表面粗糙度測量儀的工作原理及改進方案
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表面質量的特性是零件最重要的特性之一，在計量科學中表面質量的檢測具有重要的地位。最早人們是用標準樣件或樣塊，通過肉眼觀察或用手觸摸，對表面粗糙度做出定性的綜合評定。1929年德國的施馬爾茨(G.Schmalz)首先對表面微觀不平度的深度進行了定量測量。1936年美國的艾卜特(E.J.Abbott)研制成功第一臺車間用的測量表面粗糙度的輪廓儀。1940年英國Taylor-Hobson公司研制成功表面粗糙度測量儀“泰呂塞夫(TALYSURF)”。以后，各國又相繼研制出多種測量表面粗糙度的儀器。目前，測量表面粗糙度常用的方法有：比較法、光切法、干涉法、針描法和印模法等，而測量迅速方便、測值精度較高、應用最為廣泛的就是采用針描法原理的表面粗糙度測量儀。本文將詳細討論表面粗糙度測量儀的原理及其改進方案。
1 傳統(tǒng)表面粗糙度測量儀的工作原理
1.1 針描法
針描法又稱觸針法。當觸針直接在工件被測表面上輕輕劃過時，由于被測表面輪廓峰谷起伏，觸針將在垂直于被測輪廓表面方向上產生上下移動，把這種移通過電子裝置把信號加以放大，然后通過指零表或其它輸出裝置將有關粗糙度的數據或圖形輸出來。
1.2 儀器的工作原理
采用針描法原理的表面粗糙度測量儀由傳感器、驅動器、指零表、記錄器和工作臺等主要部件組成，見圖1。
圖1 測量系統(tǒng)圖 圖2 電感傳感器工作原理圖
圖3為儀器的工作原理主框圖。傳感器的線圈與測量線路是直接接入平衡電橋的，線圈電感量的變化使電橋失去平衡，于是就輸出一個和觸針上下的位移量成正比的信號，經電子裝置將這一微弱電量的變化放大、相敏檢波后，獲得能表示觸針位移量大小和方向的信號。此后，將信號分成三路：一路加到指零表上，以表示觸針的位置，一路輸至直流功率放大器，放大后推動記錄器進行記錄；另一路經濾波和平均表放大器放大之后，進入積分計算器，進行積分計算，即可由指示表直接讀出表面粗糙度Ra值。
圖3 傳統(tǒng)表面粗糙度測量儀工作原理框圖
經過噪聲濾波和波度濾波以后，剩下來的就是與被測表面粗糙度成比例的信號，再經平均表放大器后，所輸出的電流I與被測表面輪廓各點偏離中線的高度y的絕對值成正比，然后經積分器完成 的積計算，得出Ra值，由指零表顯示出來。
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