Способ измерения шероховатости поверхности

 

Изобретение относится к измерительной технике. Цель изобретения - упрощение способа измерения шероховатости образцов из пьезокерамического материала , повышение его чувствительности и снижение себестоимости. Этот способ заключается в том, что образец подвергают внешнему воздействию в виде механического усилия, создаваемому путем зажатия образца между двумя металлическими поршнями . Далее измеряют сигнал - реакцию исследуемого образца на это воздействие, в качестве которого используют возникающий на обеих поверхностях под действием пьезоэффекта электрический сигнал. Формирование контрольного сигнала осуществляют на том же образце при использовании прокладок из мягкого токопроводящего упругого материала, которые размещают между поршнями и образцом с обеих его сторон. Контрольный сигнал сравнивают с измеренным и по результату сравнения определяют величину шероховатости. lЈ iVra

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (19) (11) (51)5 G 01 В 7/34

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

C) () Ф (21) 4887764/28 (22) 04.12.90 (46) 23.10.92. Бюл. ЛЬ 39 (71) Н аучно-исследо вател ьский институт

"Элпа" и Запорожский машиностроительный институт им, В.Я.Чубаря (72) В.Н,Зинченко, И.Ю.Криков, С.П.Лущин, В, К.Семенов и B.È.ÐèBêèí (56) 1. Авторское свидетельство СССР

N. 1019232, кл. G 01 В 7/34, 1980, 2. Васильев А.С. Основы материлогии и технические измерения. — M,: Машиностроение, 1988, с. 172. (54) СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ ШЕРОХОВАТОСТИ ПОВЕРХНОСТИ (57) Изобретение относится к измерительной технике. Цель изобретения — упрощение способа измерения шероховатости образцов из пьезокерамического материаИзобретение относится к измерительной технике и может быть использовано в области пьезотехники, Известен способ измерения шероховатости поверхности /1/, заключающийся в том, что на измеряемой и эталонной поверхностях образуют электрические конденсаторы путем последовательного нанесения нижнего электропроводящего, диэлектрического и верхнего электропроводящего слоев, повторяющих микропрофиль этих поверхностей и имеющих у обоих конденсаторов одинаковые габаритные размеры, затем измеряют их емкость и по результату сравнения определяют степень шероховатости поверхности. Однако, этот способ измерения шероховатости поверхности очень ла, повышение его чувствительности и снижение себестоимости. Этот способ заключается в том, что образец подвергают внешнему воздействию в виде механического усилия, создаваемому путем зажатия образца между двумя металлическими поршнями. Далее измеряют сигнал — реакцию исследуемого образца на это воздействие, в качестве которого используют возникающий на обеих поверхностях под действием пьезоэффекта электрический сигнал. Формирование контрольного сигнала осуществляют на том же образце при использовании прокладок из мягкого токопроводящего упругого материала, которые размещают между поршнями и образцом с обеих его сторон.

Контрольный сигнал сравнивают с измеоенным и по результату сравнения определяют величину шероховатости. сложный, так как требует на поверхности формирования специальных конденсаторов с одинаковыми габаритными размерами.

Известен также способ измерения шероховатости поверхности образца исследуемого материала /2/, основанный на подаче на него внешнего воздействия в виде света, сравнении сигнала-реакции образца в виде отраженного света с контрольным сигналом, формируемым путем подачи такого же внешнего воздействия видимым светом на набор контрольных образцов с заданными шероховатостями и выделении сигнала-реакции контрольных образцов в виде отраженного света, который и принимают за контрольный, и по равенству уровней отраженного света от исследуемого образца и

1770734 одного из контрольных приписывают образцу шероховатость контрольного.

Однако материалы контрольных и исследуемых образцов должны обладать одинаковыми свойствами, чтобы при одинаковых шероховатостях получить одинаковый уровень отраженного света. Создание такого условия ведет к усложнению процесса измерения, повышению его себестоимости, Целью изобретения является упрощение процесса измерения. снижение его себестоимости и увеличение чувствительности, Поставленная цель достигается тем, что в способе измерения шероховатости поверхности образец подвергают внешнему воздействию, измеряют сигнал-реакцию исследуемого образца на это воздействие, формируют контрольный сигнал, сравнивают с ним измеренный и по результату сравнения определяют величину шероховатости. Способ отличается тем, что внешнее воздействие осущестляют в виде механического усилия путем зажатия образца между двумя металлическими поршнями с заданным усилием, в качестве сигнала-реакции используют возникающий на обеих поверхностях под действием пьезоэффекта электрический сигнал, а формирование контрольного сигнала осуществляют тем же путем на том же образце посредством использования прокладок из мягкого токопроводящего упругого материала, которые размещают между поршнями и образцом с обеих его сторон, Последовательность формирования этих электрических сигналов может быть произвольной.

