精密测量技术04

用性能。它影响机械系统的摩擦磨来自、接触刚度、疲劳强度、配合性质、传动精度、导电、
导热、抗腐蚀性等，从而影响到机械产品的质
量及可靠性。它是机械产品的重要质量指标，
不仅要定性测量，还要定量测量。
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(2)表面微观形貌对加工过程中的工艺过程状态 (如刀具磨损、机床振动、切削用量等)变化非
定量评定则是通过一定的测量方法和相应的仪 器，测出待测表面的不平度参数值。目前，应 用较广的表面粗糙度测量方法主要有粗糙度样 板比较法、光切法、干涉法、触针法以及印模 法等。
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一、比较法
比较法是车间常用的方法。将被测表面对照粗糙度样 板，用肉眼或借助于放大镜、比较显微镜；也可用手 摸感觉来判断被加工表面的粗糙度。粗糙度样板(如图 4-1)的材料、形成及制造工艺尽可能与工件相同，这样 才便于比较，否则会产生较大的误差。比较法一般只 用于粗糙度评定参数值较大的情况下，其判断的准确 性很大程度上取决于检验人员的经验。当有争议时， 可用仪器进行测量。
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二、光切法 光切法是利用光切原理来测量表面粗糙度的方法。它
是将一束平行光带以一定角度投射于被测表面上，光 带与表面轮廓相交的曲线影像即反映了被测表面的微 观几何形状。这种用光带投影于被测面而获得截面轮 廓曲线的方法即称为光切法。光切原理如图所示。由 光源发出的光线经狭缝后形成一束光带。此光带以 45º方向与被测表面相截。若零件表面轮廓如图4-2(a) 所示的台阶面，则在与光带投射方向相应的反射方向 上。通过显微镜就可以看到4-2(b)所示图像。
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五、印模法
对于一些大型零件的内表面不便使用仪器测量，除了 用比较法测量之外还可用印模法来间接测量。
印模法的原理是，利用某些塑性材料作块状印模，贴 合在被测表面上，取下后，在印模上存有被测表面的 轮廓形状，然后对印模的表面进行测量，得出原来零 件的表面粗糙度。
目前，常用的印模材料有川蜡、石蜡、赛璐珞和低熔 点合金等。这些材料的强度和硬度都不高，故一般都 不用针描法测量它。由于印模材料不可能填满谷底， 且取下印模时往往使印模的波峰削平，所以测得印模 的Rz值比实际的略有缩小，一般应进行修正。
a及干涉带弯曲高度b。由于光程差每增加半个
波长，即形成一条干涉带，故被测表面微观不
平度的实际高度为 H b
式中，λ为光波波长
a2
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四、触针法
1、触针法的测量原理
触针法又称针描法，它是一种接触式测量方法， 是利用仪器的测针与被测表面相接触并使测针 沿其表面轻轻划过以测量表面粗糙度的一种测 量法。
面轮廓图形，再进行数据处理，进而得出表面粗糙度
参数值。这类仪器垂直方向的分辨率最高可达到几纳
米。
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这种方法所测出的表面轮廓信息即触针圆心的 移动轨迹。而轨迹的半径即等于针尖半径和实 际表面轮廓曲线的曲率半径之和。因此，影响 这种测量方法准确度的因素主要是触针的形状 和测量力。
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第四章 表面粗糙度及表面微观形貌测量
表面微观形貌是指表面的微观几何形态；它是 由于加工过程中刀具和零件的摩擦、切削分离 时的塑性变形和金属撕裂、加工系统的振动等 原因，在零件表面留下的各种不同形状和尺寸 的微观结构。表面形貌的测量越来越引起人们 重视，这是因为：
(1)表面微观形貌在很大程度上决定了零件的使
Ry为轮廓最大高度:在取样长度内轮廓峰顶线 与轮廓谷底线中线的最大距离。
Rq为轮廓均方根偏差:在取样长度内轮廓偏距 的均方根值。
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§4-1表面粗糙度的常规测量方法
表面粗糙度反映的是机械零件表面的微观几何 形状误差。对表面粗糙度的评价，主要分为定 性和定量两种评定方法。
定性评定是将待测表面和已知表面光洁度级别 的标准样板相比较，通过目估或借助于显微镜 以判别其级别；
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四、触针法
如图4-7所示，它是将一个很尖的触针(半径可以做到
微米量级的金钢石针尖)垂直安置在被测表面上作横
向移动，由于工作表面粗糙不平，因而触针将随着被
测表面轮廓形状作垂直起伏运动。将这种微小位移通
过电路转换成电信号并加以放大和运算处理，即可得
到工件表面粗糙度参数值；也可通过记录器描绘出表
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三、干涉法
干涉法是指利用光学干涉原理来测量 表面粗糙度的一种方法。
干涉显微镜是根据光学干涉原理制成 的。图4-6(a)为其光学系统示意图。由 光源1发出的光线经聚光镜2、滤色片3、 光阑4、及透镜5后成平行光线，射向 半透半反的分光镜7后分成两束：一束 光线通过补偿镜8、物镜9到平面反射 镜10，被10反射又回到分光镜7，再由 7经聚光镜11到反射镜16，由16进入目 镜12；
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§4-2表面轮廓的的非接触测量方法
(4)表面微观形貌测量在学科领域上和纳米技术、
生物技术等互相渗透，后者的发展为前者带来
了新的技术手段和新的工作领域。
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机械加工中描述表面微观形貌误差最常用的参 数是表面粗糙度。
Ra为轮廓算术平均偏差:在取样长度内被测轮 廓偏距绝对值之和的算术平均值。
Rz为微观不平度10点高度:在取样长度内5个最 大的轮廓峰高与5个最大的轮廓谷深的平均值 之和。
常敏感，因此它被认为是加工过程中控制、监 测和诊断的重要手段。
(3)当代高新科技的发展对于表面微观形貌研究 提出了越来越高的要求。硅片表面粗糙度对集
成电路的电阻、电容、成品率影响很大；磁盘
表面粗糙度影响到耐磨、使用寿命、信号的读 出幅度、信噪比等；X射线元件、激光器的反 射镜窗片、同步辐射光学元件、激光陀螺元件 等都要求越来越高的表面质量。
另一束光线向上通过物镜6，投射到被测零件表面， 由被测表面反射回来，通过分光镜7、聚光镜11到反 射镜16，由16反射也进入目镜12。这样，在目镜12 的视场内可观察到这两柬光线因光程差而形成的干 涉带图形。
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若被测表面粗糙不平，干涉带即成弯曲形状如
图4-(b)。由测微目镜可读出相邻两干涉带距离