Māris Kumermanis

Investigation Into the Accuracy of 3D Surface Roughness Characteristics

Abstract The existing standards for surface roughness cover only two dimensions, while in reality this is three-dimensional (3D). In particular, the 3D surface roughness parameters are important for solving the contact surface mechanics problems as related to the accuracy of 3D surface roughness characteristics. One of the most important factors for determination of 3D characteristics is the number of data points (NDP) on the x- and y-axes (i.e. in cut-off length). The NDP has a profound effect on the accuracy of measurement results, measuring time and volume of the output data (especially along the y-axis, where the NDP is identical to the number of parallel profiles). At a too small NDP the results will be incorrect and with too broad scatter, while a too large NDP - though not enlarging the range of basic information - considerably increases the measuring time. Therefore, the aim of the work was to find the optimal NDP for such surface processing methods as grinding, spark erosion and shot methods of surface treatment. Kopsavilkums Eksistējošie virsmas raupjuma standarti apskata virsmas raupjumu tikai divās dimensijās. Tomēr reālais virsmas raupjums pēc savas dabas ir trīsdimensiju (3D) objekts. Līdz ar to virsmas raupjums ir jāraksturo ar 3D parametriem. Un no šo parametru noteikšanas precizitātes ir atkarīgi tālākie virsmas aprēķini, piemēram, virsmu kontaktēšanās process. Viens no svarīgākajiem faktoriem, raksturojot virsmas raupjumu 3D, pielietojot kontakta tipa mēriekārtas, ir datu punktu skaits pa abām mērīšanas asīm x un y. Ar datu punktu skaitu mēs saprotam to skaitu mērīšanas bāzes garumā. Datu punktu skaits būtiski ietekmē sagaidāmo mērījumu rezultātu precizitāti, mērīšanai nepieciešamo laiku un izejas datu faila izmērus (sevišķi y-ass virzienā, kur katrs datu punkts ir paralēls profils). Datu punktu skaitam ir jābūt optimālam. Pārāk mazs punktu skaits noved pie neprecīziem rezultātiem un lielas to izkliedes, savukārt pārāk liels punktu skaits nedod būtisku informācijas pieaugumu, bet palielina mērījumam nepieciešamo laiku. Līdz ar to, mums ir jāatrod optimālākais datu punktu skaits katrai virsmas apstrādes metodei vai to grupai.

Determination of 3D Surface Roughness Parameters by Cross-Section Method

Abstract Currently, in the production engineering the surface roughness parameters are estimated in three dimensions, however, the equipment for these measurements is rather expensive and not always available. In many cases to buy such equipment is not economically justified. Therefore, the 3D surface roughness parameters are usually determined from the well-known 2D profile ones using the existing 2D equipment. This could be done best using the cross-section (or profile) method, especially in the case of nanoroughness estimation, with calculation of the mean values for the roughness height, spacing, and shape. This method - though mainly meant for irregular rough surfaces - can also be used for other types of rough surfaces. Particular emphasis is here given to the correlation between the surface cross-section (profile) parameters and 3D parameters as well as to the choice of the number of cross-cuttings and their orientation on the surface. Kopsavilkums Mūsdienu ražošanā ir nepieciešams novērtēt virsmas raupjuma parametrus trijās dimensijās, tomēr, aprīkojums šādu mērījumu veikšanai ir ļoti dārgs un ne vienmēr pieejams. Tādēļ bieži rodas nepieciešamība noteikt 3D virsmas raupjuma parametrus pēc labi zināmajiem profila (2D) parametriem, izmantojot eksistējošo 2D mērīšanas aprīkojumu. Labākais risinājums šai problēmai ir izmantot 3D raupjuma parametru noteikšanai šķēlumu jeb profilu metodi. Metode uzrāda labus rezultātus arī novērtējot nanoraupjumu. Iespējams aprēķināt sekojošu virsmas raupjuma mikrotopogrāfisko parametru vidējās vērtības: raupjuma augstumu; soļu parametrus un formu. Metode ir paredzēta izmantošanai virsmām ar neregulāru raksturu, bet var tikt pielāgota arī citu tipu virsmām.