表面粗糙度檢測儀的工作原理
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、記錄器和工作臺等主要部件組成。

   電感傳感器是輪廓儀的主要部件之一，其工作原理見圖2，在傳感器測桿的一端裝有金剛石觸針，觸針**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。此運動經(jīng)支點使磁芯同步地上下運動，從而使包圍在磁芯外面的兩個差動電感線圈的電感量發(fā)生變化。

   圖3為儀器的工作原理主框圖。傳感器的線圈與測量線路是直接接入平衡電橋的，線圈電感量的變化使電橋失去平衡，于是就輸出一個和觸針上下的位移量成正比的信號，經(jīng)電子裝置將這一微弱電量的變化放大、相敏檢波后，獲得能表示觸針位移量大小和方向的信號。此后，將信號分成三路：一路加到指零表上，以表示觸針的位置，一路輸至直流功率放大器，放大后推動記錄器進行記錄；另一路經(jīng)濾波和平均表放大器放大之后，進入積分計算器，進行積分計算，即可由指示表直接讀出表面粗糙度Ra值。

   指零表的作用反映鐵芯在差動電感線圈中所處的位置。當鐵芯處于差動電感線圈的中間位置時，指零表指針指示出零位，即保證處于電感變化的線性范圍之內(nèi)。所以，在測量之前，必須調(diào)整指零表，使其處于零位。噪聲濾波的目的在于剔除一些干擾信號，如電氣元件的噪聲所引起的虛假信號。大量的測試表明，高于400Hz的信號即不是被測表面粗糙度所引的信號，必須從總信號中加以剔除。所以噪聲濾波器是一種低通(低頻能通過)濾波器，它使400Hz以下的低頻信號順利通過，而將400Hz以上的高頻信號迅速衰減，從而達到濾波的目的。波度濾波的目的則是用以濾掉距大于取樣長度的波度，因此它是一個高通(高頻能通過)濾波器，使表面粗糙度所引起的高頻(相對于波度引起的低頻而言)信號能自由通過。

   經(jīng)過噪聲濾波和波度濾波以后，剩下來的就是與被測表面粗糙度成比例的信號，再經(jīng)平均表放大器后，所輸出的電流I與被測表面輪廓各點偏離中線的高度y的**值成正比，然后經(jīng)積分器完成 的積計算，得出Ra值，由指零表顯示出來。

   這種儀器適用于測定0.02-10μm的Ra值，其中有少數(shù)型號的儀器還可測定更小的參數(shù)值，儀器配有各種附件，以適應平面、內(nèi)外圓柱面、圓錐面、球面、曲面、以及小孔、溝槽等形狀的工件表面測量。測量迅速方便，測值精度高。

表面粗糙度檢測儀原理，表面粗糙度儀原理的不足
 傳統(tǒng)表面粗糙度測量儀存在以下幾個方面的不足：
  (1)測量參數(shù)較少，一般僅能測出Ra、Rz、Ry等少量參數(shù)；
  (2)測量精度較低，測量范圍較小，Ra值的范圍一般為0.02-10μm左右；
  (3)測量方式不靈活，例如：評定長度的選取，濾波器的選擇等；
  (4)測量結(jié)果的輸出不直觀。
造成上述幾個方面不足的主要原因是：系統(tǒng)的可靠性不高，模擬信號的誤差較大且不便于處理等。

表面粗糙度檢測儀原理，表面粗糙度儀原理的改進
   1 傳統(tǒng)表面粗糙度測量儀的改進方案
為了克服傳統(tǒng)表面粗糙度測量儀的不足，應該采用計算機系統(tǒng)對其進行改進。例如，英國蘭克精密機械有限公司制造的“泰呂塞夫(TALYSURF)”10型和我國哈爾濱量具刃具廠制造的2205型表面粗糙度測量儀就采用了計算機系統(tǒng)，使其性能較之傳統(tǒng)表面粗糙度測量儀有極大的提高。其基本原理如圖4所示，從相敏整流輸出的模擬信號，經(jīng)過放大及電平轉(zhuǎn)換之后進入數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，計算機自動地將其采集的數(shù)據(jù)進行數(shù)字濾波和計算，得到測量結(jié)果，測量結(jié)果及輪廓圖形在顯示器顯示或打印輸出。

要采用計算機系統(tǒng)對傳統(tǒng)的表面粗糙度測量儀進行改進，就要編制相應的計算機軟件，*好采用比較直觀的菜單形式?？梢园慈鐖D5所示的菜單使用流程圖編制軟件：

