表面粗糙度及表面形狀的測量

1、度與表面形狀誤差盡管測量表面在基本長度范圍內的法線方向上變化是很明顯的但要區(qū)別粗糙度與表面形狀誤差(包括波度)也是較復雜的特別是當表面形狀誤差或波度數(shù)值與表面粗糙度數(shù)值很接近時。使用不同的測量方法形狀誤差或波度可能與表面粗糙度的數(shù)值互相交疊分辨不清。所以實際測量時應使二者互相減掉以利于單獨讀出表面粗糙度數(shù)值或單獨讀出表面形狀誤差數(shù)值。例如只測粗糙度時讀出的數(shù)據(jù)應是在基本長度內的表面不規(guī)則性。簡單的機械法常為劃針表面光度儀但將儀器測頭安裝

2、在一個小滑軌上騎在零件表面記錄劃針相對導軌移動的位移以表面高低的平均值作為所測數(shù)據(jù)表面波動變化比所記錄的高低變化小得多。另一個方法是在記錄過程中或記錄后過濾位移信號以組成相應于長波表面位移(指形狀誤差或波度)電子過濾法就可用于去除粗糙度信號用來只測量形狀誤差或波度并且可以定量顯示出數(shù)值。3幾種表面粗糙度的描述方法最常用的表面粗糙度的描述方法是平均表面粗糙度法用符號Ra表示定義為表面中線平均高度的算術平均值中線指曲線上部和下部面積相等的分

3、界線。如圖3所示用公式表示圖3表面粗糙度定義圖Ra=1L∫L0y(x)dx均方根偏差法定義表面粗糙度用符號Rq表示用公式表示R2q=1L∫L0y2(x)dx對許多表面講Ra與Rq很接近。用單個數(shù)據(jù)來描述表面形狀不可避免地要丟失一些重要信息。例如Ra和Rq沒給出不規(guī)則表面形狀和表面空間的信息對于完整地描述表面形貌來講需要對表面高度分配的可能性及穿過表面的高峰與低谷的空間分配作出測量。描述表面高低分配方法與波幅密度函數(shù)P(y)有關P(y)是

4、任意點處偏離平均線的高度值。數(shù)值P(y)Δy為在平均線上落在y與yΔy之間的表面形狀百分比如圖4所示它是一條波動曲線此曲線對應一條對稱于平均線位置的波幅密度曲線對稱的波幅密度函數(shù)說明表面形狀的信息。粗糙度Rq是波幅密度函觀察到劃針上下波動波動的垂直距離由轉換器轉換成電信號經(jīng)放大后用最簡單的形式在記錄紙上移動筆記錄。圖1簡單劃線式表面光度儀示意圖此種方法不可避免的局限性是針頭形狀。由于強度方面的原因金剛石劃針常為圓錐或棱錐形錐角一般為60

5、針尖半徑為1到2.5μm。有限的針尖半徑及內錐角會阻礙針尖進入窄坑的深底即給測量結果帶來誤差使本來不平的表面測成“光滑表面”。另一誤差是在測量非常精細或易變形的表面時由于針的自身載荷(盡管很小)也會作用于被測表面上而使表面產(chǎn)生變形和損壞。1.2非接觸測量法光學法測表面粗糙度比接觸法更具有吸引力。它可以無損傷地測量表面粗糙度。圖2為光學干涉儀法測量表面粗糙度的工作原理圖。它是通過兩束光的干涉即從被測表面和參考表面反射回來的光線干涉產(chǎn)生干涉

6、條紋由一排光敏二極管連到微處理器上來實現(xiàn)數(shù)字顯示記錄。該方法在垂直方向可達到0.1nm的精度。盡管對某些顯微鏡來講可測的最大深度受儀器焦距的限制對被測表面非常精密、特別是易變形表面(如聚合物)來講光學干涉儀比劃針式光度儀有明顯的優(yōu)越性。但對粗糙表面必須使用后者在許多情況下二者互相補充。圖2數(shù)字光干涉儀測表面粗糙度工作原理圖33大和最小實體實效尺寸的研究馬忠良(黑龍江商學院機械基礎教研室哈爾濱150076)1問題的提出在有關書中是這樣論述