《表面粗糙度與檢測(cè)》課件

表面粗糙度與檢測(cè)表面粗糙度是衡量表面微觀幾何形狀偏差的指標(biāo)，它影響著材料的耐用性、摩擦力、疲勞強(qiáng)度等關(guān)鍵性能。表面粗糙度檢測(cè)是評(píng)估材料表面質(zhì)量的重要手段，廣泛應(yīng)用于工業(yè)制造、精密加工、質(zhì)量控制等領(lǐng)域。課程大綱表面粗糙度概述介紹表面粗糙度的概念，以及它在制造業(yè)中的重要性。表面粗糙度參數(shù)講解常用粗糙度參數(shù)，例如算術(shù)平均粗糙度Ra和最大高度粗糙度Rz。表面粗糙度測(cè)量方法介紹常見(jiàn)的接觸式和非接觸式測(cè)量方法，如觸針儀和光學(xué)干涉法。表面粗糙度檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)介紹GB/T3505-2008等相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，以及檢測(cè)環(huán)境和設(shè)備要求。表面粗糙度概述表面粗糙度表面粗糙度是指物體表面微觀幾何形狀的特征，反映了表面微觀不平整程度。表面粗糙度影響表面粗糙度會(huì)影響零件的疲勞強(qiáng)度、耐磨性、潤(rùn)滑性、密封性等，并對(duì)產(chǎn)品性能、壽命和可靠性產(chǎn)生重要影響。表面粗糙度測(cè)量表面粗糙度可以通過(guò)各種測(cè)量方法進(jìn)行測(cè)定，如觸針?lè)?、光學(xué)干涉法等。表面粗糙度定義1表面微觀幾何形狀表面粗糙度是指物體表面微觀幾何形狀的特征。2微觀不規(guī)則性指的是表面上的微觀起伏、凹凸、波紋等。3影響性能表面粗糙度直接影響物體表面性能，例如摩擦、潤(rùn)滑、疲勞強(qiáng)度等。表面粗糙度參數(shù)表面粗糙度參數(shù)表面粗糙度參數(shù)是用來(lái)描述表面粗糙程度的指標(biāo)。這些參數(shù)反映了表面的凹凸起伏程度、方向、分布等特征。參數(shù)類(lèi)別主要分為兩類(lèi):幾何參數(shù)和功能參數(shù)。幾何參數(shù)描述表面的幾何形狀和尺寸，而功能參數(shù)則描述表面在特定功能下的性能。常用粗糙度參數(shù)算術(shù)平均粗糙度Ra表面輪廓偏離中線的平均值，反映表面粗糙程度。最大高度粗糙度Rz表面輪廓在五個(gè)連續(xù)測(cè)量長(zhǎng)度內(nèi)，最高點(diǎn)與最低點(diǎn)之間的距離，反映表面粗糙度。十點(diǎn)高度Rz表面輪廓在五個(gè)連續(xù)測(cè)量長(zhǎng)度內(nèi)，最高點(diǎn)與最低點(diǎn)之間的距離，反映表面粗糙度。輪廓波紋度Ry表面輪廓在五個(gè)連續(xù)測(cè)量長(zhǎng)度內(nèi)，最大高度與最低點(diǎn)之間的距離，反映表面粗糙度。算術(shù)平均粗糙度Ra算術(shù)平均粗糙度Ra是表面粗糙度最常用的參數(shù)之一，它代表著表面輪廓線偏離中線的算術(shù)平均值。Ra值越小，表面越光滑；Ra值越大，表面越粗糙。0.1微米R(shí)a值通常以微米為單位表示。0.01納米對(duì)于某些精密加工的表面，Ra值可能達(dá)到納米級(jí)別。1光滑度Ra值越小，表面越光滑，光反射率越高。10粗糙度Ra值越大，表面越粗糙，光反射率越低。最大高度粗糙度Rz最大高度粗糙度Rz表示表面輪廓在評(píng)估長(zhǎng)度內(nèi)，從最高峰到最低谷之間的距離，是表面粗糙度的另一種重要參數(shù)，通常用于表征表面的起伏程度。Rz值越大，表面越粗糙，反之則越光滑。表面粗糙度主要測(cè)量方法接觸式測(cè)量方法觸針儀是最常見(jiàn)的接觸式測(cè)量方法之一，可以精確測(cè)量表面粗糙度參數(shù)。非接觸式測(cè)量方法光學(xué)干涉法是一種常用的非接觸式測(cè)量方法，利用光波干涉原理測(cè)量表面輪廓。其他測(cè)量方法除了觸針儀和光學(xué)干涉法之外，還有其他測(cè)量方法，例如掃描隧道顯微鏡（STM）和原子力顯微鏡（AFM）。