VDI VDE 2602 Blatt 2-2008 Roughness measurement - Roughness measurement using contact (stylus) instruments - Profile method - Setup measurement conditions procedure.pdf

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1、VEREIN DEUTSCHERINGENIEUREVERBAND DER ELEKTROTECHNIK ELEKTRONIK INFORMATIONS-TECHNIKOberflchenprfung Rauheitsmessung mit Tastschnittgerten Tastschnittverfahren Aufbau, Messbedingungen, Durchfhrung Inspection of surfaces Roughness measurement using contact (stylus) instruments Profile method Set-up,

2、measurement conditions, procedure VDI/VDE 2602Blatt 2 / Part 2Ausg. deutsch/englischIssue German/EnglishVDI/VDE-Gesellschaft Mess- und Automatisierungstechnik (GMA)Fachausschuss Oberflchenmesstechnik VDI/VDE-Handbuch Mess- und Automatisierungstechnik Band 2: Fertigungstechnisches Messen VDI-Handbuch

3、 Betriebstechnik Teil 2: Fertigungsverfahren VDI/VDE Handbuch Mikro- und Feinwerktechnik VDI/VDE-RICHTLINIENZu beziehen durch / Available at Beuth VerlagGmbH,10772BerlinAlleRechtevorbehalten/AllrightsreservedVereinDeutscherIngenieuree.V.,Dsseldorf2008Vervielfltigung auch fr innerbetriebliche Zwecke

4、nicht gestattet / Reproduction even for internal use not permittedICS 17.040.20, 19.060 Oktober 2008October 2008Frhere Ausgabe: 09.07Entwurf,deutschFormer edition: 09/07 Draft, in German only Die deutsche Version dieser Richtlinie ist verbindlich. The German version of this guideline shall be taken

5、as authorita-tive. No guarantee can be given with respect to the English trans-lation. Inhalt SeiteVorbemerkung. . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2Einleitung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21 Anwendungsbereich . . . . . . . . . . . . . 22 Formelzeichen . . . . . . . . . . . . . . . . .

6、 23 Grundlagen . . . . . . . . . . . . . . . . . . 33.1 Tastschnittverfahren . . . . . . . . . . . . 43.2 Profilfilter . . . . . . . . . . . . . . . . . 124 Messbedingungen . . . . . . . . . . . . . . . 184.1 Messort und Messrichtung . . . . . . . . 184.2 Wahl der Grenzwellenlnge und Messstrecke . .

7、 . . . . . . . . . . . . . . 204.3 s-Filter (Tiefpassfilter) . . . . . . . . . . 254.4 Wahl der Tastspitze . . . . . . . . . . . . 264.5 Vertikaler Messbereich . . . . . . . . . . 274.6 Auswahlkriterien zur Anwendung linearer und robuster Profilfilter. . . . . . 285 Bewertung des Ergebnisses . . . .

8、 . . . . . 295.1 16 %-Regel . . . . . . . . . . . . . . . . 295.2 Hchstwert-Regel (max-Regel) . . . . . . 30Schrifttum . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31Contents PagePreliminary note . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21Scope. . . . .

9、. . . . . . . . . . . . . . . . . 22Symbols . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23 Fundamentals . . . . . . . . . . . . . . . . . 33.1 Profile method . . . . . . . . . . . . . . . 43.2 Profile filter . . . . . . . . . . . . . . . 124 Measurement conditions. . . . . . . . . . . 184.1 Location and

10、 direction of measurement . 184.2 Selection of cutoff wavelength and evaluation length . . . . . . . . . . . . . 204.3 s filter (low-pass filter) . . . . . . . . . 254.4 Selection of stylus tip . . . . . . . . . . 264.5 Vertical measurement range . . . . . . . 274.6 Selection criteria for linear and

11、 robust profile filters . . . . . . . . . . . . . . . 285 Evaluation of results . . . . . . . . . . . . . 295.1 16 % rule . . . . . . . . . . . . . . . . . 295.2 Maximum value rule (max rule) . . . . . 30Bibliography . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31B55EB1B3E14C22109E918E8EA43EDB30F09DCCB7EF8

12、6D9NormCD - Stand 2012-08Alle Rechte vorbehalten Verein Deutscher Ingenieure e.V., Dsseldorf 2008 2 VDI/VDE 2602 Blatt 2 / Part 2VorbemerkungDer Inhalt dieser Richtlinie ist entstanden unter Be-achtung der Vorgaben und Empfehlungen der Richt-linie VDI 1000.Alle Rechte, insbesondere die des Nachdruck

