互换性及技术测量之-第5章--表面结构参数及其检测课件.ppt

l学习要求：学习要求：l 掌握表面结构参数的基本概念；掌握表面结构参数的基本概念；l 掌握表面粗糙度参数测量的评定参数；掌握表面粗糙度参数测量的评定参数；l 掌握表面粗糙度参数的选用原则；掌握表面粗糙度参数的选用原则；l 掌握表面粗糙度参数测量的方法。掌握表面粗糙度参数测量的方法。l重点：重点：l 表面结构参数的基本概念表面结构参数的基本概念；l 表面粗糙度参数测量的方法表面粗糙度参数测量的方法；l难点：难点：l 表面结构参数的基本概念与相关术语表面结构参数的基本概念与相关术语第第5 5章章 表面结构参数及其检测表面结构参数及其检测 11）表面结构surface texture 出自几何表面的重复或偶然的偏差，这些偏差出自几何表面的重复或偶然的偏差，这些偏差形成该表面的三维形貌。形成该表面的三维形貌。注注:表面结构包括在有限区域上的粗糙度、波纹度、表面结构包括在有限区域上的粗糙度、波纹度、纹理方向、表面缺陷和形状误差。纹理方向、表面缺陷和形状误差。金属零件的表面缺陷1 1、术语与定义、术语与定义22）表面缺陷surface imperfection 在加工、储存或使用期间，非故意或偶然生成的实际表在加工、储存或使用期间，非故意或偶然生成的实际表面的单元体、成组的单元体、不规则体面的单元体、成组的单元体、不规则体注：注：1 1 建议不要将建议不要将“表面瑕疵表面瑕疵”的术语用于本标准定义的表达中。的术语用于本标准定义的表达中。2 2 这些单元体或不规则体的类型，明显区别于构成一个粗糙这些单元体或不规则体的类型，明显区别于构成一个粗糙度表面的那些单元体或不规则体。度表面的那些单元体或不规则体。3 3 在实际表面上存在缺陷并不表示该表面不可用。缺陷的可在实际表面上存在缺陷并不表示该表面不可用。缺陷的可接受性取决于表面的用途或功能，并由适当的项目来确定，接受性取决于表面的用途或功能，并由适当的项目来确定，即长度、宽度、深度、高度、单位面积上的缺陷数等。即长度、宽度、深度、高度、单位面积上的缺陷数等。32、表面缺陷的特征和参数 表面缺陷的特征和参数指表面上允许的表面缺陷参数和特征的最大表面缺陷的特征和参数指表面上允许的表面缺陷参数和特征的最大值，是一个规定的极限值，零件的表面缺陷不允许超过这个极限值。包值，是一个规定的极限值，零件的表面缺陷不允许超过这个极限值。包括：括：表面缺陷长度表面缺陷长度(SIM(SIMe e）表面缺陷宽度表面缺陷宽度(SIM(SIMw w)单一表面缺陷深度单一表面缺陷深度(SIM(SIMsdsd）、混合表面缺陷深度）、混合表面缺陷深度(SIM(SIMcdcd)单一表面缺陷高度单一表面缺陷高度(SIM(SIMshsh)、混合表面缺陷高度、混合表面缺陷高度(SIM(SIMchch)表面缺陷面积表面缺陷面积(SIM(SIM a a)表面缺陷总面积表面缺陷总面积(SIM(SIMt t)表面缺陷数表面缺陷数(SIM(SIMn n)单位面积上表面缺陷数单位面积上表面缺陷数(SIM(SIMn n/A)/A)41）凹缺陷 沟槽沟槽 擦痕擦痕 破裂破裂裂缝、缝隙、裂隙裂缝、缝隙、裂隙 缺损缺损 (凹面凹面)瓢曲瓢曲 窝陷窝陷毛孔毛孔 沙眼沙眼 缩孔缩孔3、表面缺陷分类52）凸缺陷树瘤树瘤 疱疤疱疤 (凸面凸面)瓢曲瓢曲缝脊缝脊 附着附着物物氧化皮氧化皮 夹杂物夹杂物 飞边飞边63）混合表面缺陷环形坑环形坑 折叠折叠 划痕 切屑残余74、区域缺陷、外观缺陷 褪色 条纹 劈裂、鳞片 麻点 裂纹 斑点、斑纹 滑痕滑痕 磨蚀磨蚀 腐蚀腐蚀85.1 5.1 表面结构的术语、定义及参数表面结构的术语、定义及参数5.1.15.1.1用轮廓法确定表面结构参数用轮廓法确定表面结构参数1.1.