粗糙度儀相關(guān)參數(shù)

隨著工業(yè)的發(fā)展和對(duì)外開(kāi)放與技術(shù)合作的需要，中國(guó)對(duì)表面粗糙度的研究和標(biāo)準(zhǔn)化愈來(lái)愈被科技和工業(yè)界所重視， 為迅速改變國(guó)內(nèi)表面粗糙度方面的術(shù)語(yǔ)和概念不統(tǒng)一的局面，并達(dá)到與國(guó)際統(tǒng)一的作用，中國(guó)等效采用國(guó)際標(biāo)準(zhǔn) 化組織（ISO）有關(guān)的國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)制訂了GB3505-1983《表面粗糙度術(shù)語(yǔ)表面及其參數(shù)》。GB3505專(zhuān)門(mén)對(duì)有關(guān)表面粗糙 度的表面及其參數(shù)等術(shù)語(yǔ)作了規(guī)定，其中有三個(gè)部分共27個(gè)參數(shù)術(shù)語(yǔ)：a. 與微觀不平度高度特性有關(guān)的表面粗糙度參數(shù)術(shù)語(yǔ)。其中定義的常用術(shù)語(yǔ)為：輪廓算術(shù)平均偏差Ra、 輪廓均方根偏差Rq、輪廓最大高度Ry和微觀不平度十點(diǎn)高度Rz等11個(gè)參數(shù)。

b. 與微觀不平度間距特性有關(guān)的表面粗糙度參數(shù)術(shù)語(yǔ)。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(zhǎng)lq以及輪廓的單峰平均間距S等共9個(gè)參數(shù)。

c. 與微觀不平度形狀特性有關(guān)的表面粗糙度參數(shù)術(shù)語(yǔ)。這其中有輪廓偏斜度Sk、 輪廓均方根斜率Dq和輪廓支承長(zhǎng)度率tp等共5 個(gè)

3.精密加工表面性能評(píng)價(jià)的內(nèi)容及其迫切性

表面粗糙度參數(shù)這一概念開(kāi)始提出時(shí)就是為了研究零件表面和其性能之間的關(guān)系，4.表面粗糙度理論的新進(jìn)展 表面形貌評(píng)定的核心在于特征信號(hào)的無(wú)失真提取和對(duì)使用性能的量化評(píng)定，國(guó)內(nèi)外學(xué)者在這一方面 做了大量工作，提出了許多分離與重構(gòu)方法。隨著當(dāng)今微機(jī)處理技術(shù)、集成電路技術(shù)、機(jī)電一體化 技術(shù)等的發(fā)展，出現(xiàn)了用分形法、Motif法、功能參數(shù)集法、時(shí)間序列技術(shù)分析法、最小二乘多項(xiàng)式 擬合法、濾波法等各種評(píng)定理論與方法，取得了顯著進(jìn)展，下面對(duì)相對(duì)而言比較成熟的分形法、 Motif法、特定功能參數(shù)集法進(jìn)行介紹。表面粗糙度儀（光潔度）的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)主要術(shù)語(yǔ)及定義

本資料給出的參數(shù)符合GB/T3505-2000《產(chǎn)品幾何技術(shù)規(guī)范表面結(jié)構(gòu) 輪廓法 表面結(jié)構(gòu)的述語(yǔ)、定義及參數(shù)》、符合GB/T6062-2002《產(chǎn)品幾何量技術(shù)規(guī)范（GPS）表面結(jié)構(gòu) 輪廓法接觸（觸針）式儀器的標(biāo)稱(chēng)特性》 。

粗糙度儀技術(shù)術(shù)語(yǔ)

（1）表面粗糙度：取樣長(zhǎng)度L

取樣長(zhǎng)度是用于判斷和測(cè)量表面粗糙度時(shí)所規(guī)定的一段基準(zhǔn)線(xiàn)長(zhǎng)度，它在輪廓總的走向上取樣。

