實(shí)驗(yàn)2表面粗糙度的測(cè)量陳赫然

1、互換性與測(cè)量技術(shù) 表面粗糙度測(cè)量實(shí)驗(yàn)報(bào)告 班 級(jí)：機(jī)自1102 姓 名： 陳赫然 學(xué) 號(hào)： 11041228 日 期: 2013/12/15 目 錄一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?二、實(shí)驗(yàn)原理3三、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容7四、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄與處理7五、實(shí)驗(yàn)總結(jié)9六、課外拓展10(一)表面粗糙度的檢測(cè)方法（上網(wǎng)搜集）10(二)表面粗糙度檢測(cè)儀器15(三)表面粗糙度儀在石油領(lǐng)域的應(yīng)用16(四)小創(chuàng)意（網(wǎng)上搜集）16表面粗糙度測(cè)量2013年12月18日表面粗糙度測(cè)量實(shí)驗(yàn)報(bào)告一、 實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、掌握表面粗糙度檢測(cè)常用儀器的原理與使用方法。2、加深對(duì)參數(shù)Ra、Rz、Ry的理解。二、 實(shí)驗(yàn)原理1、比較法：將被測(cè)表面和表面粗糙度樣板直接進(jìn)行比

2、較。前提：兩者的加工方法和材料應(yīng)盡可能相同，否則將產(chǎn)生較大誤差，用眼或借助放大鏡等比較，也可用手摸，指甲劃動(dòng)的感覺(jué)來(lái)判斷被測(cè)表面的粗糙度（用于比較粗糙的工件）。樣板不能用手亂摸，防止生銹。這種方法一般多用于車(chē)向或Ra值較大的工件。評(píng)定的準(zhǔn)確性很多程度上取決于檢驗(yàn)人員的經(jīng)驗(yàn)。 圖1 樣板示意圖2、RM-20袖珍式表面粗糙度儀 圖2 RM-20袖珍型表面粗糙度儀測(cè)量范圍：Ra 0.615.0 , Rz 0.260RM-20袖珍型表面粗糙度儀使用說(shuō)明：a、開(kāi)機(jī)打開(kāi)電源開(kāi)關(guān)，電源接通。b、功能選擇按照實(shí)驗(yàn)中所發(fā)儀器說(shuō)明書(shū)，將手指輕觸3鍵，可實(shí)現(xiàn)Ra,Rz的選擇。將手指輕觸圖1中4鍵，可選擇取樣長(zhǎng)度。取

3、樣長(zhǎng)度的選擇根據(jù)工件表面質(zhì)量來(lái)選取相應(yīng)的取樣長(zhǎng)度。各取樣長(zhǎng)度對(duì)應(yīng)的范圍如下：0.25mm Ra 0.050.15（m）0.8mm Ra 0.12.5(m)2.5mm Ra 6.015.0(m)c、啟動(dòng)、運(yùn)行和運(yùn)行結(jié)束 將儀器|對(duì)準(zhǔn)被測(cè)工件表面，用手指輕按1鍵，傳感器開(kāi)始移動(dòng)，屏幕自動(dòng)記錄表面粗糙度的數(shù)值，待傳感器返回開(kāi)始位置，運(yùn)行結(jié)束，即可開(kāi)始下次測(cè)量。d、充電 當(dāng)開(kāi)機(jī)后或測(cè)量過(guò)程中，液晶屏出現(xiàn)閃爍現(xiàn)象，說(shuō)明電池電壓低于工作電壓下限，應(yīng)予充電。方法是：關(guān)掉電源開(kāi)關(guān)，插上插頭，充電10-15小時(shí)，即可使用e、溢出顯示 在液晶屏上出現(xiàn) F 時(shí)，說(shuō)明被測(cè)量工件的Ra值較小，超出了取樣范圍的測(cè)量范圍，

4、應(yīng)依次選擇2.5-0.8-0.25進(jìn)行測(cè)量，如果出現(xiàn)倒F，說(shuō)明被測(cè)量工件的Ra值較大，應(yīng)選擇0.25-0.8-2.5。f、校核 儀器使用一段時(shí)間后，要求用隨機(jī)配置的樣塊進(jìn)行校對(duì)。其值在隨機(jī)樣塊值±%12內(nèi)才可以使用，否則需校對(duì)調(diào)整。注意：指定樣件、指定表面才能使用該儀器，粗糙面嚴(yán)禁使用，否則損壞儀器！3、TR220手持式粗糙度儀 測(cè)量范圍：Ra=0.00516m測(cè)量原理：測(cè)量工件表面粗糙度時(shí)，將傳感器放在被測(cè)工件表面，由儀器內(nèi)部的驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)帶動(dòng)傳感器沿被測(cè)表面做等速滑行，使傳感器通過(guò)內(nèi)置的銳利觸針感受被測(cè)表面的粗糙度。此時(shí)，工件被測(cè)表面的粗糙度引起觸針產(chǎn)生位移，該位移使傳感器電感線(xiàn)圈內(nèi)

