長度計(jì)量第七章 表面粗糙度測量

1、第七章 表面粗糙度的測量 一表面形貌誤差的概念與形成一表面形貌誤差的概念與形成1 1表面形貌誤差分類：表面形貌誤差分類： 實(shí)際加工表面通常包含如下三種表面形貌誤差：實(shí)際加工表面通常包含如下三種表面形貌誤差：v表面粗糙度表面粗糙度：波距：波距小于小于1mm1mm，大體呈周期性變化，大體呈周期性變化， 屬于微觀幾何形狀誤差；屬于微觀幾何形狀誤差；v表表 面面 波度：波度：波距波距pp在在110mm110mm，呈周期性變化，呈周期性變化， 屬于中間幾何形狀誤差；屬于中間幾何形狀誤差；v形狀形狀 誤誤 差：差：波距大于波距大于10mm10mm，無明顯周期性變化，無明顯周期性變化， 屬于宏觀幾何狀誤差屬

2、于宏觀幾何狀誤差 。2 2表面粗糙度：表面粗糙度：是一種微觀幾何形狀誤差又稱微觀不平度。是一種微觀幾何形狀誤差又稱微觀不平度。3 3表面粗糙度的產(chǎn)生原因：表面粗糙度的產(chǎn)生原因：在加工過程中，刀具和零件表面在加工過程中，刀具和零件表面 間產(chǎn)生磨擦、高頻振動及切削時(shí)在工作表面上留下的微觀間產(chǎn)生磨擦、高頻振動及切削時(shí)在工作表面上留下的微觀 痕跡。痕跡。二表面粗糙度的影響二表面粗糙度的影響v表面粗糙度對機(jī)器零件的使用性能有著重要的影響，主要表表面粗糙度對機(jī)器零件的使用性能有著重要的影響，主要表現(xiàn)在：現(xiàn)在： 1 1對摩擦和磨損的影響對摩擦和磨損的影響 2 2對配合性的影響對配合性的影響 3 3對接觸剛度

3、的影響對接觸剛度的影響 4 4對疲勞強(qiáng)度的影響對疲勞強(qiáng)度的影響 5 5對抗腐蝕性的影響對抗腐蝕性的影響 6 6對結(jié)合密封性的影響對結(jié)合密封性的影響 v此外表面粗糙度還影響檢驗(yàn)零件時(shí)的測量不確定度、零件外此外表面粗糙度還影響檢驗(yàn)零件時(shí)的測量不確定度、零件外形的美觀等等。形的美觀等等。 三表面形貌測量的特點(diǎn)與范圍三表面形貌測量的特點(diǎn)與范圍v特點(diǎn)：特點(diǎn)：通常為量程小、測量分辨率高（通常為量程小、測量分辨率高（nmnm）、）、v表面粗糙度測量的范圍表面粗糙度測量的范圍 現(xiàn)在表面分析技術(shù)已遠(yuǎn)走出機(jī)器零件，如現(xiàn)在表面分析技術(shù)已遠(yuǎn)走出機(jī)器零件，如: :微電子工業(yè)：硅片、磁盤表面、光盤、光學(xué)元件、微電子工業(yè)：

4、硅片、磁盤表面、光盤、光學(xué)元件、窗片窗片 材料科學(xué)：表面形貌分析、材料微裂紋材料科學(xué)：表面形貌分析、材料微裂紋 生物工程：細(xì)胞生物、芯片、遺傳學(xué)生物工程：細(xì)胞生物、芯片、遺傳學(xué) 科學(xué)研究：納米技術(shù)、物理、化學(xué)、生物等基礎(chǔ)科學(xué)研究：納米技術(shù)、物理、化學(xué)、生物等基礎(chǔ)科學(xué)等科學(xué)等 7 71 1 表面粗糙度的評定參數(shù)表面粗糙度的評定參數(shù) n主要內(nèi)容：主要內(nèi)容： 1 1、主要術(shù)語及定義、主要術(shù)語及定義 取樣長度取樣長度L L 評定長度評定長度L L 輪廓中線輪廓中線m m 2 2、6 6個(gè)評定參數(shù)個(gè)評定參數(shù) 3 3個(gè)基本、個(gè)基本、3 3個(gè)附加個(gè)附加 3 3、一般規(guī)定、一般規(guī)定重點(diǎn)：重點(diǎn)： 3 3個(gè)基本評