（2）表面粗糙度：評(píng)定長(zhǎng)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(guī)定在評(píng)定時(shí)所必須的一段表面長(zhǎng)度，它包括一個(gè)或數(shù)個(gè)取樣長(zhǎng)度，稱(chēng)為評(píng)定長(zhǎng)度Ln。

（3）表面粗糙度：輪廓中線(xiàn)（也有叫曲線(xiàn)平均線(xiàn)）M

輪廓中線(xiàn)M是評(píng)定表面粗糙度數(shù)值的基準(zhǔn)線(xiàn)。

粗糙度儀評(píng)定參數(shù)

國(guó)家規(guī)定表面粗糙度的參數(shù)由高度參數(shù)、間距參數(shù)和綜合參數(shù)組成。

表面粗糙度高度參數(shù)共有三個(gè)：

（1）輪廓算術(shù)平均偏差Ra ：

在取樣長(zhǎng)度L內(nèi)，輪廓偏距絕對(duì)值的算術(shù)平均值。

（2）微觀不平度十點(diǎn)高度Rz

在取樣長(zhǎng)度L內(nèi)最大的輪廓峰高的平均值與五個(gè)最大的輪廓谷深的平均值之和。

（3）輪廓最大高度Ry

在取樣長(zhǎng)度內(nèi)，輪廓峰頂線(xiàn)和輪廓谷底線(xiàn)之間的距離。

表面粗糙度間距參數(shù)共有兩個(gè)：

（4）輪廓單峰平均間距S

兩相鄰輪廓單峰的最高點(diǎn)在中線(xiàn)上的投影長(zhǎng)度Si，稱(chēng)為輪廓單峰間距，在取樣長(zhǎng)度L內(nèi)，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(gè)輪廓峰和相鄰輪廓谷的一段中線(xiàn)長(zhǎng)度Smi，稱(chēng)輪廓微觀不平間距。

表面粗糙度綜合參數(shù)：

（6）輪廓支承長(zhǎng)度率tp

輪廓支承長(zhǎng)度率就是輪廓支承長(zhǎng)度np與取樣長(zhǎng)度L之比 。2100433B

表面粗糙度標(biāo)準(zhǔn)的提出和發(fā)展與工業(yè)生產(chǎn)技術(shù)的發(fā)展密切相關(guān)，它經(jīng)歷了由定性評(píng)定到定量評(píng)定兩個(gè)階段。表面粗糙度對(duì)機(jī)器零件表面性能的影響從1918年開(kāi)始首先受到注意，在飛機(jī)和飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)中，由于要 求用最少材料達(dá)到最大的強(qiáng)度，人們開(kāi)始對(duì)加工表面的刀痕和刮痕對(duì)疲勞強(qiáng)度的影響加以研究。但由于測(cè) 量困難，當(dāng)時(shí)沒(méi)有定量數(shù)值上的評(píng)定要求，只是根據(jù)目測(cè)感覺(jué)來(lái)確定。在20世紀(jì)20～30年代，世界上很多 工業(yè)國(guó)家廣泛采用三角符號(hào)的組合來(lái)表示不同精度的加工表面。

： 為研究表面粗糙度對(duì)零件性能的影響和度量表面微觀不平度的需要，從20年代末到30年代，德國(guó)、美國(guó) 和英國(guó)等國(guó)的一些專(zhuān)家設(shè)計(jì)制作了輪廓記錄儀、輪廓儀，同時(shí)也產(chǎn)生出了光切式顯微鏡和干涉顯微鏡等用 光學(xué)方法來(lái)測(cè)量表面微觀不平度的儀器，給從數(shù)值上定量評(píng)定表面粗糙度創(chuàng)造了條件。從30年代起，已對(duì)表 面粗糙度定量評(píng)定參數(shù)進(jìn)行了研究，如美國(guó)的Abbott就提出了用距表面輪廓峰頂?shù)纳疃群椭С虚L(zhǎng)度率曲線(xiàn)來(lái) 表征表面粗糙度。1936年