  2 改進后的表面粗糙度測量儀的功能及使用效果
由于采用計算機系統(tǒng)，將模擬信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號進行靈活的處理，顯著地提高了系統(tǒng)的可靠性，所以既大大增加了測量參數(shù)的數(shù)量，又提高了測量精度。例如：哈爾濱量具刃具廠制造的2205型表面粗糙度測量儀的測量參數(shù)多達二十六個，測量范圍為0.001～50μm，可任選1～5倍的取樣長度作為評定長度，測量結(jié)果及圖形在顯示器、打印機或繪圖儀上非常直觀地輸出來。它還采用了較為先選的可選擇的數(shù)字濾波器，它與模擬濾波器相比其特性更為準確，且不會有元器件參數(shù)誤差帶來的影響。
另一方面，若在表面粗糙度儀測量實驗的教學過程中引入改進后的表面粗糙度儀，就實驗的直觀教學功能而言，也很有意義。改進后的電動輸廓儀，通過計算機軟件與硬件的結(jié)合(尤其是軟件)大大加強了實驗過程的直觀性，這體現(xiàn)在以下幾個方面：
  (1)整個實驗過程非常直觀地通過軟件的各級菜單進行控制。操作簡單、一目了然。
  (2)輸入與顯示同步，即在測量進行過程的同時，觸針在被測表面上滑行的軌跡動態(tài)地顯示在計算機屏幕上。
  (3)測量結(jié)果及相關(guān)圖形能非常直觀地、準確地輸出在顯示器、打印機或繪圖儀上。
很顯然，以上這些直觀的教學效果是其它傳統(tǒng)的表面粗糙度測量實驗方法所不具備的。它在得到正確的測量結(jié)果的同時，還充分運用了直觀教學的原理，幫助學生加深