5、定參數(shù)個(gè)基本評定參數(shù)一主要術(shù)語及定義一主要術(shù)語及定義1 1實(shí)際輪廓：實(shí)際輪廓：平面與實(shí)際表面相交所得的輪廓線。平面與實(shí)際表面相交所得的輪廓線。按照相截方向的不同，它又可分為按照相截方向的不同，它又可分為橫向橫向?qū)嶋H輪廓和實(shí)際輪廓和縱向縱向?qū)崒?shí)際輪廓。在評定或測量表面粗糙度時(shí)，除非特別指明，際輪廓。在評定或測量表面粗糙度時(shí)，除非特別指明，通通常均指橫向?qū)嶋H輪廓常均指橫向?qū)嶋H輪廓，即與加工紋理方向垂直的截面上的，即與加工紋理方向垂直的截面上的輪廓。輪廓。橫向?qū)嶋H輪廓圖橫向?qū)嶋H輪廓圖實(shí)際輪廓圖實(shí)際輪廓圖2 2取樣長度取樣長度l：用于判別和測量表面粗糙度時(shí)所規(guī)定的一段基用于判別和測量表面粗糙度時(shí)所規(guī)定

6、的一段基準(zhǔn)線長度。準(zhǔn)線長度。v量取方向：量取方向：它在輪廓總的走向上。它在輪廓總的走向上。v目的：目的：限制和削弱表面波度對表面粗糙度測量結(jié)果的影響。限制和削弱表面波度對表面粗糙度測量結(jié)果的影響。 ( (幾何濾波幾何濾波) )v選擇原則：選擇原則： 5 5個(gè)以上的微觀峰谷個(gè)以上的微觀峰谷v常用的取樣長度見表常用的取樣長度見表7-17-1。3 3評定長度評定長度L L ：評定輪廓所必須的一段長度，它包括一個(gè)或數(shù)個(gè)取樣長評定輪廓所必須的一段長度，它包括一個(gè)或數(shù)個(gè)取樣長度。度。v目的：目的： 為充分合理地反映某一表面的粗糙度特征。為充分合理地反映某一表面的粗糙度特征。（加工表面有著不同程度的不均勻性

7、）。（加工表面有著不同程度的不均勻性）。v選擇原則：選擇原則：一般按五個(gè)取樣長度來確定。一般按五個(gè)取樣長度來確定。4 4輪廓中線輪廓中線m m：是評定表面粗糙度數(shù)值的是評定表面粗糙度數(shù)值的基準(zhǔn)線基準(zhǔn)線。具有幾。具有幾何輪廓形狀與被測表面幾何形狀一致，并將被測輪廓加何輪廓形狀與被測表面幾何形狀一致，并將被測輪廓加以劃分的線。類型有：以劃分的線。類型有：v（1 1）最小二乘中線：）最小二乘中線：使輪廓上各點(diǎn)的使輪廓上各點(diǎn)的輪廓偏轉(zhuǎn)距輪廓偏轉(zhuǎn)距y y（在測量方向上輪廓上（在測量方向上輪廓上的點(diǎn)至基準(zhǔn)線的距離）的平方和為最小的基準(zhǔn)線。的點(diǎn)至基準(zhǔn)線的距離）的平方和為最小的基準(zhǔn)線。v（）算術(shù)平均中線：（）

8、算術(shù)平均中線：在取樣長度范圍內(nèi)，劃分實(shí)際輪廓為上、下兩部分，在取樣長度范圍內(nèi)，劃分實(shí)際輪廓為上、下兩部分，且使上下兩部分面積相等的線。且使上下兩部分面積相等的線。輪廓的算術(shù)平均中線輪廓的算術(shù)平均中線 二、評定參數(shù)及數(shù)值：二、評定參數(shù)及數(shù)值：v對評定參數(shù)的基本要求：對評定參數(shù)的基本要求：（1 1）正確、充分反映表面微觀幾何形狀特征；）正確、充分反映表面微觀幾何形狀特征；（2 2）具有定量的結(jié)果；）具有定量的結(jié)果；（3 3）測量方便。）測量方便。v國標(biāo)從水平和高度兩方向各規(guī)定了三個(gè)評定參數(shù)：三個(gè)基本國標(biāo)從水平和高度兩方向各規(guī)定了三個(gè)評定參數(shù)：三個(gè)基本參數(shù)（水平），三個(gè)附加的評定參數(shù)（高度）參數(shù)（水