一般术语及定义一般术语及定义（1 1）轮廓滤波器）轮廓滤波器(profile filter)(profile filter)轮廓滤波器是把轮廓分成长波和短波成分的滤波器。轮廓滤波器是把轮廓分成长波和短波成分的滤波器。实际表面轮廓是由粗糙度轮实际表面轮廓是由粗糙度轮廓（廓（roughness profileroughness profile）、）、波纹度轮廓（波纹度轮廓（waviness waviness profileprofile）以及原始轮廓（或）以及原始轮廓（或称形状轮廓）（称形状轮廓）（primary primary profileprofile）叠加而成。以后这）叠加而成。以后这三种轮廓的相关参数分别称三种轮廓的相关参数分别称为为R R参数、参数、W W参数和参数和P P参数参数。表面轮廓 9在测量粗糙度、波纹度和原始轮廓的仪器中使用在测量粗糙度、波纹度和原始轮廓的仪器中使用 、三种滤波器三种滤波器原始轮廓在应用原始轮廓在应用 滤波之后的总的轮廓滤波之后的总的轮廓 表面粗糙度轮廓是对原始轮廓采用表面粗糙度轮廓是对原始轮廓采用 滤波器抑制长波成滤波器抑制长波成分后形成的轮廓分后形成的轮廓 波纹度轮廓是对原始轮廓连续采用波纹度轮廓是对原始轮廓连续采用 滤波器抑制短波成滤波器抑制短波成分和分和 滤波器抑制长波成分后形成的轮廓滤波器抑制长波成分后形成的轮廓 10（2 2）中线）中线(mean lines)(mean lines)中线是具有几何轮廓形状并划分轮廓的基准线。原始中线是具有几何轮廓形状并划分轮廓的基准线。原始轮廓中线是在原始轮廓上按照标称形状用最小二乘轮廓中线是在原始轮廓上按照标称形状用最小二乘法拟合确定的中线。法拟合确定的中线。（3 3）坐标系）坐标系(coordinate system)(coordinate system)确定表面结构参数的坐标体系。确定表面结构参数的坐标体系。通常采用一个直角坐标体系，其轴线形成一右旋笛卡通常采用一个直角坐标体系，其轴线形成一右旋笛卡尔坐标系，尔坐标系，X X轴与中线方向一致，轴与中线方向一致，Y Y轴也处于实际表轴也处于实际表面上，而面上，而Z Z轴则在从材料到周围介质的外延方向。轴则在从材料到周围介质的外延方向。几何要素分类几何要素分类11（4 4）取样长度）取样长度(sampling length)(sampling length)在在X X轴方向判别被评定轮廓不规则特征的长度。轴方向判别被评定轮廓不规则特征的长度。（5 5）评定长度）评定长度(evaluation length)(evaluation length)用于判别被评定轮廓的用于判别被评定轮廓的X X轴方向的长度。轴方向的长度。评定长度包含一个或几个取样长度。评定长度包含一个或几个取样长度。在测量时，一般取评定长度等于在测量时，一般取评定长度等于5 5个评定长度，此时个评定长度，此时不需说明，否则应在有关技术文件中注明。不需说明，否则应在有关技术文件中注明。、12（1 1）轮廓峰）轮廓峰(profile peak)(profile peak)轮廓峰是连接（轮廓和轮廓峰是连接（轮廓和X X轴）两相邻交点向外（从材轴）两相邻交点向外（从材料到周围介质）的轮廓部分。轮廓峰高料到周围介质）的轮廓部分。轮廓峰高ZpZp为轮廓峰最为轮廓峰最高点距高点距X X轴的距离轴的距离 （2 2）轮廓谷）轮廓谷(profile valley)(profile valley)轮廓峰是连接（轮廓和轮廓峰是连接（轮廓和X X轴）两相邻交点向内（从周轴）两相邻交点向内（从周围介质到材料）的轮廓部分。轮廓谷深围介质到材料）的轮廓部分。轮廓谷深ZvZv为为X X轴线与轴线与轮廓谷最低点之间的距离轮廓谷最低点之间的距离（3 3）轮廓单元）轮廓单元(profile element)(profile element)轮廓单元为轮廓峰和轮廓谷的组合轮廓单元为轮廓峰和轮廓谷的组合 2.