表面粗糙度檢測儀使用中經(jīng)常遇到的問題

?1. 標準ISO,ANSI,DIN,JIS的含義？
答：ISO代表國際標準，ANSI代表美國標準，DIN代表德國標準，JIS代表日本標準。
?2. 請問表面粗糙度的單位有哪些？
答: 表面粗糙度單位均為μm,即微米=10-6米
?3．粗糙度儀能夠?qū)嵱媚切┓矫娴臏y量？
答：它可測量各種加工表面，包括：油泵油嘴、曲軸、凸輪軸、缸體缸蓋的配合面、缸套、缸孔、活塞孔等的表面粗糙度。同時也可應用于PS版測量、在線檢測機床的設(shè)置和調(diào)整、檢測加工過程中刀具的磨損或松動。
?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，例如加工過程中刀具與零件表面間的摩擦、切屑分離時表面層金屬的塑性變形以及工藝系統(tǒng)中的高頻振動等。由于加工方法和工件材料的不同，被加工表面留下痕跡的深淺、疏密、形狀和紋理都有差別。表面粗糙度與機械零件的配合性質(zhì)、耐磨性、疲勞強度、接觸剛度、振動和噪聲等有密切關(guān)系，對機械產(chǎn)品的使用壽命和可靠性有重要影響。
?5．表面波紋度是什么？
答：表面波紋度是間距大于表面粗糙度但小于表面幾何形狀誤差的表面幾何不平度，屬于微觀和宏觀之間的幾何誤差。它是由于零件表面在機械加工過程中，機床與工具系統(tǒng)的振動而形成的。表面波紋度直接影響零件表面的機械性能，如零件的接觸剛度、疲勞強度、結(jié)合強度、耐磨性、抗振性和密封性等。
?6．表面波紋度和表面粗糙度有什么區(qū)別？
答：波距λ＜1mm時，按表面粗糙度處理 ；波距:1mm＜λ＜10mm，按表面波紋度處理 ；波距λ＞10mm，按形狀位置誤差處理
?7． 什么是取樣長度？
答：取樣長度是用于判別具有表面粗糙度特征的一段基準線長度。
?8．取樣長度是怎么獲取的？
答：通常濾波器特性在截止波長處急劇變化，輪廓譜通過濾波后使間距小于截止波長的粗糙度都無變化地通過，而間距大于截止波長的粗糙度卻被完全抑制。截止波長是輪廓譜中數(shù)值上等于取樣長度的一個正弦波的波長，習慣上也叫做切除長度，通常叫截止值。所以儀器的截止值就相當于測量時的取樣長度。
?9．什么是評定長度？
答：評定粗糙度時必須取一段能反映加工表面粗糙度特性的*小長度，它包含一個或數(shù)個取樣長度，這幾個取樣長度的總和稱為評定長度。
?10．評定長度怎么選擇？
答：評定長度值根據(jù)表面加工方法和相應取樣長度按GB1031—83附錄B選用。一般加工表面選取評定長度為5個連續(xù)的取樣長度。加工均勻性較好的表面，可選用小于5個取樣長度的評定長度；均勻性較差的表面，可選用大于5個取樣長度的評定長度。若圖樣上或技術(shù)文件中已標明評定長度值，則應按圖樣或技術(shù)文件中的規(guī)定執(zhí)行。
?11．什么是加工表面均勻性？
答：所謂“加工表面均勻性”是指加工后表面各部位粗糙度數(shù)值一致的程度。如果在一個加工表面上按取樣長度連續(xù)測量幾段所得粗糙度值一樣，說明加工表面均勻；反之粗糙度值不一樣，有時甚至相差很大，則表明加工表面不均勻。
?12．物理因素對粗糙度的影響？
答：從切削過程的物理實質(zhì)考慮，刀具的刃口圓角及后面的擠壓與摩擦使金屬材料發(fā)生塑性變形，嚴重惡化了表面粗糙度。在加工塑性材料而形成帶狀切屑時，在前刀面上容易形成硬度很高的積屑瘤。它可以代替前刀面和切削刃進行切削，使刀具的幾何角度、背吃刀量發(fā)生變化。積屑瘤的輪廓很不規(guī)則，因而使工件表面上出現(xiàn)深淺和寬窄都不斷變化的刀痕。有些積屑瘤嵌入工件表面，更增加了表面粗糙度。切削加工時的振動，使工件表面粗糙度參數(shù)值增大。
?13．加工工藝對粗糙度的影響？
答：從工藝的角度考慮其對工件表面粗糙度的影響，主要有與切削刀具有關(guān)的因素、與工件材質(zhì)有關(guān)的因素和與加工條件有關(guān)因素等.
?14．表面粗糙度的檢測程序?
答:①首先進行目測檢查,當表面粗糙度要求不高時或工件表面存在著明顯影響表面功能的表面缺陷，選擇目測法檢驗判定.
②然后進行比較檢查,可采用視覺或顯微鏡將被測表面與粗糙度比較樣塊比較判定.
③再進行儀器檢查.
?15.企業(yè)對表面粗糙度檢查的方式?
答:①對不均勻表面，在*有可能出現(xiàn)粗糙度參數(shù)極限值的部位上進行測量；
②對表面粗糙度均勻的表面，應在幾個均布位置上分別測量，至少測量3次；
③當給定表面粗糙度參數(shù)上限或下限時，應在表面粗糙度參數(shù)可能出現(xiàn)*大值或*小值處測量；
④表面粗糙度參數(shù)注明是*大值的要求時，通常在表面可能出現(xiàn)*大值(如有一個可見的深槽)處，至少測量3次；
?16.表面粗糙度儀使用怎樣確定測量方向?
答:①圖樣或技術(shù)文件中規(guī)定測量方向時，按規(guī)定方向進行測量；
②當圖樣或技術(shù)文件中沒有指定方向時，則應在能給出粗糙度參數(shù)*大值的方向測量，該方向垂直于被測表面的加工紋理方向；
③對無明顯加工紋理的表面，測量方向可以是任意的，一般可選擇幾個方向進行測量，取其*大值為粗糙度參數(shù)的數(shù)值.
?17.檢測表面粗糙度的常用方法有那些?
答:目測比較法,樣塊比較法, 干涉顯微鏡比較法, 光切顯微鏡測量法, 電動輪廓儀比較法,粗糙度儀檢測.
?18.加工表面均勻性是指什么?怎么判斷?
答: 加工表面均勻性是指加工后表面各部位粗糙度數(shù)值一致的程度。如果在一個加工表面上按取樣長度連續(xù)測量幾段所得粗糙度值一樣，說明加工表面均勻；反之粗糙度值不一樣，有時甚至相差很大，則表明加工表面不均勻。
?19.工件表面加工過程中所用加工方法的特征表現(xiàn)?
答:車、銑、刨削加工表面往往帶有均勻的間距和清晰的刀具痕跡方向，其紋理具有明顯的規(guī)律性，它所形成的是一個典型的周期輪廓(有時也疊加有不同程度的隨機成分)有明顯的周期，這一周期反映了進給量是均勻相等的，加工表面均勻性好。磨削加工表面雖有一般的方向性，但是間距通常是不規(guī)則的，紋理沒有明顯的規(guī)律。研磨加工表面是通過磨料的往復作用所產(chǎn)生的表面，往往沒有什么方向性。磨削、研磨分別用砂輪和磨料進行切削拋光，使表面光滑平整。但由于砂輪的磨粒大小、磨料顆粒尺寸形狀不規(guī)則，切削力不等，使加工表面形成隨機輪廓，雖有周期成分，但隨機成分是主要的，表面均勻性差。
?20. 請問表面粗糙度對機械零件的使用性能的影響？
答: （1）表面粗糙度影響零件的耐磨性。表面越粗糙，配合表面間的有效接觸面積越小，壓強越大，磨損就越快。