5、電感量發(fā)生變化從而在機(jī)敏整電流器的輸出端產(chǎn)生與被測(cè)表面粗糙度成比例的模擬信號(hào)，該信號(hào)經(jīng)過(guò)放大及電平轉(zhuǎn)換之后進(jìn)入數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。DSP芯片將采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)據(jù)濾波和參數(shù)計(jì)算，測(cè)量結(jié)果在液晶顯示屏上讀出，可以存儲(chǔ)，也可以在打印機(jī)上輸出，還可以與PC機(jī)進(jìn)行通訊。注意：觸針不能用手觸摸，保護(hù)套管不能用手隨便碰。圖3 TS100傳感器結(jié)構(gòu)圖 圖4 控制面板圖操作步驟：1、開(kāi)機(jī)，按下電源鍵。2、(a)查電壓(b)擦干凈被測(cè)表面(c)檢查儀器是否正確、平穩(wěn)放在被測(cè)表面 (d)傳感器的運(yùn)行軌跡必須垂直于被測(cè)工件表面的加工紋理方向3、零位調(diào)整。 輕按回車(chē)鍵，顯示當(dāng)前觸針的相對(duì)位置。通過(guò)初調(diào)，微調(diào)保證觸針在零點(diǎn)位置

6、。4、計(jì)量條件選擇。 取樣長(zhǎng)度2.5mm 評(píng)定長(zhǎng)度5mm 量程±80m5、與磁性表架連可以在線(xiàn)采集。三、 實(shí)驗(yàn)內(nèi)容1. 用表面粗糙度樣板對(duì)兩個(gè)不同加工方法的試件比較，確定Ra值。2. 用RM-20袖珍式表面粗糙度儀檢測(cè)樣品（材料：碳化硅 加工方法：電火花）表面粗糙度并記錄Ra,Rz和取樣長(zhǎng)度。3. 用TR220手持式粗糙度儀，測(cè)量Ra、Ry、Rz。四、 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄與處理（一）用表面粗糙度樣板對(duì)兩個(gè)不同加工方法的試件比較，確定Ra值。將樣品與樣板比較得： 編號(hào)加工方法Ra/m工件材料表面幾何形狀1 立銑6.345#平面-弧線(xiàn)2車(chē)床3.245#圓柱面-螺旋線(xiàn)（二）用RM-20袖珍式表面

7、粗糙度儀檢測(cè)。圖5 待測(cè)樣品材料：碳化硅 加工方法：電火花加工 Ra-range：1.5015.0m Ra/Rz樣本編號(hào)Ra/mRz/m取樣長(zhǎng)度/mm13.927.32.5023.829.12.5032.920.02.5042.527.62.5053.624.72.5065.329.125.0（三）用TR220手持式粗糙度儀，測(cè)量Ra、Ry、Rz。 材料：碳化硅 加工方法：電火花加工圖6 表面粗糙度五、 實(shí)驗(yàn)總結(jié)通過(guò)本次實(shí)驗(yàn)，讓我對(duì)表面粗糙度有了更深層次的認(rèn)識(shí)，分清了Ra,Ry,Rz的具體含義和測(cè)量方法，通過(guò)將樣品與標(biāo)準(zhǔn)表面粗糙度試件進(jìn)行對(duì)比，對(duì)各層次表面粗糙度的具體粗糙程度有了一定的認(rèn)識(shí)，為

