بخشی از مقاله
طراحی و ساخت دستگاه اندازه گیری زبری سطح بر اساس مدل سوزنی
چکیده:
در میان روشهای اندازه گیری زبری سطح روش سوزنی از همه دقیقترومورد اطمینان بیشتری است.از آنجایی که نمونه ایرانی این دستگاه موجود نمیباشد در این مقاله نحوه طراحی و ساخت یک نمونه آزمایشگاهی از آن برای استفاده در آزمایشگاه اندازۀگیری ارایه شده است. اندازه های گرفته شده با زباین وسیله با اندازه های گرفته شده از یک دستگاه ری سنج دیگر نیز است مقایسه شده.نشان داده شده است که اندازه های بدست آمده در دامنه قابل قبولی قرار داشتند. مزیت اصلی این دستگاه طراحی بسیار ساده آن و قیمت بسیار کم آن میباشد. نرم افزاری که برای پردازش دادۀها استفاده شده نمودار گرافیکی زبری را همزمان با اندازۀگیری رسمنقطمی کند و پست ترین ((Rv،بلندترینبلندتارتفاع((Rp اختلاف بین پست ترین و رین ارتفاع((Rt و مقدار متوسط زبری (Ra) را نیز حساب می کند و در صورت نیاز جذر میانگین مربعات((Rq و ارتفاع میانگین پنج نقطه (Rz)را نیز میتوان به آن اضافه کرد،نم همچنین قابلیت ایش سه بعدی پروفیل سطح را نیز دارا میباشد.
واﮊههای کلیدی: اندازه گیری- زبری سطح- بافت سطح-روش سوزنی
۱- مقدمه
خرابی((failure به علت فرسودگی( (fatigueهمیشه در گوشه های تیز در قطعات رخ می دهد ، یعنی جاییکه تمرکز تنش اتفاق می افتد. ریشه( (rootبی نظمیهای هر سطح مانند یک گوشه تیز عمل میکند و این قسمتها زودتر خراب می شوند. همچنین نشان داده شده است که ناهمواری سطح در سطوح غیرکاری نیز اتفاق می افتد بنابراین به منظور افزایش عمر هر بخش که در معرض تنشهای معکوس تکراری قرار می گیرد سطوح کاری و غیرکاری آن باید سطح نهایی خوبی داشته باشند.]١[ رفتار خوب یاتاقانها زمانی بدست می آید که سطح مقدار زیادی ناهمواری و نامنظمی(نقاط برجسته و فرورفته) داشته باشد.
اگر سطح کاملاﹰ صاف باشد به علت کم باقی ماندن لایه روغن، ربایش اتفاق خواهد افتاد. بالا آمدگی در سطح ناهموار ، ارتباط فلز با فلز را کاهش می دهد و فرورفتگیها به نگهداری لایه روغن کمک می کنند. سرعت سایش با مساحت سطح مرتبط بوده و نیز با میزان بار به ازاﺀ هر واحد حجم متناسب است. مشاهده می شود که سطوح کاری مختلف، به زبری های گوناگونی نیاز دارند. بنابراین ارزیابی بافت سطح به طور کلی ضروری است که روشهایی برای دستیابی به این هدف توصیه شده است.]۱[ در میان روشهای اندازه گیری زبری سطح دو روش از بقیه متداولتر میباشند.این دو روش عبارتند از : روشهای نوری و روشهائی موسوم به روش سوزنی. روشهای نوری بخاطر سرعت زیاد و همچنین استفاده از این روش در اندازه گیری حین فرایند کاربردهای زیادی پیدا کرده اند]۲.[اما این روش ها معایبی چون دقت پایین و قابلیت اطمینان پایین را نیز دارا میباشد.اما روشهای سوزنی دارای دقت بسیار بالا و همچنین قابلیت اطمینان بالا میباشند]۳.[در این مقاله نحوه طراحی و ساخت یک نمونه از دستگاه اندازه گیری سطح موسوم به مدل سوزنی ارایه خواهد شد.
۲- طراحی دستگاه
شکل(۱) نمای شماتیک از دستگاه طراحی شده را نشان می دهد که بترتیب عبارتند از: ۱- سوزن اندازه گیری ۲- پیکاﭖ ۳- تقویت کننده ۴- مبدل آنالوگ به دیجیتال ۵- قسمت پردازش داده ها
شکل ۱- نمای شماتیک ازدستگاه
طرز کار این دستگاه به این گونه است که سوزن اندازه گیری روی سطح حرکت داده می شودو جابجایی آن در جهت محور Z به قسمت پیکاﭖ منتقل می شود . در این قسمت سنسورهائی قرار دارند که جابجائیهای سوزن را به سیگنالهای الکتریکی تبدیل می کنند . این سیگنالهای بسیار ضعیف دارای نویز می باشند . برای تقویت آنها وتق همچنین از بین بردن نویز از ویت کننده ها استفاده شده است.در مرحله بعد از یک مبدل آنالوگ به دیجیتال استفاده شد که این مبدل سیگنالهای آنالوگ را به دیجیتال تبدیل می کند.در قسمت آخر از یک دستگاه کامپیوتر استفاده شد که با برنامه ای که به زبان دلفی نوشته شده سیگنالهائی را که از مبدل می گیرد تجزیه و تحلیل می کند.