13、s, derFotokopie, der elektronischen Verwendung und derbersetzung, jeweils auszugsweise oder vollstndig,sind vorbehalten.Die Nutzung dieser VDI-Richtlinie ist unter Wahrungdes Urheberrechts und unter Beachtung der Lizenz-bedingungen (www.vdi-richtlinien.de), die in denVDI-Merkblttern geregelt sind, m

14、glich.EinleitungDie Richtlinienreihe VDI/VDE 2602 besteht aus fol-genden Teilen:Blatt 1 Kenngren und deren Anwendung (in Vor-bereitung) Blatt 2 Tastschnittverfahren; Aufbau, Messbedingun-gen, DurchfhrungBlatt 3 Oberflchenbeschaffenheit; Angabe in tech-nischer Produktdokumentation (in Vorberei-tung)

15、Blatt 4 Kalibrierung, Messunsicherheit (in Vorbe-reitung) Blatt 5 Messprozesseignung (in Vorbereitung) 1 AnwendungsbereichIn dieser Richtlinie wird das Tastschnittverfahrenhinsichtlich gertetechnischer Anforderungen undEigenschaften beschrieben. Dabei wird auf verschie-dene Bauarten und Anwendungsgr

16、enzen eingegan-gen. Die Formmessung ist nicht Bestandteil dieserRichtlinie. Die optische Rauheitsmessung ist in der RichtlinieVDI/VDE 2604 (in Vorbereitung) beschrieben.2 Formelzeichen ffnungswinkel des Oberflchenprofils (Profil-ffnungswinkel) Kegelwinkel der Tastspitzec Grenzwellenlnge des Rauheits

17、hochpassfilterss Grenzwellenlnge des Filters (Tiefpass), das dieerfasste Oberflche gegenber noch kleinerenWellenlngen begrenztf Fehlbetrag bei Antastung einer Oberflche miteiner TastspitzelnMessstrecke Preliminary noteThe content of this guideline has been developed instrict accordance with the requ

18、irements and recom-mendations of the guideline VDI 1000.All rights are reserved, including those of reprinting,reproduction (photocopying, micro copying), storagein data processing systems and translation, either ofthe full text or of extracts.The use of this guideline without infringement of copy-r

19、ight is permitted subject to the licensing conditionsspecified in the VDI notices (www.vdi-richtlinien.de). IntroductionThe series of guidelines VDI/VDE 2602 is composedof the following parts:Part 1 Parameters and their application (in prepara-tion) Part 2 Profile method; Set-up, measurement condi-t

20、ions, performancePart 3 Surface condition; Statement in the technicalproduct documentation (in preparation) Part 4 Calibration, uncertainty of measurement (inpreparation) Part 5 Measuring process capability (in preparation) 1ScopeIn this guideline the profile method is described withregard to instru

21、mental requirements and properties.The different types and limits of application are dealtwith. Form measurement is not covered by thisguideline. The optical roughness measurement is described inguideline VDI/VDE 2604 (in preparation).2 Symbols opening angle of surface profile (profile openingangle)

22、 cone angle of stylus tipc cutoff wavelength of roughness high-pass filters cutoff wavelength of filter (low-pass) delimitingthe covered surface from still smaller wave-lengthsf minus amount when tracing a surface using a sty-lus tiplnsection of measurement B55EB1B3E14C22109E918E8EA43EDB30F09DCCB7EF

23、86D9NormCD - Stand 2012-08All rights reserved Verein Deutscher Ingenieure e.V., Dsseldorf 2008 VDI/VDE 2602 Blatt 2 / Part 2 3 R Rauheitskennwert (a, s, t, z .) k ist genauer zudefinieren, siehe Abschnitt 3.2.5 r Tastspitzenradius3 GrundlagenWird ein Werkstck z.B. mithilfe eines spanabheben-den Bear

24、beitungsverfahrens hergestellt, so werdendie Oberflchen dieses Werkstcks nie die geomet-risch ideale Gestalt haben, sondern mehr oder weni-ger davon abweichen. Diese Abweichungen werdennach DIN 4760 und DIN EN ISO 3274 Gestaltab-weichungen genannt. Die Summe aller Gestaltabwei-chungen kann als eine

