表面粗糙度儀

粗糙度儀又叫表面粗糙度儀、表面光潔度儀、表面粗糙度檢測儀、粗糙度測量儀、粗糙度計、粗糙度測試儀等多種名稱，研發生產后來才引進國內。粗糙度儀測量工件表面粗糙度時，將傳感器放在工件被測表面上，由儀器內部的驅動機構帶動傳感器沿被測表面做等速滑行，傳感器通過內置的銳利觸針感受被測表面的粗糙度，此時工件被測表面的粗糙度引起觸針產生位移，該位移使傳感器電感線圈的電感量發生變化，從而在相敏整流器的輸出端產生與被測表面粗糙度成比例的模擬信號，該信號經過放大及電平轉換之后進入數據采集系統。

簡介

粗糙度儀又叫表面粗糙度儀、表面光潔度儀、表面粗糙度檢測儀、粗糙度測量儀、粗糙度計、粗糙度測試儀等多種名稱。它具有測量精度高、測量范圍寬、操作簡便、便于攜帶、工作穩定等特點，可以廣泛應用于各種金屬與非金屬的加工表面的檢測，該儀器是傳感器主機一體化的袖珍式儀器，具有手持式特點，更適宜在生產現場使用。外形采用拉鋁模具設計，堅固耐用，抗電磁干擾能力顯著，符合當今設計新趨勢。

應用領域

粗糙度儀的應用領域有:一、機械加工制造業，主要是金屬加工制造。粗糙度儀最初的產生就是為了檢測機械加工零件表面粗糙度而生的。尤其是觸針式粗糙度測量儀比較適用于質地比較堅硬的金屬表面的檢測。如:汽車零配件加工制造業、機械零部件加工制造業等等。這些加工制造行業只要涉及到工件表面質量的，對于粗糙度儀的檢測應用是的。二、非金屬加工制造業，隨著科技的進步與發展，越來越多的新型材料應用到加工工藝上，如陶瓷、塑料、聚乙烯，等等，現有些軸承就是用特殊陶瓷材料加工制作的，還有泵閥等是利用聚乙烯材料加工制成的。這些材料質地堅硬，某些應用可以替代金屬材料制作工件，在生產加工過程中也需要檢測其表面粗糙度。三、隨著粗糙度儀的技術和功能不斷加強和完善，以及深入的推廣和應用，越來越多的行業被發現會需求粗糙度的檢測，除機械加工制造外，電力、通訊、電子、，如交換機上聯軸器、集成電路半導體等生產加工過程中也需粗糙度的評定，甚至人們生活中使用的文具、餐具、人的牙齒表面都要用到表面粗糙度的檢驗。

工作原理

針描法又稱觸針法。當觸針直接在工件被測表面上輕輕劃過時，由于被測表面輪廓峰谷起伏， 觸針將在垂直于被測輪廓表面方向上產生上下移動，把這種移動通過電子裝置把信號加以放大， 然后通過指零表或其它輸出裝置將有關粗糙度的數據或圖形輸出來。

采用針描法原理的表面粗糙度測量儀由傳感器、驅動器、指零表、記錄器和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 粗糙度儀半徑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，將產生上下移動。此運動經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。

圖3 傳統表面粗糙度測量儀工作原理框圖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。所以，在測量之前，必須調整指零表，使其處于零位。經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，其中有少數型號的儀器還可測定更小的參數值，儀器配有各種附件，以適應平面、內外圓柱面、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。

傳統表面粗糙度測量儀存在以下幾個方面的不足:

(1) 測量參數較少，一般僅能測出Ra、Rz、Ry等少量參數; (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:系統的可靠性不高，模擬信號的誤差較大且不便于處理等。

(2) 主要特點

1、高精度電感傳感器粗糙度儀

2、段碼液晶顯示器，具有背光功能

3、人機對話，界面直觀、操作極其簡單

4、采用DSP芯片進行控制和數據處理，速度快，功耗低

5、內置鋰離子充電電池及控制電路，容量高、無記憶效應，充電時 間短，連續工作時間長，大于20小時

6、機電一體化設計，體積小，重量輕，使用方便快捷

7、帶有測值存儲及存儲數據查詢功能

8、內置標準RS232接口可連接時代TA220s打印機，可打印全部參數

9、具有自動關機、多種提示說明信息

10、可選配曲面傳感器、小孔傳感器、深槽傳感器、測量平臺、接長桿等附件菜單操作方式

使用方法 

測量

1、干涉法：干涉法是利用光波干涉原理來測量表面粗糙度。

2、針描法：針描法是利用觸針直接在被測表面上輕輕劃過，從而測出表面粗糙度的Ra值。

3、比較法：比較法是車間常用的方法。將被測表面對照粗糙度樣板，用肉眼判斷或借助于放大鏡、比較顯微鏡比較;也可用手摸，指甲劃動的感覺來判斷被加工表面的粗糙度。此法一般用于粗糙度參數較大的近似評定。