۲-۱ سوزن اندازه گیری
امروزه این سوزنها به دو شکل مخروطی و هرمی برای انداز ةگیری زبری سطح استفاده میشوند. نیروئیکه سوزن روی سطح اعمال میکند با توجه به نوع و شکل آن تعیین میشود و باید طوری باشد که تماس همیشگی بین سوزن و سطح برقرار باشد . البته مقدار آن نیز بسیار کوچک است چ را که اگر مقدار این نیرو زیاد باشد باع ث ایجاد شکاف یا خراشیدگی ویا حتی تغییر شکل روی سطح میشود.در انتخاب شعاع نوک سوزن نیز باید دقت شود, چرا که اگر شعاع نوک سوزن بزرگ باشد ممکن است همه پستی بلندیها را لمس نکند و اگر خیلی کوچک باشد باعث آسیب رساندن به سطح میشود.این سوزنها استاندارد شده و مشخصات سوزن مخروطی انتخاب شده آورده شده است.
مشخصات سوزن استفاده شده:
نوع سوزن:مخروطی
زاویه راس مخروط: ۰۶ درجه
شعاع نوک سوزن: ۱۵میکرون شکل ۲- لمس نشدن تمام نقاط توسط نوک ابزار
همانطور که در شکل (۲) نشان داده شده اندازه شعاع مخروط در دقت اندازه گیری تاثییر دارد، هر چه شعاع بزرگتر شود خطا نیز بیشتر میشود و ابزار تمام فرورفتگیها را لمس نمیکند.
۲-۲- مبدل
عملکرد پیکاﭖ یا مبدل این است که حرکات عمودی ایجاد شده بوسیله سوزن را که روی سطح حرکت می کند، به سیگنالهای الکتریکی متناسب با اندازه حرکت تبدیل نماید.سیگنالهای تولید شده باید بزرگنمائی شوند تا قابل روئیت ومحاسبه باشند.
در طراحی انجام شده برای پیکاﭖ، دو قسمت برای بزرگنمائی در نظر گرفته شده است که عبارتند از: ۱- بزرگنمائی مکانیکی ۲- بزرگنمائی الکتریکی
۲-۲-۱- بزرگنمائی مکانیکی
در طراحی انجام شده برای قسمت مکانیکی از یک بزرگنمائی ۱:۴ استفاده شده است.مقدار این بزرگنمائی به خاطر ابعاد کلی دستگاه وقابلیت حمل و نقل آسان انتخاب شده است.
قسمت مکانیکی شامل یک بازو است که روی یک تکیه گاه گوه ای قرار دارد . این بازو به نحوی مقید شده است که فقط در جهت z می تواند حرکت داشته باشد. یک انتهای بازو به سوزن متصل شده است وسمت دیگر آن به سنسور الکتریکی وصل شده است. این بازو حرکات سوزن را با بزرگنمایی۴ به قسمت الکتریکی انتقال میدهداز. دو بازوی ارتجاعی برای اعمال نیرو بر روی سطح و برگشت به حالت اولیه استفاده شده است. برای جلوگیری از نوسانات از یک دمپر مغناطیسی استفاده شده است.برای آنکه فقط زبری سطح اندازه گیری شود از skid استفاده شده است، که روی یک سطح مرجع حرکت میکند.
در شکل(۳) نمای شماتیکی دستگاه آورده شده است.
شکل ۳- نمای شماتیکی دستگاه زبری سنج
۲-۲-۲- بزرگنمایی الکتریکی
در این قسمت از یک سنسور الکتریکی به نام١LVDT استفاده شده است. LVDT از یک هسته آهنی که داخل سیم پیچ حرکت می کند درست شده است. سیم پیچ نیز از دو قسمت تشکیل شده است : سیم پیچ اولیه که به منبع AC وصل می شود . و سیم پیچ ثانویه که از دوپولاقسمت سیم پیچ با ریته منفی تشکیل شده است. حرکت هسته آهنی در داخل سیم پیچ باعث ایجاد ولتا ﮊ القائی در داخلان سیم پیچ ث ویه می شود این ولتاﮊ خروجتقی به یک ویت کننده متصل می شود و بعد قابل اندازةگیری می شود.شکل(۴-۱ )و(۴-۲) نمائی از سیم پیچ و هسته داخل LVDT و نحوه عملکرد آن را نشان میدهد .
