實驗2表面粗糙度的測量陳赫然

1、互換性與測量技術(shù) 表面粗糙度測量實驗報告 班 級：機(jī)自1102 姓 名： 陳赫然 學(xué) 號： 11041228 日 期: 2013/12/15 目 錄一、實驗?zāi)康?二、實驗原理3三、實驗內(nèi)容7四、實驗數(shù)據(jù)記錄與處理7五、實驗總結(jié)9六、課外拓展10(一)表面粗糙度的檢測方法（上網(wǎng)搜集）10(二)表面粗糙度檢測儀器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表面粗糙度測量2013年12月18日表面粗糙度測量實驗報告一、 實驗?zāi)康?、掌握表面粗糙度檢測常用儀器的原理與使用方法。2、加深對參數(shù)Ra、Rz、Ry的理解。二、 實驗原理1、比較法：將被測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，指甲劃動的感覺來判斷被測表面的粗糙度（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向或Ra值較大的工件。評定的準(zhǔn)確性很多程度上取決于檢驗人員的經(jīng)驗。 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量范圍：Ra 0.615.0 , Rz 0.260RM-20袖珍型表面粗糙度儀使用說明：a、開機(jī)打開電源開關(guān)，電源接通。b、功能選擇按照實驗中所發(fā)儀器說明書，將手指輕觸3鍵，可實現(xiàn)Ra,Rz的選擇。將手指輕觸圖1中4鍵，可選擇取樣長度。取

3、樣長度的選擇根據(jù)工件表面質(zhì)量來選取相應(yīng)的取樣長度。各取樣長度對應(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、運(yùn)行和運(yùn)行結(jié)束 將儀器|對準(zhǔn)被測工件表面，用手指輕按1鍵，傳感器開始移動，屏幕自動記錄表面粗糙度的數(shù)值，待傳感器返回開始位置，運(yùn)行結(jié)束，即可開始下次測量。d、充電 當(dāng)開機(jī)后或測量過程中，液晶屏出現(xiàn)閃爍現(xiàn)象，說明電池電壓低于工作電壓下限，應(yīng)予充電。方法是：關(guān)掉電源開關(guān)，插上插頭，充電10-15小時，即可使用e、溢出顯示 在液晶屏上出現(xiàn) F 時，說明被測量工件的Ra值較小，超出了取樣范圍的測量范圍，

4、應(yīng)依次選擇2.5-0.8-0.25進(jìn)行測量，如果出現(xiàn)倒F，說明被測量工件的Ra值較大，應(yīng)選擇0.25-0.8-2.5。f、校核 儀器使用一段時間后，要求用隨機(jī)配置的樣塊進(jìn)行校對。其值在隨機(jī)樣塊值±%12內(nèi)才可以使用，否則需校對調(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 測量范圍：Ra=0.00516m測量原理：測量工件表面粗糙度時，將傳感器放在被測工件表面，由儀器內(nèi)部的驅(qū)動機(jī)構(gòu)帶動傳感器沿被測表面做等速滑行，使傳感器通過內(nèi)置的銳利觸針感受被測表面的粗糙度。此時，工件被測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)生與被測表面粗糙度成比例的模擬信號，該信號經(jīng)過放大及電平轉(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)計算，測量結(jié)果在液晶顯示屏上讀出，可以存儲，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、開機(jī)，按下電源鍵。2、(a)查電壓(b)擦干凈被測表面(c)檢查儀器是否正確、平穩(wěn)放在被測表面 (d)傳感器的運(yùn)行軌跡必須垂直于被測工件表面的加工紋理方向3、零位調(diào)整。 輕按回車鍵，顯示當(dāng)前觸針的相對位置。通過初調(diào)，微調(diào)保證觸針在零點位置

6、。4、計量條件選擇。 取樣長度2.5mm 評定長度5mm 量程±80m5、與磁性表架連可以在線采集。三、 實驗內(nèi)容1. 用表面粗糙度樣板對兩個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和取樣長度。3. 用TR220手持式粗糙度儀，測量Ra、Ry、Rz。四、 實驗數(shù)據(jù)記錄與處理（一）用表面粗糙度樣板對兩個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2車床3.245#圓柱面-螺旋線（二）用RM-20袖珍式表面

