Politechnika
Warszawska

Katalog
ECTS

Nazwa przedmiotu:

Zaawansowane techniki pomiarowe topografii powierzchni

Koordynator przedmiotu:

prof. nzw. dr hab.inż. Sabina Żebrowska-Łucyk; prof. dr hab. inż. Zygmunt Rymuza; prof. nzw. dr hab. inż. Robert Sitnik; dr inż. Olga Iwasińska-Kowalska

Status przedmiotu:

Obowiązkowy

Poziom kształcenia:

Studia II stopnia

Program:

Mechatronika

Grupa przedmiotów:

Obowiązkowe

Kod przedmiotu:

ZTPm

Semestr nominalny:

1 / rok ak. 2019/2020

Liczba punktów ECTS:

4

Liczba godzin pracy studenta związanych z osiągnięciem efektów uczenia się:

1) Liczba godzin bezpośrednich 64, w tym: a) wykład - 30 b) laboratorium - 30 c) egzamin - 2 d) konsultacje - 2 2) Praca własna studenta 40, w tym: a) zapoznanie z literaturą i przygotowanie do egzaminu: 15 b) przygotowanie do zajęć laboratoryjnych: 10 c) opracowanie sprawozdań z ćwiczeń laboratoryjnych: 15 Razem: 104 (4 ECTS)

Liczba punktów ECTS na zajęciach wymagających bezpośredniego udziału nauczycieli akademickich:

1) Liczba godzin bezpośrednich 64, w tym: a) wykład - 30 b) laboratorium - 30 c) egzamin - 2 d) konsultacje - 2 suma: 64 (2,5 ECTS)

Język prowadzenia zajęć:

polski

Liczba punktów ECTS, którą student uzyskuje w ramach zajęć o charakterze praktycznym:

O charakterze praktycznym: a) zajęcia w laboratorium - 30 b) przygotowanie do zajęć laboratoryjnych - 10 c) pracowanie sprawozdań z ćwiczeń laboratoryjnych - 20 Razem: 60 (2 ECTS)

Formy zajęć i ich wymiar w semestrze:

• Wykład30h
• Ćwiczenia0h
• Laboratorium30h
• Projekt0h
• Lekcje komputerowe0h

Wymagania wstępne:

Wymagana jest znajomość treści zawartych w przedmiotach Podstawy techniki współrzędnościowej oraz Mikro- i makrogeometria powierzchni prowadzonych na studiach I stopnia na kierunku Mechatronika

Limit liczby studentów:

30

Cel przedmiotu:

Pogłębienie wiedzy na temat metod pomiaru odchyłek geometrycznych elementów w szerokim zakresie wymiarów i tolerancji oraz metod badania mikrostruktury i nanostruktury powierzchni, zwłaszcza elementów konstrukcyjnych wytwarzanych w przemyśle. Nabycie wiedzy i umiejętności związanych ze sprawdzaniem dokładności maszyn do pomiaru odchyłek kształtu oraz profilometrów. Umiejętność doboru metod i projektowania procedur pomiaru powierzchni wyrobów mechatronicznych. Umiejętność tworzenia algorytmów przetwarzania sygnałów reprezentujących odwzorowania powierzchni.

Treści kształcenia:

Wykłady Techniki skanowania powierzchni i strategie pomiarowe. Elementy odniesienia Gaussa i Czebyszewa dla powierzchni nieciągłych i swobodnych. Dokładność obliczeń. Regresja wielomianami trygonometrycznymi i algebraicznymi. Funkcja korelacji wzajemnej. Najnowsze rozwiązania stosowane w maszynach do pomiarów bezodniesie¬niowych (FMM). Błędy pomiaru i ich numeryczna kompensacja. Nieliniowość przetworników pomiarowych. Wpływ temperatury, nacisku mierniczego, geometrii końcówki pomiarowej i strategii pomiaru. Niepewność pomiarów odchyłek geometrycznych: źródła niepewności pomiarów wykonywanych za pomocą FMM, przykłady tworzenia bilansu niepewności. Metody i procedury sprawdzania dokładności FMM. Sprawdzanie właściwości statycznych i dynamicznych głowicy pomiarowej. Sprawdzanie dokładności obrotu osi. Metody odseparowania błędów wrzeciona i wzorca: metoda Donaldsona, metoda rewersyjna, metoda dwóch ustawień wzorca, metoda rozetowa. Sprawdzanie prostoliniowości i równoległości prowadnic. Sprawdzanie płaskości stołu. Pomiary odchyłek geometrycznych elementów o najwyższej precyzji (elementy toczne łożysk, wzorce kulistości i walcowości, elementy miniaturowe). Procedury i algorytmy dokładnego wyznaczania odchyłek kierunku i położenia. Badania geometrii powierzchni o zmiennej krzywiźnie. Sprawdzanie tolerancji zarysu i tolerancji powierzchni. Kompleksowe pomiary wymiarów i odchyłek geometrycznych za pomocą FMM. Porównanie z pomiarami za pomocą CMM. Zaawansowane metody pomiarów odniesieniowych z wykorzystaniem prostego i odwrotnego przekształcenia Fouriera. Algorytmy obliczeniowe i realizacja sprzętowa. Parametryczna ocena mi¬krogeometrii i falistości powierzchni. Parametry związane z krzywą udziału materiałowego, parametry do oceny topografii powierzchni metodą 3D, parametry statystyczne. Metody analizy i modelowania mikrogeometrii powierzchni. Analiza korelacyjna i widmowa profilu chropowatości i ich praktyczne zastosowanie do diagnozowania procesów wytwarzania. Aparatura do pomiaru topografii powierzchni metodą 3D. Charakterystyki metrologiczne, zasady działania i możliwości pomiarowe przyrządów do pomiarów stykowych i bezstykowych metodą 3D. Kierunki rozwoju. Wykorzystanie stereometrycznych pomiarów chropowatości do oceny cech użytkowych powierzchni. Filtracja sygnałów w pomiarach topografii powierzchni. Filtry mechaniczne (ostrze odwzorowujące, ślizgacz), filtry analogowe i cyfrowe. Wpływ filtrów na odtworzenie profilu nierówności powierzchni. Charakterystyki przenoszenia filtrów cyfrowych. Źródła błędów w pomiarach mikrogeometrii powierzchni. Wpływ ostrza odwzorowującego, ślizgacza, filtrów cyfrowych i warunków pomiaru na wiarygodność pomiarów chropowatości i falistości powierzchni. Zawartość protokółu pomiaru i interpretacja wyników. Zasada 16%. Sprawdzanie przyrządów do pomiaru mikrogeometrii powierzchni. Wykorzystanie oświetlenia strukturalnego do wyznaczania kształtu obiektów o złożonej geometrii. Projekcja rastrów binarnych i modulowanych funkcjami ciągłymi, projekcja rastrów barwnych i szaro-odcieniowych. Metody korelacyjne. Przykłady działających systemów. Przetwarzanie danych uzyskanych ze skanera: filtracja, łączenie kierunków pomiarowych (z wykorzystaniem cech geometrycznych, barwy powierzchni i rozkładu wektorów normalnych), upraszczanie i tworzenie modeli geometrycznych. Wybrane zagadnienia nanogeometrii powierzchni. Mikroskopia sił atomowych. Identyfikacja topografii i właściwości adhezyjnych powierzchni w skali nanometrowej. Skaningowy mikroskop tunelowy (STM) i mikroskop sił atomowych (AFM). Zastosowanie AFM do badania nanotopografii i właściwości adhezyjnych powierzchni. Identyfikacja właściwości nanotrybologicznych (z wykorzystaniem AFM) i nanomechanicznych powierzchni. Zastosowanie nanoindentacji do badania twardości i modułu sprężystości w warstwach ultracienkich. Laboratorium 1. Badanie statycznych i dynamicznych właściwości czujników stosowanych w maszynach pomiarowych FMM przy wykorzystaniu specjalnego stanowiska oraz wzorców walcowych z płaskim ścięciem i wzorców eliptycznych. 2. Badania prostoliniowości i położenia prowadnic maszyn FMM przy wykorzystaniu wzorców walcowych i płaskich. Zastosowanie metody rewersyjnej. 3. Badanie dokładności precyzyjnych układów obrotowych metodą rewersyjną i metodą Donaldsona. 4. Badania wpływu mimośrodowowści, pochylenia osi elementu, wysokości pomiarowej oraz konfiguracji elementów czujnika na wyniki pomiaru wskazanych odchyłek kształtu, kierunku i położenia. Opracowanie bilansu niepewności pomiaru wskazanej odchyłki. 5. Programowanie automatycznych cykli pomiarowych na maszynie Talyrond 365. Opracowanie programu pomiarowego w środowisku Ultra do wyznaczania odchyłek kształtu, kierunku i położenia dla wskazanego elementu, zgodnie z wymaganiami dokumentacji konstrukcyjnej. 6. Badania topografii powierzchni profilometrem stykowym Form Talysurf PGI 7. Badania topografii powierzchni mikrointerferometrem Taylor Hobson Talysurf CCI 8. Pomiary elementów o złożonej geometrii na konturografie PCV–Mahr 9. Opracowanie procedury sprawdzania przyrządów profilometrycznych i sprawdzenie wybranych parametrów metrologicznych profilometrów 10. Specyfikacje geometrii powierzchni (GPS) zgodnie z wymaganiami ISO i ANSI – ćwiczenia w interpretacji i przedstawianiu wymagań technicznych 11. Kalibracja i pomiar skanerem 3D wykorzystującym metodę z oświetleniem strukturalnym. 12. Analiza danych ze skanera 3D: filtracja, łączenie kierunków, triangulacja i teksturowanie. 13. Identyfikacja nanotopografii i właściwości adhezyjnych powierzchni w skali nanometrowej. 14. Identyfikacja właściwości nanotrybologicznych i nanomechanicznych powierzchni.