25、berlagerung aus vielen Wel-len verschiedener Amplituden, Wellenlngen undPhasenlagen angesehen werden (Bild 1), welchedurch den Fertigungsprozess der Werkstckoberfl-che eingeprgt wird. Die Formabweichung wie dieGeradheitsabweichung ist ein langwelliger Anteil,der z.B. durch Fhrungsfehler der Werkzeug

26、ma-schine entsteht. Die Welligkeit der Anteil mit mittlerenR roughness characteristic valve (a, s, t, z .) k is tobe defined more precisely, see Section 3.2.5 r stylus tip radius3 FundamentalsIf a workpiece is manufactured, for example, bymetal-cutting, the surfaces of this workpiece willnever have

27、the shape which is ideal in geometricalterms but will more or less differ from it. In accord-ance with DIN 4760 and DIN EN ISO 3274, thesedeviations are referred to as form deviations. Thesum of all form deviations can be regarded as a super-position of many waves of different amplitudes,wavelengths

28、 and phase relations (Figure 1) themanufacturing process impresses on the workpiecesurface. Form deviation just as straightness devia-tion is a long-wave component which is caused, forexample, by guiding errors of the machine tool. Wav-iness the fraction with mean wavelengths is pro-duced, for examp

29、le, by vibrations in the machine toolBild 1. Grafische Darstellung eines simulierten Oberflchenpro-fils, das aus den darunter abgebildeten fnf Sinuswellen durchAddieren zusammengesetzt wurde Figure 1. Graphical representation of a simulated surface profilecomposed by addition of the five lower sine

30、waves B55EB1B3E14C22109E918E8EA43EDB30F09DCCB7EF86D9NormCD - Stand 2012-08Alle Rechte vorbehalten Verein Deutscher Ingenieure e.V., Dsseldorf 2008 4 VDI/VDE 2602 Blatt 2 / Part 2Wellenlngen entsteht z.B. durch Schwingungen inder Werkzeugmaschine whrend der Bearbeitung.Die Rauheit der kurzwellige Ant

31、eil entsteht z.B.durch die Form der Werkzeugschneide und durch denVorgang der Spanbildung.An die Rauheit der Oberflche von Maschinenteilenwerden Anforderungen gestellt, die die Funktionsf-higkeit sicherstellen sollen. Fr die Bestimmung derRauheit einer Oberflche stehen verschiedene Mess-gerte und Ve

32、rfahren zur Verfgung. In der industriellenFertigung werden zur Rauheitsmessung berwiegendMessgerte eingesetzt, denen das Tastschnittverfah-ren zugrunde liegt.3.1 TastschnittverfahrenBei der Rauheitsmessung mit Tastschnittgerten wirdeine Tastnadel mit Diamantspitze (Bild 2 und Bild 3)ber die zu prfen

33、de Oberflche mit nahezu konstan-ter Geschwindigkeit gefhrt (Bild 4). Die Bewe-gung der Tastnadel, die sich nahezu senkrecht zurTaststrecke infolge der Oberflchengestalt und derVorschubbewegung ergibt, wird in einem Messum-former in ein sich kontinuierlich nderndes elektri-sches Signal umgewandelt un

34、d in einem Messver-strker verstrkt.Dieses Signal wird digitalisiert, die Nennform besei-tigt, mit dem Profilfilter s (DIN EN ISO 3274) ge-filtert (optional abschaltbar, siehe Abschnitt 4.3) undals Primrprofil (P-Profil) gespeichert. Auf dasP-Profil werden gegebenenfalls weitere Filter ange-wendet un

35、d Kennwerte berechnet.Ein besonderer Vorteil des Verfahrens ist, dass dasOberflchenprofil ber eine verhltnismig langeMessstrecke mit hoher Auflsung erfasst und digitalgespeichert wird. Messstrecken und Messbereichesind in weiten Bereichen whlbar und knnen damitunterschiedlichen Oberflchengegebenheit

36、en ange-passt werden.In den folgenden Abschnitten werden die einzelnenGlieder der Messkette von der Tastspitze bis zurMesswertanzeige nher beschrieben.3.1.1 TastspitzeDie Oberflche wird durch eine Diamantspitze ab-getastet. Die Form der Tastspitze ist ein Kegel miteinem Kegelwinkel von 90 oder 60. D

