互换性实验报告

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互换性与测量技术基础之

表面粗糙度测量

专业：机械设计制造及其自动化1105班

姓名：高朋

学号：11041504

2013年12月17日

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目录

互换性与测量技术基础之表面粗糙度测量............................................1

一．实验目的......................................................................................3

二．实验用具......................................................................................3

三．实验内容....................................................................................3

（1）用表面粗糙度样板确定Ra值。......................................3

（2）用RM-20袖珍式表面粗糙度仪检测。...........................3

(3)用TR220手持式粗糙度仪，测量Ra、Ry、Rz。................6

四．数据处理....................................................................................7

五．实验感悟与体会........................................................................9

六．上网研究....................................................................................9

七.我的创新.....................................................................................13

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一．实验目的

1、掌握表面粗糙度检测常用仪器的原理与使用方法。

2、加深对参数Ra、Rz、Ry的理解。

二．实验用具

样板、RM-20袖珍式表面粗糙度仪、TR220手持式粗糙度仪、信号

采集系统、PC机

三．实验内容

（1）用表面粗糙度样板确定Ra值

比较法：将被测表面粗糙度样板直接进行比较。

前提：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，

用肉眼或借助于放大镜等比较，也可以手摸，指甲划动的感觉来判断

被测表面的粗糙度（指比较粗糙的工件）。样板不能用手乱摸，防止

生锈。

这种方法一般多用于车向或评定Ra值较大的工件。评定的准确性很

多程度上取决于检验人员的经验。

（2）用RM-20袖珍式表面粗糙度仪检测

材料：碳化硅

加工方法：电火花

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注意事项：指定样件，指定表面才能使用该仪器，粗糙面严紧使用，

否则损坏一起。Ra最大只能测15um。

图1RM-20袖珍型表面粗糙度仪

RM-20袖珍型表面粗糙度仪的使用方法：

A.开机

打开电源开关，电源接通，屏幕显示为0.

B.功能选择

如果需要选择测量参数Rz，将手指轻触图一中3键，屏幕左上

角将会有Rz字样的显示，表明现在切换为测量Rz模式。

如果需要选择取样长度，将手指轻按图一中4键，屏幕右方将会

有取样长度示数的变化，再轻触4键，取样长度示数会再次发生变化，

再轻触4键，屏幕将循环到最初形式。

C.参数选择

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如果需要选择测量参数Ra，将手指轻触图1中3键，如果需要

选择测量参数Rz，将手指轻触图1中3键，屏幕将显示Rz值，再直

接按3键，屏幕将回到Ra值。如果需要选择取样长度，将手指轻触

图1中4键，若此时的取样长度为0.25mm,再次按此功能键，长度变

为0.8mm，再一次则为2.5mm，然后再回到0.25mm。取样长度的选

择根据工件表面质量来选取相应的取样长度。各取样长度对应的范围

如下：

0.25mmRa0.05-0.15（µm）

0.8mmRa0.1-2.5(µm)

2.5mmRa6.0-15.0(µm)

D.启动、运行和运行结束

将仪器▼||▼对准被测工件表面，用说指轻按1键，传感器开始

移动，屏幕自动记录表面粗糙度的数值，待传感器返回开始位置，运

行结束，即可开始下次测量。

注：运行结束前，仪器不会响应再次测量的命令，完整的测量结

束后，才允许进行下次操作。

E.充电

当开机后或测量过程中，液晶屏出现闪烁现象，说明电池电压低

于工作电压下限，应予充电。方法是：关掉电源开关，插上插头，充

电10-15小时，即可使用

F.溢出显示

在液晶屏上出现’F’时，说明被测量工件的Ra值较小，超出

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了取样范围的测量范围，应依次选择2.5-0.8-0.25进行测量，如果出

