表面粗糙度儀的工作原理

　　表面粗糙度儀的工作原理表面質(zhì)量的特性是零件最重要的特性之一，在計量科學中表面質(zhì)量的檢測具有重要的地位。人們是用標準樣件或樣塊，通過肉眼觀察或用手觸摸，對表面粗糙度做出定性的綜合評定。

　　1929年德國的施馬爾茨(g.schmalz)首先對表面微觀不平度的深度進行了定量測量。1936年美國的艾卜特(e.j.abbott)研制成功臺車間用的測量表面粗糙度的輪廓儀。1940年英國taylor-hobson公司研制成功表面粗糙度測量儀“泰呂塞夫(talysurf)”。以后，各國又相繼研制出多種測量表面粗糙度的儀器。

　　目前，測量表面粗糙度常用的方法有：比較法、光切法、干涉法、針描法和印模法等，而測量迅速方便、測值精度較高、應用廣泛的就是采用針描法原理的表面粗糙度測量儀。本文將詳細討論表面粗糙度測量儀的原理及其改進方案。1 傳統(tǒng)表面粗糙度測量儀的工作原理1.1 針描法針描法又稱觸針法。當觸針直接在工件被測表面上輕輕劃過時，由于被測表面輪廓峰谷起伏，觸針將在垂直于被測輪廓表面方向上產(chǎn)生上下移動，把這種移通過電子裝置把信號加以放大，然后通過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。

　　1.2 儀器的工作原理采用針描法原理的表面粗糙度測量儀由傳感器、驅(qū)動器、指零表、記錄器和工作臺等主要部件組成。電感傳感器是輪廓儀的主要部件之一，其工作原理見圖2，在傳感器測桿的一端裝有金剛石觸針，觸針曲率半徑r很小，測量時將觸針搭在工件上，與被測表面垂直接觸，利用驅(qū)動器以一定的速度拖動傳感器。由于被測表面輪廓峰谷起伏，觸狀在被測表面滑行時，將產(chǎn)生上下移動。此運動經(jīng)支點使磁芯同步地上下運動，從而使包圍在磁芯外面的兩個差動電感線圈的電感量發(fā)生變化。圖3為儀器的工作原理主框圖。傳感器的線圈與測量線路是直接接入平衡電橋的，線圈電感量的變化使電橋失去平衡，于是就輸出一個和觸針上下的位移量成正比的信號，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。此后，將信號分成三路：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，放大后推動記錄器進行記錄;另一路經(jīng)濾波和平均表放大器放大之后，進入積分計算器，進行積分計算，即可由指示表直接讀出表面粗糙度ra值。指零表的作用反映鐵芯在差動電感線圈中所處的位置。當鐵芯處于差動電感線圈的中間位置時，指零表指針指示出零位，即保證處于電感變化的線性范圍之內(nèi)。所以，在測量之前，必須調(diào)整指零表，使其處于零位。噪聲濾波的目的在于剔除一些干擾信號，如電氣元件的噪聲所引起的虛假信號。大量的測試表明，高于400hz的信號即不是被測表面粗糙度所引的信號，必須從總信號中加以剔除。所以噪聲濾波器是一種低通(低頻能通過)濾波器，它使400hz以下的低頻信號順利通過，而將400hz以上的高頻信號迅速衰減，從而達到濾波的目的。波度濾波的目的則是用以濾掉距大于取樣長度的波度，因此它是一個高通(高頻能通過)濾波器，使表面粗糙度所引起的高頻(相對于波度引起的低頻而言)信號能自由通過。經(jīng)過噪聲濾波和波度濾波以后，剩下來的就是與被測表面粗糙度成比例的信號，再經(jīng)平均表放大器后，所輸出的電流i與被測表面輪廓各點偏離中線的高度y的值成正比，然后經(jīng)積分器完成 的積計算，得出ra值，由指零表顯示出來。這種儀器適用于測定0.02-10μm的ra值，其中有少數(shù)型號的儀器還可測定更小的參數(shù)值，儀器配有各種附件，以適應平面、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量。測量迅速方便，測值精度高。
    結(jié)束語(1)傳統(tǒng)的表面粗糙度測量儀由傳感器、驅(qū)動器、指零表、記錄器和工作臺等主要部件組成，從輸入到輸出全過程均為模擬信號。而在傳統(tǒng)的表面粗糙度測量儀的基礎上，采用計算機系統(tǒng)對其進行改進后，通過模-數(shù)轉(zhuǎn)換將模擬量轉(zhuǎn)換為數(shù)字量送入計算機進行處理，使得儀器在測量參數(shù)的數(shù)量、測量精度、測量方式的靈活性、測量結(jié)果輸出的直觀性等方面有了極大的提高。(2)從前面的分析知，整個改進方案并不復雜，因此對于目前仍廣泛使用的傳統(tǒng)的表面粗糙度測量儀的改進具有一定的意義。(3)隨著電子技術(shù)的進步，某些型號的表面粗糙度儀還可將表面粗糙度的凹凸不平作三維處理，測量時在相互平行的多個截面上進行，通過模-數(shù)變換器，將模擬量轉(zhuǎn)換為數(shù)字量，送入計算機進行數(shù)據(jù)處理，記錄其三維放大圖形，并求出等高線圖形，從而更加合理的評定被測面的表面粗糙度。