表面粗糙度的檢測(cè)

1、課題三 表面粗糙度的檢測(cè)表面粗糙度的檢測(cè)方法主要有比較法、針觸法、光切法、光波干涉法。1比較法 用比較法檢驗(yàn)表面粗糙度是生產(chǎn)車間常用的方法。它是將被測(cè)表面與粗糙度樣塊進(jìn)行比較來(lái)評(píng)定表面粗糙度。如圖3-1所示。比較法可用目測(cè)直接判斷或借助于放大鏡、顯微鏡比較或憑觸覺、來(lái)判斷表面粗糙度。缺點(diǎn)是精度較差，只能作定性分析比較。 圖3-1表面粗糙度比較樣板2針觸法針觸法是通過針尖感觸被測(cè)表面微觀不平度的截面輪廓的方法，它實(shí)際是一種接觸式電量方法。所用測(cè)量?jī)x器為輪廓儀，它可以測(cè)定Ra為0.0255um。該方法測(cè)量范圍廣，速度可靠、操作簡(jiǎn)便并易于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)測(cè)量和微機(jī)數(shù)據(jù)處理。但被測(cè)表面易被觸針劃傷。如圖3-2

2、所示。 圖3-2針觸法測(cè)量原理圖 3光切法光切法就是利用“光切原理”來(lái)測(cè)量被測(cè)零件表面的粗糙度，采用儀器是光切顯微鏡又稱雙管顯微鏡。該儀器適宜測(cè)量車、銑、刨或其它類似的方法加工的金屬零件的平面或外圓表面。光切法通常用于測(cè)量Ra=0.580µm的表面。4光波干涉法干涉顯微鏡是利用光波干涉原理測(cè)量表面粗糙度。干涉顯微鏡測(cè)量的范圍一般為0.031µm。也可作Rz、Ry參數(shù)評(píng)定。本課題結(jié)合課堂講授的典型零件的標(biāo)注，分析并檢測(cè)表面粗糙度，根據(jù)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)評(píng)定表面粗糙度。選用方法為光切法和光波干涉法。 實(shí)驗(yàn)3-1 用光切顯微鏡檢測(cè)表面粗糙度一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?了解用光切顯微鏡測(cè)量表面粗糙度的原理

3、和方法2正確理解表面粗糙度的評(píng)定參數(shù)，加深對(duì)微觀不平度十點(diǎn)高度Rz的理解二、測(cè)量原理及儀器說(shuō)明雙管顯微鏡又撐光切顯微鏡，它是利用被測(cè)表面能反射光的特性，根據(jù)“光切法原理”制成的光學(xué)儀器，其測(cè)量范圍取決于選用的物鏡的放大倍數(shù)，一般用于測(cè)量=0.8-80um的表面粗糙度。 圖3-3光切顯微鏡1底座；2立柱；3升降螺母；4微調(diào)手輪；5支臂；6支臂鎖緊螺釘；7工作臺(tái)；8物鏡組；9物鏡鎖緊機(jī)構(gòu)；10遮光板手輪；11殼體；12目鏡測(cè)微器；13目鏡儀器外型如圖3-3所示，它由底座6，支柱5，橫臂2，測(cè)微目鏡13，可換物鏡8及工作臺(tái)7等部分組成。儀器備有四種不同倍數(shù)（7X、14X、30X、60X）物鏡組，被測(cè)

4、表面粗糙度大小（估測(cè)）來(lái)選擇相應(yīng)倍數(shù)的物鏡組（見表3-1）。 表3-1 雙管顯微鏡測(cè)量參數(shù)物鏡倍數(shù)總放大倍數(shù)視場(chǎng)直徑mm系數(shù)E（um/格）測(cè)量范圍um7X60X155014X120X51530X260X560X520X 測(cè)量原理如圖3-4所示，被測(cè)表面為P1-P2階梯表面，當(dāng)一平行光束從45度方向投射到階梯表面時(shí)，即被折成S1和S2兩段，從垂直于光束的方向上就可以在顯微鏡內(nèi)看到S1和S2兩段光帶的放大像S1'S2'，同時(shí)距離h也被放大為h1'。通過測(cè)量和計(jì)算，可求得被測(cè)表面的不平度高度h。這種方法類似在零件表面斜切一刀，然后觀察其剖面的輪廓形狀，因此稱為光切法。 圖3-

