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粗糙度儀的使用方法原理

粗糙度儀的使用方法原理

发布时间:2018-07-06 11:02????浏览量:

傳統表面粗糙度測量儀的工作原理 
1.1 儀器的工作原理 
    采用針描法原理的表面粗糙度測量儀由傳感器、驅動器、指零表、記錄器和工作台等主要部件組成。
電感傳感器是輪廓儀的主要部件之一,其工作原理見圖2,在傳感器測杆的一端裝有金剛石觸針,觸針尖端曲率半徑r很小,測量時將觸針搭在工件上,與被測表面垂直接觸,利用驅動器以一定的速度拖動傳感器。由于被測表面輪廓峰谷起伏,觸狀在被測表面滑行時,將産生上下移動。此運動經支點使磁芯同步地上下運動,從而使包圍在磁芯外面的兩個差動電感線圈的電感量發生變化。
   傳感器的線圈與測量線路是直接接入平衡電橋的,線圈電感量的變化使電橋失去平衡,于是就輸出一個和觸針上下的位移量成正比的信號,經電子裝置將這一微弱電量的變化放大、相敏檢波後,獲得能表示觸針位移量大小和方向的信號。此後,將信號分成三路:一路加到指零表上,以表示觸針的位置,一路輸至直流功率放大器,放大後推動記錄器進行記錄;另一路經濾波和平均表放大器放大之後,進入積分計算器,進行積分計算,即可由指示表直接讀出表面粗糙度Ra值。
   指零表的作用反映鐵芯在差動電感線圈中所處的位置。當鐵芯處于差動電感線圈的中間位置時,指零表指針指示出零位,即保證處于電感變化的線性範圍之內。所以,在測量之前,必須調整指零表,使其處于零位。噪聲濾波的目的在于剔除一些幹擾信號,如電氣元件的噪聲所引起的虛假信號。大量的測試表明,高于 400Hz的信號即不是被測表面粗糙度所引的信號,必須從總信號中加以剔除。所以噪聲濾波器是一種低通(低頻能通過)濾波器,它使400Hz以下的低頻信號順利通過,而將400Hz以上的高頻信號迅速衰減,從而達到濾波的目的。波度濾波的目的則是用以濾掉距大于取樣長度的波度,因此它是一個高通(高頻能通過)濾波器,使表面粗糙度所引起的高頻(相對于波度引起的低頻而言)信號能自由通過。
   經過噪聲濾波和波度濾波以後,剩下來的就是與被測表面粗糙度成比例的信號,再經平均表放大器後,所輸出的電流I與被測表面輪廓各點偏離中線的高度y的絕對值成正比,然後經積分器完成 的積計算,得出Ra值,由指零表顯示出來。
   這種儀器適用于測定0.02-10μm的Ra值,其中有少數型號的儀器還可測定更小的參數值,儀器配有各種附件,以適應平面、內外圓柱面、圓錐面、球面、曲面、以及小孔、溝槽等形狀的工件表面測量。測量迅速方便,測值精度高。


 

粗糙度儀的使用方法原理


 

1.2 針描法 
   針描法又稱觸針法。當觸針直接在工件被測表面上輕輕劃過時,由于被測表面輪廓峰谷起伏,觸針將在垂直于被測輪廓表面方向上産生上下移動,把這種移通過電子裝置把信號加以放大,然後通過指零表或其它輸出裝置將有關粗糙度的數據或圖形輸出來。


傳統表面粗糙度測量儀的不足 
傳統表面粗糙度測量儀存在以下幾個方面的不足: 
(1)測量結果的輸出不直觀。

(2)測量參數較少,一般僅能測出Ra、Rz、Ry等少量參數;


(3)測量方式不靈活,例如:評定長度的選取,濾波器的選擇等;

(4)測量精度較低,測量範圍較小,Ra值的範圍一般爲0.02-10μm左右; 
 
    造成上述幾個方面不足的主要原因是:系統的可靠性不高,模擬信號的誤差較大且不便于處理等。


對傳統表面粗糙度測量儀的改進 
3.1 傳統表面粗糙度測量儀的改進方案 
   爲了克服傳統表面粗糙度測量儀的不足,應該采用計算機系統對其進行改進。例如,英國蘭克精密機械有限公司制造的“泰呂塞夫(TALYSURF)”10型和我國哈爾濱量具刃具廠制造的2205型表面粗糙度測量儀就采用了計算機系統,使其性能較之傳統表面粗糙度測量儀有極大的提高。其基本原理如圖4所示,從相敏整流輸出的模擬信號,經過放大及電平轉換之後進入數據采集系統,計算機自動地將其采集的數據進行數字濾波和計算,得到測量結果,測量結果及輪廓圖形在顯示器顯示或打印輸出。
   要采用計算機系統對傳統的表面粗糙度測量儀進行改進,就要編制相應的計算機軟件,zui好采用比較直觀的菜單形式。可以按如圖5所示的菜單使用流程圖編制軟件:
3.2 改進後的天津粗糙度測量儀的功能及使用效果 