现倒F，说明被测量工件的Ra值较大，应选择0.25-0.8-2.5。

G.校核

仪器使用一段时间后，要求用随机配置的样块进行校对。其值若

在随机样块值+-%12内，这可以使用，若不在，这应该回场校。

(3)用TR220手持式粗糙度仪，测量Ra、Ry、Rz

测量原理：测量工件表面粗糙度时，将传感器放在被测工件

表面，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，

使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

圈内电感量发生变化从而在机敏整电流器的输出端产生与被测表

面粗糙度成比例的模拟信号，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据滤波和参数计

算，测量结果在液晶显示屏上读出，可以存储，也可以在打印机

上输出，还可以与PC机进行通讯。

注意：触针不能用手触摸，保护套管不能用手随便碰。

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TS100传感器结构图

操作步骤：

A.开机，按下电源键。

B.（a）查电压

(b)擦干净被测表面

(b)检查仪器是否正确、平稳放在被测表面

(c)传感器的运行轨迹必须垂直于被测工件表面的加工纹理方向

C.零位调整。

轻按回车键，显示当前触针的相对位置。通过初调，微调保证触

针在零点位置。

D.计量条件选择。

取样长度2.5mm评定长度5mm量程±80um

E.与磁性表架连可以在线采集。

四．数据处理

【实验1】

将样品与样板比较得：

材料加工方法表面纹络粗糙度

试件一45号钢立铣弧形纹络Ra6.3

试件二45号钢车削直线纹络Ra3.2

【实验2】

材料：碳化硅

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加工方法：电火花加工

表一RM-20袖珍型表面粗糙度仪测量粗糙度数据记录表

Ra/Rz

样品编号

Ra/µmRz/µm

取样长度/mm

14.028.32.5

24.332.22.5

33.326.22.5

43.019.72.5

53.519.82.5

65.135.22.5

【实验3】

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图3仪器测得样件表面粗糙度滤波轮廓

五．实验感悟与体会

在本次试验中我主要认识了几种测量样件粗糙度的仪器和方法，

也对不同加工方法加工出来的样件表面纹络有了初步的认知，基本能

通过与样板的对比认出所对应的粗糙度值。另外董老师认真维护仪器

的态度也是令我十分值得学习的，这是一种严谨的习惯，对科学的尊

重。

此外，老师一直强调创造技法的重要性，通过举例几位老师在条

件不允许的情况下做出精密测量粗糙度的精密仪器，并应用于实践

中，在科学论文中得到很好的应用。这是对我们的一种实体激励，时

刻提醒着我们保持对创新的热爱，应用创新解决问题，带着问题去学

习，通过解决问题得到提高，设法将设想变为现实。

谢谢老师的指导，我一定会在学习中一直保持激情，在学习中思

考。

六．上网研究

1.表面粗糙度的检测方法

（1）比较法

将表面粗糙度比较样块（简称样块，图1）根据视觉和触觉与被

测表面比较，判断被测表面粗糙度相当于那一数值，或测量其反射光

强变化来评定表面粗糙度(见激光测长技术)。样块是一套具有平面或

圆柱表面的金属块，表面经磨、车、镗、铣、刨等切削加工，电铸或

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其他铸造工艺等加工而具有不同的表面粗糙度。有时可直接从工件中

选出样品经过测量并评定合格后作为样块。利用样块根据视觉和触觉

评定表面粗糙度的方法虽然简便，但会受到主观因素影响，常不能得

出正确的表面粗糙度数值。

（2）触针法

利用针尖曲率半径为2微米左右的金刚石触针沿被测表面缓慢

滑行，金刚石触针的上下位移量由电学式长度传感器转换为电信号，

经放大、滤波、计算后由显示仪表指示出表面粗糙度数值，也可用记

录器记录被测截面轮廓曲线。一般将仅能显示表面粗糙度数值的测量

工具称为表面粗糙度测量仪（见彩图），同时能记录表面轮廓曲线的

称为表面粗糙度轮廓仪（简称轮廓仪，图2。这两种测量工具都有电

子计算电路或电子计算机，它能自动计算出轮廓算术平均偏差Rα，

微观不平度十点高度RZ，轮廓最大高度Ry和其他多种评定参数，测

量效率高，适用于测量Rα为0.025～6.3微米的表面粗糙度。

（3）光切法

光线通过狭缝后形成的光带投射到被测表面上，以它与被测表面

的交线所形成的轮廓曲线来测量表面粗糙度（图3）。由光源射出的

光经聚光镜、狭缝、物镜1后，以45°的倾斜角将狭缝投影到被测

表面，形成被测表面的截面轮廓图形，然后通过物镜2将此图形放

大后投射到分划板上。利用测微目镜和读数鼓轮（图中未示）先读出

h值，计算后得到H值。应用此法的表面粗糙度测量工具称为光切

显微镜。它适用于测量RZ和Ry为0.8～100微米的表面粗糙度，需

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要人工取点，测量效率低。

（4）干涉法

利用光波干涉原理(见平晶、激光测长技术)将被测表面的形状

误差以干涉条纹图形显示出来，并利用放大倍数高（可达500倍）

的显微镜将这些干涉条纹的微观部分放大后进行测量，以得出被测表

面粗糙度。应用此法的表面粗糙度测量工具称为干涉显微镜。这种方

法适用于测量Rz和Ry为0.025～0.8微米的表面粗糙度。

2.表面粗糙度的先进测量仪器

工作原理：

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，把这种移动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。

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

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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。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0.02-10μm的Ra值，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、内外圆柱面、圆锥面、球面、曲面、以及小孔、沟槽等形状

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的工件表面测量。测量迅速方便，测值精度高。

3.石油领域粗糙度的应用

在钻井采油与油井平台上各种管道的表面都有一定的粗糙度要

求，而且在管道的内部一般对粗糙度的要求更高，这样有助于石油的

传输与运送，还有助于管道之间的连接与配合。

七.我的创新

一种新型拖把

背景技术：

家居、办公和商业场所常使用拖把来清洁地面以及立壁、玻璃门

窗。目前市场上常见的拖把的共同特点是：在使用拖把清洁被清洁面

时，往往在清洁不大的面积后，拖把本身就容易脏污，容易在已清洁

的表面留下污迹。特别是地面较脏需要多次拖擦时，更容易造成污物

的散布，需要再次拖擦，但此时又会将污水污物带回，造成越擦越脏

的事情发生。

创新内容：

本创新中的拖把，其在使用中可以双向拖擦，并且可以减少或避

免污迹、污物在拖擦过程中随拖把移动散布，减少拖把在使用过程中

的清洗次数。

这种拖把，包括握执杆，连接于握执杆下端的支架，还有前后平

行安装于支架上的两行可单向转动的擦拭滚筒；拖把前推时，前边的

滚筒向前滚动润湿地面，后行滚筒止动擦地，拖把后拉时，后边的滚

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筒向后滚动润湿地面，前行滚筒止动擦地。所以在擦地过程中，擦拭

表面可以得到充分利用，即使滚筒太脏，拖把上掉落的脏物也可以收

拢在两个滚筒之间，减少污物四处散布。另外拖把还有另外附加的挤

水器，此挤水器还可以夹垃圾。

本创新中重要的元件为12号，12号元件为一种单向转动的轴

承，其可以控制此拖把完成拖地效果。

图1图2