9、平），三個(gè)附加的評定參數(shù)（高度） 表面粗糙度的高度參數(shù)表面粗糙度的高度參數(shù)Rz1 1、輪廓算術(shù)平均偏差、輪廓算術(shù)平均偏差RaRa 在取樣長度在取樣長度L L內(nèi)，輪廓偏轉(zhuǎn)距絕對值的算術(shù)平均值。內(nèi)，輪廓偏轉(zhuǎn)距絕對值的算術(shù)平均值。用公式表示為：用公式表示為：RLy x dxal10( )niiaynR11Ryyzpiivii15155 2 2微觀不平度十點(diǎn)高度微觀不平度十點(diǎn)高度 v在取樣長度內(nèi)五個(gè)最大的輪廓峰高的平均值與五個(gè)最大的輪在取樣長度內(nèi)五個(gè)最大的輪廓峰高的平均值與五個(gè)最大的輪廓谷深的平均值之和。用公式表示為：廓谷深的平均值之和。用公式表示為：3 3輪廓最大高度輪廓最大高度v 在取樣長度內(nèi)，輪

10、廓峰頂線和輪廓谷底線之間的距離在取樣長度內(nèi)，輪廓峰頂線和輪廓谷底線之間的距離Ryyypvmaxmax表面粗糙度的水平參數(shù)表面粗糙度的水平參數(shù)表面粗糙度的三個(gè)水平參數(shù)：表面粗糙度的三個(gè)水平參數(shù)： 輪廓微觀不平度的平均間距輪廓微觀不平度的平均間距Sm 輪廓單峰平均間距輪廓單峰平均間距S 輪廓支承長度率輪廓支承長度率tp4 4輪廓微觀不平度的平均間距輪廓微觀不平度的平均間距SmSmv含有一個(gè)輪廓峰和相鄰輪廓谷的一段中線長度含有一個(gè)輪廓峰和相鄰輪廓谷的一段中線長度SmSm，稱，稱為輪廓微觀不平度間距。為輪廓微觀不平度間距。nimmiSnS115 5輪廓單峰平均間距輪廓單峰平均間距S Sv兩相鄰輪廓單峰

11、的最高點(diǎn)在中線上的投影長度兩相鄰輪廓單峰的最高點(diǎn)在中線上的投影長度S S，稱為輪，稱為輪廓單峰的間距。廓單峰的間距。 S = 11nSiin6 6輪廓支承長度率輪廓支承長度率tptpv一根平行于中線且與輪廓峰頂線相距為一根平行于中線且與輪廓峰頂線相距為C C的線與輪廓峰相截的線與輪廓峰相截所得到的各段截線所得到的各段截線b bi i之和，稱為之和，稱為輪廓支承長度輪廓支承長度 p p p p biin1輪廓支承長度率輪廓支承長度率v 輪廓支承長度輪廓支承長度 p p與取樣長度之比，就是輪廓支承長度率。與取樣長度之比，就是輪廓支承長度率。 t tp p = ( = ( p /L) p /L) 1

12、00100 三、一般規(guī)定三、一般規(guī)定v1 1為保證零件的表面質(zhì)量，可按功能需要規(guī)定表面粗糙度。為保證零件的表面質(zhì)量，可按功能需要規(guī)定表面粗糙度。v2 2 在規(guī)定表面粗糙度要求時(shí)，必須給出粗糙度參數(shù)值和測定時(shí)在規(guī)定表面粗糙度要求時(shí)，必須給出粗糙度參數(shù)值和測定時(shí)的取樣長度值兩項(xiàng)基本要求，必須時(shí)也可規(guī)定表面紋理、加工方的取樣長度值兩項(xiàng)基本要求，必須時(shí)也可規(guī)定表面紋理、加工方法順序和不同區(qū)域的粗糙度等附加要求。法順序和不同區(qū)域的粗糙度等附加要求。v3 3測量方向：測量方向：表面粗糙度各參數(shù)的值是指在垂直于基準(zhǔn)表面表面粗糙度各參數(shù)的值是指在垂直于基準(zhǔn)表面（具有幾何表面的形狀，它的方位和實(shí)際表面走向一致）

