Sampling Interval Selection for 3D Surface Roughness Measurements Using the Contact Method

• Autorzy: Żyłka Wojciech Marek

Identyfikatory

DOI

10.12913/22998624/142192

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

The article presents the impact of sampling interval ΔX=ΔY upon the precision of parametrical assessment of roughness of selected surfaces. Moreover this study introduces theoretical analysis of sampling interval selection based on analysis of the probability of covering an unordered set of extreme points of surface with an ordered set of measurement points. As the result, the final formula was formulated, which enables to calculate the maximum sampling rate ΔX=ΔY. This guarantees a full 100% coverage of the vertices examined by the unevenness of the measuring grid.

Słowa kluczowe

EN

sampling interval; surface texture; measuring grid; measuring stylus

PL

przedział pobierania próbek; tekstura powierzchni; siatka pomiarowa; rysik pomiarowy

• Wydawca: Lublin University of Technology ; Polish Society of Ecological Engineering (PTIE), Branch of PTIE in Lublin
• Czasopismo: Advances in Science and Technology. Research Journal
• Rocznik: 2021
• Tom: Vol. 15, no 4
• Strony: 283--298
• Opis fizyczny: Bibliogr. 43 poz., fig., tab.

Twórcy

autor

Żyłka Wojciech Marek

• College of Natural Sciences, University of Rzeszow, aleja Tadeusza Rejtana 16C, 35-310 Rzeszów, Poland
• Department of Electronics, Telecommunications & Mechatronics, Polytechnic Faculty, University of Applied Sciences, Mickiewicza 8, 33-100 Tarnów, Poland

