Разработка методологии теоретико-экспериментальных исследований процессов нестационарного резания на базе попутного тангенциального точения, страница 9

Измерение радиуса округления РК основано на эффекте формирования топографического контраста, который обусловлен влиянием топографии объекта как на отраженные, так и на вторичные электроны [[iii]]. Когда плоский образец отклоняется в сторону от нормального положения к падающему пучку на угол , коэффициент отражения постепенно возрастает, достигая единицы при скользящем падении. При этом доминируют траекторные эффекты.

С другой стороны известно [175], что при формировании изображения во вторичных электронах сигнал вторичных электронов  от наклоненных поверхностей пропорционален  ( - угол наклона площадки). Тогда контраст изображения  для данного угла  равен

.                                                           ( 3.30)

Согласно этой формуле изменения в контрасте, которые возникают из-за небольшого изменения угла  при сравнении контраста между двумя поверхностями, наклоненными под незначительно различающимися углами, зависят от этого угла. Вследствие этого топографический контраст в режиме вторичной электронной эмиссии весьма чувствителен к геометрической конфигурации поверхности образца и позволяет обнаружить малые изменения углов наклона поверхности.

Предположим, что микрорельеф поверхности РК одинаков в любой ее точке. Тогда при сканировании участка РК лучом, перпендикулярным передней поверхности лезвия (рис. 3.17), наличие кривизны поверхности будет проявляться в виде изменения яркости изображения микрорельефа этой поверхности. Таким образом, измерение радиуса округления РК основывается на измерении ширины изображения на экране дисплея микроскопа или фотографии, где изменяется яркость изображения микрорельефа (рис. 3.18,а). Такой подход исключает влияние погрешности установки образца. В случае, если образец будет установлен не перпендикулярно сканирующему пучку, то боковая поверхность будет выглядеть в виде не сфокусированной белой полосы, что обусловлено увеличением коэффициента отражения электронов и большой глубиной этой поверхности.

На рисунке 3.18 представлена фотография РК твердосплавной неперетачиваемой пластины ВК8, полученная при следующих условиях: увеличение ´1000, длительность кадра 40 мс при 500 строках. Из-за особенностей канала изображения микроскопа РЕМ-100У качество фотографии не позволяет четко определить границу начала радиуса округления. Применение компьютерной обработки изображения позволяет существенно повысить его качество и получить значительно более четкую границу начала кривизны поверхности (рис. 3.18,б). Для этого в работе применялся графический редактор Photoshop 3.0. Сканированное изображение подвергалось выравниванию тонов в автоматическом режиме, после чего подбирались яркость и контрастность изображения до получения наилучшего качества. Более того выяснилось, что граница наблюдается лучше при инвертировании изображения.

Измерения выполняются в следующей последовательности. В соответствии с инструкцией по эксплуатации микроскопа [174] фокусируем изображение на расстоянии примерно 100 мкм от РК и устанавливаем оптимальную яркость изображения. Затем сдвигаем изображение так, чтобы РК была видна на экране, вертикальна и развернута в сторону детектора вторичных электронов. Этим достигается минимальное искажение изображения. При этом исследуемая РК представляет собой полосу изображения с постоянно изменяющейся яркостью и имеет довольно четкие границы. Тогда радиус округления РК можно рассчитать по формуле:

,                                                        ( 3.31)

где  - ширина светлой полосы на экране (темной при негативе),  - текущее увеличение микроскопа.

Все измерения и фотографирование выполняются при одних и тех же установках параметров систем микроскопа. При печати фотографий контролировался масштаб изображения. Увеличение  выбиралось таким, что измеряемый отрезок занимал от 1/3 до 2/3 ширины экрана. Это позволяет снизить инструментальную погрешность измерения.

Соотношение между измеренным отрезком и его действительной величиной определяем по тарировочному графику, построенному по методике, приведенной в [[iv]], и контролируем измерением тест объекта перед каждой серией измерений.

Для подтверждения методики было выполнено измерение проволоки с известным диаметром 0.1 мм на электронном и оптическом инструментальном микроскопах. Погрешность составляла не более 5.6%.

Относительная погрешность предложенного метода измерения может быть оценена из соотношения:

,                                      ( 3.32)

где  - относительная погрешность измерения ширины полосы ( - инструментальная абсолютная погрешность прибора измерения);  - относительная погрешность, связанная с нечеткостью границ. начала и конца изменения яркости;  - относительная погрешность, связанная с отклонением от перпендикулярности передней поверхности сканирующему пучку на угол ;  - относительная инструментальная погрешность микроскопа, равная 5% [176].

Относительная погрешность, связанная с нечеткостью границ начала и конца изменения яркости, может быть определена, как сумма погрешности определения правой и левой границы, т.е.  (рис. 3.19). Известно, что в зависимости от индивидуального восприятия граничная чувствительность глаза лежит в интервале 3-5% контраста по яркости. Тогда начало границы изменения яркости может быть определено из условия (см. 3.30):