8、以后加工制造過(guò)程中合理選擇加工方法奠定了基礎(chǔ)。實(shí)驗(yàn)中，我們還學(xué)習(xí)了表面粗糙度測(cè)量?jī)x的使用方法，同時(shí)在課上老師給我們講解的微小孔輪廓檢測(cè)實(shí)驗(yàn)裝置的開(kāi)發(fā)研究項(xiàng)目創(chuàng)新案例 讓我們體會(huì)到在生活中處處都有發(fā)明，解決問(wèn)題的過(guò)程就是不斷創(chuàng)新的過(guò)程。17六、 課外拓展(一) 表面粗糙度的檢測(cè)方法（上網(wǎng)搜集）1)比較判別法 比較判別法是將被檢工件與表面粗糙度標(biāo)準(zhǔn)樣塊進(jìn)行表面粗糙度對(duì)比的一種評(píng)估法，即通過(guò)人的視覺(jué)或觸覺(jué)來(lái)判別兩個(gè)對(duì)比表面的表面粗糙度差異，然后根據(jù)表面粗糙度標(biāo)準(zhǔn)樣塊的標(biāo)定值(一般標(biāo)定表面粗糙度參數(shù)Ra值)估計(jì)被檢工件表面粗糙度參數(shù)值的一種簡(jiǎn)易方法。(1)目測(cè)法 目測(cè)法僅能評(píng)估表面粗糙度輪廓峰谷的高低

9、，不能評(píng)估表面粗糙度輪廓峰間距，由于人眼分辨率能力有限，一般僅用于判別大于0.2.m Ra的表面粗糙度。(2)觸覺(jué)法 用觸覺(jué)法評(píng)估表面粗糙度，一般比目測(cè)法的準(zhǔn)確度高。觸覺(jué)法一般可感覺(jué)出10,m的表面微觀(guān)不平度，有經(jīng)驗(yàn)的工人能觸測(cè)到2.5 m的準(zhǔn)確度。（3）比較顯微鏡判別法 比較顯微鏡判別法是將被測(cè)工件表面與表面粗糙度比較樣塊同時(shí)放在比較顯微鏡下進(jìn)行觀(guān)察對(duì)比評(píng)估，由于能從視場(chǎng)中同時(shí)觀(guān)察到相比較的兩表面的影像，因此能判別Ra值為6.3.m 0.20m的表面粗糙度。(4)實(shí)體剖面法 實(shí)體剖面法是先將被測(cè)表面鍍上一層銅或鎳，再沿著指定方向?qū)⒐ぜ书_(kāi)進(jìn)行拋光，然后在顯微鏡下觀(guān)察被測(cè)表面的實(shí)際輪廓進(jìn)行評(píng)定

10、。這種方法可測(cè)到的微觀(guān)不平度達(dá)6.5 m o2).光學(xué)測(cè)量法(1)光切法 光切原理是把帶狀光束傾斜投射于工件表面形成光切面，然后從反射方向用顯微鏡觀(guān)察切面光帶象，以確定工件表面粗糙度值。采用光切原理設(shè)計(jì)的測(cè)量表面粗糙度的儀器稱(chēng)光切顯微鏡或雙管顯微鏡。這類(lèi)儀器光學(xué)系統(tǒng)可測(cè)表面微觀(guān)不平度高度大致在0.8m63 m。各種光切顯微鏡適用于測(cè)量車(chē)、銑、刨及其類(lèi)似加工方法成形的金屬工件平表面和外圓表面，以及木材、紙張等非金屬材料的表面粗糙度，還可用于測(cè)量表面加工紋理和微小的局部破損痕跡。笨重工件或內(nèi)表面的粗糙度也可用此類(lèi)儀器進(jìn)行印模法測(cè)量。(2)干涉法 干涉法是利用光波的干涉現(xiàn)象，以光波波長(zhǎng)度量由于工件表

11、面微觀(guān)不平度而產(chǎn)生的光波干涉帶彎曲程度的一種方法。其工作原理與光學(xué)平晶測(cè)量工件表面平面度的干涉原理相同，所不同的是它通過(guò)高倍率放大顯微鏡系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)分辨，測(cè)出工件表面粗糙度數(shù)值。干涉法具有以下特點(diǎn):容易測(cè)量輪廓微觀(guān)不平度高度小于1 m的表面粗糙度;測(cè)量精度高，多光束干涉法的精度可達(dá)0.001m 0.003m;測(cè)量過(guò)程中不與被測(cè)表面接觸，因而可避免劃傷被測(cè)表面。3)光學(xué)實(shí)時(shí)測(cè)量 實(shí)時(shí)測(cè)量包括工藝過(guò)程中測(cè)量和在線(xiàn)測(cè)量?jī)蓚€(gè)內(nèi)容。所謂工藝過(guò)程中測(cè)量是指工件在切削過(guò)程中或成形過(guò)程中進(jìn)行的測(cè)量。其目的在于對(duì)工藝過(guò)程進(jìn)行自動(dòng)控制，以便把測(cè)量數(shù)據(jù)及時(shí)傳送給控制加工的人或控制器，從而為自動(dòng)的選擇最佳參數(shù)精修工件提供