（2）表面粗糙度影響配合性質(zhì)的穩(wěn)定性。對間隙配合來說，表面越粗糙，就越易磨損，使工作過程中間隙逐漸增大；對過盈配合來說，由于裝配時將微觀凸峰擠平，減小了實際有效過盈，降低了聯(lián)結(jié)強度。
（3）表面粗糙度影響零件的疲勞強度。粗糙零件的表面存在較大的波谷，它們像尖角缺口和裂紋一樣，對應力集中很敏感，從而影響零件的疲勞強度。
（4）表面粗糙度影響零件的抗腐蝕性。粗糙的表面，易使腐蝕性氣體或液體通過表面的微觀凹谷滲入到金屬內(nèi)層，造成表面腐蝕。
（5）表面粗糙度影響零件的密封性。粗糙的表面之間無法嚴密地貼合，氣體或液體通過接觸面間的縫隙滲漏。
（6）表面粗糙度影響零件的接觸剛度。接觸剛度是零件結(jié)合面在外力作用下，抵抗接觸變形的能力。機器的剛度在很大程度上取決于各零件之間的接觸剛度。
（7）影響零件的測量精度。零件被測表面和測量工具測量面的表面粗糙度都會直接影響測量的精度，尤其是在精密測量時。
此外，表面粗糙度對零件的鍍涂層、導熱性和接觸電阻、反射能力和輻射性能、液體和氣體流動的阻力、導體表面電流的流通等都會有不同程度的影響。
?21.零件的精度越高，其粗糙度是越大還是越??？
答:零件的精度越高，其粗糙度越小.加工精度是加工后實際幾何參數(shù)與理想幾何參數(shù)相符合的程度。公差是指零件加工過程允許誤差的變化范圍。
（1) 尺寸精度，尺寸精度指零件表面本身的尺寸和表面間相互距離尺寸精度。尺寸有關(guān)術(shù)語包括基本尺寸、極限尺寸、尺寸偏差、尺寸公差、公差帶。公差等級從IT01、IT0、IT1到IT18共20個。
（2）形狀精度，形狀精度指零件加工后表面實際所得的形狀與理想形狀的符合程度。
（3）位置精度，位置精度指加工后零件有關(guān)要素之間實際位置和理想位置的符合程度。
一般情況零件加工尺寸精度高其形狀位置精度也高，但也有例外，如平板，形狀精度高尺寸精度并要求不高。
?22.濾波器的作用?
答:濾波器是用來把表面輪廓曲線分解成不同波長的各種組成波形.粗糙度儀的濾波器主要把表面波紋度過濾掉,只保留表面粗糙度.
?23.濾波器的種類有那些?
答:目前主要有RC,PC-RC,GAUSS,D-P四種濾波器.
?24.各種濾波器的特點比較?
答: RC是傳統(tǒng)的二階RC濾波器,表示兩個電阻兩個電容都串聯(lián)（對Ra影響不大，對其它影響大）；PC-RC是在RC的基礎(chǔ)上進行數(shù)字相位修正的濾波器；GAUSS是*新粗糙度濾波器,還原性好；D-P可以保護原濾波方式。
?25.粗糙度儀在進行測量時應注意的問題？
答：(1)被測工件被測面處于水平位置及穩(wěn)定；(2)被測面干凈，無其他污垢雜質(zhì)；(3)傳感器不用時，必須放在其專用工具盒中；(4)被測工件被測面不得小于粗糙度儀的*小量程；(5)測量環(huán)境是否適合測量，有沒有聲音，空氣快速流動，會不會產(chǎn)生共振；(6)選擇正確的參數(shù)（如取樣長度等）。
?26.為了提高傳動能力，不是將帶輪工作面加工粗糙，增大摩擦系數(shù)，而是降低加工表面的粗糙度，為什么？
答：傳動是靠齒輪咬合的，不是靠摩擦傳動的，在咬合瞬間兩個齒輪的輪齒有相對運動，粗糙會造成咬合不穩(wěn)，相對運動困難，而且用一段時間就會發(fā)現(xiàn)，粗糙的地方被磨平了。增加粗糙度只是增加*大靜摩擦力，一個機械的總能量是一定的，而摩擦力在這里作為阻力功，當阻力做的功減少那么驅(qū)動力做的功就增大了，這樣有用功比上總功就增大即傳動效力提高了。
?27. 一般情況,表面粗糙度越低,表面越光滑,物體的摩擦系數(shù)越小,但是當粗糙度降到一定程度時,摩擦系數(shù)卻隨著粗糙度的降低而增加，請問這是為什么？
答：理論上,在研究力學時,常把光滑表面,認為摩擦系數(shù)接近零.但如果表面粗糙度很低，摩擦系數(shù),會突然增大很多的，這是因為過于平整光滑的表面,兩物體的結(jié)合吸引力也就大了.舉個例子:兩個計量用的塊規(guī),只要用手輕輕的推在一起,就會互相粘在一起的.
?28.粗糙度儀測量原理及組成部分有那些?
答：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、記錄器和工作臺等主要部件組成。?電感傳感器是粗糙度儀的主要部件之一，在傳感器測桿的一端裝有金剛石觸針，觸針**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。此運動經(jīng)支點使磁芯同步地上下運動，從而使包圍在磁芯外面的兩個差動電感線圈的電感量發(fā)生變化。
?29.國家標準中對表面粗糙度取樣長度和評樣長度的取值中的RA(um)和RZ(um)各代表什么意思?
答：Ra是測量表面時，一定取樣長度內(nèi)，輪廓偏距的**值的算術(shù)平均值，也就是一定測量范圍內(nèi)表面的不平整平均度；
Rz是*大輪廓高度，也就是一定測量范圍內(nèi)，*凹與*凸的高度差。
?30. 怎么選用評定參數(shù)？
答：幅度參數(shù)Ra,Rz是基本參數(shù)， RSm ,Rmr(c) 是輔助參數(shù) 。有粗糙度要求的表面必須選擇一個幅度參數(shù)，在 0.025~6.3μ推薦選用Ra,其余選用Rz 。不能單獨選用,只能作為幅度參數(shù)的附加參數(shù),表面有特殊功能要求時選用.
?31. 參數(shù)值的選用考慮因素？
答：同一個零件上,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,滾動摩擦表面比滑動摩擦表面的Ra或Rz值小. 運動速度高,單位面積壓力大,受交變載荷作用的零件表面,以及*易產(chǎn)生應力集中的溝槽,圓角部位應選用較小的粗糙度數(shù)值.要求配合穩(wěn)定,可靠時,粗糙度參數(shù)值應小些.如,小間隙配合表面,受重載作用的過盈配合表面,都應選用較小的粗糙度數(shù)值.協(xié)調(diào)好表面粗糙度參數(shù)值與尺寸及形位公差的關(guān)系.通常,尺寸,形位公差值小,表面粗糙度Ra或Rz值也要小;尺寸公差等級相同時,軸比孔的粗糙度數(shù)值要小.防腐蝕性,密封性要求高,或外形要求美觀的表面應選用較小的粗糙度數(shù)值. 凡有關(guān)標準已對表面粗糙度作出規(guī)定的標準件或常用典型零件(例如,與滾動軸承配合的軸頸和基座孔,與鍵配合的軸槽,輪轂槽的工作面等),應按相應的標準確定其表面粗糙度參數(shù)值。

