表面粗糙度的检测.31421.pdf

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1、课题三 表面粗糙度的检测 表面粗糙度的检测方法主要有比较法、针触法、光切法、光波干涉法。1比较法 用比较法检验表面粗糙度是生产车间常用的方法。它是将被测表面与粗糙度样块进行比较来评定表面粗糙度。如图 3-1 所示。比较法可用目测直接判断或借助于放大镜、显微镜比较或凭触觉、来判断表面粗糙度。缺点是精度较差，只能作定性分析比较。图 3-1 表面粗糙度比较样板 2针触法 针触法是通过针尖感触被测表面微观不平度的截面轮廓的方法，它实际是一种接触式电量方法。所用测量仪器为轮廓仪，它可以测定 Ra 为 0.0255um。该方法测量范围广，速度可靠、操作简便并易于实现自动测量和微机数据处理。但被测表面易被触

2、针划伤。如图 3-2 所示。图 3-2 针触法测量原理图 3光切法 光切法就是利用“光切原理”来测量被测零件表面的粗糙度，采用仪器是光切显微镜又称双管显微镜。该仪器适宜测量车、铣、刨或其它类似的方法加工的金属零件的平面或外圆表面。光切法通常用于测量 Ra=0.580m 的表面。4光波干涉法 干涉显微镜是利用光波干涉原理测量表面粗糙度。干涉显微镜测量的范围一般为 0.031m。也可作 Rz、Ry 参数评定。本课题结合课堂讲授的典型零件的标注，分析并检测表面粗糙度，根据国家标准评定表面粗糙度。选用方法为光切法和光波干涉法。实验 3-1 用光切显微镜检测表面粗糙度 一、实验目的 1了解用光切显微镜测

3、量表面粗糙度的原理和方法 2正确理解表面粗糙度的评定参数，加深对微观不平度十点高度 Rz 的理解 二、测量原理及仪器说明 双管显微镜又撑光切显微镜，它是利用被测表面能反射光的特性，根据“光切法原理”制成的光学仪器，其测量范围取决于选用的物镜的放大倍数，一般用于测量ZR=0.8-80um 的表面粗糙度。图 3-3 光切显微镜 1底座；2立柱；3升降螺母；4微调手轮；5支臂；6支臂锁紧螺钉；7工作台；8物镜组；9物镜锁紧机构；10遮光板手轮；11壳体；12目镜测微器；13目镜 仪器外型如图 3-3 所示，它由底座 6，支柱 5，横臂 2，测微目镜 13，可换物镜 8 及工作台 7 等部分组成。仪器

4、备有四种不同倍数（7X、14X、30X、60X）物镜组，被测表面粗糙度大小（估测）来选择相应倍数的物镜组（见表 3-1）。表 3-1 双管显微镜测量参数 物镜倍数 总放大倍数 视场直径 mm 系数 E（um/格）测量范围 um 7X 60X 2.7 1.28 15 50 14X 120X 1.3 0.63 515 30X 260X 0.6 0.29 1.55 60X 520X 0.3 0.16 0.81.5 测量原理如图 3-4 所示，被测表面为 P1-P2 阶梯表面，当一平行光束从 45 度方向投射到阶梯表面时，即被折成 S1和 S2两段，从垂直于光束的方向上就可以在显微镜内看到 S1和 S

5、2两段光带的放大像 S1S2，同时距离 h 也被放大为 h1。通过测量和计算，可求得被测表面的不平度高度 h。这种方法类似在零件表面斜切一刀，然后观察其剖面的轮廓形状，因此称为光切法。图 3-4 光切显微镜的测量原理图 1光源；2聚光镜；3狭缝；4物镜；5分划板；6目镜测微器 由于投射角及目镜千分尺结构和物镜放大倍数的关系在目镜千分尺鼓办上读出的数值ia（单位：mm）并不等于实际工件高度ih，而需要通过换算。)(102mahii 式中：_ih第 i 个实际高度 _ia第 i 个峰（谷）的千分尺鼓轮值（mm）E换算系数（见表 3-1）根据的zR定义，在取样长度内，从平行于轮廓中线任一条刻线到轮廓