13、的各截（具有幾何表面的形狀，它的方位和實(shí)際表面走向一致）的各截面上測得。對給定的表面，如截面方向與高度參數(shù)最大值的方向面上測得。對給定的表面，如截面方向與高度參數(shù)最大值的方向一致，則可不規(guī)定測量方向，否則應(yīng)在圖樣上表示截面方向。一致，則可不規(guī)定測量方向，否則應(yīng)在圖樣上表示截面方向。v4 4表面缺陷：表面缺陷：評定過程中，不應(yīng)把表面缺陷（如溝槽、氣評定過程中，不應(yīng)把表面缺陷（如溝槽、氣孔、劃傷等）包含進(jìn)去。必要時(shí)，應(yīng)單獨(dú)規(guī)定表面缺陷要求?？?、劃傷等）包含進(jìn)去。必要時(shí)，應(yīng)單獨(dú)規(guī)定表面缺陷要求。v5 5 測量部位：測量部位：為了完整地反映零件表面的實(shí)際狀況，需要為了完整地反映零件表面的實(shí)際狀況，需要

14、在其若干具有代表性的位置上進(jìn)行測量，一般可采取在均勻在其若干具有代表性的位置上進(jìn)行測量，一般可采取在均勻分布的三個(gè)以上的位置上取其平均值作為最終結(jié)果。分布的三個(gè)以上的位置上取其平均值作為最終結(jié)果。四、四、 表而粗糙度測量方法綜述表而粗糙度測量方法綜述v對加工表面質(zhì)量的評定，除了用視覺和觸覺進(jìn)行定性地比較檢驗(yàn)的方法以外，并逐步實(shí)現(xiàn)了用數(shù)值確定表面粗糙度參數(shù)值的定量測量。從本世紀(jì)30年代陸續(xù)提出了測量粗糙度的方法原理和儀器以來，已發(fā)展了一系列利用光學(xué)、機(jī)械、電氣原理的表面粗糙度專用測量儀器，其基本結(jié)構(gòu)模式如下圖所示。v粗糙度測量方法主要是以不同類型的傳感器所反映的測量原理來分類的。下表列出了各類轉(zhuǎn)

15、換形式的傳感器。運(yùn)算裝置包括信號放大器、濾波器和各種型式的計(jì)算處理(如信號變換、模數(shù)轉(zhuǎn)換、時(shí)控、數(shù)字計(jì)算等)裝置。輸出設(shè)備包括指針式電量表、記錄器、光電輸出器、電傳打字機(jī)、磁帶輸出器、Tv顯示屏、繪圖儀等。其中，傳感器是基本組成部分，在取得表面測量信號以后，亦可用人工進(jìn)行計(jì)算處理給出結(jié)果。7272表面粗糙度的測量方法表面粗糙度的測量方法 主要內(nèi)容：主要內(nèi)容： 1 1、光切法量表面粗糙度、光切法量表面粗糙度 2 2、干涉顯微鏡測量表面粗糙度、干涉顯微鏡測量表面粗糙度 3 3、觸針法測量表面粗糙度、觸針法測量表面粗糙度 電感輪廓儀電感輪廓儀 激光干涉式輪廓儀激光干涉式輪廓儀 壓電式輪廓儀壓電式輪廓

16、儀重點(diǎn)：光切顯微鏡的原理和定度重點(diǎn)：光切顯微鏡的原理和定度任務(wù)：任務(wù)：表面粗糙度的表面粗糙度的測量測量測量對象和被測量測量對象和被測量v問題問題1 1：工件特點(diǎn)？：工件特點(diǎn)？ （大小、輕重、材料）（大小、輕重、材料）v問題問題2 2：測哪里的粗糙度？：測哪里的粗糙度？ （內(nèi)、外表面；平面、柱面、球面、齒面、牙型面）（內(nèi)、外表面；平面、柱面、球面、齒面、牙型面）v問題問題3 3：測量有什么特點(diǎn)？：測量有什么特點(diǎn)？v問題問題4 4：與長度、角度測量有何不同？：與長度、角度測量有何不同？測量單位和標(biāo)準(zhǔn)量測量單位和標(biāo)準(zhǔn)量v長度單位長度單位-um-umv表面粗糙度樣板表面粗糙度樣板v光波波長光波波長v電

