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便携式粗糙度测量仪结构图及工作原理
便携式粗糙度测量仪结构图及工作原理
表面粗糙度是机械零件的一个主要几何精度指标,它直接影响机器或仪器的使用性能和使用寿命。目前在生产现场主要是靠目测或触摸对比样板的办法来估计,而计量室中常用光切显微镜,干涉显微镜及电动轮廓仪,由于其结构和性能所限,难以实现现场主动测量,而且工作效率不高。

利用光纤测量表面粗糙度具有如下特点: ①属于非接触式测量方法,有利于保护精加工表面的完整性,不致于划伤被测表面;②应用最新计算机及电子技术实现仪器的小型化,可对不同加工方法或不同材料的零件表面进行测量,直接显示轮廓算术平均偏差 Ra值;③既适合于加工后的现场批量检验,也适合于流动性强的抽检,工作效率高;④不受环境杂散光影响,抗电磁干扰性能好



 

测量原理如图 1所示,当一束光线以θ角入射到物体表面时,将产生反射现象,如果表面是理想光滑的,则只有镜面反射。因此空间某个角度反射光能的变化可以反映表面粗糙度的特性。从镜反射方向来看 ,表面越粗糙,反射光能也越小,从而可根据它的变化来测量表面粗糙度。



 

硬件结构基于上述原理设计的小型便携式光纤表面粗糙度测量仪由光纤传感器及单片机系统两部分组成,其结构框图如图 2所示。
便携式表面粗糙度仪结构及工作原理
便携式表面粗糙度仪结构及工作原理
表面粗糙度 ( surface roughness) 是表面微观几何形状误差,对于零件的使用性能 ( 如摩擦和磨损、 配合性质、 疲劳强度、接触刚度、 耐腐蚀性和结合密封性等) 及零件的几何测量精度都有较大影响[1-2]。目前对于表面粗糙度的测量技术和设备已经有了非常大的发展, 常用的方法有:比较法、 光切法、 干涉法、针描法和光点扫描法等, 都得到了广泛的应用[3]。但是存在设备体积和测量精度无法同时兼顾, 难于满足工业现场对表面粗糙度快速高精度的测量评定要求 .

便携式表面粗糙度仪吸取了传统触针式电动轮廓仪的结构优点,  设计了传感器驱动装置和仪器的整体结构,  突出了仪器的便携式要求。测量时, 传感器在驱动机构的带动下,  沿着被测表面按规定取样长度作匀速运动,  传感器的触针随着被测表面的微观起伏上下运动,  触针的位移被转换为传感器线圈电感量的变化,以电压形式输出,  经过信号调理电路处理后,  送到 A/D 转换器,  所得数据送到 ARM 处理器进行数据处理。系统工作原理如图1 所示。图1系统工作原理图 。



便携式表面粗糙度仪的硬件设计测量仪的硬件电路按具体功能分为以下几个模块:电源电路、 传感器信号激励电路、 模拟信号调理电路、 电机驱动系统和主处理器系统,  其中主处理器系统包括:键盘电路、液晶显示驱动接口、 小型打印机驱动接口、 RS232 串行通信接口等。传感器工作时得到的电信号经过模拟信号调理电路放大、 检波及滤波等处理后,  送到A/D 转换器转换成数字信号,  再由主处理器对数据进行不同的数字滤波处理,  通过计算,  分别得到粗糙度参数、 波纹度参数和原始轮廓参数。
旋转体圆柱表面粗糙度如何测量?
旋转体圆柱表面粗糙度如何测量?
接触法测量方式的粗糙度仪是目前工程表面测量中应用最为广泛的一种。一般接触式粗糙度仪都是测量平面或者近似直线的微小平面,而对于旋转体表面进行切向测量的比较少。在实际应用中,很多工件的重要工作表面都是曲面,这些曲面的表面特征对使用性能有着非常重要的作用。这就要求粗糙度仪具有测量平面和曲面等多种表面(或沿多个方向测量)的功能。特别是对一些轴向加工或由特种工艺形成的圆柱曲面而言,只进行单纯轴向的测量显然不符合工程的要求,还必须对原有的粗糙度仪进行技术改造,使其具有沿圆周切向测量的能力。为此,研制具有测量圆弧或圆柱表面能力的粗糙度仪非常必要。

表面粗糙度的测量是一个随机的动态过程。在对表面粗糙度测量的研究中,假设粗糙度纹理是各向同性的,也就是说,无论测量的方向如何,表面都有相同的微观几何性质。而事实上,大多数机械加工过程产生的表面都具有很强的方向性。工程上认为,测量的主方向应当垂直于加工纹理,就是加工痕迹的线条方向。纹理的种类有平行、垂直、相交、多重方向、微粒状、圆形、放射状等。

 



 

因此对由不同加工方法获得的表面,其粗糙度的测量应该区别对待。如图1所示为不同加工方式所形成的轴的局部表面放大图。 显然加工方法不同,所成型零件的表面粗糙度波形完全不一样。为保证测量精度,对于特种加工成型的金属零件,在其表面粗糙度的测量中设计旋转式工作台,使测量方向沿圆柱曲面的圆周切线方向。

误 差

对回旋体表面进行测量过程中,既要考虑表面粗糙度误差,表面波度、圆度、圆柱度等形位误差,也要考虑零件和测头的安装误差和旋转工作台的旋转误差等。

安装误差

测量零件以圆柱体为主,一定要考虑工件安装的偏心误差和测头安装误差等。圆柱轴线安装偏心e引起的误差为:refe2sin22φ=其中φ为测点半径与x坐标轴的夹角。测头安装偏离圆柱体轴线(偏角β)引起的误差为:()rfpΔ≈22β其中Δr为测头装偏引起的半径变化量。
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