4、光切法：光切法是利用"光切原理"來測量表面粗糙度。

測量工件表面粗糙度時，將傳感器放在工件被測表面上，由儀器內部的驅動機構帶動傳感器沿被測表面做等速滑行，傳感器通過內置的銳利觸針感受被測表面的粗糙度，此時工件被測表面的粗糙度引起觸針產生位移，該位移使傳感器電感線圈的電感量發生變化，從而在相敏整流器的輸出端產生與被測表面粗糙度成比例的模擬信號，該信號經過放大及電平轉換之后進入數據采集系統，DSP芯片將采集的數據進行數字濾波和參數計算，測量結果在液晶顯示器上讀出，也可在打印機上輸出，還可以與PC機進行通訊。

產品改進

傳統表面粗糙度測量儀的改進方案

為了克服傳統表面粗糙度測量儀的不足，應該采用計算機系統對其進行改進。例如，英國蘭克精密機械有限公司制造的"泰呂塞夫(TALYSURF)"10型和中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，使其性能較之傳統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，經過放大及電平轉換之后進入數據采集系統，計算機自動地將其采集的數據進行數字濾波和計算，得到

各種加工表面得到的表面光潔度測量結果，測量結果及輪廓圖形在顯示器顯示或打印輸出。圖4 改進后的表面粗糙度測量儀工作原理框圖要采用計算機系統對傳統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，采用比較直觀的菜單形式。可以按如圖5所示的菜單使用流程圖編制軟件:

圖5 菜單使用流程框圖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，將模擬信號轉換為數字信號進行靈活的處理，顯著地提高了系統的可靠性，所以既大大增加了測量參數的數量，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多達二十六個，測量范圍為0.001~50μm，另一方面，若在表面粗糙度測量儀測量實驗的教學過程中引入改進后的表面粗糙度測量儀，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合(尤其是軟件)大大加強了實驗過程的直觀性，這體現在以下幾個方面:

(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地顯示在計算機屏幕上。(3)測量結果及相關圖形能非常直觀地、準確地輸出在顯示器、打印機或繪圖儀上。很顯然，以上這些直觀的教粗糙度儀學效果是其它傳統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果的同時，還充分運用了直觀教學的原理，幫助學生加深對表面粗糙度的概念及其各種參數的直觀理解。結語

(1)傳統的表面粗糙度測量儀由傳感器、驅動器、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。而在傳統的表面粗糙度測量儀的基礎上，采用計算機系統對其進行改進后，通過模-數轉換將模擬量轉換為數字量送入計算機進行處理，使得儀器在測量參數的數量、測量精度、測量方式的靈活性、測量結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，因此對于仍廣泛使用的傳統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-數變換器，將模擬量轉換為數字量，送入計算機進行數據處理，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。粗糙度∶以前一般叫表面光潔度，是用來評定工件表面質量的專業術語，一般用對比樣板來評定工件表面粗糙度，從▲1到▲14一共分為14個等級，隨著科技的發展使用者對工件表面質量要求也越來越高，原來的檢測手段已經不能滿足我們的需求，這也就加快了表面粗糙度儀的誕生。粗糙度儀是檢測工件表面粗糙度的數字化電子儀器，由于準確度高、穩定性好、便于操作等優點迅速普及開來。

主要分類

粗糙度儀從測量原理上主要分為兩大類:接觸式和非接觸式，接觸式粗糙度儀主要是主機和傳感器的形式，非接觸式粗糙度儀主要是光學原理例如激光表面粗糙度儀。從測量使用的方便性上說又可分為:袖珍式表面粗糙度儀(代表面粗擦度輪廓中線表性產品主要有:時代TR100、TR101、TR110、TR150袖珍式表面粗糙度儀、手持式粗糙度儀、便攜式粗糙度儀、臺式粗糙度儀。粗糙度儀從功能又可劃分為:表面粗糙度儀、粗糙度形狀測量儀(TR300粗糙度形狀測量儀是界于表面粗糙度儀和表面粗糙度輪廓儀之間的一款測量表面粗糙度的儀器，也可說是微觀表面粗糙度輪廓儀)和表面粗糙度輪廓儀

