水平表面粗糙度检测办法初稿2.docx

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水平表面粗糙度检测办法初稿2

水平表面粗糙度检测办法

摘要

表面粗糙度是指零件表面上具有较小间距和微小峰谷所组成的微观几何形状特征。

它主要是由机械加工形成的（表面粗糙度、表面波纹度、表面缺陷、表面几何形状）,直接影响机械零件的配合性质，表面的耐磨性、抗腐蚀性、疲劳强度、密封性、导热性及使用寿命。

本文对水平表面粗糙度检测办法进行了介绍。

首先，对表面粗糙度的概念，产生原因，以及衡量粗糙度的一些参数进行了说明，并且列举了表面粗糙度的检测程序。

文章着重介绍表面粗糙度的检测方法，列举了样板比较法，光切法，干涉显微镜法，光学触针法，并对每种方法的检测原理，检测步骤及结果分析进行了详细的论述。

文章最后介绍了样板比较法在检测铸铁表面粗糙度的应用以及光切法在动态表面粗糙度检测中的应用。

关键词水平表面粗糙度；样板比较法；光切法；干涉显微镜法；光学触针法

Thesurfaceroughnessdetectmethod

Abstract

Surfaceroughnessisthedistancebetweenthesurfaceandhasasmallerpeakwhichconsistsoftinymicro-geometrycharacteristics.Itismainlyformedbymachining（surfaceroughness,surfacewaviness,surfacedefects,surfacegeometry）,adirectimpactonthenatureofmechanicalcomponentswiththesurfaceofthewearresistance,corrosionresistance,fatiguestrength,tightness,thermalconductivityandusefullife.

Thispaperlevelsurfaceroughnesstodetectmethodwereintroduced.Firstofall,onthesurfaceroughness,theconceptofcauses,andhowtomeasureroughnesssomeparameterswereexplained,andenumeratesthesurfaceroughnessoftestprocedures.Thisarticlemainlysurfaceroughnessdetectionmethods,liststheexamplecomparison,lightinterceptmethod,interferencemicroscopemethod,opticaltouchacupuncture,andthedetectionprincipleofeachmethod,detectionprocedureandtheresultsarediscussedindetail.Finally,thearticleintroducesthemodelcomparisonmethodindetectingcastironsurfaceroughnessofapplicationandlightcuttingmethodsindynamicsurfaceroughnessdetectionapplication.

KeywordsLevelsurfaceroughnes;Examplecomparison;LightinterceptmethodInterferencemicroscopemethod;Opticaltouchstitches

目录

摘要I

AbstractII

第一章绪论1

1.1本文的主要研究目的及意义1

1.2表面粗糙度检测办法国内外研究现状1

1.3本文的主要内容2

第二章粗糙度简介3

2.1表面粗糙度概念3

2.2表面粗糙度产生原因3

2.3粗糙度基本参数3

2.3.1最大粗糙度Ry3

2.3.2十点平均粗糙度（RzJIS）3

2.3.3算术平均粗糙度Ra4

2.4表面粗糙度的检测程序5

第三章水平表面粗糙度检测办法6

3.1样板比较法6

3.1.1样板比较法简介6

3.1.2样块的分类及参数值8

3.1.3样块的制造方法8

3.1.4样块的表面特征8

3.2光切法8

3.2.1物镜的选择、安装9

3.2.2光带的出现、调整9

3.2.3仪器的调整与校验10

3.2.4工件的安置与固定10

3.2.5正确的调焦与查验11

3.2.6合理的定度与取值11

3.2.7准确的读数与计算12

3.3干涉显微镜法12

3.4光学触针法15

3.4.1光学触针法简介15

3.4.2滤波16

3.4.3轮廓仪产品简介17

第四章水平表面粗糙度检测的应用19

4.1样板比较法在检测铸造表面粗糙度中应用19

4.1.1范围19

4.1.2表面特征19

4.1.3分类及表面粗糙度参数19

4.1.4结构与尺寸19

4.2光切法在动态表面粗糙度检测中的应用20

4.2.1系统原理及构成20

4.2.2系统检测精度的对比实验21

4.2.3动态检测实验22

4.2.4振动对动态检测影响的实验22

4.2.5速度对动态检测影响的实验23

结论26

参考文献27

致谢28

第一章绪论

1.1本文的主要研究目的及意义

随着现代化工业生产的不断发展，对产品的质量提出了越来越高的要求.如既要求产品具有长的和没有麻烦的使用寿命，又要利于能源的再利用和环境保护，保证产品的三个阶段.制造—使用—垃圾/再循环，协调发展.各制造商竞相生产具有优势性的零缺陷产品，以增强其市场的竞争能力，对零件表面的物理和几何性能提出了非常苛刻的要求.这就使仪器制造商生产性能更好、更全面，精度更高的检测设备。

在飞速发展的21世纪，信息、生物技术、能源、环境、先进制造技术和国防的高速发展必然会对零件表面粗糙度提出更高的要求，元器件的智能化、小型化、高集成、高密度存储和超快传输等要求材料的尺寸越来越小。

零件表面粗糙度无疑是研究领域中最富有活力、对未来经济和社会发展有着十分重要影响的研究对象[1]。

但是要得到高精度零件，对粗糙度的检测有事必不可少的。

在日常生活的水平表面是我们生活中比较常见到的表面，所以对表面粗糙度的检测也就显得更加的重要。

本文集中介绍了表面粗糙多检测办法以及这些检测办法的有缺点。

1.2表面粗糙度检测办法国内外研究现状

从近年来国内外发表的有关粗糙度方面的论文来看，数量成指数地增加.这表明表面粗糙度测量技术的研究一直处于上升趋势，一方面是由于商用仪器（如:

