表面粗糙度检测仪原理，表面粗糙度仪原理

表面粗糙度检测仪的工作原理
采用针描法原理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。

   电感传感器是轮廓仪的主要部件之一，其工作原理见图2，在传感器测杆的一端装有金刚石触针，触针**曲率半径r很小，测量时将触针搭在工件上，与被测表面垂直接触，利用驱动器以一定的速度拖动传感器。由于被测表面轮廓峰谷起伏，触状在被测表面滑行时，将产生上下移动。此运动经支点使磁芯同步地上下运动，从而使包围在磁芯外面的两个差动电感线圈的电感量发生变化。

   图3为仪器的工作原理主框图。传感器的线圈与测量线路是直接接入平衡电桥的，线圈电感量的变化使电桥失去平衡，于是就输出一个和触针上下的位移量成正比的信号，经电子装置将这一微弱电量的变化放大、相敏检波后，获得能表示触针位移量大小和方向的信号。此后，将信号分成三路：一路加到指零表上，以表示触针的位置，一路输至直流功率放大器，放大后推动记录器进行记录；另一路经滤波和平均表放大器放大之后，进入积分计算器，进行积分计算，即可由指示表直接读出表面粗糙度Ra值。

   指零表的作用反映铁芯在差动电感线圈中所处的位置。当铁芯处于差动电感线圈的中间位置时，指零表指针指示出零位，即保证处于电感变化的线性范围之内。所以，在测量之前，必须调整指零表，使其处于零位。噪声滤波的目的在于剔除一些干扰信号，如电气元件的噪声所引起的虚假信号。大量的测试表明，高于400Hz的信号即不是被测表面粗糙度所引的信号，必须从总信号中加以剔除。所以噪声滤波器是一种低通(低频能通过)滤波器，它使400Hz以下的低频信号顺利通过，而将400Hz以上的高频信号迅速衰减，从而达到滤波的目的。波度滤波的目的则是用以滤掉距大于取样长度的波度，因此它是一个高通(高频能通过)滤波器，使表面粗糙度所引起的高频(相对于波度引起的低频而言)信号能自由通过。

   经过噪声滤波和波度滤波以后，剩下来的就是与被测表面粗糙度成比例的信号，再经平均表放大器后，所输出的电流I与被测表面轮廓各点偏离中线的高度y的**值成正比，然后经积分器完成 的积计算，得出Ra值，由指零表显示出来。

   这种仪器适用于测定0.02-10μm的Ra值，其中有少数型号的仪器还可测定更小的参数值，仪器配有各种附件，以适应平面、内外圆柱面、圆锥面、球面、曲面、以及小孔、沟槽等形状的工件表面测量。测量迅速方便，测值精度高。

表面粗糙度检测仪原理，表面粗糙度仪原理的不足
 传统表面粗糙度测量仪存在以下几个方面的不足：
  (1)测量参数较少，一般仅能测出Ra、Rz、Ry等少量参数；
  (2)测量精度较低，测量范围较小，Ra值的范围一般为0.02-10μm左右；
  (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。

表面粗糙度检测仪原理，表面粗糙度仪原理的改进
   1 传统表面粗糙度测量仪的改进方案
为了克服传统表面粗糙度测量仪的不足，应该采用计算机系统对其进行改进。例如，英国兰克精密机械有限公司制造的“泰吕塞夫(TALYSURF)”10型和我国哈尔滨量具刃具厂制造的2205型表面粗糙度测量仪就采用了计算机系统，使其性能较之传统表面粗糙度测量仪有极大的提高。其基本原理如图4所示，从相敏整流输出的模拟信号，经过放大及电平转换之后进入数据采集系统，计算机自动地将其采集的数据进行数字滤波和计算，得到测量结果，测量结果及轮廓图形在显示器显示或打印输出。

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，*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：

  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0.001～50μm，可任选1～5倍的取样长度作为评定长度，测量结果及图形在显示器、打印机或绘图仪上非常直观地输出来。它还采用了较为先选的可选择的数字滤波器，它与模拟滤波器相比其特性更为准确，且不会有元器件参数误差带来的影响。
另一方面，若在表面粗糙度仪测量实验的教学过程中引入改进后的表面粗糙度仪，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