37、ie Spitzebesitzt einen Radius von 2 m, 5 m oder 10 m(DIN EN ISO 3274). Die statische Messkraft fr dieMittellage der Tastspitze soll ca. 0,8 mN nicht ber-schreiten.Tastspitzenradius r, Kegelwinkel , Messkraft, Vor-schubgeschwindigkeit des Tasters sowie Hrte undGestalt der zu prfenden Oberflche mssen

38、sinnvollduring processing. Roughness the short-wave frac-tion can be due, among other things, to the shape ofthe tool edge and to the chip formation process. The roughness of machine part surfaces must meetspecific requirements to ensure functionality. For thedetermination of the roughness of a surf

39、ace, differentmeasuring devices and procedures are available. Inindustrial manufacture, the measuring devices pre-dominantly used for roughness measurements workon the profile method. 3.1 Profile methodFor roughness measurement using stylus instru-ments, a stylus tip with diamond tip (Figure 2 andFi

40、gure 3) moves at almost constant speed over thesurface to be tested (Figure 4). The movement ofthe stylus tip which results almost vertical to the tra-versing length due to the surface contour and the feedmotion is converted in a measuring transformer into acontinuously varying electrical signal and

41、 amplifiedin a measuring amplifier. This signal is digitized, the nominal form is eliminated,filtered with the profile filter s (DIN EN ISO 3274)(which can optionally be switched off, cf. Sec-tion 4.3) and stored as primary profile (P-profile). Ifneed be, further filters are applied to the P-profile

42、,and parameters are calculated.It is a particular advantage of this procedure that thesurface profile is determined with high resolutionover a relatively long evaluation length and is digit-ally stored. Evaluation lengths and measurementranges can be selected in wide ranges and can there-fore be adj

43、usted to different surface conditions. In the following sections, the individual links of themeasuring chain from stylus tip to indication of themeasurement value will be described in detail.3.1.1 Stylus tipThe surface is scanned with a diamond tip. The shapeof the stylus tip is conical, with an inc

44、luded angle of90 or 60. The tip has a radius of 2 m, 5 m or10 m (DIN EN ISO 3274). The static measuringforce for the mid-position of the stylus tip shall notexceed approx. 0,8 mN. Stylus tip radius r, cone angle , measurement force,pick-up speed as well as hardness and form of the sur-face to be tes

45、ted must be practically adjusted to eachB55EB1B3E14C22109E918E8EA43EDB30F09DCCB7EF86D9NormCD - Stand 2012-08All rights reserved Verein Deutscher Ingenieure e.V., Dsseldorf 2008 VDI/VDE 2602 Blatt 2 / Part 2 5 Bild 2. Diamanttastspitze auf einer Oberflche Figure 2. Diamond tip on a surface Bild 3. De

46、taildarstellung der Tastspitze Figure 3. Detailed representation of stylus tip Bild 4. Prinzipieller Aufbau eines Tastschnittgerts Figure 4. Basic set-up of stylus instrument B55EB1B3E14C22109E918E8EA43EDB30F09DCCB7EF86D9NormCD - Stand 2012-08Alle Rechte vorbehalten Verein Deutscher Ingenieure e.V.,

47、 Dsseldorf 2008 6 VDI/VDE 2602 Blatt 2 / Part 2aufeinander abgestimmt sein, um die Oberflchenge-stalt mglichst exakt abzubilden. Die Tastspitze sollalle wesentlichen Gestaltabweichungen in stndigemKontakt mit der Oberflche erfassen, ohne diese zubeschdigen. Diese Anforderungen knnen nur durchKomprom

48、isse gelst werden.Der Tastspitzenradius wirkt als mechanisches Filterund begrenzt damit den erfassbaren Teil der Rauheit(Bild 5). Mit kleineren Tastspitzenradien lassen sichfeinere Oberflchendetails erkennen. Die maximalzulssigen Spitzenradien sind in DIN EN ISO 3274festgelegt (siehe Tabelle 4, Absc

49、hnitt 4.3). other to image the surface contour as exactly as pos-sible. The stylus tip shall detect all essential form de-viations in permanent contact with the surface with-out causing damage to it. These requirements can becomplied with only by finding compromises. The stylus tip radius acts as a mechanical filter andthus limits the detectable fraction of the roughness(Figure 5). Smaller stylu