表面粗糙度的檢測

1、課題三 表面粗糙度的檢測表面粗糙度的檢測方法主要有比較法、針觸法、光切法、光波干涉法。1比較法 用比較法檢驗表面粗糙度是生產(chǎn)車間常用的方法。它是將被測表面與粗糙度樣塊進(jìn)行比較來評定表面粗糙度。如圖3-1所示。比較法可用目測直接判斷或借助于放大鏡、顯微鏡比較或憑觸覺、來判斷表面粗糙度。缺點是精度較差，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表面微觀不平度的截面輪廓的方法，它實際是一種接觸式電量方法。所用測量儀器為輪廓儀，它可以測定Ra為0.0255um。該方法測量范圍廣，速度可靠、操作簡便并易于實現(xiàn)自動測量和微機(jī)數(shù)據(jù)處理。但被測表面易被觸針劃傷。如圖3-2

2、所示。 圖3-2針觸法測量原理圖 3光切法光切法就是利用“光切原理”來測量被測零件表面的粗糙度，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量表面粗糙度。干涉顯微鏡測量的范圍一般為0.031µm。也可作Rz、Ry參數(shù)評定。本課題結(jié)合課堂講授的典型零件的標(biāo)注，分析并檢測表面粗糙度，根據(jù)國家標(biāo)準(zhǔn)評定表面粗糙度。選用方法為光切法和光波干涉法。 實驗3-1 用光切顯微鏡檢測表面粗糙度一、實驗?zāi)康?了解用光切顯微鏡測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定參數(shù)，加深對微觀不平度十點高度Rz的理解二、測量原理及儀器說明雙管顯微鏡又撐光切顯微鏡，它是利用被測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，其測量范圍取決于選用的物鏡的放大倍數(shù)，一般用于測量=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；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，測微目鏡13，可換物鏡8及工作臺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

4、表面粗糙度大?。ü罍y）來選擇相應(yīng)倍數(shù)的物鏡組（見表3-1）。 表3-1 雙管顯微鏡測量參數(shù)物鏡倍數(shù)總放大倍數(shù)視場直徑mm系數(shù)E（um/格）測量范圍um7X60X2.71.28155014X120X1.30.6351530X260X0.60.291.5560X520X0.30.160.81.5 測量原理如圖3-4所示，被測表面為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，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'，同時距離h也被放大為h1'。通過測量和計算，可求得被測表面的不平度高度h。這種方法

5、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3-4光切顯微鏡的測量原理圖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）并不等于實際工件高度，而需要通過換算。式中：第i個實際高度第i個峰（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，在取樣長度內(nèi)，從平行于輪廓中線任一條刻線到輪廓五個最高點（峰）和五個最低點（谷）之間的平均距離。 實際測量時，不必測一個，就換算一個，在一個取樣長度內(nèi)可按下進(jìn)行一次換算。 三、實驗步驟1. 根據(jù)被測表面的粗糙度要求，按表中數(shù)據(jù)選

6、擇一對合適的物鏡并分別安裝在兩鏡管的下端，選擇合適的取樣長度。2. 將光源插頭插接變壓器并通電源。3. 擦凈被測工件并置于工作臺上，使加工痕跡與工作臺縱向移動方向垂直。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，切勿使物鏡碰擊工作臺工作表面），直到工件表面上出現(xiàn)一綠色光帶后鎖緊螺絲9，轉(zhuǎn)動工作臺，使光帶方向與加工痕跡垂直。5. 調(diào)節(jié)器支架微動手輪6進(jìn)行細(xì)調(diào)焦，配合調(diào)整目鏡4，直到場中央出現(xiàn)最清晰窄亮帶。6. 進(jìn)行測量，松開目鏡緊固螺絲，轉(zhuǎn)動目鏡千分尺，使目鏡中的十字線的水平線在取樣長度內(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，在取樣長度內(nèi)找出5個高峰點

7、和5個最低谷點，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輪的讀數(shù)。根據(jù)公式計算值。7. 取， 測出3個值，取平均值作為測量結(jié)果。圖3-5讀數(shù)目鏡示意圖四、思考題1雙管顯微鏡除測量外，是否可測量Ry、Ra。2圓柱型軸類零件在雙管顯微鏡上能測量嗎？如何測？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？而且與工作臺縱向移動垂直？兩個不垂直對測量結(jié)果有影響嗎？實驗 3-1 用光切顯微鏡檢測表面粗糙度被測零件名稱被測表面粗糙度允許值Rz取樣長度評定長度器具名稱名稱物鏡組的放大倍數(shù)套筒的分度值測量范圍測量記錄和計算：測量序號測量讀數(shù)123451峰頂=谷底=2峰頂=谷底=3峰頂

8、=谷底=計算在評定長度內(nèi)的平均值： 判斷合格性：班級學(xué)生姓名指導(dǎo)教師成績實驗3-2 用干涉顯微鏡檢測表面粗糙度一、實驗?zāi)康?了解用光波干涉測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加深對微觀不平度十點高度Rz和輪廓最大高度Ry的理解二、測量原理及儀器說明1. 儀器的結(jié)構(gòu) 干涉顯微鏡用于測量微觀不平度十點高度值和輪廓最大高度值，測量范圍為0.80.03。它是利用光波干涉原理，將具有微觀不平度的被測表面與標(biāo)準(zhǔn)光學(xué)鏡面相比較，用光波波長為基準(zhǔn)來測量工件表面粗糙度，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 ；2移動圓臺的滾花環(huán) ；2

9、轉(zhuǎn)動圓臺的滾花環(huán) ；2升降圓臺的滾花環(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；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，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

10、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。測出干涉條紋的彎曲度和間隔寬度（由光波干涉原理可知，b對應(yīng)于半波長）。通過下式可計算出波峰至波谷的實際高度為式中 -光波波長。自然光（白光），=0.66；綠光（單色光），=0.509；紅光（單色光），=0.644。 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視場光闌；7孔徑光闌；9分光鏡；10補(bǔ)償板；11物鏡；12被測表面；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、 測量步驟1用汽油洗凈工件，放在工作臺上

11、，使被測面對著物鏡，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移動濾光片手柄4，選取單光，記下波長數(shù)值，將光圈5開到最大。4緩慢轉(zhuǎn)動微調(diào)旋扭13，使整個干涉系統(tǒng)上下移動，對被測表面調(diào)焦，直到從目鏡11中觀察到清晰的被測表面的加工痕跡。5轉(zhuǎn)動擋板手柄9使肖頭處水平位置，此時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)動目鏡千分尺并旋轉(zhuǎn)鼓輪12在目鏡視場中可看到十字線在移動，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度內(nèi)，選5個最高峰和5個最低谷進(jìn)行測量、讀數(shù)并記錄。干涉條紋彎曲度的平均值用下式計算，即 干涉條紋的間隔寬度，可取三個不同位置的平均值，即一般在5個取樣長度上分別測出5個 值，以其平均值作為工件的表面粗糙度，即 根據(jù)定義也可以測出輪廓最大高度 為 =9作合格性判斷，填寫實驗報告。四、思考題1為什么表面粗糙度采用不同的