表面粗糙度及表面形狀的測(cè)量

1、度與表面形狀誤差盡管測(cè)量表面在基本長(zhǎng)度范圍內(nèi)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(fù)雜的特別是當(dāng)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(shí)。使用不同的測(cè)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(shí)際測(cè)量時(shí)應(yīng)使二者互相減掉以利于單獨(dú)讀出表面粗糙度數(shù)值或單獨(dú)讀出表面形狀誤差數(shù)值。例如只測(cè)粗糙度時(shí)讀出的數(shù)據(jù)應(yīng)是在基本長(zhǎng)度內(nèi)的表面不規(guī)則性。簡(jiǎn)單的機(jī)械法常為劃針表面光度儀但將儀器測(cè)頭安裝

2、在一個(gè)小滑軌上騎在零件表面記錄劃針相對(duì)導(dǎo)軌移動(dòng)的位移以表面高低的平均值作為所測(cè)數(shù)據(jù)表面波動(dòng)變化比所記錄的高低變化小得多。另一個(gè)方法是在記錄過程中或記錄后過濾位移信號(hào)以組成相應(yīng)于長(zhǎng)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(hào)用來只測(cè)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(hào)Ra表示定義為表面中線平均高度的算術(shù)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(hào)Rq表示用公式表示R2q=1L∫L0y2(x)dx對(duì)許多表面講Ra與Rq很接近。用單個(gè)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(duì)于完整地描述表面形貌來講需要對(duì)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(cè)量。描述表面高低分配方法與波幅密度函數(shù)P(y)有關(guān)P(y)是

4、任意點(diǎn)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(dòng)曲線此曲線對(duì)應(yīng)一條對(duì)稱于平均線位置的波幅密度曲線對(duì)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(dòng)波動(dòng)的垂直距離由轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換成電信號(hào)經(jīng)放大后用最簡(jiǎn)單的形式在記錄紙上移動(dòng)筆記錄。圖1簡(jiǎn)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(qiáng)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(nèi)錐角會(huì)阻礙針尖進(jìn)入窄坑的深底即給測(cè)量結(jié)果帶來誤差使本來不平的表面測(cè)成“光滑表面”。另一誤差是在測(cè)量非常精細(xì)或易變形的表面時(shí)由于針的自身載荷(盡管很小)也會(huì)作用于被測(cè)表面上而使表面產(chǎn)生變形和損壞。1.2非接觸測(cè)量法光學(xué)法測(cè)表面粗糙度比接觸法更具有吸引力。它可以無損傷地測(cè)量表面粗糙度。圖2為光學(xué)干涉儀法測(cè)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(cè)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(shí)現(xiàn)數(shù)字顯示記錄。該方法在垂直方向可達(dá)到0.1nm的精度。盡管對(duì)某些顯微鏡來講可測(cè)的最大深度受儀器焦距的限制對(duì)被測(cè)表面非常精密、特別是易變形表面(如聚合物)來講光學(xué)干涉儀比劃針式光度儀有明顯的優(yōu)越性。但對(duì)粗糙表面必須使用后者在許多情況下二者互相補(bǔ)充。圖2數(shù)字光干涉儀測(cè)表面粗糙度工作原理圖33大和最小實(shí)體實(shí)效尺寸的研究馬忠良(黑龍江商學(xué)院機(jī)械基礎(chǔ)教研室哈爾濱150076)1問題的提出在有關(guān)書中是這樣論述