表面粗糙度检测仪使用中经常遇到的问题

•1. 标准ISO,ANSI,DIN,JIS的含义？
答：ISO代表国际标准，ANSI代表美国标准，DIN代表德国标准，JIS代表日本标准。
•2. 请问表面粗糙度的单位有哪些？
答: 表面粗糙度单位均为μm,即微米=10-6米
•3．粗糙度仪能够实用那些方面的测量？
答：它可测量各种加工表面，包括：油泵油嘴、曲轴、凸轮轴、缸体缸盖的配合面、缸套、缸孔、活塞孔等的表面粗糙度。同时也可应用于PS版测量、在线检测机床的设置和调整、检测加工过程中刀具的磨损或松动。
•4．表面粗糙度是怎么形成的？
答：表面粗糙度一般是由所采用的加工方法和其他因素所形成的，例如加工过程中刀具与零件表面间的摩擦、切屑分离时表面层金属的塑性变形以及工艺系统中的高频振动等。由于加工方法和工件材料的不同，被加工表面留下痕迹的深浅、疏密、形状和纹理都有差别。表面粗糙度与机械零件的配合性质、耐磨性、疲劳强度、接触刚度、振动和噪声等有密切关系，对机械产品的使用寿命和可靠性有重要影响。
•5．表面波纹度是什么？
答：表面波纹度是间距大于表面粗糙度但小于表面几何形状误差的表面几何不平度，属于微观和宏观之间的几何误差。它是由于零件表面在机械加工过程中，机床与工具系统的振动而形成的。表面波纹度直接影响零件表面的机械性能，如零件的接触刚度、疲劳强度、结合强度、耐磨性、抗振性和密封性等。
•6．表面波纹度和表面粗糙度有什么区别？
答：波距λ＜1mm时，按表面粗糙度处理 ；波距:1mm＜λ＜10mm，按表面波纹度处理 ；波距λ＞10mm，按形状位置误差处理
•7． 什么是取样长度？
答：取样长度是用于判别具有表面粗糙度特征的一段基准线长度。
•8．取样长度是怎么获取的？
答：通常滤波器特性在截止波长处急剧变化，轮廓谱通过滤波后使间距小于截止波长的粗糙度都无变化地通过，而间距大于截止波长的粗糙度却被完全抑制。截止波长是轮廓谱中数值上等于取样长度的一个正弦波的波长，习惯上也叫做切除长度，通常叫截止值。所以仪器的截止值就相当于测量时的取样长度。
•9．什么是评定长度？
答：评定粗糙度时必须取一段能反映加工表面粗糙度特性的*小长度，它包含一个或数个取样长度，这几个取样长度的总和称为评定长度。
•10．评定长度怎么选择？
答：评定长度值根据表面加工方法和相应取样长度按GB1031—83附录B选用。一般加工表面选取评定长度为5个连续的取样长度。加工均匀性较好的表面，可选用小于5个取样长度的评定长度；均匀性较差的表面，可选用大于5个取样长度的评定长度。若图样上或技术文件中已标明评定长度值，则应按图样或技术文件中的规定执行。
•11．什么是加工表面均匀性？
答：所谓“加工表面均匀性”是指加工后表面各部位粗糙度数值一致的程度。如果在一个加工表面上按取样长度连续测量几段所得粗糙度值一样，说明加工表面均匀；反之粗糙度值不一样，有时甚至相差很大，则表明加工表面不均匀。
•12．物理因素对粗糙度的影响？
答：从切削过程的物理实质考虑，刀具的刃口圆角及后面的挤压与摩擦使金属材料发生塑性变形，严重恶化了表面粗糙度。在加工塑性材料而形成带状切屑时，在前刀面上容易形成硬度很高的积屑瘤。它可以代替前刀面和切削刃进行切削，使刀具的几何角度、背吃刀量发生变化。积屑瘤的轮廓很不规则，因而使工件表面上出现深浅和宽窄都不断变化的刀痕。有些积屑瘤嵌入工件表面，更增加了表面粗糙度。切削加工时的振动，使工件表面粗糙度参数值增大。
•13．加工工艺对粗糙度的影响？
答：从工艺的角度考虑其对工件表面粗糙度的影响，主要有与切削刀具有关的因素、与工件材质有关的因素和与加工条件有关因素等.
•14．表面粗糙度的检测程序?
答:①首先进行目测检查,当表面粗糙度要求不高时或工件表面存在着明显影响表面功能的表面缺陷，选择目测法检验判定.
②然后进行比较检查,可采用视觉或显微镜将被测表面与粗糙度比较样块比较判定.
③再进行仪器检查.
•15.企业对表面粗糙度检查的方式?
答:①对不均匀表面，在*有可能出现粗糙度参数极限值的部位上进行测量；
