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1、 东 方 电 机 年 第 期表 面 粗 糙 度 测 量 仪 原 理 分 析 及 其 改 进刘 军摘 要 本 文 分 析 了 传 统 表 面 粗 糙 度 测 量 仪 的 基 本 测 量 原 理 , 并 对 采 用 计 算 机 系统 进 行 改 进 的 方 案 进 行 了 讨 论 。关 键 词 表 面 粗 糙 度 表 面 粗 糙 度 测 量 仪 工 作 原 理 改 进引 言机 械 加 工 零 件 的 表 面 质 量 特 性 是 其 最重 要 的 特 性 之 一 , 零 件 表 面 质 量 的 检 测 在工 业 制 造 中 具 有 重 要 地 位 。 这 是 因 为 零 件表 面 粗 糙 度 与 它
2、 的 使 用 功 能 及 成 本 有 着 密切 关 系 , 而 且 它 也 是 加 工 中 控 制 质 量 的 重要 手 段 。 过 去 人 们 是 用 标 准 样 件 或 样 块 ,通 过 肉 眼 观 察 或 用 手 触 摸 , 对 表 面 粗 糙 度做 出 定 性 的 综 合 评 定 。 年 , 德 国 施 马尔 茨 首 先 对 表 面 微 观 不 平 度的 深 度 进 行 了 定 量 测 量 年 , 美 国 艾卜 特 研 制 成 功 第 一 台 生 产 现场 使 用 的 测 量 表 面 粗 糙 度 的 轮 廓 仪年 , 英 国 公 司 研 制 成 功 表 面粗 糙 度 测 量 仪 。 以
3、 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 采 用 比 较 法 、 光 切 法 、 千 涉法 、 触 针 法 和 印 模 法 等 , 而 测 量 迅 速 方 便 、测 量 精 度 较 高 、 应 用 最 为 广 泛 的 就 是 采 用触 针 法 原 理 的 表 面 粗 糙 度 测 量 仪 。 本 文 将详 细 讨 论 表 面 粗 糙 度 测 量 仪 的 原 理 及 其 改进 方 案 。, 触 针 法采 用 触 针 法 测 量 时 , 当 触 针 直 接 在 工件 被 测 表 面 轻 轻 划 过 时 , 由
4、 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 , 这 样 就 可 以 使 这种 移 动 通 过 电 子 装 置 把 信 号 加 以 放 大 , 然后 通 过 指 示 表 或 其 它 输 出 装 置 将 有 关 粗 糙度 的 数 据 或 图 形 输 出 。 触 针 式 表 面 粗 糙 度测 量 仪 按 其 传 感 器 类 型 分 为 电 感 式 、 压 电式 、 光 电 式 等 , 也 可 以 按 其 指 示 方 式 分 为 积分 式 和 连 续 移 动 式 。工 作 原 理触 针 法 表 面 粗 糙 度 测
5、 量 仪 由 传 感 器 、驱 动 箱 、 指 示 表 、 记 录 器 和 工 作 台 等 主 要 部件 组 成 , 见 图 。电 感 传 感 器 是 轮 廓 仪 的 主 要 部 件 之 一 ,其 工 作 原 理 见 图 。 从 图 可 知 , 传 感 器 测杆 一 端 装 有 金 刚 石 触 针 , 触 针 尖 端 曲 率 半 径很 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 针在 被 测 工 件 表 面 滑 行 时 ,
6、将 产 生 上 下 移 动 。此 运 动 过 程 经 过 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 , 将 触 针 微 小 的 垂 直位 移 转 换 为 成 比 例 的 电 信 号 。来 稿 时 间 年 月 东 方 电 机 年 第 期渔 鳃鳃触 针被 表 面 杠 杆图 测 量 系 统 图电 器 箱图沐沐沐 早早只只只只电 感 传 感 器 工 作 原 理 图图 为 测 量 仪 工 作 原 理 框 图 。 在 图中 , 传 感 器 的 线 圈 与 测 量 线 路 直 接 接 人 平衡
7、电 桥 , 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 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 。 信 号 分 成 三路 一 路 加 到 指 示 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 人 积 分 计
8、算 器 , 进 行 积分 计 算 , 即 可 由 指 示 表 直 接 读 出 表 面 粗 糙度 参 数 值 。图 传 统 表 面 粗 糙 度 浏 量 仪 工 作 原 理 框 图这 种 仪 器 的 测 量 范 围 为 目 一 卿 ,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 回 柱 面 、 圆 锥 面 、 球 面 、 曲 面 、 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 。测 量 不 方 便 , 如 评 定 长 度 的 选 取