12、可能。但工藝中測(cè)量易受工況的影響，如工件的振動(dòng)、切屑、冷卻液和潤(rùn)滑等影響。在線(xiàn)測(cè)量是一種實(shí)時(shí)的快速自動(dòng)測(cè)量，是指在加工過(guò)程中的其它時(shí)間，如在流水線(xiàn)生產(chǎn)中當(dāng)轉(zhuǎn)移工位時(shí)，定時(shí)的無(wú)間斷地進(jìn)行測(cè)量。它們的共同特點(diǎn)是都能對(duì)工件表面粗糙度進(jìn)行非接觸、快速、百分之百的實(shí)時(shí)測(cè)量，以判斷工件是否符合設(shè)計(jì)要求。(1)光學(xué)散射法 一個(gè)粗糙不平的表面可以理解為是許多曲率半徑大于光波長(zhǎng)度的許多小平面的集合。當(dāng)定向的激光束照射到工件粗糙表面時(shí)，將使它按光學(xué)定律產(chǎn)生散射和反射。由于光的吸收和反射損失，反射回來(lái)的光強(qiáng)比入射的光強(qiáng)小，反射光強(qiáng)的大小與不透明試件的表面粗糙度有關(guān)，表面越粗糙，反射方向的光強(qiáng)越弱，反之則強(qiáng)。根據(jù)這一

13、原理測(cè)量工件表面粗糙度。此法適用于測(cè)量表面粗糙度比較低的光滑表面，且具有速度快，非接觸測(cè)量等優(yōu)點(diǎn)，它的垂直分辨率可達(dá)到0.001 m，水平分辨率一般為1 mm左右，可用于加工過(guò)程中測(cè)量和在線(xiàn)測(cè)量。(2)光學(xué)散斑法 光學(xué)散斑法是利用平均散斑對(duì)比度測(cè)量表面粗糙度有關(guān)參數(shù)的一種方法。理論與實(shí)際研究表明，散斑強(qiáng)度的平均對(duì)比度隨表面粗糙度的提高而增加。研究表明，只要使用完全的空間相干光照明，可以在任意平面上對(duì)工件表面粗糙度進(jìn)行無(wú)接觸的實(shí)時(shí)測(cè)量。散斑法的優(yōu)點(diǎn)是可以測(cè)量從非常光滑到很粗糙的表面，測(cè)量范圍較大，重復(fù)性較好，因而可用于一般機(jī)加工表面的測(cè)量。散斑法的缺點(diǎn)是對(duì)表面加工類(lèi)型的變化要比散射法敏感的多，因

14、而散斑法適用于表面類(lèi)型不大改變的場(chǎng)合。(3)光纖法光源經(jīng)自動(dòng)準(zhǔn)直平行光管入射光纖維束，垂直照射到被測(cè)表面上，受光纖維束接收反射光束，經(jīng)光電倍增管轉(zhuǎn)換成電壓，并用記錄器一記錄下來(lái)。這種方法可測(cè)量各種曲面的表面粗糙度。4).電學(xué)測(cè)量法(1)針描法(又稱(chēng)觸針?lè)? 針描法是一種特殊觸針以一定的速度沿著被測(cè)工件表面移動(dòng)，由于工件表面的微觀(guān)不平引起了觸針的上下運(yùn)動(dòng)，并把觸針移動(dòng)的變量通過(guò)機(jī)械、光學(xué)、電學(xué)的轉(zhuǎn)換，再經(jīng)放大、運(yùn)算，由指示表指示被測(cè)表面粗糙度的評(píng)定參數(shù)數(shù)值，或用記錄儀描繪微觀(guān)不平度輪廓的一種檢測(cè)方法。針描法輪廓儀可以直接測(cè)量平面、圓柱面、內(nèi)孔等工件表面粗糙度，鍵槽表面、刀刃和形狀復(fù)雜的曲面:儀器

15、備有各種附屬裝置，可按規(guī)定截面測(cè)量多項(xiàng)評(píng)定參數(shù)，如Ra、Rz、Rt、Rp、Rq、Rsk , Rq , HSC等;儀器操作簡(jiǎn)便，測(cè)量迅速，測(cè)量數(shù)值呈數(shù)字顯示，測(cè)量精度較高:不僅能測(cè)量金屬表面的粗糙度，也能測(cè)量陶瓷等非金屬表面的粗糙度;儀器適用于測(cè)量硬度不低于HRC20，表面粗糙度參數(shù)Ra值為0.02m S,m的表面，并能直接給出讀數(shù)值。但是它也有缺點(diǎn):由于受到觸針尖半徑大小和測(cè)量迅速的限制，不能用于測(cè)量Ra <0.012m的表面粗糙度，而且金剛石觸針性脆，不適于測(cè)量Ra >S.Om的表面粗糙度。(2)電容測(cè)量法 把電容器的上極板作為傳感測(cè)頭，下極板作為被測(cè)工件表面，則傳感測(cè)頭與工件共