几何参数术语及定义13轮廓单元的高度轮廓单元的高度ZtZt是指一个轮廓单元的峰高是指一个轮廓单元的峰高ZpZp和谷深和谷深ZvZv之和之和轮廓单元的宽度轮廓单元的宽度XsXs是指是指X X轴线与轮廓单元相交线的长度轴线与轮廓单元相交线的长度 轮廓单元143.3.轮廓参数术语及定义轮廓参数术语及定义 表面轮廓参数由幅度参数、间距参数、混合参数及表面轮廓参数由幅度参数、间距参数、混合参数及曲线和相关参数组成曲线和相关参数组成 幅度参数（峰和谷）幅度参数（峰和谷）:（1 1）最大轮廓峰高）最大轮廓峰高(profile peak height)(profile peak height)在一个取样长度内，最大的轮廓峰高在一个取样长度内，最大的轮廓峰高ZpZp。（2 2）最大轮廓谷深）最大轮廓谷深(profile valley depth)(profile valley depth)在一个取样长度内，最大的轮廓峰高在一个取样长度内，最大的轮廓峰高ZvZv。（3 3）轮廓的最大高度）轮廓的最大高度(maximum height of(maximum height of prfileprfile)在一个取样长度内，最大轮廓峰高和最大轮廓谷深之和在一个取样长度内，最大轮廓峰高和最大轮廓谷深之和 15（4 4）轮廓单元的平均高度）轮廓单元的平均高度(mean height of profile(mean height of profile element)element)在一个取样长度内，轮廓单元高度在一个取样长度内，轮廓单元高度ZtZt的平均值。的平均值。（5 5）轮廓的总高度）轮廓的总高度(total height of profile)(total height of profile)在评定长度内，最大轮廓峰高和最大轮廓谷深之和。在评定长度内，最大轮廓峰高和最大轮廓谷深之和。16（6 6）轮廓的算术平均偏差）轮廓的算术平均偏差(arithmetical mean(arithmetical mean deviatindeviatin of profile)of profile)在一个取样长度内纵坐标值在一个取样长度内纵坐标值Z(xZ(x)绝对值的算术平均值绝对值的算术平均值 17（7 7）轮廓的均方根偏差）轮廓的均方根偏差(root mean square(root mean square deviatindeviatin of profile)of profile)RqRq、WqWq、PqPq 在一个取样长度内纵坐标值在一个取样长度内纵坐标值Z(xZ(x)的均方根值的均方根值 （8 8）轮廓的偏斜度）轮廓的偏斜度(skewnessskewness of profile)of profile)偏斜度用来表征轮廓分布的对称性，是指在一个取样偏斜度用来表征轮廓分布的对称性，是指在一个取样长度内纵坐标值长度内纵坐标值Z(xZ(x)的三次方的平均值与的三次方的平均值与RqRq、WqWq或或PqPq的三次方的比值。的三次方的比值。18（9 9）轮廓的陡度）轮廓的陡度(kurtosis of(kurtosis of profile)Rkuprofile)Rku、WkuWku、PkuPku在一个取样长度内纵坐标值在一个取样长度内纵坐标值Z(xZ(x)的四次方的平均值与的四次方的平均值与RqRq、WqWq或或PqPq的四次方的比值的四次方的比值 间距参数间距参数轮廓单元的平均宽度轮廓单元的平均宽度(mean width of the profile(mean width of the profile elements)elements)RsmRsm、WsmWsm、PsmPsm在一个取样长度在一个取样长度lrlr内轮廓单元宽度内轮廓单元宽度XsXs的平均值的平均值 19混合参数混合参数 轮廓的均方根斜率轮廓的均方根斜率 在取样长度内纵坐标斜率在取样长度内纵坐标斜率dZ/dXdZ/dX的均方根值。