輪廓儀測量精度的影響因素

輪廓儀測量精度的影響因素

在對旋轉(zhuǎn)換能器零件的測量中，表面粗糙度是評估產(chǎn)品表面質(zhì)量的重要指標(biāo)之一。在多年市場商品監(jiān)督檢驗(yàn)中,發(fā)現(xiàn)有較多表面粗糙度數(shù)值達(dá)不到產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)要求。實(shí)際上,加工后零件的表面狀態(tài)并不是絕對平的,而是不平的。一般包括宏觀幾何形狀誤差和微觀幾何形狀誤差,以及介于兩者之間的波度誤差。表面粗糙度是一種微觀的幾何形狀誤差。它是指零件在機(jī)械加工過程中,由于刀痕、切屑分離時(shí)的塑性變形、工藝系統(tǒng)中的高頻振動(dòng)以及刀具與被加工表面的摩擦等原因,致使被加工表面產(chǎn)生許多高低不平的微小的峰谷。具有這種微小峰谷的形狀誤差不同于表面宏觀形狀誤差(如直線度、圓度等)和表面波度誤差。在表面粗糙度的測量方法中,應(yīng)用最廣的是針描法。電動(dòng)輪廓儀是按針描法評定表面粗糙度的一種典型儀器。它具有性能穩(wěn)定、測量迅速數(shù)字顯示、放大倍數(shù)高和使用方便等優(yōu)點(diǎn),因此得到廣泛應(yīng)用。根據(jù)傳感器工作原理,電動(dòng)輪廓儀可以分為電感式和壓電式兩種。使用哈爾濱量具廠生產(chǎn)的2221型壓電式表面粗糙度檢查儀對軸類、桿銷類、箱殼體類、盤套類、齒輪類、高強(qiáng)螺栓類等農(nóng)機(jī)零配件表面粗糙度進(jìn)行測量,取得了滿意的結(jié)果。1粗糙度測量精度因素在多年的測試過程中,發(fā)現(xiàn)影響輪廓儀表面粗糙度測量精度的因素主要有觸針尖半徑及觸針角度、測量力、測量基準(zhǔn)線,測量頭移動(dòng)速度、輪廓儀校準(zhǔn)后的基本誤差等。1.1規(guī)則樣品平面度的測量為使觸針的運(yùn)動(dòng)能準(zhǔn)確反映被測表面的實(shí)際輪廓曲線,觸針應(yīng)具有最小的尖端半徑和適當(dāng)?shù)慕嵌?但尖端半徑過小不僅難于加工,而且極易磨損和劃傷被測表面。目前可加工出的針尖半徑為1～2μm。GB/T6062-1985規(guī)定觸針針尖半徑公稱值及極限偏差和觸針角度公稱值及極限偏差見表1。由于觸針尖端是一個(gè)小球,則針尖半徑愈大,其運(yùn)動(dòng)軌跡與實(shí)際輪廓曲線的差異也就愈大。用觸針尖端半徑(r)為125μm,12.5μm和2.5μm三種觸針在同一輪廓角度為150°的規(guī)則樣板上作實(shí)驗(yàn),所得曲線見圖1。圖中縱坐標(biāo)為規(guī)則樣板平面度實(shí)際值,橫坐標(biāo)為測量值?？梢钥闯?當(dāng)樣板平面度>0.5μm時(shí),用r=12.5μm和r=2.5μm的測量結(jié)果是相同的,當(dāng)樣板平面度<0.5μm時(shí),兩種不同觸針?biāo)鶞y得的結(jié)果才顯示出差異。一般用r=12.5μm的觸針比用r=2.5μm的測量值要小10%。平面度越小,兩者差異的百分比越大,當(dāng)樣板平面度為0.25μm時(shí),前者所得測量值為0.15μm,而后者為0.25μm,當(dāng)用r=125μm的觸針時(shí),測量結(jié)果嚴(yán)重偏差。1.2測力長度的選擇為使觸針運(yùn)動(dòng)軌跡符合實(shí)際的輪廓曲線,還必須保證觸針與被測表面可靠接觸。為避免劃傷被測表面在保證可靠接觸的前提下,選擇盡量小的測力,并使觸針伸出不同長度時(shí)測力的變化也要小。GB/T6062-1985規(guī)定的靜態(tài)測量力的數(shù)值及靜態(tài)測量力的變化率見表2。1.3導(dǎo)頭的滑動(dòng)方式通常形成基準(zhǔn)線的辦法有兩種:一種是測量頭的移動(dòng)方向由一個(gè)與被測表面無關(guān)的導(dǎo)軌(直線形的,圓形的等)來保證,見圖2a。