出版了Schmaltz論述表面粗糙度的專(zhuān)著，對(duì)表面粗糙度的評(píng)定參數(shù)和數(shù)值的標(biāo)準(zhǔn)化 提出了建議。但粗糙度評(píng)定參數(shù)及其數(shù)值的使用，真正成為一個(gè)被廣泛接受的標(biāo)準(zhǔn)還是從40年代各國(guó)相應(yīng)的 國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)發(fā)布以后開(kāi)始的。

首先是美國(guó)在1940年發(fā)布了ASA B46.1國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，之后又經(jīng)過(guò)幾次修訂，成為現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)ANSI/ASME B46. 1-1988《表面結(jié)構(gòu)表面粗糙度、表面波紋度和加工紋理》，該標(biāo)準(zhǔn)采用中線(xiàn)制，并將Ra作為主參數(shù)；接著前蘇 聯(lián)在1945年發(fā)布了GOCT2789-1945《表面光潔度、表面微觀幾何形狀、分級(jí)和表示法》國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，而后經(jīng)過(guò)了3 次修訂成為GOCT2789-1973《表面粗糙度參數(shù)和特征》，該標(biāo)準(zhǔn)也采用中線(xiàn)制，并規(guī)定了包括輪廓均方根偏差 即Rq）在內(nèi)的6個(gè)評(píng)定參數(shù)及其相應(yīng)的參數(shù)值。另外，其它工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家的標(biāo)準(zhǔn)大多是在50年代制定的， 如聯(lián)邦德國(guó)在1952年2月發(fā)布了DIN4760和DIN4762有關(guān)表面粗糙度的評(píng)定參數(shù)和術(shù)語(yǔ)等方面的標(biāo)準(zhǔn)等 。

國(guó)外先研發(fā)生產(chǎn)后來(lái)才引進(jìn)國(guó)內(nèi)，市場(chǎng)上粗糙度儀品牌主要有：英國(guó)泰勒粗糙度儀、德國(guó)馬爾粗糙度儀、德國(guó)霍梅爾表面粗糙度儀、日本三豐粗糙度儀、東京精密粗糙度、瑞士泰薩粗糙度儀、英國(guó)易高粗糙度這些都是國(guó)外生產(chǎn)廠(chǎng)商品牌；國(guó)內(nèi)生產(chǎn)廠(chǎng)家品牌主要有：粗糙度儀從測(cè)量原理上主要分為兩大類(lèi)：接觸式和非接觸式，接觸式粗糙度儀主要是主機(jī)和傳感器的形式，非接觸式粗糙度儀主要是光學(xué)原理例如激光表面粗糙度儀。從測(cè)量使用的方便性上說(shuō)又可分為：袖珍式表面粗糙度儀（代表性產(chǎn)品主要有：時(shí)代TR100、TR101、TR110、TR150袖珍式表面粗糙度儀和現(xiàn)已停產(chǎn)的英國(guó)泰勒DUO袖珍式表面粗糙度儀）、手持式粗糙度儀（代表性產(chǎn)品主要有TR200/220手持式粗糙度儀、泰勒25粗糙度儀、M1/M2粗糙度儀等品牌型號(hào)，不一一列舉）、便攜式粗糙度儀（代表性產(chǎn)品主要有TR240便攜式粗糙度儀和TR300粗糙度形狀測(cè)量?jī)x等）、臺(tái)式粗糙度儀（品牌型號(hào)較多一一列舉，有些手持式粗糙度儀和便攜式粗糙度儀配上相應(yīng)的測(cè)量平臺(tái)即可以當(dāng)臺(tái)式粗糙度儀使用）。粗糙度儀從功能又可劃分為：表面粗糙度儀、粗糙度形狀測(cè)量?jī)x（TR300粗糙度形狀測(cè)量?jī)x是界于表面粗糙度儀和表面粗糙度輪廓儀之間的一款測(cè)量表面粗糙度的儀器，也可說(shuō)是微觀表面粗糙度輪廓儀）和表面粗糙度輪廓儀（代表性產(chǎn)品主要有英國(guó)泰勒表面粗糙度輪廓儀、德國(guó)馬爾粗糙度輪廓儀、德國(guó)霍梅爾表面粗糙度輪廓儀、日本三豐表面粗糙度輪廓儀） 。