6、五个最高点（峰）和五个最低点（谷）之间的平均距离。5()()97311 0842hhhhhhhhRz 实际测量时，不必测一个ia，就换算一个ih，在一个取样长度内可按下进行一次换算。)(105)()(297531108642maaaaaaaaaaRz 三、实验步骤 1.根据被测表面的粗糙度要求，按表中数据选择一对合适的物镜并分别安装在两镜管的下端，选择合适的取样长度。2.将光源插头插接变压器并通电源。3.擦净被测工件并置于工作台上，使加工痕迹与工作台纵向移动方向垂直。4.放松支臂固紧螺丝 9，旋转螺母 10，使支臂慢下降（注意：下降时，切勿使物镜碰击工作台工作表面），直到工件表面上出现一绿色光

7、带后锁紧螺丝 9，转动工作台，使光带方向与加工痕迹垂直。5.调节器支架微动手轮 6 进行细调焦，配合调整目镜 4，直到场中央出现最清晰窄亮带。6.进行测量，松开目镜紧固螺丝，转动目镜千分尺，使目镜中的十字线的水平线在取样长度内平行于光带后清晰边缘，此线即定为平行于轮廓中线析任一直线，在取样长度内找出 5 个高峰点和 5 个最低谷点，并使水平线与之相切，如图 3-5 所示，分别记下目镜分划板和鼓轮的读数101 aa。根据公式计算zR值。7.取3nL，测出 3 个zR值，取平均值作为测量结果。图 3-5 读数目镜示意图 四、思考题 1双管显微镜除测量zR外，是否可测量 Ry、Ra。2圆柱型轴类零件

8、在双管显微镜上能测量吗？如何测？孔类零件呢？球型零件呢？3为什么加工痕迹要调节与光轴垂直？而且与工作台纵向移动垂直？两个不垂直对测量结果有影响吗？实验 3-1 用光切显微镜检测表面粗糙度 被测零件 名称 被测表面粗糙度允许值Rz 取样长度 评定长度nL 器具名称 名称 物镜组的放大倍数 套筒的分度值 测量范围 测量记录和计算：测量序号 测量读数 1 2 3 4 5 1 峰顶 2a=4a=6a=8a=10a=谷底 1a=3a=5a=7a=9a=)(105)()(2975311086421maaaaaaaaaaRZ=2 峰顶 2a=4a=6a=8a=10a=谷底 1a=3a=5a=7a=9a=)(

9、105)()(2975311086422maaaaaaaaaaRZ=3 峰顶 2a=4a=6a=8a=10a=谷底 1a=3a=5a=7a=9a=)(105)()(2975311086423maaaaaaaaaaRZ=计算在评定长度nL内ZR的平均值：3321ZZZZRRRR 判断合格性：班级 学生姓名 指导教师 成绩 实验 3-2 用干涉显微镜检测表面粗糙度 一、实验目的 1了解用光波干涉测量表面粗糙度的原理和方法 2熟练干涉显微镜的使用主法 3加深对微观不平度十点高度 Rz 和轮廓最大高度 Ry 的理解 二、测量原理及仪器说明 1.仪器的结构 干涉显微镜用于测量微观不平度十点高度zR值和轮

10、廓最大高度yR值，zR测量范围为 0.80.03m。它是利用光波干涉原理，将具有微观不平度的被测表面与标准光学镜面相比较，用光波波长为基准来测量工件表面粗糙度，其外形结构如图 3-6 所示。图 3-6 干涉显微镜外形 1目镜千分尺；1a刻度筒；1b螺钉；2圆工作台；2a移动圆台的滚花环；2b转动圆台的滚花环；2c升降圆台的滚花环；3参考镜部件；4光源；4a调节螺钉；5照相机；6转遮光板手轮；7、8、9、14干涉带调节手轮；10目视或照相的转换手轮；11光阑调节手轮；12滤光片手柄；13固紧照相机的螺钉 2.测量原理 干涉显微镜的光学系统见图 3-7。从光源 1 发出的光束，经过分光镜 9 分为

