表面粗糙度测量方法综述

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摘 要：表面粗糙度会直接影响到加工零件的功能。表面粗糙度属于一种先进的测量技术放啊，也是现代化机械行业发展的重要前提。现阶段，机械行业与电子行业正在逐渐发展，因此对机械加工中的产品质量提出了更高的标准，表面粗糙度测量发挥的作用也越来越大。本文综合论述了表面粗糙度的测量，仅供参考。

关键词：表面粗糙度；测量；接触式；非接触式

表面粗糙度指的是在机械行业中，形容其表面微观形貌的一种普遍的参数。表面粗糙度可以体现加工部件表面的微观几何形状的误差。近年来，我国的机械加工也在不断进步，也促使表面粗糙度技术逐渐提高。现阶段，我国的计算机技术、激光技术在不断进步，也在一定程度上促进了粗糙度测量方式的更新，在精密加工领域发挥着越来越重要的作用。本文主要分析了几种表面粗糙度的测量方法，具体内容如下。

1 接触式测量方法

接触式测量方法指的是，在测量设备中的探测位置会直接与表面接触，可以帮助人们获取被测表面的信息。但是这种测量方式不适用于刚性强度偏高、容易发生磨损的表面。

1.1 比较测量方法

在车间普遍应用的测量方法是比较法。比较法指的是将对比粗糙度样板与被测表面进行比较，测量人员直接用手的触摸来确定表面的粗糙度，或者通过肉眼观察，也可以使用放大镜、比较显微镜来对比。通常情况下，当粗糙度评定参数值偏高时，可以运用比较法，但是很可能造成很大的误差。

1.2 印模法

印模法指的是采用一些塑性材料当做块状印模，然后将其与被测表面互相贴合，再取下时，印模上会出现表面的具体轮廓，测量人员可以开始测量印模的表面，这种方式可以获取部件的表面粗糙度。一些规模大的零件内表面测量工作无法通过设备来完成，可以使用印模法来实现。然而印模法也存在一定缺陷，它的准确性不强，而且操作过程很复杂。

1.3 触针法

触针法的另一种名称是针描法。这种方法是在被测表面上放置一根很尖的触针，测量过程中需要垂直放置，使触针做横向移动。根据被测表面的轮廓，触针会自行做垂直起伏运动。把触针所做的位移活动利用电路转变为电信号后，可以将其方法，分析与计算后就可以获取表面粗糙度的指数。触针法主要包括感应式、压电式以及电感式等几种方法。这种测量仪器具有较高的准确性与可靠性，操作简单，功能稳定，在测量过程中形成的最大的分辨力是几纳米。

但是触针法也存在一定的缺陷，而且无法通过其他方式来弥补。从理论上来说，只有当触针达到半径为零的位置时，其运动才可以准确地体现表面的真实轮廓信息。然而，针尖的面积太小，既有可能会损坏被测表面，还容易使触针的磨损程度加大，这会直接影响到测量水平与测量速度；而且，在控制测量力的过程中，不仅需要确保针头与被测表面之间的完全接触，还需要保护部件表面与针头不发生损坏。因此，精密仪器中光滑的表面，磁盘检测位置等方面都会受到阻碍，因此需要进行一些非接触式的测量工作。

2 非接触式测量方法

非接触式测量方式指的是，在被测表面没有受到损坏的情况下，间接获取表面的轮廓信息的一种测量方式。这种测量方式的优势在于可以实现被测表面与测量设备探测位置不直接接触，这样有利于维护测量设备，也在很大程度上避免了测量误差的出现。

2.1 光切法

光切法的具体含义是，运用光切原理来获取表面粗糙度的测量方式。它是指在一定角度中把一束平行光带投在表面上，光带和表面互相交叉的曲线会体现出被测表面的微观几何形状。这种方法有利于改善部件表面微小峰谷中存在的测量问题，防止直接与被测表面接触。由于它采用了光切原理，所以可测表面的轮廓峰谷的最大和最小高度，要受物镜的景深和鉴别率的限制。峰谷高度超出一定的范围，就不能在目镜视场中成清晰的真实图像，导致无法测量或者测量误差很大。但由于该方法成本低、易于操作，所以被广泛应用。

2.2 实时全息法

实时全息干涉计量术简称实时法，具有实时、全场、灵敏、非接触、非破坏、精度高等特点。激光束经分束镜后分成两路，反射的为参考光束，经M1反射后再经透镜L1扩束，经针孔后以Ur的参考光束射向全息底片H。另一路光束镜光束镜组LO后准直，以UO物光束照明工件O，最后射向全息底片H，在H位置形成被测物表面反射的全息图。全息图经显影后正确复位，在观察屏上可以实时观察干涉条纹，干涉条纹的对比度C可用下式表示。

K=exp（iO/λR）；d为物光与参考光光强之比；e为表面精糙度的均方根植；O为物光与参考光的位相差；R为被测表面中心至观察屏S的距离。用电视摄像机或光电扫描测出干涉条纹的强度分布，求出输出光强的极大值与极小值，则可以用C=（Imax-Imin）/（Imax+Imin）求出对比度C，然后用上式计算出表面粗糙度的均方根值e。上式是在假设光源具有良好的空间与时间相干性的条件时得出的对比度与表面粗糙度的关系式。

实际应用中，在表面粗糙度的均方根值在0.05μm～0.8μm范围时，式（1）有较高的准确度。由于实时法是一种单波长的测量，其缺点是粗糙度的均方根值e必须小于所采用的波长，这样就限制了这种方法的适用范围。为了克服这个缺点，提出了双波长全息干涉术，它是实时法的一种扩展形式，利用激光器发出两个或两个以上不同的波长对物体拍摄全息干涉图，相当于用一个等效波长λ=λ1λ2/|λ2-λ1|对物体进行干涉测量，扩大了测量范围。

2.3 光学传感器法

光学传感器法是在光学三角测距法的原理上提出来的，装置主要有两部分构成，有两个位置敏感探测器（PSD）和激光器组成的对称三角测距器及两个光电二极管组成的光传感器。由PSD探测到携带被测物体表面信息的光信号，输出两路信号（Td和Sc1）；光电二极管探测到的光信号后输出一路模拟电压信号（Sc2），然后利用PSD和光电二极管探测到的信号与被测物表面粗糙度的关系就可以确定被测物体表面的粗糙度。该方法采用技术较成熟的光学三角法，比较容易实现，但是测量精度不高。

2.4 新型检测法

随着三维技术逐渐引入到表面粗糙度检测中，新的仪器和检测手段也层出不穷，科技的提高是表面粗糙度测试水平进步的一大保证。为了更好的测量表面的三维现状图，就必须加强电子显微镜的测量精确度和加入三维检测技术，这是目前表面粗糙度检测技术亟待解决的问题和发展方向。如果分辨率不高就无法捕捉到工件上细微的痕迹以及细小的线纹。电动轮廓仪能够很好地满足新型检测法，灵敏度高的同时测头的尺寸正好能检测到细小的纹路。

结束语

随着现代化技术与各行业发展，表面粗糙度测量的标准也在逐渐提高。现阶段使用的测量方式无法适应测量工作的新需要，尤其是纳米技术的出现。而且计算机技术与电子技术等也为表面粗糙度测量工作奠定了技术支持。除此之外，在其他行业中，传统的抽样测量方式也无法适应现代化技术发展的需要，有关人员应该努力促进在线测量的工作。因此，表面粗糙度的测量工作仍然存在很大发展空间。

参考文献

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