17、壓、電流標(biāo)準(zhǔn)電壓、電流標(biāo)準(zhǔn)測量方法測量方法v測量方案設(shè)計(jì)測量方案設(shè)計(jì)測量方法測量方法測量儀器測量儀器接觸形式、定位接觸形式、定位測量精度測量精度v方法精度方法精度v儀器精度儀器精度v影響因素影響因素v改善精度的措施改善精度的措施、表面粗糙度的測量方法概述、表面粗糙度的測量方法概述 表面粗糙度反映的是機(jī)械零件表面的微觀幾何形狀誤差，對表面粗糙度的測量方法很多，主要方法見下表。 對表面粗糙度的評價(jià)主要分為定性和定量兩種評定方法。 定性評定是將待測表面和已知表面光潔度級別的標(biāo)準(zhǔn)樣板相比較，通過目估或借助于顯微鏡以判別其級別。 定量評定則是通過一定的測量方法和相應(yīng)的儀器，測出待測表面的不平度數(shù)值。實(shí)際

18、工作中，對加工表面粗糙度的評定可歸納為如下四種方式。 與表面粗糙度標(biāo)準(zhǔn)樣板比較的方法與表面粗糙度標(biāo)準(zhǔn)樣板比較的方法v表面粗糙度樣板：表面粗糙度樣板：按各種加工方法做成的不同幾何形狀的 一套標(biāo)準(zhǔn)表面樣塊，用來與被測的表面 相比較。 表面粗糙度樣板表面粗糙度樣板v測量方法：測量方法：目測法：目測法：RaRa值值2.5-802.5-80 m m的表面的表面；用用5 51010倍放大鏡比較：倍放大鏡比較：RaRa值值0.32-2.50.32-2.5 m m的表面的表面；用比較顯微鏡：用比較顯微鏡：RaRa值值0.08-100.08-10 m m的表面的表面。觸覺比較法：被加工表面觸覺比較法：被加工表面

19、RaRa值值0.63-100.63-10 m m。v注意點(diǎn)：注意點(diǎn)：樣板與被測件的加工方法、材料、形狀都相同。樣板與被測件的加工方法、材料、形狀都相同。v適用范圍：適用范圍：工廠比較常用，尤其是車間檢驗(yàn)中常用。一般工廠比較常用，尤其是車間檢驗(yàn)中常用。一般只用于粗糙度評定參數(shù)值較大的情況下，其判斷的準(zhǔn)確性只用于粗糙度評定參數(shù)值較大的情況下，其判斷的準(zhǔn)確性很大程度上取決于檢驗(yàn)人員的經(jīng)驗(yàn)，當(dāng)有爭議時(shí)可用儀器很大程度上取決于檢驗(yàn)人員的經(jīng)驗(yàn)，當(dāng)有爭議時(shí)可用儀器進(jìn)行測量。進(jìn)行測量。在選定截面上直接測量表面微觀不平度數(shù)值的方法在選定截面上直接測量表面微觀不平度數(shù)值的方法v普遍采用、定量測量、嚴(yán)格按照定義測、

20、本節(jié)重點(diǎn)。普遍采用、定量測量、嚴(yán)格按照定義測、本節(jié)重點(diǎn)。v常用的有光切法、干涉法、觸針法等各種測量原理的光學(xué)或常用的有光切法、干涉法、觸針法等各種測量原理的光學(xué)或電學(xué)儀器。電學(xué)儀器。3 3印模法測量表面粗糙度印模法測量表面粗糙度v對于大型零件或零件內(nèi)表面等不易直接測量的情況下可用此對于大型零件或零件內(nèi)表面等不易直接測量的情況下可用此法。法。( (深孔深孔 盲孔盲孔 凹槽凹槽 內(nèi)螺紋內(nèi)螺紋) )v印模表面的峰谷值總要比被測表面的峰谷值要小些，因而對印模表面的峰谷值總要比被測表面的峰谷值要小些，因而對此結(jié)果需加以修正。其修正系數(shù)值與所用材料等有關(guān)，應(yīng)由此結(jié)果需加以修正。其修正系數(shù)值與所用材料等有關(guān)

