Opublikowano dnia 29 wrzesnia 1961 r. UDiiKowano ani £ JL POLSKIEJ RZECZYPOSPOLITEJ LUDOWEJ OPIS PATENTOWY Nr 45067 KI. 42 k, 45/01 Deutsche Akademie der Wissenschaft zu Berlin Berlin, Niemiecka Republika Demokratyczna Pneumatyczny sposób pomiaru do obiektywnego porównywania jakosci dwóch powierzchni oraz komparator do wykonywania pomiaru tym sposobem Patent trwa od dnia 22 listopada 1960 r.Wynalazek dotyczy pneumatycznego sposobu pomiaru do obiektywnego porównywania jakos¬ ci dwóch powierzchni, zwlaszcza dwóch po¬ wierzchni wykonanych podczas tej samej ope¬ racji technologicznej, oraz komparatora do wy¬ konywania pomiaru tym sposobem.Do oceny jakosci powierzchni stosuje sie zasadniczo dwa podstawowe sposoby postepo¬ wania, a mianowicie jakosciowe porównywanie powierzchni z wzorcem oraz jakosciowe okres¬ lanie badz wskazników charakterystycznych jako miary chropowatosci powierzchni, badz tez zarysu przekroju w postaci wykresu, wy¬ konanego przez rzutowanie na ekran.Podczas, gdy porównywanie powierzchni z wzorcem wykonuje sie jeszcze czysto subiek¬ tywnie za pomoca obserwowania nie uzbrojo¬ nym lub uzbrojonym okiem, albo tez za po¬ moca dotykania bezposredniego lub odpowied¬ nimi technicznymi elementami pomocniczymi, na przyklad igla lub tarczka miedziana, to do jakosciowego okreslania gladkosci wedlug dru¬ giego sposobu opracowano caly szereg przy¬ rzadów, skonstruowanych wedlug najrozmait¬ szych zasad.Te przyrzady pomiarowe do jakosciowego okreslania gladkosci powierzchni umozliwiaja wprawdzie uzyskiwanie róznych wskazników charakteryzujacych powierzchnie oraz zapisy¬ wanie uksztaltowania powierzchni sposobem elektrycznym lub pneumatycznym, ale sa one na ogól bardzo drogie i tylko w ograniczonym zakresie nadaja sie do stosowania w trudnych warunkach warsztatowych, a czas potrzebny do przeprowadzenia pomiaru jest stosunkowo dlugi. Przy stosowaniu w warunkach warsztat towyeh, przyrzady dzialajace na zasadzie pne~ umatycznej sa bardzo, czule, bajdza nieporecznamaja stosunkowo waski zakres stosowalnosci.A wiec przyrzad Schmaltza do odwzorowywa¬ nia profilu powierzchni* "metoda przekrojów swietlnych pozwala na mierzenie tylko bardzo chropowatych^ powierzchni o wysokosci chro¬ powatosci powyzej l/i, natomiast mikroskop interferencyjny moze znajdowac zastosowanie wylacznie do pomiarów bardzo gladkich po¬ wierzchni o wysokosci chropowatosci ponizej V Najodpowiedniejszymi do stosowania w wa¬ runkach warsztatowych okazaly sie gladkoscio- mierze, dzialajace na zasadzie pneumatycznej, gdyz przyrzady dzialajace na tej zasadzie maja prosta i mocna budowe, „a takze moga byc stosowane wprost na obrabiarce i stosunkowo szybko moga podawac wartosc mierzona. Zna¬ ne dotychczas gladkosciomierze pracujace na zasadzie pneumatycznej opieraja sie.na stwier¬ dzeniu, ze pomiedzy chropowata plaska po¬ wierzchnia a ostra krawedzia, która jest do tej powierzchni przylozona powstaje szczelina o nieregularnym zarysie, której swobodny prze¬ krój zasadniczo zalezy od ksztaltu i wysokosci chropowatosci badanej powierzchni. Jezeli teraz przez te, utworzona na badanej powierzchni w postaci kola lub innej geometrycznej figury, szczeline przeplywa powietrze, to wyplywajaca ilosc powietrza bedzie zalezala od chropowa¬ tosci powierzchni. Wyplywajaca ilosc powie¬ trza moze byc bezposrednio mierzona i moze sluzyc jako miara chropowatosci. Poniewaz jednak wyplywajaca ilosc powietrza jest bar¬ dzo mala, wiec trudno jest ja mierzyc i dla¬ tego przed szczelina tworzaca dysze pomiaror wa, zostaje umieszczona inna dysza, a cisnie¬ nie pomiedzy ta dysza górna a dysza pomiaro¬ wa, którego wysokosc zalezy od ilosci wyply¬ wajacego na zewnatrz powietrza, wykorzysty¬ wane jest jako miara chropowatosci. W pierw¬ szych dyszach pomiarowych ostre krawedzie byly wykonywane jako sztywne, podobnie jak w liniale krawedziowym. Tego rodzaju wyko¬ nanie ma te wade, ze