Application experience of the device for measuring surface roughness MarSurf XR 20 in the educational process

Full Text

Кафедра «Стандартизация, метрология и сертификация» Университета машиностроения [1] ведет подготовку бакалавров и магистров по ряду направлений, среди которых - 221700.62 «Стандартизация и метрология». В стандарте на это направление [2] изложены требования к профессиональным компетенциям выпускников в области освоения современных средств измерения и программных продуктов. Для формирования советующих компетенций кафедрой, в рамках Программы стратегического развития [3], закуплена измерительная установка MarSurf XR 20 [4] и подготовлены лабораторные работы по оценке шероховатости поверхности деталей, обработанных различными методами. Упомянутый прибор представляет собой контактное устройство для измерений параметров шероховатости поверхности (рисунок 1). На гранитной плите смонтирована массивная колонна с высокоточными направляющими, на которой крепится привод с установленным в нем датчиком. Деталь крепится на специальном столике или непосредственно на плите. Компьютер подключен к датчику, приводам и элементам управления перемещениями. Управление всеми автоматизированными перемещениями осуществляется при помощи меню на экране монитора с «подсказками» и мышки. Рисунок 1. Система MarSurf XR 20 Действие прибора основано на принципе ощупывания неровностей исследуемой поверхности алмазной иглой (щупом) и преобразования возникающих при этом механических колебаний щупа в изменения напряжения, пропорциональные этим колебаниям, которые усиливаются и преобразуются в микропроцессоре. Результаты измерений выводятся на монитор компьютера для выполнения дальнейших расчетов. Измерительный преобразователь прибора представляет собой индуктивный датчик. Для расширения области использования прибор снабжен набором щупов, которые различаются размером и формой удлинителя, что позволяет измерять шероховатость в отверстиях диаметром от 3 мм, в канавках, на профилях зубчатых колес. Основные технические характеристики системы MarSurf XR20 представлены в таблице 1. Таблица 1 Основные технические характеристики системы MarSurf XR20 Измеряемые параметры шероховатости 65 параметров для R, P и W профилей, установка допусков и статистика Диапазон измерений, мкм От ±25 до ±2500 в зависимости от типа датчика Разрешение профиля, нм 0,5 на диапазоне ±25 мкм; 5 на диапазоне ±250 мкм; 50 на диапазоне ±2500 мкм Отсечка шага , мм 0,025; 0,08; 0,25; 0,8; 2,5; 8 Отсечка шага , мкм 2,5; 8; 25 Длина оценки, мм 0,56; 1,75; 5,6; 17,5; 56 Число базовых длин в длине оценки От 1 до 50 (стандартное 5) Радиус щупа, мкм 5 Тип фильтра 2RC-75%, 2RC-FC, Гауссов - 50%, специальный по ИСО 13565-1 Измерительное усилие, мН 0,7 Предел допускаемой основной систематической погрешности, % 5 Питание, В 220±10 Масса, кг 160 со стойкой ST 500 Диапазон рабочих температур, оС 5-35 Предлагаемые лабораторные работы предусматривают активное применение программы MarWin: она используется для написания измерительного алгоритма, выполнения измерений и обработки измерительной информации с последующим представлением результатов в удобной форме. Основные шаги создания измерительного алгоритма следующие: 1) во вкладке «Параметры» поверхности выбрать параметры шероховатости и волнистости, по которым будет проводиться оценка, а также настроить фильтры. Кроме того, в упомянутой вкладке необходимо задать значения допусков на выбранные параметры; 2) во вкладке «Экспортировать» настроить параметры сохранения полученных результатов измерения: отключить сохранение ошибок экспорта результатов, отключить автоматический экспорт профиля и результатов, включить автоматический экспорт записи измерения в формате PDF. В графе «Экспортировать файл» задать его имя. При этом путь сохранения файлов выглядит следующим образом - С:/Mahr/Users/Administrator/Export; 3) перейти в меню «Помощник измерения», в главном окне которого указать общие настройки измерения (значение контактной скорости, скорости линейного позиционирования и др.), а также в «Сведениях о профиле» внести справочную информацию (название детали, имя контролера и др.); 4) в меню «Помощник измерения» в разделе «Измерение» назначить длину трассирования, скорость измерения и интервал измерения. При необходимости включить и выбрать число многократных измерений из предлагаемого ряда (2, 3, 4, 5, 10, 50); 5) запустить процедуру измерения, нажав на кнопку «Начало» в «Помощнике измерения». Таблица 2 Пример вариантов исходной информации для написания измерительного алгоритма в программе MarWin № варианта Параметры алгоритма 1 Оцениваемые параметры шероховатости: Ra Допуски: 0-1 мкм Имя файла экспорта содержит имя контролера, дату, название лаборатории Измерения однократные Скорость измерения: 0.1 мм/с Длина трассирования: 1.75 мм 2 Оцениваемые параметры шероховатости: Ra, Rz Допуски: 0,5-0,75 мкм (для обоих параметров) Имя файла экспорта содержит дату и время Измерения многократные (2 наблюдения) Скорость измерения: 0.1 мм/с Длина трассирования: 17.5 мм Рисунок 2. Схема выполнения лабораторной работы Разработаны варианты лабораторной работы, содержащие необходимую входную информацию для программирования алгоритма по описанной выше последовательности. Характеристики первый двух вариантов представлены в таблице 2. Оценка теоретического уровня подготовленности студента, а также защита выполненной лабораторной работы происходят по схеме, изображенной на рисунке 2. Стоит отметить, что по этой схеме контроль знаний осуществляется в форме компьютерного тестирования в программном обеспечении MyTestX, хорошо себя зарекомендовавшем [5]. Дальнейшие перспективы применения установки в учебном процессе связаны с возможностью программы MarWin представлять результаты измерений (профилограмму) в виде временного ряда данных. Это открывает широкие возможности по применению такого современного метода исследования структур, как фрактальный анализ [6-8], а в частности - R/S-анализ [9-10]. По результатам ряда исследований [6-10], такая численная характеристика, как фрактальная размерность (параметр D), наилучшим образом описывает свойства поверхности, сформированной современными методами обработки (например, полученной размерной электрохимической обработкой [11]). Выводы В заключение можно отметить, что проведение лабораторных занятий с учетом разработанного алгоритма программирования и предложенной схемы позволит студентам овладеть следующими компетенциями [2]: · способностью и готовностью приобретать с большой степенью самостоятельности новые знания, используя современные образовательные и информационные технологии (ОК-4); · способностью применять математический аппарат, необходимый для осуществления профессиональной деятельности (ОК-15); · способностью использовать в социальной жизнедеятельности, в познавательной и в профессиональной деятельности навыки работы с компьютером, работать с информацией в глобальных компьютерных сетях (ОК-16); · умением выполнять работы по метрологическому обеспечению и техническому контролю; использовать современные методы измерений, контроля и управления качеством (ПК-3); · умением проводить изучение и анализ необходимой информации, технических данных, показателей и результатов работы, их обобщение и систематизацию, проводить необходимые расчеты с использованием современных технических средств (ПК-17); · умением проводить эксперименты по заданным методикам с обработкой и анализом результатов, составлять описания проводимых исследований и подготавливать данные для составления научных обзоров и публикаций (ПК-20).

About the authors

O. B Bavykin

Moscow State University of Mechanical Engineering (MAMI)

Email: smis@mami.ru

S. V Plaksin

Moscow State University of Mechanical Engineering (MAMI)

Email: smis@mami.ru

References

Supplementary files