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表面粗糙度仪的工作原理 引 言表面质量的特性是零件最重要的特性之一,在计量科学中表面质量的检测具有重要的地位。最早人们是用标准样件或样块,通过肉眼观察或用手触摸,对表面粗糙度做出定性的综合评定。1929年德国的施马尔茨(G.Schmalz)首先对表面微观不平度的深度进行了定量测量。1936年美国的艾卜特(E.J.Abbott)研制成功第一台车间用的测量表面粗糙度的轮廓仪。1940年英国Taylor-Hobson公司研制成功表面粗糙度测量仪(3)测量方式不灵活,例如:评定长度的选取,滤波器的选择等;(4)测量结果的输出不直观。造成上述几个方面不足的主要原因是:系统的可靠性不高,模拟信号的误差较大且不便于处理等。图4 改进后的表面粗糙度测量仪工作原理框图要采用计算机系统对传统的表面粗糙度测量仪进行改进,就要编制相应的计算机软件,最好采用比较直观的菜单形式。可以按如图5所示的菜单使用流程图编制软件:图5 菜单使用流程框图3.2 改进后的表面粗糙度测量仪的功能及使用效果由于采用计算机系统,将模拟信号转换为数字信号进行灵活的处理,显著地提高了系统的可靠性,所以既大大增加了测量参数的数量,又提高了测量精度。例如:哈尔滨量具刃具厂制造的2205型表面粗糙度测量仪的测量参数多达二十六个,测量范围为0.001~50另一方面,若在表面粗糙度测量仪测量实验的教学过程中引入改进后的表面粗糙度测量仪,就实验的直观教学功能而言,也很有意义。改进后的电动输廓仪,通过计算机软件与硬件的结合(尤其是软件)大大加强了实验过程的直观性,这体现在以下几个方面:(1)整个实验过程非常直观地通过软件的各级菜单进行控制。操作简单、一目了然。(2)输入与显示同步,即在测量进行过程的同时,触针在被测表面上滑行的轨迹动态地显示在计算机屏幕上。(3)测量结果及相关图形能非常直观地、准确地输出在显示器、打印机或绘图仪上。很显然,以上这些直观的教学效果是其它传统的表面粗糙度测量实验方法所不具备的。它在得到正确的测量结果的同时,还充分运用了直观教学的原理,帮助学生加深对表面粗糙度的概念及其各种参数的直观理解。"FONT-FAMILY: " Courier New?;4 结 语(1)传统的表面粗糙度测量仪由传感器、驱动器、指零表、记录器和工作台等主要部件组成,从输入到输出全过程均为模拟信号。而在传统的表面粗糙度测量仪的基础上,采用计算机系统对其进行改进后,通过模-数转换将模拟量转换为数字量送入计算机进行处理,使得仪器在测量参数的数量、测量精度、测量方式的灵活性、测量结果输出的直观性等方面有了极大的提高。(2)从前面的分析知,整个改进方案并不复杂,因此对于目前仍广泛使用的传统的表面粗糙度测量仪的改进具有一定的意义。(3)随着电子技术的进步,某些型号的表面粗糙度测量仪还可将表面粗糙度的凹凸不平作三维处理,测量时在相互平行的多个截面上进行,通过模-数变换器,将模拟量转换为数字量,送入计算机进行数据处理,记录其三维放大图形,并求出等高线图形,从而更加合理的评定被测面的表面粗糙度。
主要术语及定义 (1)取样长度l 取样长度是用于判断和测量表面粗糙度时所规定的一段基准线长度,它在轮廓总的走向上取样。 (2)评定长度Ln 由于加工表面有着不同程度的不均匀性,为了充分合理地反映某一表面的粗糙度特性,规定在评定时所必须的一段表面长度,它包括一个或数个取样长度,称为评定长度Ln。 (3)轮廓中线m 轮廓中线m是评定表面粗糙度数值的基准线。 评定参数及数值 国家规定表面粗糙度的参数由高度参数、间距参数和综合参数组成。 高度参数共有三个: (1)轮廓算术平均偏差Ra 在取样长度l内,轮廓偏距绝对值的算术平均值。