21、，應(yīng)由實(shí)驗(yàn)來確定。實(shí)驗(yàn)來確定。4 4間接測量方法間接測量方法 這類方法是利用被測表面的某種特性來間接評定表這類方法是利用被測表面的某種特性來間接評定表面粗糙度的數(shù)值。例如：面粗糙度的數(shù)值。例如：v氣動法：氣動法：是利用流經(jīng)測量頭與被測表面間氣體流量的大小是利用流經(jīng)測量頭與被測表面間氣體流量的大小或其所引起的壓力變化來評定表面粗糙度?；蚱渌鸬膲毫ψ兓瘉碓u定表面粗糙度。v電容法：電容法：是利用測量頭與被測表面間形成的電容量大小來是利用測量頭與被測表面間形成的電容量大小來評定表面粗糙度。不能直接測出表面參數(shù)評定表面粗糙度。不能直接測出表面參數(shù)RaRa或或RzRz，而需進(jìn)，而需進(jìn)行比對定標(biāo)，且要配

22、備一些和被測表面幾何形狀相適應(yīng)的行比對定標(biāo)，且要配備一些和被測表面幾何形狀相適應(yīng)的測量頭。測量頭。v其他方法：其他方法：激光散射法、激光散班法、激光全息法等。激光散射法、激光散班法、激光全息法等。二、光切法測量表面粗糙度二、光切法測量表面粗糙度 所謂光切法就是用一狹窄的扁平光束以一定的傾斜角照射到被測表面上，光束在被測表面上發(fā)生反射，將表面微觀不平度用顯微鏡放大成象進(jìn)行觀測的方法。圖4-5是光切法的測量原理圖。v若傾斜角取45，則得： h=hcos45光切法原理光切法原理 1 1光切法原理：光切法原理：光切顯微鏡光路光切顯微鏡光路 2 2測量儀器原理及定度測量儀器原理及定度v（1）原理光切顯微

23、鏡的光路原理下圖所示。用測微目鏡量出a、a的距離，即可求出峰谷間的高度。由于物鏡分辨率及景深的限制，光切法測量范圍一般為：Rz= (800.8)m。式h=hcos45中有無理數(shù)，計(jì)算、使用不便，在儀器設(shè)計(jì)時(shí)采用機(jī)械方法加以有理化 ，其方法如圖所示。光切顯微鏡讀數(shù)光切顯微鏡讀數(shù)h通過間接方法測得，測微目鏡的千分尺的軸線與可動分劃板上的十字線相交稱45角。測量時(shí)，十字線分別與亮帶的波谷和波峰對準(zhǔn)，獲得兩次千分尺讀數(shù)的差值N此時(shí)： h=NCcos45 所以有： h= NC/2V 式中: N用儀器測微目鏡瞄準(zhǔn)峰谷象高度（圖中十字 線位置I與II）時(shí)兩次讀數(shù)差值； h表面粗糙度的某一峰谷高度； V 所選

24、用物鏡的放大倍數(shù)。 雙管顯微鏡 C 儀器的定度值(目鏡千分尺轉(zhuǎn)動一刻度十字線分劃板移動的距離)雙管顯微鏡雙管顯微鏡v（2）定度： 在光切顯微鏡上，把確定測微目鏡的鼓輪上每小格所對應(yīng)的被測峰谷高度值的過程叫作“定度”。(h= NC/2V) 3 3測量方法測量方法 測量前，選擇相應(yīng)的物鏡（表測量前，選擇相應(yīng)的物鏡（表4-24-2）并已知定度值）并已知定度值C C。然后。然后調(diào)節(jié)顯微鏡使視場呈現(xiàn)清晰的狹縫象及表面象，且至狹縫調(diào)節(jié)顯微鏡使視場呈現(xiàn)清晰的狹縫象及表面象，且至狹縫象的一個(gè)邊緣最清晰為止。象的一個(gè)邊緣最清晰為止。v（1 1）測量）測量RzRz值值 其測量方法應(yīng)符合定義。其測量方法應(yīng)符合定義。

