ОБРАБОТКА МЕТАЛЛОВ
ТЕХНОЛОГИЯ • ОБОРУДОВАНИЕ • ИНСТРУМЕНТЫPrint ISSN: 1994-6309 Online ISSN: 2541-819X
Введение. Контроль шероховатости криволинейных поверхностей деталей машин – важнейшая метрологическая задача, определяющая эксплуатационные свойства изделий. Стандартизованный контактный метод вносит систематическую погрешность из-за прямолинейной траектории стилуса и пластического деформирования микронеровностей. Бесконтактные оптические методы исключают механическое воздействие, но их точность снижается на участках с большим локальным углом наклона из-за эффекта затенения. Отсутствие унифицированного подхода к сравнению результатов для криволинейных поверхностей ограничивает возможность ужесточения допусков. Цель работы. Комплексный сравнительный анализ контактной и оптической профилометрии при контроле шероховатости криволинейных поверхностей и разработка математических моделей коррекции систематических погрешностей. Методы исследования. Эксперименты выполнены на образцах из стали 45 и чугуна СЧ20 с радиусами кривизны 2…25 мм и параметром шероховатости Ra = 0,1…12,5 мкм. Контактные измерения проведены профилометром TIME TR200, оптические – на Veeco Wyko NT9100 в режимах вертикальной сканирующей интерферометрии и интерферометрии с фазовым сдвигом. Статистическая обработка включала t-критерий Стьюдента, корреляционный и регрессионный анализ. Результаты работы. Погрешность контактного метода при радиусе 2 мм достигает +27,6 %, при R = 25 мм – не более +1,4 %. Оптический метод устойчив к кривизне, но на участках с кривизной приводит к занижению Ra на 10…15 % из-за теневого эффекта. Для плоских поверхностей (Ra= 0,8…6,3 мкм) значимых различий между методами нет (r = 0,98). Разработаны математические модели для коррекции влияния температуры, загрязнений, ориентации неровностей, вибраций и контактного усилия. Выводы. Предложен алгоритм выбора метода контроля: при радиусе кривизны менее 10 мм рекомендуется оптический метод с геометрической коррекцией; контактный метод при радиусе менее 5 мм неприменим. Полученные модели могут встраиваться в программное обеспечение профилометров для автоматической компенсации погрешностей.
1. Vinogradova A.A., Grichukha M.I., Smirnova E.E. Comparative assessment of documentation referred to surface roughness measurement // Journal of Physics: Conference Series. – 2021. – Vol. 1728. – P. 012025. – DOI: 10.1088/1742-6596/1728/1/012025.
2. ISO 4287:1997. Geometrical Product Specifications (GPS) – Surface texture: Profile method – Terms, definitions and surface texture parameters.
3. ISO 3274:1996. Geometrical Product Specifications (GPS) – Surface texture: Profile method – Nominal characteristics of contact (stylus) instruments.
4. Petzing J.N., Coupland J.M. Measurement of rough surfaces on large curved components using optical methods // Measurement. – 2010. – Vol. 43 (8). – P. 1064–1071. – DOI: 10.1016/j.measurement.2010.03.007.
5. Comparison of optical and stylus methods for measurement of surface texture / T.V. Vorburger, H.G. Rhee, T.B. Renegar, J.F. Song, A. Zheng // International Journal of Advanced Manufacturing Technology. – 2007. – Vol. 33 (1–2). – P. 110–118. – DOI: 10.1007/s00170-007-0953-8.
6. Thomas T.R. Rough surfaces. – 2nd ed. – London: Imperial College Press, 1999. – 296 p. – ISBN 978-1860941009.
7. ГОСТ 19300–86. Средства измерений шероховатости поверхности профильным методом. Профилографы-профилометры контактные. Типы и основные параметры. – М.: Изд-во стандартов, 1986. – 12 p.
8. Mostafa Y. A review on various shadow detection and compensation techniques in remote sensing images // Canadian Journal of Remote Sensing. – 2017. – Vol. 43 (6). – P. 545–562. – DOI: 10.1080/07038992.2017.1384310.
9. Martínez Antón J.C., Alonso J., Gómez Pedrero J.A. Topographic optical profilometry of steep slope micro-optical transparent surfaces // Optics Express. – 2015. – Vol. 23 (7). – P. 9494–9507. – DOI: 10.1364/OE.23.009494.
10. Comparison of optical and stylus methods for surface texture characterisation in industrial quality assurance of post-processed laser metal additive Ti-6Al-4V / T. Buchenau, T. Mertens, H. Lohner, H. Bruening, M. Amkreutz // Materials. – 2023. – Vol. 16 (13). – P. 4815. – DOI: 10.3390/ma16134815.