5、4光切顯微鏡的測(cè)量原理圖1光源；2聚光鏡；3狹縫；4物鏡；5分劃板；6目鏡測(cè)微器由于投射角及目鏡千分尺結(jié)構(gòu)和物鏡放大倍數(shù)的關(guān)系在目鏡千分尺鼓辦上讀出的數(shù)值（單位：mm）并不等于實(shí)際工件高度，而需要通過換算。式中：第i個(gè)實(shí)際高度第i個(gè)峰（谷）的千分尺鼓輪值（mm）E換算系數(shù)（見表3-1）根據(jù)的定義，在取樣長(zhǎng)度內(nèi)，從平行于輪廓中線任一條刻線到輪廓五個(gè)最高點(diǎn)（峰）和五個(gè)最低點(diǎn)（谷）之間的平均距離。 實(shí)際測(cè)量時(shí)，不必測(cè)一個(gè)，就換算一個(gè)，在一個(gè)取樣長(zhǎng)度內(nèi)可按下進(jìn)行一次換算。 三、實(shí)驗(yàn)步驟1. 根據(jù)被測(cè)表面的粗糙度要求，按表中數(shù)據(jù)選擇一對(duì)合適的物鏡并分別安裝在兩鏡管的下端，選擇合適的取樣長(zhǎng)度。2. 將光源

6、插頭插接變壓器并通電源。3. 擦凈被測(cè)工件并置于工作臺(tái)上，使加工痕跡與工作臺(tái)縱向移動(dòng)方向垂直。4. 放松支臂固緊螺絲9，旋轉(zhuǎn)螺母10，使支臂慢下降（注意：下降時(shí)，切勿使物鏡碰擊工作臺(tái)工作表面），直到工件表面上出現(xiàn)一綠色光帶后鎖緊螺絲9，轉(zhuǎn)動(dòng)工作臺(tái)，使光帶方向與加工痕跡垂直。5. 調(diào)節(jié)器支架微動(dòng)手輪6進(jìn)行細(xì)調(diào)焦，配合調(diào)整目鏡4，直到場(chǎng)中央出現(xiàn)最清晰窄亮帶。6. 進(jìn)行測(cè)量，松開目鏡緊固螺絲，轉(zhuǎn)動(dòng)目鏡千分尺，使目鏡中的十字線的水平線在取樣長(zhǎng)度內(nèi)平行于光帶后清晰邊緣，此線即定為平行于輪廓中線析任一直線，在取樣長(zhǎng)度內(nèi)找出5個(gè)高峰點(diǎn)和5個(gè)最低谷點(diǎn)，并使水平線與之相切，如圖3-5所示，分別記下目鏡分劃板和鼓

7、輪的讀數(shù)。根據(jù)公式計(jì)算值。7. 取， 測(cè)出3個(gè)值，取平均值作為測(cè)量結(jié)果。圖3-5讀數(shù)目鏡示意圖四、思考題1雙管顯微鏡除測(cè)量外，是否可測(cè)量Ry、Ra。2圓柱型軸類零件在雙管顯微鏡上能測(cè)量嗎？如何測(cè)？孔類零件呢？球型零件呢？3為什么加工痕跡要調(diào)節(jié)與光軸垂直？而且與工作臺(tái)縱向移動(dòng)垂直？?jī)蓚€(gè)不垂直對(duì)測(cè)量結(jié)果有影響嗎？實(shí)驗(yàn) 3-1 用光切顯微鏡檢測(cè)表面粗糙度被測(cè)零件名稱被測(cè)表面粗糙度允許值Rz取樣長(zhǎng)度評(píng)定長(zhǎng)度器具名稱名稱物鏡組的放大倍數(shù)套筒的分度值測(cè)量范圍測(cè)量記錄和計(jì)算：測(cè)量序號(hào)測(cè)量讀數(shù)123451峰頂=谷底=2峰頂=谷底=3峰頂=谷底=計(jì)算在評(píng)定長(zhǎng)度內(nèi)的平均值： 判斷合格性：班級(jí)學(xué)生姓名指導(dǎo)教師成績(jī)實(shí)

8、驗(yàn)3-2 用干涉顯微鏡檢測(cè)表面粗糙度一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?了解用光波干涉測(cè)量表面粗糙度的原理和方法2熟練干涉顯微鏡的使用主法3加深對(duì)微觀不平度十點(diǎn)高度Rz和輪廓最大高度Ry的理解二、測(cè)量原理及儀器說(shuō)明1. 儀器的結(jié)構(gòu) 干涉顯微鏡用于測(cè)量微觀不平度十點(diǎn)高度值和輪廓最大高度值，。它是利用光波干涉原理，將具有微觀不平度的被測(cè)表面與標(biāo)準(zhǔn)光學(xué)鏡面相比較，用光波波長(zhǎng)為基準(zhǔn)來(lái)測(cè)量工件表面粗糙度，其外形結(jié)構(gòu)如圖3-6所示。 圖3-6干涉顯微鏡外形 1目鏡千分尺；1刻度筒 ；1螺釘 ；2圓工作臺(tái) ；2移動(dòng)圓臺(tái)的滾花環(huán) ；2轉(zhuǎn)動(dòng)圓臺(tái)的滾花環(huán) ；2升降圓臺(tái)的滾花環(huán)；3參考鏡部件；4光源；4調(diào)節(jié)螺釘；5照相機(jī)；6轉(zhuǎn)遮光板手輪

