Санкт-Петербург

Ключевые слова: шероховатость, профиль поверхности, критерий оценки, графические критерии, 
контроль поверхности. 
В семидесятых годах ХХ века В.А. Валетовым впервые был предложен новый метод 
оценки и контроля микрогеометрии поверхностей деталей, который был назван 
непараметрическим. Сущность метода заключается в использовании в качестве критериев 
оценки и контроля микрогеометрии поверхностей деталей графических изображений 
различных функций. В менее «ответственных» случаях это могут быть графики опорных 
кривых (кривых Аббота) и функций распределения ординат или тангенсов углов наклона 
профилей, а для более точной оценки и контроля – графики плотности распределения 
ординат и тангенсов углов наклона профилей. Но наиболее точной оценки можно достичь, 
если в качестве критериев использовать графики самих профилей, так как наибольшей 
информацией о профиле обладает сама профилограмма [1, 2]. 
Методика контроля микрогеометрии, использующая в качестве критерия профили 
поверхностей, выглядит следующим образом. Исследователь выбирает реальную 
поверхность изделия (эталон), микрогеометрия которой была признана наилучшей из 
возможных в процессе испытаний для нужного функционального свойства, а 
соответствующий профиль этой микрогеометрии принимается в качестве эталона, с которым 
производится сравнение контролируемой серийной продукции. При этом для эталонного 
профиля предварительно задается поле допуска. Величина поля допуска выбирается в 
зависимости от назначения и ответственности поверхности контролируемого изделия [3]. 
Для оценки микрогеометрии поверхности ее сначала получают, производя измерение 
профиля поверхности с помощью специальных приборов – профилометров. Они работают по 
принципу ощупывания исследуемой поверхности алмазной иглой индукционного датчика. 
При протаскивании этой иглы по поверхности она повторяет все выступы и впадины, 
которые способна уловить. Полученный таким образом профиль, как правило, сохраняется 

---

Альманах научных работ молодых ученых 
XLVII научной и учебно-методической конференции Университета ИТМО. Том 1 
244 
на компьютере в виде файла, описывающего профиль поверхности. Данный файл в общем 
случае будет содержать информацию об ординатах профиля и соответствующих им 
абсциссах, записанных с определенным шагом. 
Для сравнения контролируемого профиля с эталонным, согласно разработанной 
методике, необходимо выполнение трех условий: 
‒ контролируемый профиль должен быть длиннее эталонного; 
‒ сравниваемые профили должны быть отфильтрованы, для исключения из профиля таких 
факторов, как помехи, погрешность установки и волнистость; 
‒ контролируемый и эталонный профили должны иметь равные шаги снятия точек по оси 
абсцисс. 
Для быстрого, надежного и недорогого контроля микрогеометрии поверхностей при 
помощи сравнения их профилей была разработана программа для платформы .NET 
Framework 4.5 в среде разработки Microsоft Visual Studio 2015 Comunity на языке C#. Для 
отображения профилей исследуемых поверхностей используется ZedGraph версии 5.1.5. 
Метод сравнения основан на поиске наибольшего совпадения ординат 
контролируемого профиля с ординатами эталонного профиля. Сравнение производится по 
алгоритму, представленному на рис. 1. 
Рис. 1. Алгоритм сравнения профилей 
Согласно данному алгоритму, на вход поступают координаты точек профиля эталона, 
контролируемого профиля и значение допуска (в процентах). Затем начальная точка профиля 
эталона совмещается с первой точкой контролируемого профиля. В этой позиции 

---

Альманах научных работ молодых ученых 
XLVII научной и учебно-методической конференции Университета ИТМО. Том 1 
245 
подсчитывается количество «попаданий» точек контролируемого профиля в поле допуска 
эталона. После этого в список записывается данная позиция и процент «попаданий» 
контролируемого профиля в поле допуска эталона. Следующим шагом идет совмещение 
первой точки эталона со следующей (i-ой) точкой контролируемого профиля. Эти операции 
повторяются до тех пор, пока последняя точка эталона не совпадет с последней точкой 
контролируемого профиля. После окончания цикла на экран выводится список с позициями 
сравнения и соответствующими им процентами совпадений. 
Результат сравнений для каждой позиции выводится на экран в виде выпадающего 
списка. Выбирая определенные позиции в этом списке, можно вывести на экран 
сравниваемые профили, расположенные в соответствии с выбранной позицией (рис. 2). 
Рис. 2. Выводимый результат сравнения профилей 
Для проверки выдвинутой гипотезы о применении профилей исследуемых 
поверхностей в качестве графических критериев и разработанного программного 
обеспечения (ПО) было проведено исследование по сравнению профилей поверхностей, 
полученных гидроабразивной обработкой. 
а 
б 
в 
Рис. 3. Сравнение графических критериев образцов, полученных гидроабразивной 
обработкой: график плотности распределения ординат профиля: H – отношение количества 
ординат данной величины к общему количеству; Y – ординаты профиля; Rq – 
среднеквадратическое отклонение ординат исходного профиля (а); график плотности 
распределения тангенсов местных углов наклона профиля (б); график сравнения профилей 
поверхностей образцов (в) 

---

Альманах научных работ молодых ученых 
XLVII научной и учебно-методической конференции Университета ИТМО. Том 1 
246 
Рассмотрим образцы поверхности, полученные гидроабразивной резкой. В качестве 
материала образцов использовалась нержавеющая сталь 12Х18Н10Т. Было изготовлено два 
образца по одной технологии. Измеренные параметры шероховатости: для образца №1 – 
Ra=3,77 мкм; для образца №2 – Ra=3,76 мкм. На рис. 3, а, б, представлены графические 
критерии, полученные с помощью программы «Лемминг», на рис. 3, в, представлен график 
сравнения профилей поверхностей образцов, полученный с помощью ПО, разработанной 
автором. Для эталонного критерия было выбрано поле допуска соответствующее 20% от 
среднего значения ординат графика (
𝐻
ср
). Для эталонного профиля выбрано поле допуска 
соответствующее 20% от среднеквадратичного отклонения профиля 
(𝑅𝑞). В результате 
сравнения профилей разработанной программой установлено, что при выбранном поле 
допуска профили совпадают лишь на 42,38%. 
Графические изображения различных функций несут в себе гораздо больше 
информации, чем любой из нормируемых параметров. Отсюда целесообразно использовать 
для оценки и контроля профиля поверхности различных его статистических представлений. 
В данной работе проведены исследования возможности использования в качестве 
критерия оценки и контроля микрогеометрии графическое изображение самого профиля, что 
делается впервые. Исследования показали, что этот путь требует дополнительного изучения 
и нахождения более удобных методов сравнения профилей. В то же время проведенные 
исследования выявили очень существенные недостатки профильной оценки микрогеометрии 
вообще, что делает невозможным на данном этапе использование изображения профиля 
исследуемой поверхности в качестве графического критерия оценки шероховатости 
поверхности. Причина этого заключается в том, что профиль поверхности является 
реализацией случайной функции, и вероятность его точного повторения у двух разных 
поверхностей пренебрежимо мала. По этой причине оказалось более эффективным 
использовать в качестве критериев не сам профиль, а различные его статистические 
характеристики (плотности или функции распределения). Однако проведенные исследования 
показали, что для качественного сравнения профилей разработанные методики показали 
практически приемлемый результат. К тому же разработанные методики позволяют 
сравнивать профили не субъективно, а с помощью приборов, и притом автоматизированно 
при помощи разработанной программы.