表面粗糙度檢測儀原理，表面粗糙度儀原理總結(jié)

   (1)傳統(tǒng)的表面粗糙度測量儀由傳感器、驅(qū)動器、指零表、記錄器和工作臺等主要部件組成，從輸入到輸出全過程均為模擬信號。而在傳統(tǒng)的表面粗糙度測量儀的基礎(chǔ)上，采用計算機系統(tǒng)對其進行改進后，通過模-數(shù)轉(zhuǎn)換將模擬量轉(zhuǎn)換為數(shù)字量送入計算機進行處理，使得儀器在測量參數(shù)的數(shù)量、測量精度、測量方式的靈活性、測量結(jié)果輸出的直觀性等方面有了極大的提高。

   (2)從前面的分析知，整個改進方案并不復雜，因此對于目前仍廣泛使用的傳統(tǒng)的表面粗糙度測量儀的改進具有一定的意義。

   (3)隨著電子技術(shù)的進步，某些型號的表面粗糙度測量儀還可將表面粗糙度的凹凸不平作三維處理，測量時在相互平行的多個截面上進行，通過模-數(shù)變換器，將模擬量轉(zhuǎn)換為數(shù)字量，送入計算機進行數(shù)據(jù)處理，記錄其三維放大圖形，并求出等高線圖形，從而更加合理的評定被測面的表面粗糙度。