接觸式測(cè)量方法1觸針儀法最常見(jiàn)測(cè)量方法，利用觸針掃描表面，獲取高度信息。精度高應(yīng)用廣泛成本較低2輪廓儀法測(cè)量表面輪廓，并生成二維輪廓曲線。用于分析表面形狀適用于復(fù)雜形狀測(cè)量范圍較大3原子力顯微鏡法利用尖銳的探針掃描表面，獲得納米級(jí)別的細(xì)節(jié)。最高分辨率用于科研和微納加工成本較高觸針儀工作原理觸針儀是一種常用的表面粗糙度測(cè)量?jī)x器，它采用觸針式測(cè)量方式。觸針在測(cè)頭驅(qū)動(dòng)下，按照預(yù)定的軌跡在被測(cè)表面移動(dòng)，觸針尖端與表面接觸產(chǎn)生形變，通過(guò)傳感器將形變轉(zhuǎn)換成電信號(hào)。電信號(hào)經(jīng)過(guò)放大、處理后，由計(jì)算機(jī)分析計(jì)算，得到表面粗糙度參數(shù)，如算術(shù)平均粗糙度Ra、最大高度粗糙度Rz等。觸針儀測(cè)量步驟1樣品準(zhǔn)備清潔樣品表面，確保沒(méi)有雜物或污垢。2設(shè)置參數(shù)選擇合適的測(cè)量范圍、采樣頻率等參數(shù)。3觸針校準(zhǔn)校準(zhǔn)觸針以確保測(cè)量精度。4掃描測(cè)量選擇合適的掃描路徑，進(jìn)行樣品表面掃描。5數(shù)據(jù)分析通過(guò)軟件分析測(cè)量結(jié)果，得到粗糙度參數(shù)。非接觸式測(cè)量方法1光學(xué)干涉法利用光波干涉原理2激光掃描法通過(guò)激光束掃描表面3圖像分析法利用圖像處理技術(shù)4其他方法例如：白光干涉法非接觸式測(cè)量方法主要利用光學(xué)原理，避免了接觸式測(cè)量方法帶來(lái)的表面損傷問(wèn)題。光學(xué)干涉法是較為常見(jiàn)的非接觸式測(cè)量方法，其精度高，適用于精密測(cè)量。光學(xué)干涉法工作原理光學(xué)干涉法是一種利用光波的干涉現(xiàn)象測(cè)量物體表面形貌的方法。該方法基于光的相干性，當(dāng)兩束相干光波相遇時(shí)，會(huì)產(chǎn)生干涉現(xiàn)象，即光波疊加后形成明暗相間的條紋。通過(guò)測(cè)量干涉條紋的形狀和位置，可以得到被測(cè)表面的形貌信息。光學(xué)干涉法測(cè)量步驟準(zhǔn)備樣品清潔樣品表面，確保沒(méi)有灰塵或油污，并將其放置在干涉儀的工作臺(tái)上。調(diào)節(jié)干涉儀調(diào)整干涉儀的光學(xué)系統(tǒng)，使其與樣品表面平行，并獲得清晰的干涉條紋。獲取干涉圖使用干涉儀的成像系統(tǒng)捕捉樣品表面的干涉條紋圖像。分析干涉圖使用圖像處理軟件分析干涉圖，計(jì)算樣品表面的粗糙度參數(shù)。表面粗糙度檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)中國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB/T3505-2008規(guī)范了表面粗糙度參數(shù)的定義、測(cè)量方法和標(biāo)準(zhǔn)。國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)ISO4287:1997和ISO4288:1997定義了表面粗糙度的基本概念和測(cè)量方法。行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)不同行業(yè)可能制定特定的表面粗糙度標(biāo)準(zhǔn)，以滿足其特殊應(yīng)用需求。GB/T3505-2008GB/T3505-2008是中國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，規(guī)定了表面粗糙度的術(shù)語(yǔ)、參數(shù)、測(cè)量方法和評(píng)定方法。表面粗糙度術(shù)語(yǔ)參數(shù)測(cè)量方法評(píng)定方法Ra算術(shù)平均粗糙度Rz接觸式測(cè)量合格/不合格Rq均方根粗糙度Rmax非接觸式測(cè)量等級(jí)評(píng)定檢測(cè)環(huán)境和設(shè)備要求環(huán)境要求檢測(cè)環(huán)境應(yīng)保持恒溫恒濕，避免震動(dòng)和灰塵。