   由于采用計算機系統,將模擬信號轉換爲數字信號進行靈活的處理,顯著地提高了系統的可靠性,所以既大大增加了測量參數的數量,又提高了測量精度。例如:哈爾濱量具刃具廠制造的2205型表面粗糙度測量儀的測量參數多達二十六個,測量範圍爲0.001~50μm,可任選1~5倍的取樣長度作爲評定長度,測量結果及圖形在顯示器、打印機或繪圖儀上非常直觀地輸出來。它還采用了較爲先選的可選擇的數字濾波器,它與模擬濾波器相比其特性更爲准確,且不會有元器件參數誤差帶來的影響。
   另一方面,若在表面粗糙度儀測量實驗的教學過程中引入改進後的表面粗糙度儀,就實驗的直觀教學功能而言,也很有意義。改進後的電動輸廓儀,通過計算機軟件與硬件的結合(尤其是軟件)大大加強了  實驗過程的直觀性,這體現在以下幾個方面:
(1)測量結果及相關圖形能非常直觀地、准確地輸出在顯示器、打印機或繪圖儀上。 

(2)整個實驗過程非常直觀地通過軟件的各級菜單進行控制。操作簡單、一目了然。 
(3)輸入與顯示同步,即在測量進行過程的同時,觸針在被測表面上滑行的軌迹動態地顯示在計算機屏幕上。 
很顯然,以上這些直觀的教學效果是其它傳統的表面粗糙度測量實驗方法所不具備的。它在得到正確的測量結果的同時,還充分運用了直觀教學的原理。

表面粗糙度儀的工作原理表面質量的特性是零件zui重要的特性之一,在計量科學中表面質量的檢測具有重要的地位。zui早人們是用標准樣件或樣塊,通過肉眼觀察或用手觸摸,對表面粗糙度做出定性的綜合評定。
1929年德国的施马尔茨(g.schmalz)首先对表面微观不平度的深度进行了定量测量。1936年美国的艾卜特(e.j.abbott)研制成功*台车间用的测量表面粗糙度的轮廓仪。1940年英国taylor-hobson公司研制成功表面粗糙度测量仪 “泰吕塞夫(talysurf)”。以后,各国又相继研制出多种测量表面粗糙度的仪器。目前,测量表面粗糙度常用的方法有:比较法、光切法、干涉法、针描法和印模法等,而测量迅速方便、测值精度较高、应用zui为广泛的就是采用針描法原理的表面粗糙度测量仪。
本文將詳細討論表面粗糙度測量儀的原理及其改進方案。
1 傳統表面粗糙度測量儀的工作原理
1.1 針描法針描法又稱觸針法。
當觸針直接在工件被測表面上輕輕劃過時,由于被測表面輪廓峰谷起伏,觸針將在垂直于被測輪廓表面方向上産生上下移動,把這種移通過電子裝置把信號加以放大,然後通過指零表或其它輸出裝置將有關粗糙度的數據或圖形輸出來。
1.2 仪器的工作原理采用針描法原理的表面粗糙度測量儀由傳感器、驅動器、指零表、記錄器和工作台等主要部件組成。
電感傳感器是輪廓儀的主要部件之一,其工作原理見圖2,在傳感器測杆的一端裝有金剛石觸針,觸針尖端曲率半徑r很小,測量時將觸針搭在工件上,與被測表面垂直接觸,利用驅動器以一定的速度拖動傳感器。由于被測表面輪廓峰谷起伏,觸狀在被測表面滑行時,將産生上下移動。此運動經支點使磁芯同步地上下運動,從而使包圍在磁芯外面的兩個差動電感線圈的電感量發生變化。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。指零表的作用反映铁芯在差动电感线圈中所处的位置。当铁芯处于差动电感线圈的中间位置时,指零表指针指示出零位,即保证处于电感变化的线性范围之内。所以,在测量之前,必须调整指零表,使其处于零位。噪声滤波的目的在于剔除一些干扰信号,如电气元件的噪声所引起的虚假信号。大量的测试表明,高于400hz的信号即不是被测表面粗糙度所引的信号,必须从总信号中加以剔除。所以噪声滤波器是一种低通(低频能通过)滤波器,它使400hz以下的低频信号順利通过,而将400hz以上的高频信号迅速衰减,从而达到滤波的目的。波度滤波的目的则是用以滤掉距大于取样长度的波度,因此它是一个高通(高频能通过)滤波器,使表面粗糙度所引起的高频(相对于波度引起的低频而言)信号能自由通过。经过噪声滤波和波度滤波以后,剩下来的就是与被测表面粗糙度成比例的信号,再经平均表放大器后,所输出的电流i与被测表面轮廓各点偏离中线的高度y的绝对值成正比,然后经积分器完成的积计算,得出 ra值,由指零表显示出来。这种仪器适用于测定0.02-10μm的ra值,其中有少数型号的仪器还可测定更小的参数值,仪器配有各种附件,以适应平面、内外圆柱面、圆锥面、球面、曲面、以及小孔、沟槽等形状的工件表面测量。测量迅速方便,测值精度高。2 传统表面粗糙度测量仪的不足传统表面粗糙度测量仪存在以下几个方面的不足:
(1)測量精度較低,測量範圍較小,ra值的範圍一般爲0.02-10μm左右;(2)測量參數較少,一般僅能測出ra、rz、ry等少量參數;
(3)測量結果的輸出不直觀。造成上述幾個方面不足的主要原因是:系統的可靠性不高,模擬信號的誤差較大且不便于處理等。
(4)測量方式不靈活,例如:評定長度的選取,濾波器的選擇等;

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