Metody oceny:

Egzamin pisemny. Sprawdziany pisemne lub ustne przed rozpoczęciem zajęć laboratoryjnych. Ocena poziomu wykonania ćwiczeń laboratoryjnych i jakości sprawozdań.

Egzamin:

tak

Literatura:

Adamczak S.: Pomiary geometryczne powierzchni. WNT, 2008. Arendarski J.: Niepewność pomiarów. Oficyna Wydawnicza PW, 2013. Arendarski J., Gliwa-Gliwiński J., Jabłoński Z., Ratajczyk E., Tomasik J.(redakcja), Żebrowska-Łucyk S.: Sprawdzanie przyrządów do pomiaru długości i kąta. Oficyna Wydawnicza PW, 2009. Dietrich E.: Metody statystyczne w kwalifikacji środków pomiarowych, maszyn i procesów produkcyjnych. 2005 Geng J.: Structured-light 3D surface imaging: a tutorial, Advances in Optics and Photonics 3, 128-160, 2011. Humienny Z. i in.: Specyfikacje geometrii wyrobów (GPS). Podręcznik europejski. WNT, 2004 Liubimov V., Oczoś K.: Struktura geometryczna powierzchni. Oficyna Wydawnicza Politechniki Rzeszowskiej, 2003 Malinowski J., Jakubiec W.: Metrologia wielkości geometrycznych. WNT, 2007 Piotrowski J., Kostyrko K.: Wzorcowanie aparatury pomiarowej. PWN, 2000 Ratajczyk E.: Współrzędnościowa technika pomiarowa. Oficyna Wydawnicza Politechniki Warszawskiej. Warszawa, 2005 Sitnik R.: Odwzorowanie kształtu obiektów trójwymiarowych z wykorzystaniem oświetlenia strukturalnego, Oficyna Wydawnicza PW, Prace Naukowe – Mechanika, z. 231, Warszawa, 2010 Wieczorowski M., Cellary A., Chajda J.: Przewodnik po pomiarach nierówności powierzchni czyli o chropowatości i nie tylko. Politechnika Poznańska. Poznań, 2003 Żebrowska-Łucyk S.: Bezodniesieniowa metoda badania makrogeometrii powierzchni obrotowych. Oficyna Wydawnicza PW, 2001 Normy PN-EN ISO: 1101, 3274, 8015, 12180-1, 12180-2, 12181-1, 12181-2, 12780-1, 12780-2, 12781-1, 12781-2, 14253-1, 14253-2, 14253-3, 14405-1,14405-2, 14406, 14660-2, 17450-1, 17450-2, 2692, 4287, 5436-1, 5436-2, 5458, 12179, 13565 Inne normy ISO objęte modelem macierzowym GPS

