测量表面粗糙度的方法

表面粗糙度常用的检测方法有：比较法、光切法、干涉法、印模法等。

1.比较法

比较法是将被测表面和表面粗糙度样板直接进行比较，两者的加工方法和材料应尽可能相同，否则将产生较大误差。可用肉眼或借助放大镜、比较显微镜比较；也可用手摸、指甲划动的感觉来判断被测表面的粗糙度。

这种方法多用于车间，评定一些表面粗糙度参数值较大的工件，评定的准确性在很大程度上取决于检验人员的经验。

2.光切法

应用“光切原理”来测量表面粗糙度的方法称之为光切法。光切法常用于测量Rz值为0.5～0.8μm的表面。常用的仪器是双管显微镜（光切显微镜）如图4-11所示。该种仪器适宜于车、铣、刨或其他类似加工方法所加工的零件平面和外圆表面。

光切法的基本原理如图4-12所示。光切显微镜由两个镜管组成，右为投射照明管，左为观察管，两个镜管轴线成90°。照明管中光源1发出的光线经过聚光镜2、光阑3及物镜4后，形成一束平行光带，这束平行光带以45°的倾角投射到被测表面，光带在粗糙不平的波峰S1和波谷S2处产生反射，S1和S2经观察管的物镜4后分别成像于分划板5的和。若被测表面微观不平度高度为h，轮廓峰、谷S1 与S2在45°截面上的距离为h1，与之间的距离是h1经物镜后的放大像，若测得，便可求出表面微观不平度高度h。

图4-11　双管显微镜

1—光源；2一立柱；3—锁紧螺钉；4—微调手轮；5—粗调手轮；6—底座；7—工作台；8—物镜组；9—测微鼓轮；10—目镜；11—照相机插座

式中　K——物镜的放大倍数。

图4-12　光切显微镜测量原理

1—光源；2—聚光镜；3—光阑；4—物镜；5—分划板；6—目镜

测量时使目镜测微器中分划板上十字线的横线与波峰对准，记录下第一个读数，然后移动十字线，使十字线的横线对准波谷，记录下第二个读数。由于分划板十字线与分划板移动方向成45°角，故两次读数的差值即为图中的H，H与的关系为

将式（4-9）代入式（4-8）得

令

则　h＝iH

式中　i——使用不同放大倍数的物镜时鼓轮的分度值，它由仪器的说明书给定。

3.干涉法

干涉法是指利用光学干涉原理来测量表面粗糙度的一种方法。常用仪器是干涉显微镜。(www.xing528.com)

图4-13是国产6JA型干涉显微镜外形图，其光学系统见图4-14。光源1发出的光线经聚光镜2和反光镜3转向，通过光阑4、5、聚光镜6投射到分光镜7上，通过分光镜7的半透半反膜后分成两束。一束光透过分光镜7，经补偿镜8、物镜9射至被测表面P2，再由P反射经原光路返回，再经分光镜7反射向目镜14。另一束光经分光镜7反射，经滤光片17、物镜10射至参考镜P1，再由P1反射回来，透过分光镜射向目镜14。两束光在目镜14的焦平面上相遇叠加。由于被测表面粗糙不平，所以这两路光束相遇后形成与其相应的起伏不平的干涉条纹，如图4-15所示。

图4-13　6JA型干涉显微镜外形图

1—目镜；2—测微鼓轮；3—照相机；6—手柄；
4、5、8、13（背面）—手轮；7—光源；9、10、11—滚花轮；12—工作台

图4-14　6JA型干涉显微镜光学系统图

1—光源；2、6、13—聚光镜；3、11、15—反光镜；4、5—光阑；7—分光镜；8—补偿镜；14—目镜；9、10、16—物镜；12—折射镜；17—滤光片

图4-15　干涉条纹

利用测微目镜，测量干涉条纹的弯曲量（即其峰谷读数差）及两相邻条纹之间的距离（它相当于半波长），即可算出相应的峰、谷高度差h。

式中　a——干涉条纹的弯曲量；

b——相邻干涉条纹的间距；

λ——光波波长。

干涉法主要用于测量表面粗糙度的Rz和Ry值，其测量范围通常为0.05～0.8μm，干涉法不适于测量非规则表面（如磨、研磨等）的Sm。

4.印模法

印模法是指用塑性材料将被测表面印模下来，然后对印模表面进行测量。

常用的印模材料有川蜡、石蜡和低熔点合金等。这些材料的强度和硬度都不高，故一般不用针触法测量它。由于印模材料不可能填满谷底，且取下印模时往往使印模波峰削平，所以测得印模的Rz值比实际略有缩小。一般需根据实验修正。

印模法适用于大尺寸零件的内表面，测量范围为Rz＝0.8～330μm。

随堂练习

常用的表面粗糙度的测量仪器有哪几种？各适合测量哪些评定参数？