溫度應(yīng)控制在20°C±5°C，濕度應(yīng)控制在60%±10%。設(shè)備要求粗糙度測(cè)量?jī)x應(yīng)定期校準(zhǔn)，確保其精度和可靠性。測(cè)量?jī)x應(yīng)符合相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，并配備必要的附件。測(cè)量數(shù)據(jù)處理分析數(shù)據(jù)預(yù)處理首先，需要對(duì)測(cè)量數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理，例如去除異常值和噪聲，以確保數(shù)據(jù)的可靠性。統(tǒng)計(jì)分析對(duì)處理后的數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，例如計(jì)算平均值、標(biāo)準(zhǔn)差等，以了解數(shù)據(jù)的總體特征。圖形展示將數(shù)據(jù)以直方圖、散點(diǎn)圖等形式進(jìn)行圖形展示，以便直觀地了解數(shù)據(jù)分布和趨勢(shì)。結(jié)果評(píng)估根據(jù)統(tǒng)計(jì)分析和圖形展示的結(jié)果，對(duì)測(cè)量結(jié)果進(jìn)行評(píng)估，并與標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行比較，判斷其是否符合要求。數(shù)據(jù)分析流程1數(shù)據(jù)采集從測(cè)量設(shè)備獲取數(shù)據(jù)2數(shù)據(jù)預(yù)處理清理和轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)3數(shù)據(jù)分析應(yīng)用統(tǒng)計(jì)方法4結(jié)果可視化圖表和報(bào)告展示數(shù)據(jù)分析流程是一個(gè)循序漸進(jìn)的過(guò)程，涉及多個(gè)步驟，從數(shù)據(jù)采集到結(jié)果可視化，每個(gè)步驟都至關(guān)重要。粗糙度分析軟件使用11.數(shù)據(jù)導(dǎo)入導(dǎo)入測(cè)量數(shù)據(jù)，可從測(cè)量?jī)x器或文件導(dǎo)入。22.數(shù)據(jù)處理進(jìn)行數(shù)據(jù)清洗、平滑等處理，去除噪聲和異常值。33.參數(shù)計(jì)算計(jì)算粗糙度參數(shù)，如Ra、Rz、Rq等。44.結(jié)果分析生成報(bào)告，包括圖表、統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)和分析結(jié)論。數(shù)據(jù)表格繪制數(shù)據(jù)表格可以直觀地展示測(cè)量結(jié)果，方便分析。1數(shù)據(jù)整理將原始數(shù)據(jù)進(jìn)行整理，按照測(cè)量參數(shù)和樣本編號(hào)進(jìn)行分類(lèi)。2表格設(shè)計(jì)根據(jù)數(shù)據(jù)類(lèi)型和分析需求設(shè)計(jì)表格，確定列標(biāo)題和行標(biāo)簽。3表格填充將整理后的數(shù)據(jù)填入表格，確保數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性和完整性。4表格格式化對(duì)表格進(jìn)行格式化處理，包括字體、顏色、對(duì)齊方式等。表格設(shè)計(jì)要簡(jiǎn)潔清晰，方便閱讀和理解。粗糙度曲線分析粗糙度曲線可以直觀地反映表面微觀幾何形狀。橫軸表示表面掃描路徑，縱軸表示表面高度變化。曲線形狀可以幫助判斷表面加工工藝、表面質(zhì)量等。通過(guò)分析曲線特征，可以識(shí)別表面周期性波紋、隨機(jī)起伏、缺陷等，為進(jìn)一步優(yōu)化加工工藝提供參考。