7、粗糙度儀檢測。圖5 待測樣品材料：碳化硅 加工方法：電火花加工 Ra-range：1.5015.0m Ra/Rz樣本編號Ra/mRz/m取樣長度/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、 實驗總結(jié)通過本次實驗，讓我對表面粗糙度有了更深層次的認(rèn)識，分清了Ra,Ry,Rz的具體含義和測量方法，通過將樣品與標(biāo)準(zhǔn)表面粗糙度試件進(jìn)行對比，對各層次表面粗糙度的具體粗糙程度有了一定的認(rèn)識，為

8、以后加工制造過程中合理選擇加工方法奠定了基礎(chǔ)。實驗中，我們還學(xué)習(xí)了表面粗糙度測量儀的使用方法，同時在課上老師給我們講解的微小孔輪廓檢測實驗裝置的開發(fā)研究項目創(chuàng)新案例 讓我們體會到在生活中處處都有發(fā)明，解決問題的過程就是不斷創(chuàng)新的過程。17六、 課外拓展(一) 表面粗糙度的檢測方法（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)行表面粗糙度對比的一種評估法，即通過人的視覺或觸覺來判別兩個對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)估計被檢工件表面粗糙度參數(shù)值的一種簡易方法。(1)目測法 目測法僅能評估表面粗糙度輪廓峰谷的高低

9、，不能評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)觸覺法 用觸覺法評估表面粗糙度，一般比目測法的準(zhǔn)確度高。觸覺法一般可感覺出10,m的表面微觀不平度，有經(jīng)驗的工人能觸測到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工件表面與表面粗糙度比較樣塊同時放在比較顯微鏡下進(jìn)行觀察對比評估，由于能從視場中同時觀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)實體剖面法 實體剖面法是先將被測表面鍍上一層銅或鎳，再沿著指定方向?qū)⒐ぜ书_進(jìn)行拋光，然后在顯微鏡下觀察被測表面的實際輪廓進(jìn)行評定

10、。這種方法可測到的微觀不平度達(dá)6.5 m o2).光學(xué)測量法(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)計的測量表面粗糙度的儀器稱光切顯微鏡或雙管顯微鏡。這類儀器光學(xué)系統(tǒng)可測表面微觀不平度高度大致在0.8m63 m。各種光切顯微鏡適用于測量車、銑、刨及其類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儀器進(jìn)行印模法測量。(2)干涉法 干涉法是利用光波的干涉現(xiàn)象，以光波波長度量由于工件表

11、面微觀不平度而產(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)平晶測量工件表面平面度的干涉原理相同，所不同的是它通過高倍率放大顯微鏡系統(tǒng)實現(xiàn)分辨，測出工件表面粗糙度數(shù)值。干涉法具有以下特點:容易測量輪廓微觀不平度高度小于1 m的表面粗糙度;測量精度高，多光束干涉法的精度可達(dá)0.001m 0.003m;測量過程中不與被測表面接觸，因而可避免劃傷被測表面。3)光學(xué)實時測量 實時測量包括工藝過程中測量和在線測量兩個內(nèi)容。所謂工藝過程中測量是指工件在切削過程中或成形過程中進(jìn)行的測量。其目的在于對工藝過程進(jìn)行自動控制，以便把測量數(shù)據(jù)及時傳送給控制加工的人或控制器，從而為自動的選擇最佳參數(shù)精修工件提供