Witryna www przedmiotu:

brak

Uwagi:

Efekty uczenia się

Profil ogólnoakademicki - wiedza

Charakterystyka ZTPTP_W01

Ma pogłębioną wiedzę z zakresu metod i urządzeń do badania makro- i mikrostruktury powierzchni
Weryfikacja: Egzamin
Powiązane charakterystyki kierunkowe: K_W07, K_W08, K_W10, K_W13
Powiązane charakterystyki obszarowe: P7U_W, I.P7S_WG.o, III.P7S_WG

Charakterystyka ZTPTP_W02

Ma wiedzę na temat wykorzystania metod optycznych do badania kształtu i wymiarów powierzchni elementów o złożonej geometrii.
Weryfikacja: Egzamin
Powiązane charakterystyki kierunkowe: K_W08, K_W10
Powiązane charakterystyki obszarowe: P7U_W, I.P7S_WG.o, III.P7S_WG

Charakterystyka ZTPTP_W03

Ma wiedzę na temat podstawowych zagadnień dotyczących nanostruktury powierzchni oraz metod i urządzeń do ich badania.
Weryfikacja: Egzamin
Powiązane charakterystyki kierunkowe: K_W08, K_W10, K_W14
Powiązane charakterystyki obszarowe: P7U_W, I.P7S_WG.o, III.P7S_WG

Profil ogólnoakademicki - umiejętności

Charakterystyka ZTPTP_U01

Potrafi dobrać metody, procedury i wzorce do sprawdzania dokładności urządzeń do pomiarów odchyłek geometrycznych, a także przeprowadzić kalibrację i dokonać pogłębionej analizy wyników.
Weryfikacja: Ocena poprawności wykonania zadań w laboratorium i jakości sprawozdań z ćwiczeń.
Powiązane charakterystyki kierunkowe: K_U08, K_U13
Powiązane charakterystyki obszarowe: P7U_U, I.P7S_UW.o, III.P7S_UW.o

Charakterystyka ZTPTP_U02

Potrafi zaplanować i wykonać pomiary za pomocą nowoczesnych oraz konturografów i profilometrów oraz zanalizować uzyskane wyniki w aspekcie technologicznym i eksploatacyjnym
Weryfikacja: Ocena poprawności wykonania zadań w laboratorium i jakości sprawozdań z ćwiczeń.
Powiązane charakterystyki kierunkowe: K_U07, K_U08, K_U17
Powiązane charakterystyki obszarowe: I.P7S_UW.o, III.P7S_UW.o, P7U_U

Profil ogólnoakademicki - kompetencje społeczne

Charakterystyka ZTPTP_K01

Potrafi pracować w zespole podczas planowania zadań, przeprowadzania eksperymentu fizycznego i wnioskowania
Weryfikacja: Ocena przebiegu zajęć laboratoryjnych i uzyskanych wyników
Powiązane charakterystyki kierunkowe: K_K04
Powiązane charakterystyki obszarowe: P7U_K, I.P7S_KO, I.P7S_KR