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【转帖】表面粗糙度仪的工作原理

  • 莞城.XiShui
    2011/06/01
  • 私聊

其他仪器综合讨论

  • 表面粗糙度仪的工作原理


    引 言表面质量的特性是零件最重要的特性之一,在计量科学中表面质量的检测具有重要的地位。最早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。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)研制成功第一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1 传统表面粗糙度测量仪的工作原理1.1 针描法针描法又称触针法。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。1.2 仪器的工作原理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、记录器和工作台等主要部件组成,见图1。

    图1 测量系统图 图2 电感传感器工作原理图

    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。

    图3 传统表面粗糙度测量仪工作原理框图

    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以下的低频信号顺利通过,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0.02-102 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)测量参数较少,一般仅能测出Ra、Rz、Ry等少量参数;(2)测量精度较低,测量范围较小,Ra值的范围一般为0.02-10(3)测量方式不灵活,例如:评定长度的选取,滤波器的选择等;(4)测量结果的输出不直观。造成上述几个方面不足的主要原因是:系统的可靠性不高,模拟信号的误差较大且不便于处理等。3 对传统表面粗糙度测量仪的改进3.1 传统表面粗糙度测量仪的改进方案为了克服传统表面粗糙度测量仪的不足,应该采用计算机系统对其进行改进。例如,英国兰克精密机械有限公司制造的“泰吕塞夫(TALYSURF)

    图4 改进后的表面粗糙度测量仪工作原理框图

    要采用计算机系统对传统的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。可以按如图5所示的菜单使用流程图编制软件:

    图5 菜单使用流程框图

    3.2 改进后的表面粗糙度测量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字信号进行灵活的处理,显著地提高了系统的可靠性,所以既大大增加了测量参数的数量,又提高了测量精度。例如:哈尔滨量具刃具厂制造的2205型表面粗糙度测量仪的测量参数多达二十六个,测量范围为0.001~50另一方面,若在表面粗糙度测量仪测量实验的教学过程中引入改进后的表面粗糙度测量仪,就实验的直观教学功能而言,也很有意义。改进后的电动输廓仪,通过计算机软件与硬件的结合(尤其是软件)大大加强了实验过程的直观性,这体现在以下几个方面:(1)整个实验过程非常直观地通过软件的各级菜单进行控制。操作简单、一目了然。(2)输入与显示同步,即在测量进行过程的同时,触针在被测表面上滑行的轨迹动态地显示在计算机屏幕上。(3)测量结果及相关图形能非常直观地、准确地输出在显示器、打印机或绘图仪上。很显然,以上这些直观的教学效果是其它传统的表面粗糙度测量实验方法所不具备的。它在得到正确的测量结果的同时,还充分运用了直观教学的原理,帮助学生加深对表面粗糙度的概念及其各种参数的直观理解。4 结 语(1)传统的表面粗糙度测量仪由传感器、驱动器、指零表、记录器和工作台等主要部件组成,从输入到输出全过程均为模拟信号。而在传统的表面粗糙度测量仪的基础上,采用计算机系统对其进行改进后,通过模-数转换将模拟量转换为数字量送入计算机进行处理,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的提高。(2)从前面的分析知,整个改进方案并不复杂,因此对于目前仍广泛使用的传统的表面粗糙度测量仪的改进具有一定的意义。(3)随着电子技术的进步,某些型号的表面粗糙度测量仪还可将表面粗糙度的凹凸不平作三维处理,测量时在相互平行的多个截面上进行,通过模-数变换器,将模拟量转换为数字量,送入计算机进行数据处理,记录其三维放大图形,并求出等高线图形,从而更加合理的评定被测面的表面粗糙度。


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  • yuduoling

    第1楼2011/06/01

    感觉象一篇论文,多谢分享

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  • 莞城.XiShui

    第2楼2011/06/02

    表面粗糙度测量仪由传感器、驱动器、指零表、记录器和工作台等主要部件组成,从输入到输出全过程均为模拟信号

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  • ccvvie

    第3楼2011/08/03

    TR200手持式粗糙度仪

    TR200性能特点
    机电一体化设计,体积小巧,方便携带,适用于现场测量

    多参数测量,可测量多种机加工零件的表面粗糙度

    高精度电感传感器

    符合ISO和GB标准,兼容DIN、ANSI、JIS标准

    流行的菜单操作方式

    128×64点阵LCD液晶显示器可以显示测量参数及图形

    传感器触针位置指示

    具有示值校准功能

    高品质锂离子充电电池

    标准RS232接口,可与PC机通讯

    可连接专用打印机,现场打印

    测量原理
    当测量工件表面粗糙度时,将传感器放在工件被测表面上,由仪器内部的驱动机构带动传感器沿被测表面做等速滑行,传感器通过内置的锐利触针感受被测表面的粗糙度,此时工件被测表面的粗糙度引起触针产生位移,该位移使传感器电感线圈的电感量发生变化,从而在相敏整流器的输出端产生与被测表面粗糙度成正比的模拟信号,该信号经过放大及电平转换之后进入数据采集系统,DSP芯片将采集的数据进行数字滤波和参数计算,测量结果在液晶屏幕上显示,并可在打印机上输出,亦可与PC机进行通讯。

    TR200主要技术参数
    测量参数 Ra、Rz、Ry、Rq、Rp、Rv、Rt、R3z、Rmax、RSk、RS、RSm、Rmr

    测量范围 Ra:0.025μm~12.5μm

    显示范围 Ra、Rq:0.005μm~16μm;Rz、Ry、Rp、Rv、Rt、Rmax、R3z:0.02μm~160μm;RSm、RS:1mm;Rmr:0~100%(%Rt); RSk:0~100%

    量程范围 ±20μm、±40μm、±80μm、自动 [可选]

    最高显示分辨率 0.001μm

    滤波方式 RC、PC-RC、GAUSS、D-P

    取样长度L 0.25mm、0.8mm、2.5mm、自动 [可选]

    评定长度Ln 1L~5L(L为取样长度) [可选]

    测量行程长度 3L~7L(L为取样长度)

    最大驱动行程长度 17.5mm/0.71inch

    最小驱动行程长度 1.3mm/0.052inch

    驱动速度Vt 测量时,L=0.25mm,Vt=0.135mm/s; L=0.8mm,Vt=0. 5mm/s; L=2.5mm,Vt=1mm/s;返回时,Vt=1mm/s

    示值误差 ≤±10%

    示值变动性 ≤6%

    触针针尖角度 90°

    触针测力 4mN(400mgf)

    针尖圆弧半径 5μm

    导头纵向半径 45mm

    数据通讯接口 标准RS232串行接口

    电 源 6V/800mA高品质锂离子充电电池,连续工作时间大于20小时

    工作环境 温度:0~40℃;相对湿度:<90%

    外型尺寸 140mm×52mm×48mm

    重 量 440克

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