12、可能。但工藝中測量易受工況的影響，如工件的振動、切屑、冷卻液和潤滑等影響。在線測量是一種實時的快速自動測量，是指在加工過程中的其它時間，如在流水線生產(chǎn)中當(dāng)轉(zhuǎn)移工位時，定時的無間斷地進(jìn)行測量。它們的共同特點是都能對工件表面粗糙度進(jìn)行非接觸、快速、百分之百的實時測量，以判斷工件是否符合設(shè)計要求。(1)光學(xué)散射法 一個粗糙不平的表面可以理解為是許多曲率半徑大于光波長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，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、原理測量工件表面粗糙度。此法適用于測量表面粗糙度比較低的光滑表面，且具有速度快，非接觸測量等優(yōu)點，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，可用于加工過程中測量和在線測量。(2)光學(xué)散斑法 光學(xué)散斑法是利用平均散斑對比度測量表面粗糙度有關(guān)參數(shù)的一種方法。理論與實際研究表明，散斑強(qiáng)度的平均對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工件表面粗糙度進(jìn)行無接觸的實時測量。散斑法的優(yōu)點是可以測量從非常光滑到很粗糙的表面，測量范圍較大，重復(fù)性較好，因而可用于一般機(jī)加工表面的測量。散斑法的缺點是對表面加工類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型不大改變的場合。(3)光纖法光源經(jīng)自動準(zhǔn)直平行光管入射光纖維束，垂直照射到被測表面上，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。這種方法可測量各種曲面的表面粗糙度。4).電學(xué)測量法(1)針描法(又稱觸針法) 針描法是一種特殊觸針以一定的速度沿著被測工件表面移動，由于工件表面的微觀不平引起了觸針的上下運(yùn)動，并把觸針移動的變量通過機(jī)械、光學(xué)、電學(xué)的轉(zhuǎn)換，再經(jīng)放大、運(yùn)算，由指示表指示被測表面粗糙度的評定參數(shù)數(shù)值，或用記錄儀描繪微觀不平度輪廓的一種檢測方法。針描法輪廓儀可以直接測量平面、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)定截面測量多項評定參數(shù)，如Ra、Rz、Rt、Rp、Rq、Rsk , Rq , HSC等;儀器操作簡便，測量迅速，測量數(shù)值呈數(shù)字顯示，測量精度較高:不僅能測量金屬表面的粗糙度，也能測量陶瓷等非金屬表面的粗糙度;儀器適用于測量硬度不低于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:由于受到觸針尖半徑大小和測量迅速的限制，不能用于測量Ra <0.012m的表面粗糙度，而且金剛石觸針性脆，不適于測量Ra >S.Om的表面粗糙度。(2)電容測量法 把電容器的上極板作為傳感測頭，下極板作為被測工件表面，則傳感測頭與工件共

16、同構(gòu)成一對電容值為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)傳感測頭與被測工件表面之間的間隙t改變時，C將發(fā)生變化，把變化量C轉(zhuǎn)換成電壓信號，經(jīng)放大可用電壓形式把表面粗糙度的數(shù)值表示出來。5).其它測量法(1)全息干涉測量法 用激光照射被測表面，利用相干輻射拍攝被測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。因此只要能測出全息圖像干涉條紋的對比度，即可知被測表面粗糙度。(2)光柵測量法 通過光學(xué)系統(tǒng)，將帶有投影刻線的表面投影在比較光柵的刻線平面上，便得到莫爾條紋，此莫爾

17、條紋即被測表面上相對原始光柵的刻線象平面具有相應(yīng)高度的點的幾何位置。在垂直于光柵刻線的方向上，條紋的彎曲與被測表面的輪廓相似。若已知莫爾條紋的值，并且估計出彎曲量相對條紋間距的比例數(shù)，就能容易確定表面微觀不平度的高度。 在目前存在的各種表面粗糙度測量儀器中，從原理上比較，觸針式電動輪廓儀性能較穩(wěn)定、示數(shù)較客觀、使用較方便。各國都在不斷的發(fā)展這類儀器，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、表面粗糙度檢測儀、粗糙度測量儀、粗糙度計、粗糙度測試儀等多種名稱，國外先研發(fā)生產(chǎn)后來才引進(jìn)國內(nèi)。粗糙度儀測量工件表面粗糙度時，將傳感器放在工

18、件被測表面上，由儀器內(nèi)部的驅(qū)動機(jī)構(gòu)帶動傳感器沿被測表面做等速滑行，傳感器通過內(nèi)置的銳利觸針感受被測表面的粗糙度，此時工件被測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)生與被測表面粗糙度成比例的模擬信號，該信號經(jīng)過放大及電平轉(zhuǎn)換之后進(jìn)入數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。 不同類型表面粗糙度測量儀采用針描法原理的表面粗糙度測量儀由傳感器、驅(qū)動器、指零表、記錄器和電感傳感器是輪廓儀的主要部件之一，在傳感器測桿的一端裝有金剛石觸針，觸針尖端曲率半徑r很小，測量時將觸針搭在工件上，與被測表面垂直接觸，利用驅(qū)動器以一定的速度拖動傳感器。由于被測表面輪廓峰谷起伏，觸狀在被測表面滑行時，將產(chǎn)生上下移動。此運(yùn)動經(jīng)支點使磁芯同步地上下運(yùn)動，從而使包