiajew K. A., Musiol G., Muhling H.: Nowoczesne kompendium matematyki. Wydawnictwo Naukowe PWN, Warszawa, 2004, 111-112. 
  2. Cellary A., Wieczorowski M.: Siatki próbkowania w pomiarach topografii powierzchni, Materiały Krajowego Kongresu Metrologii: „Nowe Wyzwania i Wizje Metrologii”. Gdańsk. 1998, vol. 4, 71-76. 
  3. Mathia T., Zahouani H., Stout K.J., Sullivan P.J., Dong W.P., Mainsah E., Lou N.: The development of methods for characterisation of roughness in three dimensions. ECSC-EEC-EAEC, Brussels-Luxembourg and Authors, 1993. 
  4. Mollenhauer C.: Surface topography measurement, Proc. Int. Conf. on Surface Technol., Pittsburgh 1973 
  5. Myshkin N.K., Grigoriev A.Ya., Chizhik S.A., Choi K.Y., Petrokovets M.I.: Surface roughness and texture analysis in rnicroscale. Wear 254, 2003, 1001-1009. 
  6. Thomas. T.R.: Rough Surfaces. Imperial College Press. 1999, Second Edition. 
  7. Whitehouse D.J., Philips M.J.: Sampling in a two-dimensional plane. Journal of Physics A: Mathematical and General 18, 1985, 2465-2477. 
  8. Wieczorowski M., Cellary A., Chajda J.: Optymalizacja i weryfikacja szybkich metod próbkowania w profilometrii stykowej. Raport badawczy KBN nr 7TO7D 012 13, 1999. 
  9. Zahwi S., Mekawi A.M.: Some effects of stylus force on scratching surfaces. International Journal of Machine Tools & Manufacture 41, 2001, 2011-2015.