相關參數

隨著工業的發展和對外開放與技術合作的需要，中國對表面粗糙度的研究粗擦度參數RY定義和標準化愈來愈被科技和工業界所重視， 為迅速改變國內表面粗糙度方面的術語和概念不統一的局面，并達到與國際統一的作用，中國等效采用國際標準 化組織(ISO)有關的國際標準制訂了GB3505-1983《表面粗糙度術語表面及其參數》。GB3505專門對有關表面粗糙 度的表面及其參數等術語作了規定，其中有三個部分共27個參數術語:a. 與微觀不平度高度特性有關的表面粗糙度參數術語。其中定義的常用術語為:輪廓算術平均偏差Ra、 輪廓均方根偏差Rq、輪廓高度Ry和微觀不平度十點高度Rz等11個參數。

b. 與微觀不平度間距特性有關的表面粗糙度參數術語。其中有輪廓微觀不平度的平均間距Sm、 輪廓峰密度D、輪廓均方根波長lq以及輪廓的單峰平均間距S等共9個參數。

c. 與微觀不平度形狀特性有關的表面粗糙度參數術語。這其中有輪廓偏斜度Sk、 輪廓均方根斜率Dq和輪廓支承長度率tp等共5 個

3.精密加工表面性能評價的內容及其迫切性

表面粗糙度參數這一概念開始提出時就是為了研究零件表面和其性能之間的關系，4.表面粗糙度理論的新進展 表面形貌評定的核心在于特征信號的無失真提取和對使用性能的量化評定，國內外學者在這一方面 做了大量工作，提出了許多分離與重構方法。隨著當今微機處理技術、集成電路技術、機電一體化 技術等的發展，出現了用分形法、Motif法、功能參數集法、時間序列技術分析法、最小二乘多項式 擬合法、濾波法等各種評定理論與方法，取得了顯著進展，下面對相對而言比較成熟的分形法、 Motif法、特定功能參數集法進行介紹。表面粗糙度儀(光潔度)的國家標準主要術語及定義

本資料給出的參數符合GB/T3505-2000《產品幾何技術規范表面結構 輪廓法 表面結構的述語、定義及參數》、符合GB/T6062-2002《產品幾何量技術規范(GPS)表面結構 輪廓法接觸(觸針)式儀器的標稱特性》。

技術術語

(1)表面粗糙度:取樣長度L

取樣長度是用于判斷和測量表面粗糙度時所規定的一段基準線長度，它在輪廓總的走向上取樣。

(2)表面粗糙度:評定長度Ln

由于加工表面有著不同程度的不均勻性，為了充分合理地反映某一表面的粗糙度特性，規定在評定時所必須的一段表面長度，它包括一個或數個取樣長度，稱為評定長度Ln。

(3)表面粗糙度:輪廓中線(也有叫曲線平均線)M

輪廓中線M是評定表面粗糙度數值的基準線。

評定參數

國家規定表面粗糙度的參數由高度參數、間距參數和綜合參數組成。

表面粗糙度高度參數共有三個:

(1)輪廓算術平均偏差Ra :

在取樣長度L內，輪廓偏距值的算術平均值。

(2)微觀不平度十點高度Rz

在取樣長度L內的輪廓峰高的平均值與五個的輪廓谷深的平均值之和。

(3)輪廓高度Ry

在取樣長度內，輪廓峰頂線和輪廓谷底線之間的距離。

表面粗糙度間距參數共有兩個:

(4)輪廓單峰平均間距S

兩相鄰輪廓單峰的點在中線上的投影長度Si，稱為輪廓單峰間距，在取樣長度L內，輪廓單峰間距的平均值，就是輪廓單峰平均間距。

(5)輪廓微觀不平度的平均間距Sm

含有一個輪廓峰和相鄰輪廓谷的一段中線長度Smi，稱輪廓微觀不平間距。

表面粗糙度綜合參數:

(6)輪廓支承長度率tp

輪廓支承長度率就是輪廓支承長度np與取樣長度L之比。