測(cè)量結(jié)果評(píng)價(jià)符合性評(píng)估將測(cè)量結(jié)果與相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)或規(guī)格進(jìn)行比較，確定是否符合要求。數(shù)據(jù)分析使用統(tǒng)計(jì)方法分析測(cè)量數(shù)據(jù)，識(shí)別趨勢(shì)、異常值并評(píng)估測(cè)量精度。結(jié)果報(bào)告整理和記錄測(cè)量結(jié)果，并以清晰易懂的方式呈現(xiàn)分析結(jié)論和建議。實(shí)際案例分析以汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)缸體為例，其表面粗糙度對(duì)于發(fā)動(dòng)機(jī)性能至關(guān)重要。缸體表面粗糙度過(guò)高，會(huì)造成機(jī)油消耗增加，摩擦力增大，導(dǎo)致發(fā)動(dòng)機(jī)功率下降。相反，如果缸體表面粗糙度過(guò)低，則可能導(dǎo)致活塞環(huán)磨損加劇，影響發(fā)動(dòng)機(jī)的使用壽命。典型工件粗糙度分析11.機(jī)械加工表面分析機(jī)械加工表面粗糙度，如車(chē)削、銑削、磨削等。22.模具表面分析模具表面粗糙度，影響產(chǎn)品表面質(zhì)量和使用壽命。33.軸承表面分析軸承滾動(dòng)體和滾道表面粗糙度，影響軸承摩擦和壽命。44.齒輪表面分析齒輪齒面粗糙度，影響傳動(dòng)效率和噪音。誤差分析與控制測(cè)量誤差來(lái)源測(cè)量誤差來(lái)源多種多樣，包括儀器誤差、操作誤差、環(huán)境誤差等。誤差控制方法選擇合適的測(cè)量?jī)x器、規(guī)范操作流程、控制環(huán)境溫度和濕度等。誤差分析方法通過(guò)數(shù)據(jù)分析，識(shí)別影響測(cè)量結(jié)果的主要誤差來(lái)源，并制定相應(yīng)的控制措施。測(cè)量不確定度評(píng)估測(cè)量不確定度是指對(duì)測(cè)量結(jié)果中可能存在的誤差范圍的估計(jì)。它反映了測(cè)量結(jié)果的可靠性和可信程度。評(píng)估方法通常使用統(tǒng)計(jì)學(xué)方法來(lái)評(píng)估測(cè)量不確定度。根據(jù)測(cè)量過(guò)程中的隨機(jī)誤差和系統(tǒng)誤差來(lái)計(jì)算不確定度。測(cè)量不確定度概念測(cè)量誤差測(cè)量結(jié)果與真實(shí)值之間的差異被稱(chēng)為測(cè)量誤差。測(cè)量不確定度測(cè)量不確定度是指對(duì)測(cè)量結(jié)果的可靠性進(jìn)行評(píng)估，表示測(cè)量結(jié)果的離散程度。測(cè)量不確定度來(lái)源儀器誤差儀器的精度和校準(zhǔn)誤差會(huì)直接影響測(cè)量結(jié)果的準(zhǔn)確性。例如，觸針儀的針尖半徑、光學(xué)干涉儀的波長(zhǎng)等都會(huì)引入誤差。環(huán)境影響溫度、濕度、振動(dòng)等環(huán)境因素會(huì)導(dǎo)致測(cè)量結(jié)果的偏差。例如，溫度變化會(huì)影響測(cè)量?jī)x器的尺寸變化，從而影響測(cè)量精度。樣品誤差樣品表面形狀、材料特性、清潔度等因素也會(huì)影響測(cè)量結(jié)果。例如，樣品表面存在油污、氧化層等，會(huì)影響測(cè)量數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。操作誤差操作人員的經(jīng)驗(yàn)、熟練程度和操作方法等也會(huì)影響測(cè)量結(jié)果。例如，觸針儀的觸針壓力控制不當(dāng)、光學(xué)干涉儀的聚焦操作不準(zhǔn)確等都會(huì)引入誤差。測(cè)量不確定度評(píng)估步驟1步驟1：識(shí)別不確定度來(lái)源識(shí)別所有可能影響測(cè)量結(jié)果的不確定度來(lái)源，如