9、；7、8、9、14干涉帶調(diào)節(jié)手輪；10目視或照相的轉(zhuǎn)換手輪；11光闌調(diào)節(jié)手輪；12濾光片手柄；13固緊照相機(jī)的螺釘2. 測(cè)量原理干涉顯微鏡的光學(xué)系統(tǒng)見圖3-7。從光源1發(fā)出的光束，經(jīng)過分光鏡9分為兩束光。一束透過分光鏡9、補(bǔ)償板10，射向被測(cè)工件表面，由工件反射后經(jīng)原路返回至分光鏡9，射向觀察目鏡20。另一束光通過分光鏡9反射到標(biāo)準(zhǔn)參考鏡13，由標(biāo)準(zhǔn)參考鏡13反射并透過分光鏡9，也射向觀察目鏡20。這兩束光線間存在光程差，相遇時(shí)，產(chǎn)生光波干涉，形成明暗相間的干涉里條紋。若工件表面為理想平面，則干涉條紋為等距離平行直線；若工件表面存在著微觀不平度，通過目鏡將看到如圖3-8的彎曲干涉條紋。測(cè)出干涉

10、條紋的彎曲度和間隔寬度（由光波干涉原理可知，b對(duì)應(yīng)于半波長(zhǎng)）。通過下式可計(jì)算出波峰至波谷的實(shí)際高度為式中 -光波波長(zhǎng)。自然光（白光），；綠光（單色光），；紅光（單色光），。 圖3-7干涉顯微鏡光學(xué)系統(tǒng) 1光源；2，4，8聚光鏡；3濾光片；5折射鏡；6視場(chǎng)光闌；7孔徑光闌；9分光鏡；10補(bǔ)償板；11物鏡；12被測(cè)表面；13標(biāo)準(zhǔn)參考鏡；14物鏡組；15遮光板；16可調(diào)反光鏡；17折射鏡；18照相物鏡；19照相底片；20目鏡 三、 測(cè)量步驟1用汽油洗凈工件，放在工作臺(tái)上，使被測(cè)面對(duì)著物鏡，接通電源。2將擋板調(diào)節(jié)手柄旋至箭頭向上，遮住射向參考反鏡的光線。3移動(dòng)濾光片手柄4，選取單光，記下波長(zhǎng)數(shù)值，將光

11、圈5開到最大。4緩慢轉(zhuǎn)動(dòng)微調(diào)旋扭13，使整個(gè)干涉系統(tǒng)上下移動(dòng)，對(duì)被測(cè)表面調(diào)焦，直到從目鏡11中觀察到清晰的被測(cè)表面的加工痕跡。5轉(zhuǎn)動(dòng)擋板手柄9使肖頭處水平位置，此時(shí)從目鏡可看到干涉條紋。見圖3-8。 圖3-8干涉條紋6旋轉(zhuǎn)調(diào)焦手柄10，調(diào)節(jié)干涉帶寬和方向，使其方向與加工痕跡垂直。7松開鎖緊螺絲13轉(zhuǎn)動(dòng)目鏡千分尺并旋轉(zhuǎn)鼓輪12在目鏡視場(chǎng)中可看到十字線在移動(dòng)，使目鏡中的十字線的水平線平行于干涉條紋的方向。8在干涉條紋的取樣長(zhǎng)度內(nèi)，選5個(gè)最高峰和5個(gè)最低谷進(jìn)行測(cè)量、讀數(shù)并記錄。干涉條紋彎曲度的平均值用下式計(jì)算，即 干涉條紋的間隔寬度，可取三個(gè)不同位置的平均值，即一般在5個(gè)取樣長(zhǎng)度上分別測(cè)出5個(gè) 值，以其平均值作為工件的表面粗糙度，即 根據(jù)定義也可以測(cè)出輪廓最大高度 為 =9作合格性判斷，填寫實(shí)驗(yàn)報(bào)告。四、思考題1為什么表面粗糙度采用不同的評(píng)定參