表面粗糙度測(cè)量?jī)x的工作原理及改進(jìn)方案
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這種儀器適用于測(cè)定0.02-10μm的Ra值，其中有少數(shù)型號(hào)的儀器還可測(cè)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(cè)量。測(cè)量迅速方便，測(cè)值精度高。
2 傳統(tǒng)表面粗糙度測(cè)量?jī)x的不足
傳統(tǒng)表面粗糙度測(cè)量?jī)x存在以下幾個(gè)方面的不足：
(1)測(cè)量參數(shù)較少，一般僅能測(cè)出Ra、Rz、Ry等少量參數(shù)；
(2)測(cè)量精度較低，測(cè)量范圍較小，Ra值的范圍一般為0.02-10μm左右；
(3)測(cè)量方式不靈活，例如：評(píng)定長(zhǎng)度的選取，濾波器的選擇等；
(4)測(cè)量結(jié)果的輸出不直觀。
造成上述幾個(gè)方面不足的主要原因是：系統(tǒng)的可靠性不高，模擬信號(hào)的誤差較大且不便于處理等。
3 對(duì)傳統(tǒng)表面粗糙度測(cè)量?jī)x的改進(jìn)
3.1 傳統(tǒng)表面粗糙度測(cè)量?jī)x的改進(jìn)方案
為了克服傳統(tǒng)表面粗糙度測(cè)量?jī)x的不足，應(yīng)該采用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)對(duì)其進(jìn)行改進(jìn)。例如，英國(guó)蘭克精密機(jī)械有限公司制造的“泰呂塞夫(TALYSURF)”10型和我國(guó)哈爾濱量具刃具廠制造的2205型表面粗糙度測(cè)量?jī)x就采用了計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，使其性能較之傳統(tǒng)表面粗糙度測(cè)量?jī)x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(hào)，經(jīng)過(guò)放大及電平轉(zhuǎn)換之后進(jìn)入數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，計(jì)算機(jī)自動(dòng)地將其采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)字濾波和計(jì)算，得到測(cè)量結(jié)果，測(cè)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(cè)量?jī)x工作原理框圖
圖5 菜單使用流程框圖
由于采用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)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(cè)量參數(shù)的數(shù)量，又提高了測(cè)量精度。例如：哈爾濱量具刃具廠制造的2205型表面粗糙度測(cè)量?jī)x的測(cè)量參數(shù)多達(dá)二十六個(gè)，測(cè)量范圍為0.001～50μm，可任選1～5倍的取樣長(zhǎng)度作為評(píng)定長(zhǎng)度，測(cè)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(lái)。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(huì)有元器件參數(shù)誤差帶來(lái)的影響。
另一方面，若在表面粗糙度測(cè)量?jī)x測(cè)量實(shí)驗(yàn)的教學(xué)過(guò)程中引入改進(jìn)后的表面粗糙度測(cè)量?jī)x，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(dòng)輸廓儀，通過(guò)計(jì)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(guò)程的直觀性，這體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：
(1)整個(gè)實(shí)驗(yàn)過(guò)程非常直觀地通過(guò)軟件的各級(jí)菜單進(jìn)行控制。操作簡(jiǎn)單、一目了然。
(2)輸入與顯示同步，即在測(cè)量進(jìn)行過(guò)程的同時(shí)，觸針在被測(cè)表面上滑行的軌跡動(dòng)態(tài)地顯示在計(jì)算機(jī)屏幕上。
(3)測(cè)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(cè)量實(shí)驗(yàn)方法所不具備的。它在得到正確的測(cè)量結(jié)果的同時(shí)，還充分運(yùn)用了直觀教學(xué)的原理，幫助學(xué)生加深對(duì)表面粗糙度的概念及其各種參數(shù)的直觀理解。
4 結(jié) 語(yǔ)
(1)傳統(tǒng)的表面粗糙度測(cè)量?jī)x由傳感器、驅(qū)動(dòng)器、指零表、記錄器和工作臺(tái)等主要部件組成，從輸入到輸出全過(guò)程均為模擬信號(hào)。而在傳統(tǒng)的表面粗糙度測(cè)量?jī)x的基礎(chǔ)上，采用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)對(duì)其進(jìn)行改進(jìn)后，通過(guò)模-數(shù)轉(zhuǎn)換將模擬量轉(zhuǎn)換為數(shù)字量送入計(jì)算機(jī)進(jìn)行處理，使得儀器在測(cè)量參數(shù)的數(shù)量、測(cè)量精度、測(cè)量方式的靈活性、測(cè)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(gè)改進(jìn)方案并不復(fù)雜，因此對(duì)于目前仍廣泛使用的傳統(tǒng)的表面粗糙度測(cè)量?jī)x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(hào)的表面粗糙度測(cè)量?jī)x還可將表面粗糙度的凹凸不平作三維處理，測(cè)量時(shí)在相互平行的多個(gè)截面上進(jìn)行，通過(guò)模-數(shù)變換器，將模擬量轉(zhuǎn)換為數(shù)字量，送入計(jì)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(píng)定被測(cè)面的表面粗糙度。
參考文獻(xiàn)：
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