STM、AFM和光学扫描干涉仪等）的发展以及计算机运算能力、控制技术的提高;另一方面是由于尖端技术、国防工业和精密工程等对零件的表面质量提出了越来越高的要求[2]。

最近,国内外在表征和研究表面粗糙度等方面越来越多地使用分形几何理论这一有力的数学工具。

研究表明很多种机加工表面呈现出随机性、多尺度性和自仿射性,即具有分形的基本特征,因而使用分形几何来研究表面形貌将是合理地、有效地。

确定分形的重要参数有分形维数D和特征长度A,它们可以衡量机加工表面轮廓的不规则性,理论上不随取样长度变化和仪器分辨率变化,并能反映表面形貌本质的特征,能够提供传统的表面粗糙度评定参数（如Ra、Ry、Rz等）所不能提供的信息。

美国TopoMetrix公司生产的扫描探针显微镜（SPM）软件体系中,已将分形维数作为评价表面微观形貌的参数之一[3~5]。

随着超光滑表面的粗糙度数值接近纳米级甚至埃级，不同测量方法的测量结果不一致性对表面特征的评价影响越来越大。

为此，美国国家标准和技术研究院制作了一组尺寸范围从29nm一152um的标准台阶高度样块，其‘标准’值取决于本身的实际尺寸.另外还建立了一组高精度标准样块，其尺寸用三种不同的方法校准，如相移干涉显微镜、校准原子力显微镜（C一AFM）和高分辨力的触针式仪器。

如果用这些不同的方法测量台阶高度的精确值，能取得好的一致性，则样块台阶高度将作为精密校准的基准[6][7]。

1.3本文的主要内容

表面粗糙度是指零件表面上具有较小间距和微小峰谷所组成的微观几何形状特征，它是评定机器和机械零件量的重要指标之一，是机械零件的生产、加工和验收过程中一项必不可少的质量标准。

表面粗糙度的基本参数有最大粗糙度Ry，十点平均粗糙度（RzJIS），算术平均粗糙度Ra。

水平表面粗糙度的检查办法有样板比较法，光切法，干涉显微镜法，光学触针法，并介绍了每种方法的检测原理，结果的分析。

最后文章介绍了样板比较法在检测铸铁表面粗糙度的应用以及光切法在动态表面粗糙度检测中的应用。

第二章粗糙度简介

2.1表面粗糙度概念

表面粗糙度[8]是指零件表面上具有较小间距和微小峰谷所组成的微观几何形状特征。

它主要是由机械加工形成的（表面粗糙度、表面波纹度、表面缺陷、表面几何形状）,直接影响机械零件的配合性质，表面的耐磨性、抗腐蚀性、疲劳强度、密封性、导热性及使用寿命[9]。

因此，表面粗糙度是评定机器和机械零件量的重要指标之一，是机械零件的生产、加工和验收过程中一项必不可少的质量标准。

2.2表面粗糙度产生原因

在加工过程中，由于刀具与制件表面之间的摩擦、切削或压制时的塑性变形，以及工艺系统中高频振动等因素的作用，使被加工表面产生微观几何变形[10]。

2.3粗糙度基本参数

2.3.1最大粗糙度Ry

从粗曲线上沿平均线方向选取基准长度“ℓ”,在这部分中的最高峰高度与最低谷深度的和以微米表示的值如图2-1,Ry为：

式（2-1）

2.3.2十点平均粗糙度（RzJIS）

从粗曲线上沿平均线方向选取一段基准长度“ℓ”,在此长度中,分别算

图2-1Rp，Rv的值

出5个最高峰的平均值Yp和5个最低谷的平均值Yv。

然后相加，以微米表示，就得到Rz值：

式（2-2）

图2-2Yp，Yv示意图

如图2-2，Yp1,Yp2,Yp3,Yp4,Yp5:

在基准长度“ℓ”内的5个最高峰到中心线距离的和。

Yv1,Yv2,Yv3,Yv4,Yv5:

在基准长度“ℓ”内的5个最低谷到中心线距离的和。

2.3.3算术平均粗糙度Ra

从粗曲线上沿平均线方向选取基准长度“ℓ”,把中心线方向看成X轴方向，与其垂直的为Y轴方向。

若粗曲线可以由方程y=f（x）表示，则以微米表示的Ra值可以由下面方程求出:

式（2-3）

图2-3f（x）示意图

如图2-3所示，f（x）表示对应的x在y轴上的值。

2.4表面粗糙度的检测程序

表2-1表面粗糙度检测程序

序号

测量方法

检验程序说明

1

目测检查

当工件表面粗糙度比规定的粗糙度明显的好或不好，不需用更精确的

方法检验。

工件表面存在着明显影响表面功能的表面缺陷，选择目测法检验判定。

2

比较检查

若用目测检查不能做出判定，可采用视觉或显微镜将被测表面与粗糙度比较样块比较判定。

3

仪器检查

若用粗糙度比较样块比较法不能做出判定，应采用仪器测地：

①对不均匀表面，在最有可能出现粗糙度参数极限值的部位上进行测量；

②对表面粗糙度均匀的表面，应在几个均布位置上分别测量，至少测量3次；

③当给定表面粗糙度参数上限或下限时，应在表面粗糙度参数可能出现最大值或最小值处测量；

④表面