16、同構(gòu)成一對(duì)電容值為C的平板電容器。兩板之間的電容與極板之間的面積A成正比，而與平行極板之間的距離t成反比。當(dāng)傳感測(cè)頭與被測(cè)工件表面之間的間隙t改變時(shí)，C將發(fā)生變化，把變化量C轉(zhuǎn)換成電壓信號(hào)，經(jīng)放大可用電壓形式把表面粗糙度的數(shù)值表示出來(lái)。5).其它測(cè)量法(1)全息干涉測(cè)量法 用激光照射被測(cè)表面，利用相干輻射拍攝被測(cè)表面的全息圖像一組表面輪廓的干涉圖形。然后用一種掃描光電池測(cè)量干涉條紋的強(qiáng)度分布，即從光電池輸出求出強(qiáng)度的極大值和極小值。因此只要能測(cè)出全息圖像干涉條紋的對(duì)比度，即可知被測(cè)表面粗糙度。(2)光柵測(cè)量法 通過(guò)光學(xué)系統(tǒng)，將帶有投影刻線(xiàn)的表面投影在比較光柵的刻線(xiàn)平面上，便得到莫爾條紋，此莫爾

17、條紋即被測(cè)表面上相對(duì)原始光柵的刻線(xiàn)象平面具有相應(yīng)高度的點(diǎn)的幾何位置。在垂直于光柵刻線(xiàn)的方向上，條紋的彎曲與被測(cè)表面的輪廓相似。若已知莫爾條紋的值，并且估計(jì)出彎曲量相對(duì)條紋間距的比例數(shù)，就能容易確定表面微觀(guān)不平度的高度。 在目前存在的各種表面粗糙度測(cè)量?jī)x器中，從原理上比較，觸針式電動(dòng)輪廓儀性能較穩(wěn)定、示數(shù)較客觀(guān)、使用較方便。各國(guó)都在不斷的發(fā)展這類(lèi)儀器，以進(jìn)一步提高其質(zhì)量，并使其性能日趨完善。(二) 表面粗糙度檢測(cè)儀器 粗糙度儀又叫表面粗糙度儀、表面光潔度儀、表面粗糙度檢測(cè)儀、粗糙度測(cè)量?jī)x、粗糙度計(jì)、粗糙度測(cè)試儀等多種名稱(chēng)，國(guó)外先研發(fā)生產(chǎn)后來(lái)才引進(jìn)國(guó)內(nèi)。粗糙度儀測(cè)量工件表面粗糙度時(shí)，將傳感器放在工

18、件被測(cè)表面上，由儀器內(nèi)部的驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)帶動(dòng)傳感器沿被測(cè)表面做等速滑行，傳感器通過(guò)內(nèi)置的銳利觸針感受被測(cè)表面的粗糙度，此時(shí)工件被測(cè)表面的粗糙度引起觸針產(chǎn)生位移，該位移使傳感器電感線(xiàn)圈的電感量發(fā)生變化，從而在相敏整流器的輸出端產(chǎn)生與被測(cè)表面粗糙度成比例的模擬信號(hào)，該信號(hào)經(jīng)過(guò)放大及電平轉(zhuǎn)換之后進(jìn)入數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。 不同類(lèi)型表面粗糙度測(cè)量?jī)x采用針描法原理的表面粗糙度測(cè)量?jī)x由傳感器、驅(qū)動(dòng)器、指零表、記錄器和電感傳感器是輪廓儀的主要部件之一，在傳感器測(cè)桿的一端裝有金剛石觸針，觸針尖端曲率半徑r很小，測(cè)量時(shí)將觸針搭在工件上，與被測(cè)表面垂直接觸，利用驅(qū)動(dòng)器以一定的速度拖動(dòng)傳感器。由于被測(cè)表面輪廓峰谷起伏，觸狀在被測(cè)表面滑行時(shí)，將產(chǎn)生上下移動(dòng)。此運(yùn)動(dòng)經(jīng)支點(diǎn)使磁芯同步地上下運(yùn)動(dòng)，從而使包