的均方根值。曲线和相关参数曲线和相关参数 轮廓的实体材料长度轮廓的实体材料长度MlMl（c c）在一个给定水平截面高度在一个给定水平截面高度c c上用一条平行于上用一条平行于X X轴的线与轮轴的线与轮廓单元相截所获得的各段截线长度之和廓单元相截所获得的各段截线长度之和、20在给定水平截面高度在给定水平截面高度c c上轮廓的实体材料长度上轮廓的实体材料长度MlMl（c c）与评定长度与评定长度lnln的比率的比率轮廓的支承长度率轮廓的支承长度率Rmr(cRmr(c)、Wmr(cWmr(c)、Pmr(cPmr(c)215.1.2 5.1.2 用图形法确定的表面结构参数用图形法确定的表面结构参数 GB/T18618-2002GB/T18618-2002（产品几何量技术规范（产品几何量技术规范（GPSGPS）表面结构表面结构 轮廓法轮廓法 图形参数图形参数）规定了用图形法）规定了用图形法确定表面结构（粗糙度、波纹度和原始轮廓）的术确定表面结构（粗糙度、波纹度和原始轮廓）的术语、定义和参数。该标准等效采用语、定义和参数。该标准等效采用 ISO 12085ISO 12085：19961996，用，用7 7个图形参数和上包络线对表面性能进行个图形参数和上包络线对表面性能进行评价，克服了传统的用中线制评定表面性能带来的评价，克服了传统的用中线制评定表面性能带来的误差，与目前通用的中线制对各参数的评定有较大误差，与目前通用的中线制对各参数的评定有较大的差别。的差别。221.1.一般定义一般定义（1 1）图形）图形 （motifmotif）不一定相邻的两个单峰的最高点之不一定相邻的两个单峰的最高点之间的原始轮廓部分。用以下参间的原始轮廓部分。用以下参量来描述一个图形的特征量来描述一个图形的特征:长度长度ARiARi或或AWiAWi，在平行于，在平行于轮廓的总方向上测得轮廓的总方向上测得;两个深度两个深度HjHj和和H,j+1H,j+1或或HWjHWj和和HWj+1 HWj+1，在垂直于原始轮廓，在垂直于原始轮廓的总方向上测得的总方向上测得;T T型特征，两个深度中的型特征，两个深度中的最小深度。最小深度。粗糙度图形粗糙度图形（2 2）粗糙度图形）粗糙度图形 通过采用具有界限值通过采用具有界限值A A的理想算法而得出的模式的理想算法而得出的模式 23一个粗糙度图形的长度一个粗糙度图形的长度ARiARi应小于或等于应小于或等于A A通常取通常取A=0.5mmA=0.5mm。（3 3）波纹度图形）波纹度图形通过采用带界限值通过采用带界限值B B的标准算法而得出的图形的标准算法而得出的图形通常取通常取B=2.5mmB=2.5mm。24（4 4）原始轮廓）原始轮廓(波纹度轮廓波纹度轮廓)的上包络线的上包络线 经过对轮廓峰的常规鉴别后，连接原始轮廓各个峰的经过对轮廓峰的常规鉴别后，连接原始轮廓各个峰的最高点的折线最高点的折线 252.2.参数定义参数定义（1 1）粗糙度图形的平均间距）粗糙度图形的平均间距 在评定长度内，粗糙度图形中各个长度在评定长度内，粗糙度图形中各个长度ARAR的算术平均值的算术平均值 n n为粗糙度图形的数量为粗糙度图形的数量(与与ARAR的数量相等的数量相等)26（2 2）粗糙度图形的平均深度）粗糙度图形的平均深度 在评定长度内，粗糙度图形的各个深度在评定长度内，粗糙度图形的各个深度HjHj的算术平均值的算术平均值 m m为为HjHj值的数量。值的数量。HjHj值的数量是值的数量是ARiARi值数量的两倍值数量的两倍(m=2n)(m=2n)。