粗糙度儀測(cè)量

1、干涉法

干涉法是利用光波干涉原理來(lái)測(cè)量表面粗糙度。

2、針描法

針描法是利用觸針直接在被測(cè)表面上輕輕劃過(guò)，從而測(cè)出表面粗糙度的Ra值。

3、比較法

比較法是車(chē)間常用的方法。將被測(cè)表面對(duì)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(dòng)的感覺(jué)來(lái)判斷被加工表面的粗糙度。此法一般用于粗糙度參數(shù)較大的近似評(píng)定。

4、光切法

光切法是利用"光切原理"來(lái)測(cè)量表面粗糙度。

測(cè)量工件表面粗糙度時(shí)，將傳感器放在工件被測(cè)表面上，由儀器內(nèi)部的驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)帶動(dòng)傳感器沿被測(cè)表面做等速滑行，傳感器通過(guò)內(nèi)置的銳利觸針感受被測(cè)表面的粗糙度，此時(shí)工件被測(cè)表面的粗糙度引起觸針產(chǎn)生位移，該位移使傳感器電感線(xiàn)圈的電感量發(fā)生變化，從而在相敏整流器的輸出端產(chǎn)生與被測(cè)表面粗糙度成比例的模擬信號(hào)，該信號(hào)經(jīng)過(guò)放大及電平轉(zhuǎn)換之后進(jìn)入數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，DSP芯片將采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)字濾波和參數(shù)計(jì)算，測(cè)量結(jié)果在液晶顯示器上讀出，也可在打印機(jī)上輸出，還可以與PC機(jī)進(jìn)行通訊。

粗糙度儀產(chǎn)品改進(jìn)

為了克服傳統(tǒng)表面粗糙度測(cè)量?jī)x的不足，應(yīng)該采用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)對(duì)其進(jìn)行改進(jìn)。例如，英國(guó)蘭克精密機(jī)械有限公司制造的“泰呂塞夫（TALYSURF）”10型和中國(guó)哈爾濱量具刃具廠(chǎng)制造的2205型表面粗糙度測(cè)量?jī)x就采用了計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，使其性能較之傳統(tǒng)表面粗糙度測(cè)量?jī)x有極大的提高。從相敏整流輸出的模擬信號(hào)，經(jīng)過(guò)放大及電平轉(zhuǎn)換之后進(jìn)入數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，計(jì)算機(jī)自動(dòng)地將其采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)字濾波和計(jì)算，得到測(cè)量結(jié)果，測(cè)量結(jié)果及輪廓圖形在顯示器顯示或打印輸出。

由于采用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)進(jìn)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(cè)量參數(shù)的數(shù)量，又提高了測(cè)量精度。例如：哈爾濱量具刃具廠(chǎng)制造的2205型表面粗糙度測(cè)量?jī)x的測(cè)量參數(shù)多達(dá)二十六個(gè)，測(cè)量范圍為0.001～50μm，另一方面，若在表面粗糙度測(cè)量?jī)x測(cè)量實(shí)驗(yàn)的教學(xué)過(guò)程中引入改進(jìn)后的表面粗糙度測(cè)量?jī)x，就實(shí)驗(yàn)的直觀教學(xué)功能而言，也很有意義。改進(jìn)后的電動(dòng)輸廓儀，通過(guò)計(jì)算機(jī)軟件與硬件的結(jié)合（尤其是軟件）大大加強(qiáng)了實(shí)驗(yàn)過(guò)程的直觀性，這體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：