11、两束光。一束透过分光镜 9、补偿板 10，射向被测工件表面，由工件反射后经原路返回至分光镜 9，射向观察目镜 20。另一束光通过分光镜 9 反射到标准参考镜 13，由标准参考镜 13 反射并透过分光镜 9，也射向观察目镜 20。这两束光线间存在光程差，相遇时，产生光波干涉，形成明暗相间的干涉里条纹。若工件表面为理想平面，则干涉条纹为等距离平行直线；若工件表面存在着微观不平度，通过目镜将看到如图 3-8 的弯曲干涉条纹。测出干涉条纹的弯曲度ih和间隔宽度ib（由光波干涉原理可知，b 对应于半波长2）。通过下式可计算出波峰至波谷的实际高度iY为 2iiibhY 式中 -光波波长。自然光（白光），=

12、0.66m；绿光（单色光），=0.509m；红光（单色光），=0.644m。图 3-7 干涉显微镜光学系统 1光源；2，4，8聚光镜；3滤光片；5折射镜；6视场光阑；7孔径光阑；9分光镜；10 补偿板；11物镜；12被测表面；13标准参考镜；14物镜组；15遮光板；16可调反光镜；17折射镜；18照相物镜；19照相底片；20目镜 三、测量步骤 1用汽油洗净工件，放在工作台上，使被测面对着物镜，接通电源。2将挡板调节手柄旋至箭头向上，遮住射向参考反镜的光线。3移动滤光片手柄 4，选取单光，记下波长数值，将光圈 5 开到最大。4缓慢转动微调旋扭 13，使整个干涉系统上下移动，对被测表面调焦，直到从

13、目镜 11 中观察到清晰的被测表面的加工痕迹。5转动挡板手柄 9 使肖头处水平位置，此时从目镜可看到干涉条纹。见图 3-8。图 3-8 干涉条纹 6旋转调焦手柄 10，调节干涉带宽和方向，使其方向与加工痕迹垂直。7松开锁紧螺丝 13 转动目镜千分尺并旋转鼓轮 12 在目镜视场中可看到十字线在移动，使目镜中的十字线的水平线平行于干涉条纹的方向。8 在干涉条纹的取样长度内，选 5 个最高峰和 5 个最低谷进行测量、读数并记录。干涉条纹弯曲度的平均值h用下式计算，即 干涉条纹的间隔宽度，可取三个不同位置的平均值，即 一般在 5 个取样长度上分别测出 5 个h 值，以其平均值作为工件的表面粗糙度，即

14、根据定义也可以测出轮廓最大高度yR 为 yR=minmax谷峰hh 9 作合格性判断，填写实验报告。四、思考题 1为什么表面粗糙度采用不同的评定参数？2为什么该仪器适合测量较高表面精度的工件？bhhhiiPViPIi551513321bbbb25hRz实验 3-2 用干涉显微镜检测表面粗糙度 测量对象 被测试件编号 被测试件表面粗糙度允许值Rz=_ 取样长度 评定长度 测量器具 名称与型号 目镜千分尺分度值 测量范围 物镜的放大倍数 测量记录和计算：n 读数 1（格）读数 2（格）读数 3（格）读数 4（格）读数 5（格）峰h 谷h 峰h 谷h 峰h 谷h 峰h 谷h 峰h 谷h 1 2 3 4 5 b zR 25bhhRZ谷峰 计算在评定长度nL内ZR的平均值 5ZZRR=判断合格性 班级 姓名 指导老师 成绩