觸針式表面粗糙度儀一般由傳感器、驅(qū)動(dòng)器、電子信號(hào)處理裝置、計(jì)算機(jī)、打印機(jī)等組成。其工作原理:儀器的驅(qū)動(dòng)器帶動(dòng)傳感器沿被測(cè)量表面作勻速滑動(dòng)，傳感器通過(guò)銳利觸針感受被測(cè)量表面的幾何形狀變化，并轉(zhuǎn)換成電信號(hào)。

 

　　該信號(hào)經(jīng)放大和處理，再轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)貯存在計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的存貯器中。計(jì)算機(jī)對(duì)此原始輪廓進(jìn)行數(shù)字濾波，分離出表面粗糙度并計(jì)算其參數(shù)Ｒa。儀器的示值誤差是用一組多刻線粗糙度標(biāo)準(zhǔn)樣板，在相應(yīng)量程和取樣長(zhǎng)度對(duì)其進(jìn)行測(cè)量。

 

　　在符合JJF1105－2003《觸針式表面粗糙度儀校準(zhǔn)規(guī)范》的校準(zhǔn)技術(shù)要求下，對(duì)傳感器為電感式，結(jié)構(gòu)為臺(tái)式，產(chǎn)地為英國(guó)泰勒的觸針式表面粗糙度測(cè)量?jī)x示值誤差校準(zhǔn)中，出現(xiàn)校準(zhǔn)結(jié)果:標(biāo)稱值Ｒa=0.1μm時(shí)，相對(duì)示值誤差δＲa=－8.3%;Ｒa=0.4μm時(shí)，δＲa=－3.5%，超出了該儀器技術(shù)指標(biāo)≤3%的技術(shù)要求。

 

　　評(píng)價(jià)粗糙度參數(shù)的根據(jù)是粗糙度輪廓，是對(duì)原始輪廓用一個(gè)輪廓濾波器(λC)，抑制掉長(zhǎng)波成份而得到。Ｒa是輪廓偏離平均線的算術(shù)平均，并且是在一個(gè)取樣長(zhǎng)度內(nèi)定義的。

 

　　取樣長(zhǎng)度和評(píng)定長(zhǎng)度的選用

 

　　取樣長(zhǎng)度是用于判別具有表面粗糙度特性的一段基準(zhǔn)線長(zhǎng)度。評(píng)定長(zhǎng)度是用于評(píng)定粗糙度時(shí)必須取一段能反映加工表面粗糙度特性的最小長(zhǎng)度，它包含一個(gè)或數(shù)個(gè)取樣長(zhǎng)度。針對(duì)儀器校準(zhǔn)所用Ｒa的范圍，國(guó)際上通用的取樣長(zhǎng)度和評(píng)定長(zhǎng)度選用值為:

 

　　濾波器的高、低通取樣長(zhǎng)度和帶寬比的選用

 

　　與表面特性不同間距相關(guān)的測(cè)針儀器響應(yīng)的方式，由取樣波長(zhǎng)的測(cè)量來(lái)描述。取樣波長(zhǎng)靠從輪廓數(shù)據(jù)中，剔除較長(zhǎng)波長(zhǎng)成份的濾波器來(lái)設(shè)置。取樣波長(zhǎng)是表面形貌測(cè)量時(shí)，儀器響應(yīng)的表面特性(表面波長(zhǎng))的最長(zhǎng)間距，其范圍通常是0.08mm～8mm。當(dāng)儀器的取樣長(zhǎng)度設(shè)置為0.8mm時(shí)，記錄輪廓中，將不會(huì)顯示有任何較大間距的表面作用，或不會(huì)影響儀器計(jì)算的表面形貌參數(shù)。

 

　　被測(cè)輪廓數(shù)據(jù)的濾波分5個(gè)階段:

 

　　(1)用原始輪廓數(shù)據(jù)擬合一條平均線，其取決于使用的濾波器及分析時(shí)所選的取樣長(zhǎng)度;

 

　　(2)剔除位于該線以下輪廓的一部分，在輪廓中造成的不連續(xù)數(shù)據(jù)沿該線平均線分布;

 

　　(3)用相同的濾波器將剩余的輪廓數(shù)據(jù)進(jìn)行濾波，由此得到的平均線是與進(jìn)行評(píng)估的Ｒa相關(guān)的參考線;

 

　　(4)將該參考線轉(zhuǎn)移到最初的原始輪廓中;

 

　　(5)從原始輪廓和該參考線之間的差，得出粗糙度輪廓。

 

　　該粗糙度儀濾波器的類型選用高斯濾波器，粗糙度數(shù)據(jù)分析采用FormTalysurf系列軟件。高斯濾波器不是模擬一個(gè)特殊的電子濾波器，而是應(yīng)用到輪廓數(shù)據(jù)的一個(gè)數(shù)學(xué)函數(shù)。其特性是能夠考慮有效測(cè)針位置之前和之后的數(shù)據(jù)。

 

　　在取樣長(zhǎng)度值上的響應(yīng)，是頻帶內(nèi)最大傳輸?shù)?0%。能夠影響測(cè)量表面的波長(zhǎng)，其大小有個(gè)限定。其上限被設(shè)置為測(cè)量橫臂本身的長(zhǎng)度。其短波長(zhǎng)的限定受儀器設(shè)計(jì)的影響。在取樣波長(zhǎng)和探測(cè)到的最短波長(zhǎng)之間，在波長(zhǎng)帶內(nèi)出現(xiàn)的儀器響應(yīng)更精確，即為該儀器的帶寬，被表示為兩個(gè)限定波長(zhǎng)的比率。

 

　　該儀器采集的數(shù)據(jù)按0.25μm的間隔計(jì)算:其濾波器的高、低通取樣長(zhǎng)度和帶寬比的選用如表2一個(gè)特殊的電子濾波器，而是應(yīng)用到輪廓數(shù)據(jù)的一個(gè)數(shù)學(xué)函數(shù)。其特性是能夠考慮有效測(cè)針位置之前和之后的數(shù)據(jù)。在取樣長(zhǎng)度值上的響應(yīng)，是頻帶內(nèi)最大傳輸?shù)?0%。

 

　　能夠影響測(cè)量表面的波長(zhǎng)，其大小有個(gè)限定。其上限被設(shè)置為測(cè)量橫臂本身的長(zhǎng)度。其短波長(zhǎng)的限定受儀器設(shè)計(jì)的影響。在取樣波長(zhǎng)和探測(cè)到的最短波長(zhǎng)之間，在波長(zhǎng)帶內(nèi)出現(xiàn)的粗糙度儀響應(yīng)更精確，即為該儀器的帶寬，被表示為兩個(gè)限定波長(zhǎng)的比率。該粗糙度儀采集的數(shù)據(jù)按0.25μm的間隔計(jì)算:其濾波器的高、低通取樣長(zhǎng)度和帶寬比的選用如表2

 

　　經(jīng)過(guò)以上分析和通過(guò)對(duì)不同測(cè)量范圍的多刻線粗糙度標(biāo)準(zhǔn)樣板Ｒa值的測(cè)量，合理選取帶寬比，對(duì)測(cè)量結(jié)果有著至關(guān)的影響。