9、、滤 波 器 的 选 择 等测 量 参 数 较 少 , 一 般 仅 能 测 出 、 街 等 少 量 参 数测 量 结 果 的 输 出 不 直 观 。传 统 表 面 粗 糙 度 测 仪 的 改 进传 统 表 面 粗 糙 度 测 且 仪 的 不 足传 统 表 面 粗 糙 度 测 量 仪 系 统 的 可 靠 性不 高 , 模 拟 信 号 的 误 差 较 大 , 且 不 便 于 处理 , 主 要 存 在 以 下 几 个 方 面 的 不 足测 量 精 度 较 低 , 测 量 范 围 较 小 ,值 的 范 围 一 般 为 一 林 左 右改 进 方 案为 了 克 服 传 统 表 面 粗 糙 度 测 量 仪
10、的 不足 , 应 该 采 用 计 算 机 系 统 对 其 进 行 改 进 , 其基 本 原 理 如 图 所 示 。 由 图 可 见 , 从 相敏 整 流 输 出 的 模 拟 信 号 , 经 放 大 及 电 平 转换 之 后 进 人 数 据 采 集 系 统 , 计 算 机 自 动 将 东 方 电 机 年 第 期其 采 集 的 数 据 进 行 数 字 滤 波 和 计 算 , 得 到测 量 结 果 , 测 量 结 果 及 轮 廓 图 形 在 显 示 器显 示 或 打 印 输 出 。衅衅 指 示 导导图 改 进 后 的 表 面 粗 糙 度 浏 量 仪 工 作 原 理 框 图要 采 用 计 算 机 系
11、统 对 传 统 表 面 粗 糙 度测 量 仪 进 行 改 进 , 就 要 编 制 相 应 的 计 算 机软 件 , 最 好 采 用 比 较 直 观 的 菜 单 形 式 , 可 以按 图 所 示 的 菜 单 使 用 流 程 图 编 制 软 件 。主 菜 单洲 控 侧 卜 侧 条 件 曰 星 示 结 果 曰 翰 出 结 果 曰 文 件 操 作淞淞 结 果果莱 单 使 用 流 程 框 图一 陡林皿一一劝一一比油 一 曰月一咤滚一一懂一一畔一一淀一一懂一图幽画改 进 后 的 表 面 粗 糙 度 测 皿 仪 的 功 能及 使 用 效 果由 于 采 用 计 算 机 系 统 将 模 拟 信 号 转 换为 数
12、 字 信 号 进 行 处 理 , 显 著 地 提 高 了 系 统的 可 靠 性 , 所 以 大 大 增 加 了 测 量 参 数 的 数量 , 又 提 高 了 测 量 精 度 , 并 可 使 表 面 粗 糙 度测 量 仪 的 测 量 参 数 多 达 多 个 , 测 量 范 围为 一 卜 , 可 任 选 一 倍 的 取 样 长度 作 为 评 定 长 度 , 测 量 结 果 及 图 形 在 显 示器 显 示 , 亦 可 在 打 印 机 或 绘 图 仪 上 非 常 直观 地 输 出 。 它 还 采 用 了 较 为 先 进 的 、 可 选择 的 数 字 滤 波 器 , 与 模 拟 滤 波 器 相 比 ,
13、 其 特性 更 为 准 确 , 且 不 会 有 因 元 器 件 参 数 误 差带 来 的 影 响 。改 进 后 的 表 面 粗 糙 度 测 量 仪 通 过 与 计算 机 结 合 , 大 大 加 强 了 实 验 过 程 的 直 观 性 ,这 体 现 在 以 下 两 个 方 面整 个 测 量 过 程 通 过 软 件 的 各 级 菜单 直 观 地 进 行 控 制 , 操 作 简 单 。测 量 过 程 中 , 触 针 在 被 测 表 面 滑行 的 轨 迹 动 态 地 显 示 在 计 算 机 屏 幕 上 , 测量 结 果 能 非 常 直 观 地 、 准 确 地 在 显 示 器 上 东 方 电 机 以 沁
14、 年 第 期显 示 , 并 在 打 印 机 或 绘 图 仪 上 输 出 。结 论传 统 表 面 粗 糙 度 测 量 仪 从 输 人 到 输 出全 过 程 均 为 模 拟 信 号 , 而 采 用 计 算 机 系 统对 其 进 行 改 进 后 , 通 过 模 一 数 转 换 将 模 拟量 转 换 为 数 字 量 送 人 计 算 机 进 行 处 理 , 使得 仪 器 在 测 量 参 数 的 数 量 、 测 量 精 度 、 测 量方 式 的 灵 活 性 、 测 量 结 果 输 出 的 直 观 性 等方 面 有 了 极 大 提 高 。随 着 电 子 技 术 的 进 步 , 新 型 号 的 表 面粗 糙
15、度 测 量 仪 还 可 将 表 面 粗 糙 度 、 波 纹 度及 形 状 误 差 做 三 维 处 理 , 测 量 时 在 相 互 平行 的 多 个 截 面 上 进 行 , 通 过 模 一 数 变 换 器 ,将 模 拟 量 转 换 为 数 字 量 , 输 人 计 算 机 进 行数 据 处 理 , 从 而 更 加 合 理 地 评 定 被 测 面 的表 面 粗 糙 度 。参 考 文 献廖 念 钊 等 互 换 性 与 技 术 测 量 中 国 计 量 出 版社 ,徐 孝 恩 , 朴 大 植 工 厂 精 密 计 里 指 南 中 国 计量 出 版 社 ,予 洲 曰 曰 曰 洲 曰 洲 曰 曰 曰 曰 曰 千
16、 刁 曰 ,洲 曰 曰 曰 干 个 曰 洲 曰 曰 曰 曰 洲 曰 曰 曰 曰 曰 洲 洲 曰 曰 曰 洲 今上 转 第 页结 论艺 的 应 用 、 缩 短 公 司 交 货 期 , 提 高 生 产 效 率发 挥 了 重 要 作 用 。通 过 以 上 研 究 开 发 工 作 , 我 们 成 功 地为 燃 机 转 子 槽 楔 的 数 控 机 床 加 工提 供 了 准 确 的 数 据 , 极 大 地 提 高 了 生 产 效率 , 保 证 了 转 子 槽 楔 的 顺 利 加 工 与 转 子 装配 , 确 保 了 新 工 艺 的 实 施 , 使 这 一 具 有 创 新性 的 测 试 仪 器 具 有 重 要 意 义 它 对 于 新 工参 考 文 献李 岩 , 花 国 梁 等 精 密 测 量 技 术 , 中 国 计 量 出版 社 ,王 彬 华 中 文 实 例 教 程 电 子 科 技 大 学出 版 社 , 抖