（1）整個(gè)實(shí)驗(yàn)過(guò)程非常直觀地通過(guò)軟件的各級(jí)菜單進(jìn)行控制。操作簡(jiǎn)單、一目了然。

（2）輸入與顯示同步，即在測(cè)量進(jìn)行過(guò)程的同時(shí)，觸針在被測(cè)表面上滑行的軌跡動(dòng)態(tài)地顯示在計(jì)算機(jī)屏幕上。

（3）測(cè)量結(jié)果及相關(guān)圖形能非常直觀地、準(zhǔn)確地輸出在顯示器、打印機(jī)或繪圖儀上。很顯然，以上這些直觀的教學(xué)效果是其它傳統(tǒng)的表面粗糙度測(cè)量實(shí)驗(yàn)方法所不具備的。它在得到正確的測(cè)量結(jié)果的同時(shí)，還充分運(yùn)用了直觀教學(xué)的原理，幫助學(xué)生加深對(duì)表面粗糙度的概念及其各種參數(shù)的直觀理解 。

1、高精度電感傳感器。

2、段碼液晶顯示器，具有背光功能。

3、人機(jī)對(duì)話(huà)，界面直觀、操作極其簡(jiǎn)單。

4、采用DSP芯片進(jìn)行控制和數(shù)據(jù)處理，速度快，功耗低。

5、內(nèi)置鋰離子充電電池及控制電路，容量高、無(wú)記憶效應(yīng)，充電時(shí) 間短，連續(xù)工作時(shí)間長(zhǎng)，大于20小時(shí)。

6、機(jī)電一體化設(shè)計(jì)，體積小，重量輕，使用方便快捷。

7、帶有測(cè)值存儲(chǔ)及存儲(chǔ)數(shù)據(jù)查詢(xún)功能。

8、內(nèi)置標(biāo)準(zhǔn)RS232接口可連接時(shí)代TA220s打印機(jī)，可打印全部參數(shù)。

9、具有自動(dòng)關(guān)機(jī)、多種提示說(shuō)明信息。

10、可選配曲面?zhèn)鞲衅?、小孔傳感器、深槽傳感器、測(cè)量平臺(tái)、接長(zhǎng)桿等附件菜單操作方式 。

針描法又稱(chēng)觸針?lè)?。?dāng)觸針直接在工件被測(cè)表面上輕輕劃過(guò)時(shí)，由于被測(cè)表面輪廓峰谷起伏， 觸針將在垂直于被測(cè)輪廓表面方向上產(chǎn)生上下移動(dòng)，把這種移動(dòng)通過(guò)電子裝置把信號(hào)加以放大， 然后通過(guò)指零表或其它輸出裝置將有關(guān)粗糙度的數(shù)據(jù)或圖形輸出來(lái)。

采用針描法原理的表面粗糙度測(cè)量?jī)x由傳感器、驅(qū)動(dòng)器、指零表、記錄器和電感傳感器是輪廓儀的主要部件之一，在傳感器測(cè)桿的一端裝有金剛石觸針，觸針尖 端曲率半徑r很小，測(cè)量時(shí)將觸針搭在工件上，與被測(cè)表面垂直接觸，利用驅(qū)動(dòng)器以一定的 速度拖動(dòng)傳感器。由于被測(cè)表面輪廓峰谷起伏，觸狀在被測(cè)表面滑行時(shí)，將產(chǎn)生上下移動(dòng)。此運(yùn)動(dòng)經(jīng)支點(diǎn)使磁芯同步地上下運(yùn)動(dòng)，從而使包圍在磁芯外面的兩個(gè)差動(dòng)電感線(xiàn)圈的電感量發(fā)生變化。傳感器的線(xiàn)圈與測(cè)量線(xiàn)路是直接接入平衡電橋的，線(xiàn)圈電感量的變化使電橋失 去平衡，于是就輸出一個(gè)和觸針上下的位移量成正比的信號(hào)，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(hào)。此后，將信號(hào)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(dòng)記錄器進(jìn)行記錄；另一路經(jīng)濾波和平均表放大 器放大之后，進(jìn)入積分計(jì)算器，進(jìn)行積分計(jì)算，即可由指示表直接讀出表面粗糙度Ra值。