②对表面粗糙度均匀的表面，应在几个均布位置上分别测量，至少测量3次；
③当给定表面粗糙度参数上限或下限时，应在表面粗糙度参数可能出现*大值或*小值处测量；
④表面粗糙度参数注明是*大值的要求时，通常在表面可能出现*大值(如有一个可见的深槽)处，至少测量3次；
•16.表面粗糙度仪使用怎样确定测量方向?
答:①图样或技术文件中规定测量方向时，按规定方向进行测量；
②当图样或技术文件中没有指定方向时，则应在能给出粗糙度参数*大值的方向测量，该方向垂直于被测表面的加工纹理方向；
③对无明显加工纹理的表面，测量方向可以是任意的，一般可选择几个方向进行测量，取其*大值为粗糙度参数的数值.
•17.检测表面粗糙度的常用方法有那些?
答:目测比较法,样块比较法, 干涉显微镜比较法, 光切显微镜测量法, 电动轮廓仪比较法,粗糙度仪检测.
•18.加工表面均匀性是指什么?怎么判断?
答: 加工表面均匀性是指加工后表面各部位粗糙度数值一致的程度。如果在一个加工表面上按取样长度连续测量几段所得粗糙度值一样，说明加工表面均匀；反之粗糙度值不一样，有时甚至相差很大，则表明加工表面不均匀。
•19.工件表面加工过程中所用加工方法的特征表现?
答:车、铣、刨削加工表面往往带有均匀的间距和清晰的刀具痕迹方向，其纹理具有明显的规律性，它所形成的是一个典型的周期轮廓(有时也叠加有不同程度的随机成分)有明显的周期，这一周期反映了进给量是均匀相等的，加工表面均匀性好。磨削加工表面虽有一般的方向性，但是间距通常是不规则的，纹理没有明显的规律。研磨加工表面是通过磨料的往复作用所产生的表面，往往没有什么方向性。磨削、研磨分别用砂轮和磨料进行切削抛光，使表面光滑平整。但由于砂轮的磨粒大小、磨料颗粒尺寸形状不规则，切削力不等，使加工表面形成随机轮廓，虽有周期成分，但随机成分是主要的，表面均匀性差。
•20. 请问表面粗糙度对机械零件的使用性能的影响？
答: （1）表面粗糙度影响零件的耐磨性。表面越粗糙，配合表面间的有效接触面积越小，压强越大，磨损就越快。
（2）表面粗糙度影响配合性质的稳定性。对间隙配合来说，表面越粗糙，就越易磨损，使工作过程中间隙逐渐增大；对过盈配合来说，由于装配时将微观凸峰挤平，减小了实际有效过盈，降低了联结强度。
（3）表面粗糙度影响零件的疲劳强度。粗糙零件的表面存在较大的波谷，它们像尖角缺口和裂纹一样，对应力集中很敏感，从而影响零件的疲劳强度。
（4）表面粗糙度影响零件的抗腐蚀性。粗糙的表面，易使腐蚀性气体或液体通过表面的微观凹谷渗入到金属内层，造成表面腐蚀。
（5）表面粗糙度影响零件的密封性。粗糙的表面之间无法严密地贴合，气体或液体通过接触面间的缝隙渗漏。
（6）表面粗糙度影响零件的接触刚度。接触刚度是零件结合面在外力作用下，抵抗接触变形的能力。机器的刚度在很大程度上取决于各零件之间的接触刚度。
（7）影响零件的测量精度。零件被测表面和测量工具测量面的表面粗糙度都会直接影响测量的精度，尤其是在精密测量时。
此外，表面粗糙度对零件的镀涂层、导热性和接触电阻、反射能力和辐射性能、液体和气体流动的阻力、导体表面电流的流通等都会有不同程度的影响。
•21.零件的精度越高，其粗糙度是越大还是越小？
答:零件的精度越高，其粗糙度越小.加工精度是加工后实际几何参数与理想几何参数相符合的程度。公差是指零件加工过程允许误差的变化范围。
（1) 尺寸精度，尺寸精度指零件表面本身的尺寸和表面间相互距离尺寸精度。尺寸有关术语包括基本尺寸、极限尺寸、尺寸偏差、尺寸公差、公差带。公差等级从IT01、IT0、IT1到IT18共20个。
（2）形状精度，形状精度指零件加工后表面实际所得的形状与理想形状的符合程度。
（3）位置精度，位置精度指加工后零件有关要素之间实际位置和理想位置的符合程度。
一般情况零件加工尺寸精度高其形状位置精度也高，但也有例外，如平板，形状精度高尺寸精度并要求不高。
•22.滤波器的作用?
答:滤波器是用来把表面轮廓曲线分解成不同波长的各种组成波形.粗糙度仪的滤波器主要把表面波纹度过滤掉,只保留表面粗糙度.
•23.滤波器的种类有那些?
