测量圆弧等曲面的表面粗糙度工具,叫测量曲面轮廓的表面粗糙度测量仪。
粗糙度仪又叫表面粗糙度仪、表面光洁度仪、表面粗糙度检测仪、粗糙度测量仪、粗糙度计、粗糙度测试仪等多种名称。它具有测量精度高、测量范围宽、操作简便、便于携带、工作稳定等特点,可以广泛应用于各种金属与非金属的加工表面的检测,该仪器是传感器主机一体化的袖珍式仪器,具有手持式特点,更适宜在生产现场使用。外形采用拉铝模具设计,坚固耐用,抗电磁干扰能力显著,符合当今设计新趋势。
应用领域
粗糙度仪的应用领域有:一、机械加工制造业,主要是金属加工制造。粗糙度仪最初的产生就是为了检测机械加工零件表面粗糙度而生的。尤其是触针式粗糙度测量仪比较适用于质地比较坚硬的金属表面的检测。如:汽车零配件加工制造业、机械零部件加工制造业等等。这些加工制造行业只要涉及到工件表面质量的,对于粗糙度仪的检测应用是必不可少的。二、非金属加工制造业,随着科技的进步与发展,越来越多的新型材料应用到加工工艺上,如陶瓷、塑料、聚乙烯,等等,现有些轴承就是用特殊陶瓷材料加工制作的,还有泵阀等是利用聚乙烯材料加工制成的。这些材料质地坚硬,某些应用可以替代金属材料制作工件,在生产加工过程中也需要检测其表面粗糙度。三、随着粗糙度仪的技术和功能不断加强和完善,以及深入的推广和应用,越来越多的行业被发现会需求粗糙度的检测,除机械加工制造外,电力、通讯、电子、,如交换机上联轴器、集成电路半导体等生产加工过程中也需粗糙度的评定,甚至人们生活中使用的文具、餐具、人的牙齿表面都要用到表面粗糙度的检验。
工作原理
针描法又称触针法。当触针直接在工件被测表面上轻轻划过时,由于被测表面轮廓峰谷起伏, 触针将在垂直于被测轮廓表面方向上产生上下移动,把这种移动通过电子装置把信号加以放大, 然后通过指零表或其它输出装置将有关粗糙度的数据或图形输出来。
采用针描法原理的表面粗糙度测量仪由传感器、驱动器、指零表、记录器和电感传感器是轮廓仪的主要部件之一,其工作原理见图2,在传感器测杆的一端装有金刚石触针,触针尖 端曲率半径r很小,测量时将触针搭在工件上,与被测表面垂直接触,利用驱动器以一定的 速度拖动传感器。由于被测表面轮廓峰谷起伏,触状在被测表面滑行时,将产生上下移动。此运动经支点使磁芯同步地上下运动,从而使包围在磁芯外面的两个差动电感线圈的电感量发生变化。图3为仪器的工作原理主框图。传感器的线圈与测量线路是直接接入平衡电桥的,线圈电感量的变化使电桥失 去平衡,于是就输出一个和触针上下的位移量成正比的信号,经电子装置将这一微弱电量的变化放大、 相敏检波后,获得能表示触针位移量大小和方向的信号。此后,将信号分成三路:一路加到指零表上, 以表示触针的位置,一路输至直流功率放大器,放大后推动记录器进行记录;另一路经滤波和平均表放大 器放大之后,进入积分计算器,进行积分计算,即可由指示表直接读出表面粗糙度Ra值。
测量纳米级曲面粗糙度的仪器叫白光干涉仪,也叫光学3D表面轮廓仪。
白光干涉仪是以白光干涉扫描技术为基础研制而成用于样品表面微观形貌检测的精密仪器。利用光波干涉原理 将被测表面的形状误差以干涉条纹图形显示出来,并利用放大倍数高的显微镜将这些干涉条纹的微观部分放大后进行测量,以得出被测表面粗糙度,可以轻松测量曲面粗糙度。
白光测量的粗糙度范围从0.1nm到10μm别。面和线粗糙度测量,可确保0.1nm的测量可靠性,不限制材质和形状。
在实际测量过程中,被测物体表面的形状可能是比较复杂的曲面,这就需要将曲面分成很多小区域,逐个进行测量来确定表面的整体形状。一般来说,曲面可以由一系列的平面或曲面所组成,每个小区域的表面形状都可以近似看作是一个平面或曲面。
1. 校准
校准是确定测量仪器的基准,校正干涉图像;需要把白光干涉仪与标准平面进行校正。一般情况下,使用平面玻璃作为标准平面,通过调节干涉仪的反射镜和位移镜等参数,使得干涉图像呈现出平直的垂直杆纹。
2. 分区
将被测曲面划分为若干个小区域,每个小区域都可以看成是一个平面或者一个曲面,需要依次进行测量。在分区之确定分区大小,一般情况下根据曲面变化情况确定分区大小,如果曲率变化较大的地方,分区可以设置得更小。
3. 测量
在分区的过程中,需要通过调整白光干涉仪的参数,使得干涉图像呈现出垂直的杆纹,然后测量每个小区域的高度信息。在测量每个小区域时,需要确定参考面,一般可以根据分区的情况选择适当的参考面,可以是标准平面或上一个分区的表面等。
针对叶片类曲面零部件,型号为W3的白光干涉仪能够在空间范围内实现曲面全自动测量功能,解决其形状不规则装夹不便、测量点分布不在同一个面、单次测量效率低的问题。
在测量曲面时需要注意以下几点:
1. 测量时需要避免强烈的光线干扰,尽量在较暗的环境中进行测量。
2. 操作时需要小心谨慎,避免干涉仪镜片受到损坏或者误差。
3. 在曲面的分区时需要合理划分大小,尤其是在曲率变化大的地方。
4. 参考面的选择需要合理考虑,避免测量误差。
5. 测量结果需要进行数据处理和修正,避免误差。