25、 RzRz值可按下式計(jì)算：值可按下式計(jì)算： Rz=Chhiiii/15155 hhmixmax v （2 2）測量）測量RyRy值：值： Ry=Cv （4 4）測量平均間距）測量平均間距SmSm Sm =2Cm() /eemiiim11 v（3 3）測量單峰平均間距）測量單峰平均間距S S值值S= C2() /bbniini11v （5 5）用光切法測量）用光切法測量RaRa值值 因測量與計(jì)算都很麻煩，故很少應(yīng)用因測量與計(jì)算都很麻煩，故很少應(yīng)用。4 4儀器的測量誤差和示值相對誤差的檢定儀器的測量誤差和示值相對誤差的檢定v（1 1）測量誤差的主要因素有：測量誤差的主要因素有：瞄準(zhǔn)誤差、測微目鏡制

26、造誤瞄準(zhǔn)誤差、測微目鏡制造誤差、估讀誤差、差、估讀誤差、 定度用標(biāo)準(zhǔn)尺誤差、被測工件定位誤差、定度用標(biāo)準(zhǔn)尺誤差、被測工件定位誤差、儀器使用調(diào)整誤差等。儀器使用調(diào)整誤差等。v（2 2）儀器示值誤差的檢定：儀器示值誤差的檢定：根據(jù)國家計(jì)量檢定規(guī)程，僅檢根據(jù)國家計(jì)量檢定規(guī)程，僅檢定其示值相對定其示值相對 誤差是否在要求的范圍內(nèi)，測量范圍不同誤差是否在要求的范圍內(nèi)，測量范圍不同（既物鏡不同），要求不同。（既物鏡不同），要求不同。v（3 3）儀器示值相對誤差的檢定是用受檢定的光切顯微鏡去）儀器示值相對誤差的檢定是用受檢定的光切顯微鏡去實(shí)測已知其刻線深度的單刻線樣板（也可用階梯量塊代替），實(shí)測已知其刻線深

27、度的單刻線樣板（也可用階梯量塊代替），則該儀器示值的相對誤差為則該儀器示值的相對誤差為: : %100實(shí)實(shí)測hhh 三、干涉顯微鏡測量表面粗糙度三、干涉顯微鏡測量表面粗糙度干涉顯微鏡測量原理：聯(lián)合運(yùn)用干涉原理和顯微放大原理。對測量面垂直高度方向的微觀不平度通過光波干涉法進(jìn)行放大測量，對表面粗糙度的水平參數(shù)通過顯微放大系統(tǒng)測量。v干涉顯微鏡測量范圍：Rz =0.8m0.025m。干涉顯微鏡干涉顯微鏡 干涉顯微鏡光路干涉顯微鏡光路 6JA干涉顯微鏡干涉顯微鏡測量光路測量光路四、四、觸針法測量表面粗糙度觸針法測量表面粗糙度1 1觸針法的測量原理觸針法的測量原理v觸針法又稱針描法，它是一種接觸式測量方

28、法，是利用儀器觸針法又稱針描法，它是一種接觸式測量方法，是利用儀器的測針與被測表面相接觸，并使測針沿其表面輕輕劃過以測的測針與被測表面相接觸，并使測針沿其表面輕輕劃過以測量表面粗糙度的一種測量法。量表面粗糙度的一種測量法。v將一個(gè)很尖的觸針（半徑可以做到微米量級的金鋼石針尖）將一個(gè)很尖的觸針（半徑可以做到微米量級的金鋼石針尖）垂直安置在被測表面上作橫向移動，由于工作表面粗糙不平，垂直安置在被測表面上作橫向移動，由于工作表面粗糙不平，因而觸針將隨著被測表面輪廓形狀作垂直起伏運(yùn)動。將這種因而觸針將隨著被測表面輪廓形狀作垂直起伏運(yùn)動。將這種微小位移通過電路轉(zhuǎn)換成電信號并加以放大和運(yùn)算處理，即微小位移

