15.7.3. Чистота отделки поверхности

При полной проверке сверхвысокочастотных конструкций должны применяться приборы для измерения или сравнения чистоты отделки поверхности. Во многих случаях эти измерения могут быть выполнены непосредственно, но там, где поверхность недоступна, как, например, на внутренних сторонах дросселя и в очень маленьких волноводах, возможны измерения без разрушения образцов с помощью моделей из пластмассы путем измерения их поверхностей. Чтобы показать величины, характеризующие чистоту отделки поверхности, в табл. 15.1 приведены данные для некоторых типичных видов обработки.

Большинство из перечисленных методов могут быть разбиты на три основных класса. Первый класс имеет небольшие следы обработки или совсем их не имеет и включает следующие виды обработки: шлифование, хонингование, суперфиниш и полировку, а также методы литья и порошковую металлургию. Второй класс включает механическую обработку остроконечным режущим инструментом и имеет следы обработки в направлении движения заготовки относительно станка независимо от того, происходит ли движение по прямой линии или по дуге. В этот класс входят следующие операции по обработке: токарная, расточка, резание, строгание; подобная структура поверхности получается также при выдавливании, волочении и прессовании. Режущие инструменты, применяемые для третьего класса обработки, достаточно широки, и слои располагаются параллельно ширине и под прямыми углами по отношению движения заготовки. В этот класс входят следующие операции по обработке: фрезерование, протягивание, развертывание, шабровка и шлифовка.

Идеальный прибор для измерения чистоты поверхности конструкций сверхвысоких частот должен записывать изменение линейных размеров поверхности. Такое изменение можно наблюдать при фотографировании срезов [2], но измерительного прибора с непосредственным отсчетом пока не существует. На практике чистота поверхности определяется тремя главными способами. Первый способ — визуальный и осязательный — базируется на использовании опыта; он дает субъективную оценку и приводит к большим ошибкам и расхождениям. Во втором способе используется измерительный прибор, и он является наиболее точным [128, 149]. Таким прибором служит точный компаратор, поскольку он может быть откалиброван по известным стандартам, например по решеткам, нанесенным на стекле.

Обычно на практике [92, 119] в Англии применяется мерительный штифт, радиус наконечника которого в пределах рабочей поверхности не превышает отклонения мерительного штифта после усиления записываются на движущуюся карту или наблюдаются на интегрирующем измерительном приборе. Такой измерительный прибор дает среднее значение высоты неровностей.

(кликните для просмотра скана)

В США обычно усиливается электрический сигнал, снимаемый с выхода датчика, перемещающегося поперек поверхности; этот метод определяет чистоту поверхности как среднеквадратичную величину, которая для большинства видов поверхностей в или 1,11 раз больше, чем средняя величина; на практике этот коэффициент можно исключить. На рис. 15.23, а показан принцип метода, в котором используется мерительный штифт, а также приводится записанный график.

Рис. 15. 23. Измерение чистоты поверхности с помощью измерительных приборов. Шкала чистоты поверхности дана в увеличенном масштабе, а — механический мерительный штифт; б - оптическая интерференция.

Очень чистые поверхности могут быть измерены с помощью приборов, основанных на оптической интерференции [102, 104, 105]. Как показано на рис. 15.23, б, наличие непараллельных полос интерференции света, отраженного исследуемой поверхностью и оптически плоской стеклянной пластиной, является мерой чистоты поверхности. В одном приборе [120] оптическая система микроскопа была устроена так, что отсчетная плоскость не имела контакта с образцом. Небольшой наклон использовался для получения полос интерференции, причем расстояние между двумя любыми полосами равно половине длины волны света, используемого для освещения. При зеленом свете величина шероховатости поверхности, равная 0,1 полосы, эквивалентна Такие мерительные штифты и оптические приборы очень дороги, и поэтому обычно они устанавливаются в лабораториях и в специальных удаленных от цехов помещениях.

В третьем методе используется набор компараторных (эталонных) пластин с известной чистотой поверхности; они сравниваются с образцом по внешнему виду или на ощупь. Желательно, чтобы с помощью пластин можно было определить все три класса отделки. Различная чистота поверхности, показанная на рис. 15.24,

соответствует различным видам обработки систем сверхвысоких частот. После изготовления этих шкал, соответствующих различным степеням обработки, они наносятся на концы калиброванных пробок из нержавеющей стали, которые затем были смонтированы на круглом медном диске. По этому эталону путем электроосаждения никеля была изготовлена негативная копия, а затем позитивная копия из меди. Пластины для получения жесткости укреплены на подложке и для прочности на поверхность нанесен хром.

Рис. 15. 24. Компаратор для определения чистоты поверхности. Компаратор изготовляется из меди путем электрокопировки, рабочая поверхность покрывается хромом. Общие размеры компаратора толщина

Такие пластины дешевы, портативны и удобны в использовании. Ошибки в определении чистоты поверхности возникают из-за дефектов эталона и из-за небольших изменений, возникающих в процессе его воспроизведения; ошибки при использовании обусловлены возможным различием материалов и разновидностью структуры поверхности стандарта и образца. При условии тщательной визуальной и осязательной оценки точность равна половине отсчета между соседними шкалами; эта точность вполне приемлема для такого простого устройства.