11. Lukianowicz Cz., Karpinski T. Optical system for measurement of surface form and roughness // Measurement Science Review. – 2001. – Vol. 1 (1). – P. 151–154.
12. Demircioglu P., Durakbasa M.N., Tan O. A comparison between contact type profilometer and different D optical techniques: a case study in characterization of machined surface structures // Quality-Access to Success. – 2012. – Vol. 13. – P. 117–122.
13. Comparative analysis of surface roughness measurements obtained with the use of contact stylus profilometry and coherence scanning interferometry / S. Adamczak, J. Swiderski, K. Stepien, T. Dobrowolski, I.P. Chmielik // XXI IMEKO World Congress "Measurement in Research and Industry": proceedings, Prague, Czech Republic, August 30 – September 4, 2015. – Prague: IMEKO, 2015. – P. TC14-316. – URL: https://www.imeko.info/publications/wc-2015/IMEKO-WC-2015-TC14-316.pdf (accessed: 20.08.2026).
14. Pawlus P., Reizer R., Wieczorowski M. Comparison of results of surface texture measurement obtained with stylus methods and optical methods // Metrology and Measurement Systems. – 2018. – Vol. 25 (3). – P. 589–602. – DOI: 10.24425/123894.
15. Analysis of roughness profile on curved surfaces / M. Drbúl, P. Martikán, J. Broncek, I. Litvaj, J. Svobodová // MATEC Web of Conferences. – 2018. – Vol. 244. – P. 01024. – DOI: 10.1051/matecconf/201824401024.
16. Kumar S., Ramkumar J., Chindam C. Surface roughness analysis: A comprehensive review of measurement techniques, methodologies, and modeling // Journal of Micromanufacturing. – 2025. – Vol. 9 (1). – P. 107–130. – DOI: 10.1177/25165984241305225.
17. Nowicki B. Multiparameter representation of surface roughness // Wear. – 1985. – Vol. 102 (3). – P. 161–176.
18. An optical method for measuring surface roughness of machined carbon fibre-reinforced plastic composites / N. Duboust, H. Ghadbeigi, C. Pinna, S. Ayvar-Soberanis, A. Collis, R. Scaife, K. Kerrigan // Journal of Composite Materials. – 2017. – Vol. 51 (3). – P. 289–302. – DOI: 10.1177/0021998316644849.
19. The optical aspect of errors in measurements of surface asperities using the optical profilometry method / K. Grochalski, M. Wieczorowski, J. H’Roura, G. Le Goic // Frontiers in Mechanical Engineering. – 2020. – Vol. 6. – P. 12. – DOI: 10.3389/fmech.2020.00012.
20. Whitehouse D.J. Handbook of surface and nanometrology. – 2nd ed. – Boca Raton: CRC Press, 2010. – 980 p. – DOI: 10.1201/b10411.
21. Roughness parameters / S. Gadelmawla, M. Koura, T. Maksoud, I. Elewa, H. Soliman // Journal of Materials Processing Technology. – 2002. – Vol. 123 (1). – P. 133–145. – DOI: 10.1016/S0924-0136(02)00060-2.
22. Selected errors in spatial measurements of surface asperities / K. Grochalski, D. Podbereska, M. Wieczorowski, R. Talar, W. Grabon // Materials. – 2024. – Vol. 17 (12). – P. 2918. – DOI: 10.3390/ma17122918.
Исследование выполнено при финансовой поддержке Российского научного фонда (проект №24-12-20013).
Оценка контактной и оптической профилометрии при контроле шероховатости криволинейных поверхностей деталей машин / Э.Д. Умеров, А.Н. Соловьев, Ю.А. Егоров, В.В. Скакун, И.В. Соболевский, Р.М. Джемалядинов // Обработка металлов (технология, оборудование, инструменты). – 2026. – Т. 28, № 3. – С. 112–128. – DOI: 10.17212/1994-6309-2026-28.3-112-128.
Umerov E.D., Soloviev A.N., Egorov Y.A., Skakun V.V., Sobolevsky I.V., Dzhemalyadinov R.M. Evaluation of contact and optical profilometry in the control of the roughness of curved surfaces of machine parts. Obrabotka metallov (tekhnologiya, oborudovanie, instrumenty) = Metal Working and Material Science, 2026, vol. 28, no. 3, pp. 112–128. DOI: 10.17212/1994-6309-2026-28.3-112-128. (In Russian).