Физическая сущность предлагаемого способа заключается в следующем. При деформации пьезоэлектрического образца на его поверхностях возникает электрический заряд вследствие прямого пьезоэффекта, причем измеряемым является заряд, образующийся в приповерхностном слое. Условия его образования, как и условия его снятия для измерения, в этом случае находятся в сильной зависимости от профиля приповерхностного слоя, в частности от его шероховатости, неплоскостности и неплоскопараллельности. Так, например, при измерении пьезомодуля d» статическим методом на безэлектродных пьезокерамических заготовках, их подвергают механическому нагружению с заданным усилием с помощью стальных поршней-электродов. ,В ходе нагружения поверхность поршней приводится в механический контакт с поверхностью заготовки. Однако, контакт

40 й,5

1,0

5) этот осуществляется лишь по выступающим областям профиля приповерхностного слоя, оставляя воздушные зазоры в остальных областях профиля. Механическое напряжение в различных участках профиля в этом случае будет различным и, следовательно, заряд будет так же различным вплоть до смены знака. На его величину на каждом участке профиля сказывается также анизотропия свойств заготовки. При снятии суммарного заряда с электродов-поршней вклад в его величину будет различным от разных участков профиля, в частности, воздушные зазоры на отдельных участках не позволяют снять полностью заряды с этих участков.

Величина снятых участков зарядов будет зависеть от соотношения величины воздушных зарядов и толщины (высоты) заготовок (как соотношение эквивалентных емкостей).

Следовательно, при измерении d33 путем снятия заряда с поверхности пьезокерамической заготовки при ее механическом нагружонии с помощью стальных поршнейэлектрсдов, измеряемая величина будет зависеть, в частности, от шероховатости ее поверхности.

По соотношению сигналов d33/d33 где

l II

d33 — величина d33, полученная при испольl зовании стальных поршней-электродов, а

d33 — с использованием прокладок из мягкоП го токопроводя щего упругого материала, судят о шероховатости поверхности.

Использование данного способа определения шероховатости поверхности пьезоэлектрических образцов обеспечивает упрощение и снижение себестоимости процесса измерения за счет использования дополнительной информации, получаемой npv измерении пьезомодуля d» в ходе изготовления изделий пьезотехники.

Кроме того повышается производительность способа контроля при интегральноР оценки шероховатости, поскольку отпадав необходимость в осуществлении оценки ло. кальных шероховатостей с последующим усреднением полученных оценок по все поверхности по некоторому критерию, также расширяются аналитические возмож. ности данного способа за счет использова. ния различных материалов (сталь, графит проводящая резина и др.) для электродов поршней, распространения его на динами ческий и статический методы ( использованием пьезоэлектрических об разцов с собственными электродами, пол учаемыми различными путями (вжиганием напылением, осаждением серебра, никеля меди и др,).

1770734

Использование материала типа резины в прокладках дает возможность увеличить эффективную пьезоактивность пьезоэлементов как с электродами, так и без электродов и распространить этот эффект на другие изделия пьезотехники.

Составитель В. Зинченко

Техред M.Ìîðãåíòàë Корректор А. Ворович

Редактор Т. Орлова

Заказ 3731 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101

Формула изобретения

Способ измерения шероховатости поверхности образца, заключающийся в том, что образец подвергают внешнему воздействию, измеряют сигнал-реакцию исследуемого образца на это воздействие, формируют контрольный сигнал, сравнивают с ним измеренный и по результату сравнения определяют величину шероховатости, отличающийся тем, что, с целью упрощения способа при измерении образца из пьезоэлектрического материала, повышения чувствительности и снижения себестоимости, внешнее воздействие

5 осуществляют в виде механического усилия путем зажатия образца между двумя металлическими поршнями с заданным усилием, в качестве сигнала-реакции используют возникающий на обеих поверхностях поддей10 ствием пьезоэффекта электрический сигнал, а формирование контрольного сигнала осуществляют тем же путем на том же образце посредством использования прокладок из мягкого токопроводящего упру15 гого материала, которые размещают между поршнями и образцом с обеих его сторон.