（3 3）轮廓微观不平度的最大深度）轮廓微观不平度的最大深度Rx Rx 在评定长度内在评定长度内HjHj的最大值的最大值 27（4 4）波纹度图形的平均间距）波纹度图形的平均间距 在评定长度内，波纹度图形中各个长度在评定长度内，波纹度图形中各个长度AWAW，的算术平均值，的算术平均值 n n为波纹度图形的数量为波纹度图形的数量(与与AWiAWi的数量相等的数量相等)28（6 6）波纹度的最大深度）波纹度的最大深度 在评定长度内深度在评定长度内深度HwjHwj的最大值的最大值 （7 7）波纹度的总深度）波纹度的总深度 在与原始轮廓总的走向垂直的方向上测得的，位于原在与原始轮廓总的走向垂直的方向上测得的，位于原始轮廓上包络线的最高点和最低点之间的距离始轮廓上包络线的最高点和最低点之间的距离 29MOTIFMOTIF法将原始轮廓分成单个的几何偏差法将原始轮廓分成单个的几何偏差,不相干的轮不相干的轮廓不规则性在评价过程中被排除，因此对单个轮廓特廓不规则性在评价过程中被排除，因此对单个轮廓特征较为敏感。参数征较为敏感。参数R R和和W W表示轮廓的垂直分量；参数表示轮廓的垂直分量；参数ARAR和和AWAW表示轮廓不规则性的水平间距。表示轮廓不规则性的水平间距。MOTIFMOTIF法没有丢失任何重要轮廓点的信息法没有丢失任何重要轮廓点的信息,能表示轮廓能表示轮廓不规则性的水平和垂直的性能不规则性的水平和垂直的性能,尤其适合于尤其适合于:（1 1）在未知表面和过程上进行技术分析）在未知表面和过程上进行技术分析;（2 2）与表面的包络线）与表面的包络线(面面)相关的性能研究相关的性能研究;（3 3）辨识粗糙度和波纹度具有相当接近波长的轮廓。）辨识粗糙度和波纹度具有相当接近波长的轮廓。305.2 表面粗糙度评定参数值的选用选用原则选用原则 同一零件，工作表面的表面粗糙度参数值应比非工作表面小。同一零件，工作表面的表面粗糙度参数值应比非工作表面小。对摩擦表面，相对运动速度高、单位面积压力大的表面，表面对摩擦表面，相对运动速度高、单位面积压力大的表面，表面粗糙度参数值应小。粗糙度参数值应小。承受交变应力作用的零件，在容易产生应力集中的部位，如圆承受交变应力作用的零件，在容易产生应力集中的部位，如圆角、沟槽处，表面粗糙度参数值应小。角、沟槽处，表面粗糙度参数值应小。对于配合性质要求稳定的间隙较小的间隙配合和承受重载荷的对于配合性质要求稳定的间隙较小的间隙配合和承受重载荷的过盈配合，它们的孔、轴表面粗糙度参数值应小。过盈配合，它们的孔、轴表面粗糙度参数值应小。要求防腐蚀、密封性能好或外表美观的表面，表面粗糙度参数要求防腐蚀、密封性能好或外表美观的表面，表面粗糙度参数值应小。值应小。凡有关标准业已对表面粗糙度要求作出具体规定，则应按该标凡有关标准业已对表面粗糙度要求作出具体规定，则应按该标准的规定确定表面粗糙度参数值的大小。准的规定确定表面粗糙度参数值的大小。31在评定参数中，幅度特性参数在评定参数中，幅度特性参数RaRa和和 是主参数，间距参是主参数，间距参数数RsmRsm和相关参数和相关参数Rmr(cRmr(c)为附加参数为附加参数 在常用值范围内（在常用值范围内（RaRa为为 ,为为 )，推，推荐优先选用荐优先选用Ra Ra 用于某些表面很小或为曲面时，以及有疲劳强度要用于某些表面很小或为曲面时，以及有疲劳强度要求的零件表面的评定求的零件表面的评定对于对于RsmRsm和和Rmr(cRmr(c)，一般不能作为独立参数选用，只有，一般不能作为独立参数选用，只有少数零件的重要表面，有特殊功能要求时才附加选用。少数零件的重要表面，有特殊功能要求时才附加选用。