29、通過電路轉(zhuǎn)換成電信號并加以放大和運(yùn)算處理，即可得到工件表面粗糙度參數(shù)值；也可通過記錄器描繪出表面可得到工件表面粗糙度參數(shù)值；也可通過記錄器描繪出表面輪廓圖形，再進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，進(jìn)而得出表面粗糙度參數(shù)值。輪廓圖形，再進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，進(jìn)而得出表面粗糙度參數(shù)值。這類儀器垂直方向的分辨率最高可達(dá)到幾納米。這類儀器垂直方向的分辨率最高可達(dá)到幾納米。v適宜測量值為適宜測量值為50.0250.02 m m范圍內(nèi)的表面粗糙度。范圍內(nèi)的表面粗糙度。電感傳感器原理框圖電感傳感器原理框圖2 2電感輪廓儀電感輪廓儀v電感傳感器的原理框圖。3 3激光干涉式輪廓儀激光干涉式輪廓儀v激光干涉式輪廓儀中，干涉系統(tǒng)的測量鏡與觸針分

30、別位于激光干涉式輪廓儀中，干涉系統(tǒng)的測量鏡與觸針分別位于杠桿的兩端，其位移量之間為確定的比例關(guān)系，因此由測杠桿的兩端，其位移量之間為確定的比例關(guān)系，因此由測得的測量鏡的位移量可算得觸針的位移量。得的測量鏡的位移量可算得觸針的位移量。v與電感式輪廓儀相比，激光式輪廓儀具有寬量程和高分辨與電感式輪廓儀相比，激光式輪廓儀具有寬量程和高分辨力的特點(diǎn)。力的特點(diǎn)。4 4壓電式輪廓儀壓電式輪廓儀v壓電式輪廓儀用具有壓電特性的晶體作為傳感器的換能元壓電式輪廓儀用具有壓電特性的晶體作為傳感器的換能元件。硅脂是一種粘滯性很強(qiáng)的液體，當(dāng)觸針隨工件表面快件。硅脂是一種粘滯性很強(qiáng)的液體，當(dāng)觸針隨工件表面快速上下運(yùn)動時(shí)，

31、液體摩擦很大，可認(rèn)為觸針桿被夾緊在槽速上下運(yùn)動時(shí)，液體摩擦很大，可認(rèn)為觸針桿被夾緊在槽片中，壓電晶片因觸針的位移而產(chǎn)生變形，并在晶片表面片中，壓電晶片因觸針的位移而產(chǎn)生變形，并在晶片表面產(chǎn)生與變形成比例的電荷。當(dāng)觸針以很慢的速度移動時(shí)，產(chǎn)生與變形成比例的電荷。當(dāng)觸針以很慢的速度移動時(shí)，硅脂的液體的摩擦很小，允許觸針桿相對槽硅脂的液體的摩擦很小，允許觸針桿相對槽 片打滑，位片打滑，位移不傳給壓電晶片，有濾除低頻信號的功能。移不傳給壓電晶片，有濾除低頻信號的功能。v壓電式輪廓儀結(jié)構(gòu)緊湊，便于攜帶。壓電式輪廓儀結(jié)構(gòu)緊湊，便于攜帶。便攜式表面粗糙度儀便攜式表面粗糙度儀哈量形狀測量儀哈量形狀測量儀Mar

32、Surf LD 120 Kontur und Rautiefe in einem Zug. 10 mm Hub, 4 nm Auflsung7-3 7-3 表面粗糙度測量新技術(shù)表面粗糙度測量新技術(shù) 主要內(nèi)容：主要內(nèi)容：1 1、光學(xué)觸針法、光學(xué)觸針法2 2、激光法：、激光法： 激光全息法激光全息法 激光光斑法激光光斑法 激光散斑法激光散斑法3 3外差干涉式輪廓測量外差干涉式輪廓測量一一光學(xué)探針法光學(xué)探針法v有許多被測件的表面，如光盤、半導(dǎo)體工藝、化學(xué)樣品等是不允許觸針劃傷的；另外有一些質(zhì)地較軟的表面，也不可用觸針式電動輪廓儀測量。因此，非接觸式表面輪廓探測技術(shù)受到重視，并得到發(fā)展。v所謂光學(xué)探針就是采用透鏡聚焦的微小光點(diǎn)取代金鋼石針尖，表面輪廓高度的變化通過檢測焦點(diǎn)誤差來實(shí)現(xiàn)。v目前采用的有：激光三角法探針、光學(xué)臨界角法探針光學(xué)觸針法等（a）三角法探針原理圖）三角法探針原理圖1 1激光三角法探針激光三角法探針探測器是位置敏感探測器（P