ostre krawedzie nie dostosowuja sie do makrogeometrii powierzch¬ ni. A zatem kazda glowica pomiarowa moze byc stosowana do bryly okreslonego ksztaltu geometrycznego, na przyklad do plaszczyzny lub walca o z góry wyznaczonej srednicy.Ponadto wskutek dyszy górnej zostaje znacz¬ nie .ograniczony zakres pomiaru chropowatosci.W innym wykonaniu ostra krawedz nie jest kolowa, ale ma postac wezyka z cienkiej folii.Wskutek tego uzyskuje sie to, ze dla tej samej powierzchni ostra krawedz moze byC znacznie dluzsza i przez to moze byc zwiekszona ilosc wyplywajacego powietrza, oraz ze taka ostra krawedz dostosowuje sie do makrostruktury powierzchni. To wykonanie dyszy pomiarowej ma jednakze taka wade, ze wykonanie jest bardzo, drogie i trudne, oraz ze ostra krawedz latwo uszkadza sie albo ze na badanej po¬ wierzchni ' latwo mozna spowodowac uszko¬ dzenie.Zadanie wynalazku polega na opracowaniu prostego, dla warsztatu odpowiedniego sposobu, który umozliwialby obiektywne porównywa¬ nie jakosci dwóch powierzchni, zwlaszcza dwóch wykonanych w tej samej operacji technolo¬ gicznej powierzchni, oraz komparatora do wy¬ konywania pomiaru tym sposobem.Wedlug wynalazku zadanie to zostalo w ten sposób rozwiazane, ze przeplywajacy czynnik (na przyklad powietrze) przy okreslonym cis¬ nieniu, utrzymywanym na niezmiennym po¬ ziomie za pomoca regulatora, jest doprowa¬ dzane poprzez górna dysze z regulowanym otworem do dyszy pomiarowej, która ma moz¬ nosc dostosowywania sie do najrozmaitszych ksztaltów geometrycznych, przy czym za po¬ moca dyszy górnej z regulowanym otworem, pomiedzy dysza górna a dysza pomiarowa ustala sie cisnienie, które odpowiada najwiek¬ szej czulosci przyrzadu, a nastepnie przez przestrzen istniejaca pomiedzy dysza pomiaro¬ wa a badana powierzchnia, to powietrze wy¬ plywa na zewnatrz. Wyplywajaca z przestrze¬ ni pomiedzy dysza pomiarowa a badana po¬ wierzchnia ilosc powietrza dobiera sie odpo¬ wiednio do rodzaju powierzchni. Dla wykona¬ nia pomiaru porównawczego naklada sie naj¬ pierw dysze pomiarowa na wzorzec, a dysze górna z regulowanym otworem nastawia sie w ten sposób, ze pomiedzy dysza górna a dy¬ sza pomiarowa ustala sie cisnienie, które od¬ powiada najwiekszej czulosci przyrzadu. Na¬ stepnie w ten sposób przygotowany przyrzad naklada sie na badany przedmiot i odpowied¬ nio do jego gladkosci przyrzad bedzie wska¬ zywal inne cisnienie; jezeli badany przedmiot bedzie mial bardziej chropowata powierzchnie niz wzorzec, to przyrzad bedzie wskazywal niz¬ sze cisnienie i na odwrót przy bardziej glad¬ kiej powierzchni — wieksze cisnienie, niz to, jakie bylo nastawione na wzorcu.Dysza pomiarowa zaopatrzona w pierscienio¬ wa folie z jednostronnie jak najdokladniej ob¬ robiona powierzchnia, która w srodku ma wspólsrodkowy z zewnetrznym obrzezem otwór, i która powierzchnia, lezaca po przeciwnej — 2 —stronie bardzo dokladnie obrobionej powierzch¬ ni, jest szczelnie zamocowana, na przyklad zwulkanizowana z elastycznym kadlubem (na przyklad z guma), wyposazonym w wspólsrod- kowy otwór. Korzysci dyszy pomiarowej w po¬ staci plaskiej, cienkiej, elastycznej tarczy pierscieniowej w stosunku do dyszy pomiaro¬ wej w postaci tostrza nozowego, polegaja za¬ równo na stosunkowo malym docisku wlasci¬ wym, wskutek czego unika sie uszkodzen ba¬ danej powierzchni, jak i na duzej powierzchni odniesienia, która umozliwia tworzenie sred¬ nich wartosci wysokosci chropowatosci miejsco¬ wo rózniacych sie bardzo.Dla przeprowadzenia pneumatycznego pomia¬ ru gladkosci powierzchni w krótkim, praktycz¬ nie realnym czasie ustawiania, specjalnie waz¬ ne znaczenie ma istnienie wyjatkowo malych komór, a równiez cienkich przewodów lacza¬ cych pomiedzy trzema elementami konstruk¬ cyjnymi, dysza górna, dysza pomiarowa i ma¬ nometrem. Uzyskane to zostaje zarówno przez stosowanie rurek o bardzo malej srednicy wewnetrznej (na przyklad rurek do przyrza¬ dów