RSmRSm主要用在评价涂漆性能，以及冲压成型时抗裂纹、主要用在评价涂漆性能，以及冲压成型时抗裂纹、抗震性、抗腐蚀性、减小流体流动摩擦阻力等场合抗震性、抗腐蚀性、减小流体流动摩擦阻力等场合Rmr(cRmr(c)主要用在耐磨性、接触刚度要求较高等场合主要用在耐磨性、接触刚度要求较高等场合 32RaRa的数值的数值 0.0120.23.2500.0250.46.31000.050.812.50.11.6250.0250.46.310016000.050.812.52000.11.6254000.23.2508000.0060.11.60.01250.23.20.0250.46.30.050.812.5的数值的数值 RsmRsm的数值的数值 Rmr(cRmr(c)的数值（的数值（%）1015202530405060708090取样长度的数值取样长度的数值 0.080.250.82.582533Ra Ra 和和 与取样长度和评定长度的对应关系与取样长度和评定长度的对应关系 Ra Ra 0.0080.020.020.10.12.02.010.010.080.0RzRz 0.0250.100.100.500.5010.010.050.050320 /mm0.080.250.82.58.0 /mm0.41.254.012.540.0345.3 5.3 表面粗糙度的测量表面粗糙度的测量 l比较法比较法l光切法光切法l干涉法干涉法l触针法触针法l印模法印模法l光触针法光触针法l扫描隧道显微镜测量法扫描隧道显微镜测量法35比较法比较法l将被测表面对照粗糙度样板，用肉眼判断或借助于放将被测表面对照粗糙度样板，用肉眼判断或借助于放大镜、比较显微镜进行比较；也可用手摸，指甲划动大镜、比较显微镜进行比较；也可用手摸，指甲划动的感觉来判断被加工表面的粗糙度。的感觉来判断被加工表面的粗糙度。l粗糙度样板的材料、形状及工艺尽可能与工件相同。粗糙度样板的材料、形状及工艺尽可能与工件相同。l一般用于粗糙度参数较大的近似评定。一般用于粗糙度参数较大的近似评定。l比较法是车间常用的方法。比较法是车间常用的方法。36l光切原理光切原理l双管显微镜的测量范围：双管显微镜的测量范围：0.5-600.5-60微米微米l双管显微镜主要用于车、铣、刨或其他类似加工的双管显微镜主要用于车、铣、刨或其他类似加工的金属零件的平面和外圆表面。金属零件的平面和外圆表面。光切法光切法37l干涉法利用光波干涉法利用光波干涉原理来测量表干涉原理来测量表面粗糙度。测量仪面粗糙度。测量仪器是干涉显微镜。器是干涉显微镜。l仪器的测量范围：仪器的测量范围：1-0.031-0.03微米，主要微米，主要用于测量表面粗糙用于测量表面粗糙度要求较高的零件度要求较高的零件表面。表面。干涉法38l触针式表面粗糙度测量仪由传感器、驱动箱、指示触针式表面粗糙度测量仪由传感器、驱动箱、指示表、记录器和工作台等主要部件组成。表、记录器和工作台等主要部件组成。l测量范围通常为测量范围通常为0.025-50.025-5微米的微米的RaRa值。值。触针法触针法39优点优点可以直接测量某些难以测量的零件表面（如孔、槽）可以直接测量某些难以测量的零件表面（如孔、槽）的粗糙度；的粗糙度；可以直接测出可以直接测出 RaRa等评定参数；等评定参数；可以给出被测表面的轮廓图形；可以给出被测表面的轮廓图形；使用简便，测量效率高。使用简便，测量效率高。缺点缺点受除针圆弧半径（可小到受除针圆弧半径（可小到1-21-2微米）的限制，难以探微米）的限制，难以探测到表面实际轮廓的谷底，影响测量精度；测到表面实际轮廓的谷底，影响测量精度；被测表面可能被触针划伤。被测表面可能被触针划伤。触针法触针法40在实际测量中，会遇到有些表面不便于采用上述在实际测量中，会遇到有些表面不便于采用上述方法直接测量，如深孔、盲孔、凹槽、内螺纹及方法直接测量，如深孔、盲孔、凹槽、内螺纹及大型横梁等。大型横梁等。采用印模法将被测表面的轮廓复制成模，再使用采用印模法将被测表面的轮廓复制成模，再使用非接触测量方法测量印模，从而间接评定被测表非接触测量方法测量印模，从而间接评定被测表面的粗糙度。