• https://orcid.org/0000-0001-8896-3335

Bibliografia

• 1. Chang H.C., Lin A.C. An innovative algorithm for statistic sampling of measured points and simplifying measuring probe orientation for sculpture surfaces. International Journal of Advanced Manufacturing Technology. 2009; 41(7–8): 780–798. DOI: 10.1007/s00170-008-1513-6.
• 2. Yang Ch., Chaoyang Peng Ch., Chen Y, Luo T., Chu J. Space-filling scan paths and Gaussian processaided adaptive sampling for efficient surface measurements. Precision Engineering. 2018;54:412–419. DOI: 10.1016/j.precisioneng.2018.07.011.
• 3. Chryssolouris G., Fassois S., Vasileiou E. Data sampling technique (DST) for measuring surface waving. International Journal of Production Research. 2002; 40(1): 165–177. DOI: 10.1080/00207540110072993.
• 4. Hallerman G.R., Shirley L.G. A comparison of surface contour measurements based on speckle pattern sampling and coordinate measuring machines. Harding, K.G., Svetkoff, D.J. Three-Dimensional Imaging and Laser-Based Systems for Metrology and Inspection II. 1997; 2909: 89–97. DOI: 10.1117/12.263314.
• 5. Hu J., Li Y., Wang Y.H., Cai J.G. Adaptive sampling method for laser measuring free-form surface. International Journal of Advanced Manufacturing Technology. 2004; 24(11–12): 886–890. DOI: 10.1007/s00170-003-1802-z.
• 6. Zahmati J., Amirabadi H., Mehrad V. A hybrid measurement sampling method for accurate inspection of geometric errors on freeform surfaces. Measurement. 2018; 122: 155–167. DOI: 10.1016/j.measurement.2018.03.013.
• 7. Liubimov V., Oczoś K.E. Wybór racjonalnych parametrów do oceny struktury powierzchni obrobionej elektroerozyjnie. Styp-Rekowski, M., Zagadnienia konstrukcyjne i technologiczne niekonwencjonalnych technik wytwarzania. Wydawnictwo Akademii Techniczno-Rolniczej w Bydgoszczy, 2006; 9: 91–96.
• 8. Malinsky P., Hnatowicz V., Macková A. Nuclear Instruments and Methods in Physics Research B. Nuclear Instruments and Methods in Physics Research B. 2016; 371: 101–105. DOI: 10.1016/j.nimb.2015.10.001.
• 9. Meng K., Wan Y.J., Wu F., Shen L.J., Song W.H. A Sampling Method to Measure Surface Roughness of Circular Flat. Zhang, Y., Gao, W. 7-Th International Symposium on Advanced Optical Manufacturing and Testing Technologies: Optical Test and Measurement Technology and Equipment. Proceedings of SPIE, 2014; 9282. DOI: 10.1117/12.2073329.
• 10. Pagani L., Jiang X., Scott P.J. Investigation on the effect of sampling on areal texture parameters. Measurement. 2018; 128: 306–313. DOI: 10.1016/j.measurement.2018.06.052.
• 11. Pagani L., Scott P.J. Curvature based sampling of curves and surfaces. Computer Aided Geometric Design. 2018; 59: 32–48. DOI: 10.1016/j.cagd.2017.11.004.
• 12. Pawlus P. Topografia powierzchni. Pomiar, analiza, oddziaływanie. Oficyna Wydawnicza Politechniki Rzeszowskiej, Rzeszów. 2015.
• 13. Ren M.J., Cheung C.F., Kong L.B. A bidirectional curve network based sampling method for enhancing the performance in measuring ultra-precision freeform surfaces. Precision Engineering-Journal of the International Societies for Precision Engineering and Nanotechnology. 2013; 37(2): 345–352. DOI: 10.1016/j.precisioneng.2012.10.003.
• 14. Sun L.J., Ren M.J., Yin Y.H. Gaussian Process Based Intelligent Sampling for Measuring Nanostructure Surfaces. Zhang, Y., Wu, F., Xu, M., To, S. 8-Th International Symposium on Advanced Optical Manufacturing and Testing Technology: Optical Test, Measurement Technology, and Equipment, 2016; 9684. DOI: 10.1117/12.2241769.
• 15. Yin Y., Jun Ren M., Sun L. Dependant Gaussian processes regression for intelligent sampling of freeform and structured surfaces. CIRP Annals. 2017; 66(1): 511–514. DOI: 10.1016/j.cirp.2017.04.063.
• 16. Zaleski K., Matuszak J., Zaleski R. Metrologia warstwy wierzchniej. Wydawnictwo Politechniki Lubelskiej. Lublin; 2018.
• 17. www.kla-tencor.com.: Kla-Tencor Corporation Metrology Group: Roughness Measurements With A Stylu Profiler. USA 5/95 M-DS-AN4.
• 18. Bayerer J., Krahe D. An objective method to quantify the balance of grooves of honed cylinder bores. Trans. 7th Int. Conf. on Metrology and Properties of Engineering Surfaces. Gothenburg, Sweden 1997, 396–403.
• 19. Nowicki B. Struktura geometryczna. Chropowatość i falistość powierzchni. WNT, Warszawa 1991.
• 20. Sherrington I., Smith E.H. Areal Fourier analysis of surface topography. Surface Topography; 1990.
• 21. Chetwynd D.G. The digitisation of surfce profiles. Wear. 1979; 57: 137–145.
• 22. Guerrero J.L., Black J.T. Stylus tracer resolution and surface damage as determined by scanning electron microscopy, Transaction of the ASME, Journal Engineering for Industry. 1972; 94: 1087–1093.
• 23. Boryczko A. Conditions for measurement, analogto digital conversion and frequency analysis of irregularities of surface profile. Metrology and Measurement Systems. 2002; 9(2): 159–169.
• 24. Konczakowski A. Metrologiczne uwarunkowania analizy widmowej struktury geometrycznej powierzchni w diagnostyce obrabiarek. Zeszyty Naukowe Politechniki Gdańskiej, Mechanika. Gdańsk. 1991; 62.
• 25. Thomas T.R. Rough Surfaces, Secondo Edition, Imperial College Press; 1999.
• 26. Lin T.Y., Blunt L., Stout K.J. Determination of the proper frequency bandwidth for 3-D topography measurement using spectral analysis. Part I: Isotropic Surface. 1993; 166: 221–232.
• 27. Stout K.J., Sullivan P.J., Dong W.P., Mainsah E., Luo N., Mathia T., Zahouani H. The Development of Methods for the Characterisation of Roughness in Three Dimensions, Publication EUR 15178 EN Commission of the European Communities; 1993.
• 28. Nowicki B. Struktura geometryczna. Chropowatość i falistość powierzchni. WNT, Warszawa; 1991.
• 29. Tsukada T., Sasajima S. An optimum sampling interval for digitizing surface asperity profiles, Wear. 1982; 83: 119–128.
• 30. PN-85/M-04254: Struktura geometryczna powierzchni. Porównawcze wzorce chropowatości powierzchni obrabianych.
• 31. Pawlus P., Chetwynd D.G. Efficient characterization of surface topography in cylinder bores, Precision Engineering. 1996; 19: 164–174.
• 32. Michalski J. An evaluation of cylinder surface roughness after plateau honing, Advances In Technology of Machines and Mechanical Equipment. 1999; 23(2): 29–69.
• 33. Dong W.P., Mainsah E., Stout K.J. Determination of appropriate sampling conditions for three-dimensional microtopography measurement, International Journal of Machine Tools and Manufacture. 1996; 36(12): 1347–1362.
• 34. Poon C.Y., Bhushan B. Numerical contact and station analyses of Gaussian isotropic surface for magnetic head slider/disk contact. Wear. 1996; 202: 68–82.
• 35. Whitehouse D.J,. Archard J.F. The properties of random surface of significance in their contact, Proceeding Royal Society London. 1970; A316: 97–121.
• 36. Cholewa W., Korbicz J., Moczulski W., Timofiejczuk A. Metody analizy sygnałów. Korbicz J., Kościelny J.M., Kowalczuk Z., Cholewa W. (red.): Diagnostyka procesów. Modele. Metody sztucznej inteligencji. Zastosowania, WNT, Warszawa. 2002; 115–146.
• 37. Poon C.Y., Bhushan B. Comparison of surface measurement by stylus profiler, AFM and non-contact optical profiler. Wear. 1995;190:76–88.
• 38. Greenwood J.A. A unified theory of surface roughness, Proceding Royal Society London; 1984; A(393): 133–157.
• 39. Tomasik J., Rudziński R. Wpływ odstępu próbkowania na wartości wybranych parametrów chropowatości powierzchni. Pomiary Automatyka Robotyka. 1998; 11.
• 40. Swornowski P. Wpływ mechanicznego filtrowania końcówki pomiarowej na falistość i chropowatość powierzchni. Archiwum Technologii Maszyn i Automatyzacji. Poznań. 2006; 26(2).
• 41. PN-EN ISO 3274: 1997 Specyfikacje geometrii wyrobów. Struktura geometryczna powierzchni: metoda profilowa. Charakterystyki nominalne przyrządów stykowych.
• 42. Michalski J. Dobór odległości profili powierzchni zdeterminowanej. Zeszyty Naukowe Politechniki Rzeszowskiej Mechanika z.66 Wytwarzanie elementów maszyn ze stopów metali o specjalnych właściwościach, Rzeszów; 2006.
• 43. Oczoś K., Liubimov V. Struktura Geometryczna Powierzchni. Podstawy klasyfikacji z atlasem charakterystycznych powierzchni kształtowych, Rzeszów; 2003.

Uwagi

Opracowanie rekordu ze środków MNiSW, umowa Nr 461252 w ramach programu "Społeczna odpowiedzialność nauki" - moduł: Popularyzacja nauki i promocja sportu (2021).