答:目前主要有RC,PC-RC,GAUSS,D-P四种滤波器.
•24.各种滤波器的特点比较?
答: RC是传统的二阶RC滤波器,表示两个电阻两个电容都串联（对Ra影响不大，对其它影响大）；PC-RC是在RC的基础上进行数字相位修正的滤波器；GAUSS是*新粗糙度滤波器,还原性好；D-P可以保护原滤波方式。
•25.粗糙度仪在进行测量时应注意的问题？
答：(1)被测工件被测面处于水平位置及稳定；(2)被测面干净，无其他污垢杂质；(3)传感器不用时，必须放在其专用工具盒中；(4)被测工件被测面不得小于粗糙度仪的*小量程；(5)测量环境是否适合测量，有没有声音，空气快速流动，会不会产生共振；(6)选择正确的参数（如取样长度等）。
•26.为了提高传动能力，不是将带轮工作面加工粗糙，增大摩擦系数，而是降低加工表面的粗糙度，为什么？
答：传动是靠齿轮咬合的，不是靠摩擦传动的，在咬合瞬间两个齿轮的轮齿有相对运动，粗糙会造成咬合不稳，相对运动困难，而且用一段时间就会发现，粗糙的地方被磨平了。增加粗糙度只是增加*大静摩擦力，一个机械的总能量是一定的，而摩擦力在这里作为阻力功，当阻力做的功减少那么驱动力做的功就增大了，这样有用功比上总功就增大即传动效力提高了。
•27. 一般情况,表面粗糙度越低,表面越光滑,物体的摩擦系数越小,但是当粗糙度降到一定程度时,摩擦系数却随着粗糙度的降低而增加，请问这是为什么？
答：理论上,在研究力学时,常把光滑表面,认为摩擦系数接近零.但如果表面粗糙度很低，摩擦系数,会突然增大很多的，这是因为过于平整光滑的表面,两物体的结合吸引力也就大了.举个例子:两个计量用的块规,只要用手轻轻的推在一起,就会互相粘在一起的.
•28.粗糙度仪测量原理及组成部分有那些?
答：采用针描法原理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。?电感传感器是粗糙度仪的主要部件之一，在传感器测杆的一端装有金刚石触针，触针**曲率半径r很小，测量时将触针搭在工件上，与被测表面垂直接触，利用驱动器以一定的速度拖动传感器。由于被测表面轮廓峰谷起伏，触状在被测表面滑行时，将产生上下移动。此运动经支点使磁芯同步地上下运动，从而使包围在磁芯外面的两个差动电感线圈的电感量发生变化。
•29.国家标准中对表面粗糙度取样长度和评样长度的取值中的RA(um)和RZ(um)各代表什么意思?
答：Ra是测量表面时，一定取样长度内，轮廓偏距的**值的算术平均值，也就是一定测量范围内表面的不平整平均度；
Rz是*大轮廓高度，也就是一定测量范围内，*凹与*凸的高度差。
•30. 怎么选用评定参数？
答：幅度参数Ra,Rz是基本参数， RSm ,Rmr(c) 是辅助参数 。有粗糙度要求的表面必须选择一个幅度参数，在 0.025~6.3μ推荐选用Ra,其余选用Rz 。不能单独选用,只能作为幅度参数的附加参数,表面有特殊功能要求时选用.
•31. 参数值的选用考虑因素？
答：同一个零件上,工作表面比非工作表面的 Ra 或Rz值小. 摩擦表面比非摩擦表面,滚动摩擦表面比滑动摩擦表面的Ra或Rz值小. 运动速度高,单位面积压力大,受交变载荷作用的零件表面,以及*易产生应力集中的沟槽,圆角部位应选用较小的粗糙度数值.要求配合稳定,可靠时,粗糙度参数值应小些.如,小间隙配合表面,受重载作用的过盈配合表面,都应选用较小的粗糙度数值.协调好表面粗糙度参数值与尺寸及形位公差的关系.通常,尺寸,形位公差值小,表面粗糙度Ra或Rz值也要小;尺寸公差等级相同时,轴比孔的粗糙度数值要小.防腐蚀性,密封性要求高,或外形要求美观的表面应选用较小的粗糙度数值. 凡有关标准已对表面粗糙度作出规定的标准件或常用典型零件(例如,与滚动轴承配合的轴颈和基座孔,与键配合的轴槽,轮毂槽的工作面等),应按相应的标准确定其表面粗糙度参数值。

表面粗糙度检测仪原理，表面粗糙度仪原理总结

   (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。