面的粗糙度。由于印模材料不可能填充满谷底，其测量值略有由于印模材料不可能填充满谷底，其测量值略有缩小，可加以修正。缩小，可加以修正。印模法印模法41l光触针测量法是利用半导体激光生成装置生成集束成光触针测量法是利用半导体激光生成装置生成集束成点的激光束，一边对被测表面照射，一边对其进行扫点的激光束，一边对被测表面照射，一边对其进行扫描，再对收集到的数据进行处理后可直接获得被测工描，再对收集到的数据进行处理后可直接获得被测工件的截面形状和相关数据。件的截面形状和相关数据。l非常适合高倍率测量，具有测量范围大和高速响应的非常适合高倍率测量，具有测量范围大和高速响应的性能性能 。l可以用于三维测量，很适合推广到加工过程的在线测可以用于三维测量，很适合推广到加工过程的在线测量中去。量中去。光触针法光触针法42l利用量子力学的隧道效应，通过隧道电流的变化来利用量子力学的隧道效应，通过隧道电流的变化来测量被测物表面的凹凸情况。测量被测物表面的凹凸情况。l具有极高的分辨率，垂直方向可达具有极高的分辨率，垂直方向可达0.001nm0.001nm；横向可；横向可达达0.01nm0.01nm，精密到可以用于微细形状测量和分子结，精密到可以用于微细形状测量和分子结构的表面研究。构的表面研究。l对环境要求极高，少量尘埃即可影响测量结果。对环境要求极高，少量尘埃即可影响测量结果。扫描隧道显微镜测量法扫描隧道显微镜测量法43l测量表面粗糙度参数值时，应注意不要将零件的表测量表面粗糙度参数值时，应注意不要将零件的表面缺陷（如气孔、划痕和沟槽等）包括进去。面缺陷（如气孔、划痕和沟槽等）包括进去。l当图样上注明了表面粗糙度参数值的测量方向时，当图样上注明了表面粗糙度参数值的测量方向时，应按规定方向测量。应按规定方向测量。l若没有指定测量方向，工件的安放应使其测量截面若没有指定测量方向，工件的安放应使其测量截面与得到粗糙度幅度参数（与得到粗糙度幅度参数（RaRa、RzRz）最大值的测量方）最大值的测量方向一致，该方向垂直于被测表面的加工纹理。向一致，该方向垂直于被测表面的加工纹理。l对无方向性的表面，测量截面的方向可以是任意的。对无方向性的表面，测量截面的方向可以是任意的。注意事项445.4 5.4 三维表面形貌评定与测量三维表面形貌评定与测量实验表明，在同一表面对来自不同轮廓的参数测量，实验表明，在同一表面对来自不同轮廓的参数测量，其差异可能达其差异可能达50%50%。只有当表面满足各向同性和均一性时，在任何位置只有当表面满足各向同性和均一性时，在任何位置和方向的轮廓才能表示表面。另一种情形也可以用和方向的轮廓才能表示表面。另一种情形也可以用轮廓近似表示表面，即当表面在一个方向上具有普轮廓近似表示表面，即当表面在一个方向上具有普遍的和确定性纹理时，测量轮廓应在垂直于纹理方遍的和确定性纹理时，测量轮廓应在垂直于纹理方向上进行。在机械工业中上述现象相当频繁，这也向上进行。在机械工业中上述现象相当频繁，这也是二维表征的理论基础。是二维表征的理论基础。然而，从目前计算机技术、测量技术和超精密加工然而，从目前计算机技术、测量技术和超精密加工技术的发展看，对于大多数工程表面，要想准确、技术的发展看，对于大多数工程表面，要想准确、合理地反映表面形貌，应在三维范围内评定。合理地反映表面形貌，应在三维范围内评定。45三维粗糙度参数目前仍处于研究探讨阶段，尚未有三维粗糙度参数目前仍处于研究探讨阶段，尚未有正式的国家或国际标准，但已经大量地出现在论文正式的国家或国际标准，但已经大量地出现在论文文献中。文献中。一个参数代表一个特征，它可以被测量和定量表示。一个参数代表一个特征，它可以被测量和定量表示。