lekarskich), jak i za pomoca specjalnego manometru z membrana, wykonana ze specjal¬ nego elastycznego materialu.Jak wszystko to zostalo w szczególach po¬ myslane, przedstawiaja przyklady wykonania, uwidocznione na rysunku, przy czym fig. 1 przedstawia komparator do pomiaru gladkosci powierzchni pracujacy sposobem wedlug wy¬ nalazku, dzialajacy na zasadzie pneumatycz¬ nej, fig. 2 — kadlub gumowy ze zwulkanizo¬ wana folia, fig. 3 — komparator do pomiaru gladkosci powierzchni ze zdalnym wskazywa¬ niem, fig. 4 — pierscien oporowy do prosto¬ padlego nasadzania dyszy pomiarowej na ba¬ dany przedmiot lub wzorzec, albo element znormalizowany.Przeplywajacy czynnik (na przyklad powie¬ trze) jest utrzymywany pod z góry okreslonym cisnieniem za pomoca regulatora cisnienia 1 i przeplywa nastepnie przez dysze górna 2 z regulowanym otworem do dyszy pomiarowej 3, która zostaje nalozona na przedmiot bada¬ ny 4 lub wzorzec albo element znormalizowa¬ ny. Zmiana otworu dyszy górnej, który ze wzgledu na male ilosci przeplywajacego po¬ wietrza musi byc bardzo maly, odbywa sie za pomoca kulki 5, której odleglosc od otworu dyszy moze byc regulowana za pomoca dzwig¬ ni 6* z przegubem sprezynowym 7 i przez prze¬ suwanie klina 8. Folia dyszy pomiarowej 3 jest przyklejona lub zwulkanizowana z kadlu¬ bem gumowym 9, który jednoczesnie jest zao¬ patrzony w przewód do doprowadzania po¬ wietrza. Nad zwulkanizowana folia kadlub gu¬ mowy w znacznym stopniu zweza sie (fig. 2), aby uniknac wysuwania sie gumy poza folie i w celu szczelnego zamykania szczeliny po¬ miedzy folia a przedmiotem badanym.Wskazania cisnienia panujacego w obszarze pomiedzy dysza górna a dysza pomiarowa uzys¬ kuje sie za pomoca specjalnego manometru, który sklada sie z membrany 10 i mikroczuj- nika 11. Przez zastosowanie cieniutkich rurek (na przyklad rurek lekarskich) jako przewo¬ dów, laczacych dysze górna, dysze pomiarowa i komore za membrana 10, przestrzenie napel¬ nione powietrzem sa bardzo male, tak ze czas potrzebny do ustalania sie wartosci mierzonej lezy w nadajacych sie do przyjecia granicach.Cienka rurka 24 jest wprowadzona do gumo¬ wego kadluba 9 az do miejsca, w którym naste¬ puje jego zwezenie.Inny przyklad wykonany ze zdalnym wska¬ zywaniem jest przedstawiony na fig. 3. Kom¬ parator do badania gladkosci powierzchni skla¬ da sie z dwóch osobnych ukladów, nadajnika i odbiornika. Nadajnik zawiera dysze górna z regulowanym otworem, dysze pomiarowa i dysze cisnieniowa, odbiornik natomiast uksztaltowany jest jako przyrzad wskazujacy.Powietrze o z góry zadanym stalym cisnieniu przeplywa do ukladu pomiarowego z regula¬ tora cisnieniowego 1, i plynie dalej poprzez dysze górna 2 z regulowanym otworem do dyszy pomiarowej 3, która jest nasadzona na przedmiot badany lub wzorzec albo na element znormalizowany 4. Zmiana przekroju otworu dyszy górnej odbywa sie za pomoca kulki 5, sruba nastawcza 13 i sprezyna 12. Cisnienie mierzace, ustalajace sie pomiedzy dysza górna a dysza pomiarowa jest przekazywane przez cienkie rurki 14 do membrany 15. Odchylenie sie elastycznej membrany jest przekazywane na znany pneumatyczny przyrzad wskazujacy 18 poprzez pneumatyczny czujnik 16 i prze¬ wód 17.Pionowe nasadzanie dyszy pomiarowej na przedmiot badany lub na wzorzec albo tez na element znormalizowany jest zapewnione przez teleskopowo uksztaltowany, sprezynujacy piers¬ cien oporowy. Pierscien ten (fig. 4) sklada sie ze zwiazanej z przyrzadem tulei prowadzacej 19, która obejmuje uchwyt 20 dyszy pomiaro¬ wej. Po tulei 19, w kierunku odwrotnym do ucisku sprezyny srubowej 21, przesuwa sie tuleja 22, której podstawa 23 jest wykonana — 3 —z miekkiego materialu (na przyklad z pleksi- glasu). Do badania gladkosci powierzchni bryl plaskich podstawa 23 ma ksztalt walca o plas¬ kiej powierzchni czolowej, natomiast do ba¬ dania gladkosci bryl walcowych jego po¬ wierzchnia czolowa ma ksztalt pryzmy. PL