[img]http://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2006/11/200611242145_33573_1634962_3.jpg[/img][img]http://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2006/11/200611242148_33579_1634962_3.jpg[/img](2)微观不平度十点高度Rz 在取样长度内最大的轮廓峰高的平均值与五个最大的轮廓谷深的平均值之和。 (3)轮廓最大高度Ry 在取样长度内,轮廓峰顶线和轮廓谷底线之间的距离。 间距参数共有两个: (4)轮廓单峰平均间距S 两相邻轮廓单峰的最高点在中线上的投影长度Si,称为轮廓单峰间距,在取样长度内,轮廓单峰间距的平均值,就是轮廓单峰平均间距。 (5)轮廓微观不平度的平均间距Sm 含有一个轮廓峰和相邻轮廓谷的一段中线长度Smi,称轮廓微观不平间距。 综合参数 (6)轮廓支承长度率tp 轮廓支承长度率就是轮廓支承长度np与取样长度l之比。 粗糙度代号及标注 表面粗糙度的代号见下表和图 [img]http://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2006/11/200611242146_33576_1634962_3.jpg[/img][img]http://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2006/11/200611242146_33578_1634962_3.jpg[/img]表面粗糙度的测量 表面粗糙度的测量方法有下述四种: (1)比较法 比较法是车间常用的方法。将被测表面对照粗糙度样板,用肉眼判断或借助于放大镜、比较显微镜比较;也可用手摸,指甲划动的感觉来判断被加工表面的粗糙度。此法一般用于粗糙度参数较大的近似评定。 (2)光切法 光切法是利用"光切原理"来测量表面粗糙度。 (3)干涉法 干涉法是利用光波干涉原理来测量表面粗糙度。 (4)针描法 针描法是利用触针直接在被测表面上轻轻划过,从而测出表面粗糙度的Ra值。
本资料给出的参数符合GB/T3505-2000《产品几何技术规范表面结构 轮廓法 表面结构的述语、定义及参数》 、符合GB/T6062-2002《产品几何量技术规范(GPS)表面结构 轮廓法接触(触针)式仪器的标称特性》。表面粗糙度关键技术术语: (1)表面粗糙度: 取样长度L 取样长度是用于判断和测量表面粗糙度时所规定的一段基准线长度,它在轮廓总的走向上取样。 (2)表面粗糙度: 评定长度Ln 由于加工表面有着不同程度的不均匀性,为了充分合理地反映某一表面的粗糙度特性,规定在评定时所必须的一段表面长度,它包括一个或数个取样长度,称为评定长度Ln。 (3)表面粗糙度: 轮廓中线(也有叫曲线平均线)M 轮廓中线M是评定表面粗糙度数值的基准线。 评定参数及数值: 国家规定表面粗糙度的参数由高度参数、间距参数和综合参数组成。 表面粗糙度高度参数共有三个: (1)轮廓算术平均偏差Ra : 在取样长度L内,轮廓偏距绝对值的算术平均值。 (2)微观不平度十点高度Rz 在取样长度L内最大的轮廓峰高的平均值与五个最大的轮廓谷深的平均值之和。 (3)轮廓最大高度Ry 在取样长度内,轮廓峰顶线和轮廓谷底线之间的距离。 表面粗糙度间距参数共有两个: (4)轮廓单峰平均间距S 两相邻轮廓单峰的最高点在中线上的投影长度Si,称为轮廓单峰间距,在取样长度L内,轮廓单峰间距的平均值,就是轮廓单峰平均间距。 (5)轮廓微观不平度的平均间距Sm 含有一个轮廓峰和相邻轮廓谷的一段中线长度Smi,称轮廓微观不平间距。 表面粗糙度综合参数: (6)轮廓支承长度率tp 轮廓支承长度率就是轮廓支承长度np与取样长度L之比。 另附: 中美表面粗糙度对照表中国旧标准( 光洁度)中国新标准( 粗糙度)Ra美国标准(微米 )Ra美国标准( 微英寸),Ra▽46.38.003206.30250▽53.25.002004.001603.20125▽61.62.501002.00801.6063▽70.81.25501.00400.8032▽80.40.6325[/al