表面粗糙度測量儀的工作原理及改進(jìn)方案
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這種儀器適用于測定0.02-10μm的Ra值，其中有少數(shù)型號的儀器還可測定更小的參數(shù)值，儀器配有各種附件，以適應(yīng)平面、內(nèi)外圓柱面、圓錐面、球面、曲面、以及小孔、溝槽等形狀的工件表面測量。測量迅速方便，測值精度高。
2 傳統(tǒng)表面粗糙度測量儀的不足
傳統(tǒng)表面粗糙度測量儀存在以下幾個方面的不足：
(1)測量參數(shù)較少，一般僅能測出Ra、Rz、Ry等少量參數(shù)；
(2)測量精度較低，測量范圍較小，Ra值的范圍一般為0.02-10μm左右；
(3)測量方式不靈活，例如：評定長度的選取，濾波器的選擇等；
(4)測量結(jié)果的輸出不直觀。
造成上述幾個方面不足的主要原因是：系統(tǒng)的可靠性不高，模擬信號的誤差較大且不便于處理等。
3 對傳統(tǒng)表面粗糙度測量儀的改進(jìn)
3.1 傳統(tǒng)表面粗糙度測量儀的改進(jìn)方案
為了克服傳統(tǒng)表面粗糙度測量儀的不足，應(yīng)該采用計算機(jī)系統(tǒng)對其進(jìn)行改進(jìn)。例如，英國蘭克精密機(jī)械有限公司制造的“泰呂塞夫(TALYSURF)”10型和我國哈爾濱量具刃具廠制造的2205型表面粗糙度測量儀就采用了計算機(jī)系統(tǒng)，使其性能較之傳統(tǒng)表面粗糙度測量儀有極大的提高。其基本原理如圖4所示，從相敏整流輸出的模擬信號，經(jīng)過放大及電平轉(zhuǎn)換之后進(jìn)入數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，計算機(jī)自動地將其采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)字濾波和計算，得到測量結(jié)果，測量結(jié)果及輪廓圖形在顯示器顯示或打印輸出。
圖4 改進(jìn)后的表面粗糙度測量儀工作原理框圖
圖5 菜單使用流程框圖
由于采用計算機(jī)系統(tǒng)，將模擬信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號進(jìn)行靈活的處理，顯著地提高了系統(tǒng)的可靠性，所以既大大增加了測量參數(shù)的數(shù)量，又提高了測量精度。例如：哈爾濱量具刃具廠制造的2205型表面粗糙度測量儀的測量參數(shù)多達(dá)二十六個，測量范圍為0.001～50μm，可任選1～5倍的取樣長度作為評定長度，測量結(jié)果及圖形在顯示器、打印機(jī)或繪圖儀上非常直觀地輸出來。它還采用了較為先選的可選擇的數(shù)字濾波器，它與模擬濾波器相比其特性更為準(zhǔn)確，且不會有元器件參數(shù)誤差帶來的影響。
另一方面，若在表面粗糙度測量儀測量實(shí)驗(yàn)的教學(xué)過程中引入改進(jìn)后的表面粗糙度測量儀，就實(shí)驗(yàn)的直觀教學(xué)功能而言，也很有意義。改進(jìn)后的電動輸廓儀，通過計算機(jī)軟件與硬件的結(jié)合(尤其是軟件)大大加強(qiáng)了實(shí)驗(yàn)過程的直觀性，這體現(xiàn)在以下幾個方面：
(1)整個實(shí)驗(yàn)過程非常直觀地通過軟件的各級菜單進(jìn)行控制。操作簡單、一目了然。
(2)輸入與顯示同步，即在測量進(jìn)行過程的同時，觸針在被測表面上滑行的軌跡動態(tài)地顯示在計算機(jī)屏幕上。
(3)測量結(jié)果及相關(guān)圖形能非常直觀地、準(zhǔn)確地輸出在顯示器、打印機(jī)或繪圖儀上。
很顯然，以上這些直觀的教學(xué)效果是其它傳統(tǒng)的表面粗糙度測量實(shí)驗(yàn)方法所不具備的。它在得到正確的測量結(jié)果的同時，還充分運(yùn)用了直觀教學(xué)的原理，幫助學(xué)生加深對表面粗糙度的概念及其各種參數(shù)的直觀理解。
4 結(jié) 語
(1)傳統(tǒng)的表面粗糙度測量儀由傳感器、驅(qū)動器、指零表、記錄器和工作臺等主要部件組成，從輸入到輸出全過程均為模擬信號。而在傳統(tǒng)的表面粗糙度測量儀的基礎(chǔ)上，采用計算機(jī)系統(tǒng)對其進(jìn)行改進(jìn)后，通過模-數(shù)轉(zhuǎn)換將模擬量轉(zhuǎn)換為數(shù)字量送入計算機(jī)進(jìn)行處理，使得儀器在測量參數(shù)的數(shù)量、測量精度、測量方式的靈活性、測量結(jié)果輸出的直觀性等方面有了極大的提高。
(2)從前面的分析知，整個改進(jìn)方案并不復(fù)雜，因此對于目前仍廣泛使用的傳統(tǒng)的表面粗糙度測量儀的改進(jìn)具有一定的意義。
(3)隨著電子技術(shù)的進(jìn)步，某些型號的表面粗糙度測量儀還可將表面粗糙度的凹凸不平作三維處理，測量時在相互平行的多個截面上進(jìn)行，通過模-數(shù)變換器，將模擬量轉(zhuǎn)換為數(shù)字量，送入計算機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，記錄其三維放大圖形，并求出等高線圖形，從而更加合理的評定被測面的表面粗糙度。
參考文獻(xiàn)：
［1］ 廖令釗等.互換性與技術(shù)測量［M］.北京：中國計量出版社，1991.
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