另一種是采用某種形式的滑塊即所謂導(dǎo)頭,直接將測量頭支承在被測表面上進(jìn)行滑動(dòng)的方式來實(shí)現(xiàn),如圖2b所示。導(dǎo)頭制造簡單,使用方便,此時(shí)觸針的位移是以導(dǎo)頭的移動(dòng)軌跡為基準(zhǔn)線,而導(dǎo)頭的移動(dòng)軌跡又由它的現(xiàn)狀、位置及被測表面的幾何形狀所決定。常用導(dǎo)頭的形狀為弧形,也有用球面或柱面的,導(dǎo)頭多為一個(gè),裝在觸針前方或后方,如圖3所示。具有兩個(gè)導(dǎo)頭的傳感器如圖4所示,它裝在觸針兩側(cè)。導(dǎo)頭能減弱波度及表面宏觀幾何形狀偏差對測量的影響,其減弱程度與滑塊曲率半徑有關(guān)。導(dǎo)頭端部半徑ρ應(yīng)不小于截止波長的50倍。導(dǎo)頭工作表面的微觀不平度10點(diǎn)高度Rz值應(yīng)≯0.1μm。導(dǎo)頭施加于被測表面上的力,對硬質(zhì)材料≯0.5N,對軟質(zhì)材料應(yīng)取低些。1.4針工作頻率fg測量頭速度過慢,影響測量效率;速度過快,會(huì)使觸針產(chǎn)生附加的動(dòng)測量力,而且有可能在測量過程中使觸針與被測表面脫離。測量頭的移動(dòng)速度受到臨界頻率的限制。觸針工作頻率fg取決于測量頭的移動(dòng)速度v和被測表面輪廓單峰平均間距S,則fg=v/S。哈爾濱量具廠生產(chǎn)的BCJ-2型電感輪廓儀v=1mm/s,對Ra0.008μm表面S=2μm,則fg=1/0.002=500Hz。為保證觸針與被測表面的可靠接觸,觸針工作頻率fg必須小于測量頭觸針可動(dòng)部分的臨界頻率fL。fL=2ξK/m???????√fL=2ξΚ/m式中ξ——系數(shù)m——觸針可動(dòng)部分質(zhì)量K——測量力的梯度現(xiàn)代輪廓儀的測量頭速度一般為0.5～1mm/s。1.5系統(tǒng)誤差的確定基本誤差包括系統(tǒng)誤差δS和隨機(jī)誤差σ(圖5)。δS和σ允許值以具有公稱特性的輪廓儀測定的表面粗糙度參數(shù)的實(shí)際值的百分?jǐn)?shù)表示,即系統(tǒng)誤差δs:±5%,±10%,±15%。隨機(jī)誤差σ:1%,2%,4%?；菊`差用下式表示:δ=|δs|+|nσ|δ=|δs|+|nσ|式中n——依照需要的置信度而選擇的一個(gè)數(shù)值2評估表面粗糙度的基本原則為使表面粗糙度的測量準(zhǔn)確可靠,按表面粗糙度國家標(biāo)準(zhǔn)GB/T1031-1995《表面粗糙度參數(shù)及其數(shù)值》評定,應(yīng)依據(jù)以下幾個(gè)原則。2.1測量方向的測量表面粗糙度的數(shù)值,是在垂直于被測表面的法向截面上給定的。若技術(shù)文件上沒有注明測量方向,則應(yīng)按能給出最大表面粗糙度數(shù)值的方向上進(jìn)行測量,即應(yīng)在垂直于痕跡的方向上進(jìn)行測量。不能明顯確定被測表面的加工痕跡方向和非切削加工表面,應(yīng)在幾個(gè)不同方向上進(jìn)行測量,取恰當(dāng)值作為測量結(jié)果。2.2表面缺陷在表面粗糙度評定中不應(yīng)把表面缺陷,如氣孔、劃痕、溝槽等包含進(jìn)去,也不應(yīng)作為判別表面粗糙度合格與否的指標(biāo)。2.3測量部分由于種種因素的影響,同一加工方法加工出的同一表面,不同部位的粗糙度值不會(huì)一樣,因此在測量粗糙度數(shù)值時(shí),應(yīng)在不同部位上測量。3傳感器的選擇和調(diào)整(1)每次測量前,將標(biāo)準(zhǔn)樣塊用綢布蘸酒精擦拭干凈,置于被測表面加工紋路與傳感器測頭滑行方向相垂直的工作臺(tái)并固定,選擇合適的傳感器,對儀器示值進(jìn)行校驗(yàn)并調(diào)整。(2)將被測零件表面擦拭干凈,置于被