當(dāng)鐵芯處于差動(dòng)電感線(xiàn)圈的中間位置時(shí)，指零表指針指示出零位，即保證處于電感變化的線(xiàn)性范圍之內(nèi)。所以，在測(cè)量之前，必須調(diào)整指零表，使其處于零位。經(jīng)過(guò)噪聲濾波和波度濾波以后，剩下來(lái)的就是與被測(cè)表面粗糙度成比例的信號(hào)，再經(jīng)平均表放大器后，所輸出的電流I與被測(cè)表面輪廓各點(diǎn)偏離中線(xiàn)的高度y的絕對(duì)值成正比，然后經(jīng)積分器完成的積計(jì)算，得出Ra值，由指零表顯示出來(lái)。這種儀器適用于測(cè)定0.02-10μm的Ra值，其中有少數(shù)型號(hào)的儀器還可測(cè)定更小的參數(shù)值，儀器配有各種附件，以適應(yīng)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(cè)量。測(cè)量迅速方便，測(cè)值精度高。

傳統(tǒng)表面粗糙度測(cè)量?jī)x存在以下幾個(gè)方面的不足：

（1）測(cè)量參數(shù)較少，一般僅能測(cè)出Ra、Rz、Ry等少量參數(shù)；

（2）測(cè)量精度較低，測(cè)量范圍較小，Ra值的范圍一般為0.02-10μm左右；

（3）測(cè)量方式不靈活，例如：評(píng)定長(zhǎng)度的選取，濾波器的選擇等；

（4）測(cè)量結(jié)果的輸出不直觀。造成上述幾個(gè)方面不足的主要原因是：系統(tǒng)的可靠性不高，模擬信號(hào)的誤差較大且不便于處理等 。

粗糙度儀的應(yīng)用領(lǐng)域有：

一、機(jī)械加工制造業(yè)，主要是金屬加工制造。粗糙度儀最初的產(chǎn)生就是為了檢測(cè)機(jī)械加工零件表面粗糙度而生的。尤其是觸針式粗糙度測(cè)量?jī)x比較適用于質(zhì)地比較堅(jiān)硬的金屬表面的檢測(cè)。如：汽車(chē)零配件加工制造業(yè)、機(jī)械零部件加工制造業(yè)等等。這些加工制造行業(yè)只要涉及到工件表面質(zhì)量的，對(duì)于粗糙度儀的檢測(cè)應(yīng)用是必不可少的。

二、非金屬加工制造業(yè)，隨著科技的進(jìn)步與發(fā)展，越來(lái)越多的新型材料應(yīng)用到加工工藝上，如陶瓷、塑料、聚乙烯，等等，現(xiàn)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(zhì)地堅(jiān)硬，某些應(yīng)用可以替代金屬材料制作工件，在生產(chǎn)加工過(guò)程中也需要檢測(cè)其表面粗糙度。

三、隨著粗糙度儀的技術(shù)和功能不斷加強(qiáng)和完善，以及深入的推廣和應(yīng)用，越來(lái)越多的行業(yè)被發(fā)現(xiàn)會(huì)需求粗糙度的檢測(cè)，除機(jī)械加工制造外，電力、通訊、電子、，如交換機(jī)上聯(lián)軸器、集成電路半導(dǎo)體等生產(chǎn)加工過(guò)程中也需粗糙度的評(píng)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(yàn) 。

粗糙度儀又名表面粗糙度測(cè)量?jī)x，主要型號(hào)為粗糙度儀SJ-210/SJ-310，是由三豐計(jì)量提供，日本株式會(huì)社三豐研發(fā)生產(chǎn)的一種簡(jiǎn)單、易于現(xiàn)場(chǎng)使用、便于攜帶的小型表面形狀測(cè)量機(jī)。