表面粗糙度测量仪的工作原理及改进方案

2013-07-31 14:40:28来源: 21ic 关键字:表面粗糙度  测量仪  计算机
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“泰吕塞夫(TALYSURF)”。以后,各国又相继研制出多种测量表面粗糙度的仪器。目前,测量表面粗糙度常用的方法有:比较法、光切法、干涉法、针描法和印模法等,而测量迅速方便、测值精度较高、应用最为广泛的就是采用针描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

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。
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关键字:表面粗糙度  测量仪  计算机

编辑:什么鱼 引用地址:http://www.eeworld.com.cn/Test_and_measurement/2013/0731/article_7620.html
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