在许多情况下引进参数是为了获得复杂现实的综合在许多情况下引进参数是为了获得复杂现实的综合信息。信息。表面通常是一个复杂的实体，不可能仅用一个或几表面通常是一个复杂的实体，不可能仅用一个或几个参数完全描述其特性，这从而导致了表征表面时个参数完全描述其特性，这从而导致了表征表面时参数的不断增加，即所谓的参数的不断增加，即所谓的“参数爆炸参数爆炸”。为有效解决表面参数表征问题，为有效解决表面参数表征问题，19981998年欧共体资助年欧共体资助的大型表面计量研究项目开发定义了一套基本的三的大型表面计量研究项目开发定义了一套基本的三维表面粗糙度标准参数维表面粗糙度标准参数(14+3)(14+3)体系。体系。46该体系将基本参数分为四种：幅度参数该体系将基本参数分为四种：幅度参数,空间参数空间参数,综综合参数和功能参数。幅度参数是在二维参数基础上合参数和功能参数。幅度参数是在二维参数基础上的扩展，考虑了表面高度的统计特性、极值特性和的扩展，考虑了表面高度的统计特性、极值特性和高度分布的形状高度分布的形状,包括四个参数。包括四个参数。1.1.表面形貌的均方根偏差表面形貌的均方根偏差 SqSqSqSq是一个统计幅度参数，定义为在采样区域内，表面是一个统计幅度参数，定义为在采样区域内，表面粗糙度偏离参考基准的均方根值。粗糙度偏离参考基准的均方根值。式中式中 为残存面积，为残存面积，M M、N N为在采样区域内为在采样区域内x x和和y y向向的离散点个数。的离散点个数。472.2.表面十点高度表面十点高度SzSzSzSz为在采样区域内，为在采样区域内，5 5个最高顶点的高度和个最高顶点的高度和5 5个最深凹个最深凹坑的深度的平均值。坑的深度的平均值。式中，式中，和和 （i=1,2,5i=1,2,5）分别为）分别为5 5个最高顶点个最高顶点和最深凹坑的量和最深凹坑的量3.3.表面高度分布的偏斜度表面高度分布的偏斜度SskSsk 偏斜度是表面偏差相对于基准表面的对称性的度量。偏斜度是表面偏差相对于基准表面的对称性的度量。484.4.表面高度分布的峭度表面高度分布的峭度 SkuSku这个参数是与偏斜度相关地提出来的，描述形貌高度分这个参数是与偏斜度相关地提出来的，描述形貌高度分布的形状，是形貌高度分布的峰度和峭度的度量。布的形状，是形貌高度分布的峰度和峭度的度量。高斯表面的峭度高斯表面的峭度SkuSku=3=3，形貌高度分布集中在中心的表面，形貌高度分布集中在中心的表面SkuSku33，而一个分散的高度分布表面其，而一个分散的高度分布表面其SkuSku33。49空间参数用于评估三维表面纹理和分布，即峰度、空间参数用于评估三维表面纹理和分布，即峰度、纹理强度和主要纹理方向，包括最速衰减自相关长纹理强度和主要纹理方向，包括最速衰减自相关长度度 Sal Sal，表面峰顶密度，表面峰顶密度 SdsSds ，表面的结构形状比，表面的结构形状比率率 StrStr 和表面纹理方向和表面纹理方向StdStd四个参数。四个参数。综合参数基于幅度和间距两方面的信息对表面特性综合参数基于幅度和间距两方面的信息对表面特性进行数字定义，包括表面的均方根斜率，算术平均进行数字定义，包括表面的均方根斜率，算术平均顶点曲率顶点曲率SscSsc 和展开界面面积比率和展开界面面积比率SdrSdr三个参数。三个参数。功能参数包括表面支承指数功能参数包括表面支承指数SbiSbi,中心液体滞留指中心液体滞留指数数SciSci,谷区液体滞留指数谷区液体滞留指数SviSvi 三个指数参数和材三个指数参数和材料体积料体积SmSm、中心液体体积、中心液体体积 ScSc、谷区液体体积、谷区液体体积SvSv三三个体积参数，通过将表面分成峰带、中间带、底带个体积参数，通过将表面分成峰带、中间带、底带三个部分分别计算，对表面功能进行评定。三个部分分别计算，对表面功能进行评定。50