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粗糙度儀的工作原理及改進(jìn)
閱讀：2533 發(fā)布時(shí)間：2017-4-14
傳統(tǒng)表面粗糙度測量儀的工作原理：
針描法又稱觸針法,。當(dāng)觸針直接在工件被測表面上輕輕劃過時(shí),，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(chǎn)生上下移動(dòng)，把這種移通過電子裝置把信號(hào)加以放大,，然后通過指零表或其它輸出裝置將有關(guān)粗糙度的數(shù)據(jù)或圖形輸出來,。采用針描法原理的表面粗糙度測量儀由傳感器、驅(qū)動(dòng)器,、指零表,、記錄器和工作臺(tái)等主要部件組成。
電感傳感器是輪廓儀的主要部件之一,，在傳感器測桿的一端裝有金剛石觸針，觸針曲率半徑r很小,，測量時(shí)將觸針搭在工件上,，與被測表面垂直接觸，利用驅(qū)動(dòng)器以一定的速度拖動(dòng)傳感器,。由于被測表面輪廓峰谷起伏,，觸狀在被測表面滑行時(shí)，將產(chǎn)生上下移動(dòng),。此運(yùn)動(dòng)經(jīng)支點(diǎn)使磁芯同步地上下運(yùn)動(dòng),，從而使包圍在磁芯外面的兩個(gè)差動(dòng)電感線圈的電感量發(fā)生變化。
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(gè)和觸針上下的位移量成正比的信號(hào)，經(jīng)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(hào)。此后,，將信號(hào)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(dòng)記錄器進(jìn)行記錄;另一路經(jīng)濾波和平均表放大器放大之后,，進(jìn)入積分計(jì)算器,，進(jìn)行積分計(jì)算，即可由指示表直接讀出表面粗糙度Ra值,。
指零表的作用反映鐵芯在差動(dòng)電感線圈中所處的位置,。當(dāng)鐵芯處于差動(dòng)電感線圈的中間位置時(shí)，指零表指針指示出零位,，即保證處于電感變化的線性范圍之內(nèi),。所以，在測量之前,，必須調(diào)整指零表,，使其處于零位。噪聲濾波的目的在于剔除一些干擾信號(hào),，如電氣元件的噪聲所引起的虛假信號(hào),。大量的測試表明，高于400Hz的信號(hào)即不是被測表面粗糙度所引的信號(hào),，必須從總信號(hào)中加以剔除,。所以噪聲濾波器是一種低通(低頻能通過)濾波器，它使400Hz以下的低頻信號(hào)順利通過,，而將400Hz以上的高頻信號(hào)迅速衰減,，從而達(dá)到濾波的目的。波度濾波的目的則是用以濾掉距大于取樣長度的波度,，因此它是一個(gè)高通(高頻能通過)濾波器,，使表面粗糙度所引起的高頻(相對于波度引起的低頻而言)信號(hào)能自由通過。
經(jīng)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(hào),，再經(jīng)平均表放大器后，所輸出的電流I與被測表面輪廓各點(diǎn)偏離中線的高度y的值成正比,，然后經(jīng)積分器完成 的積計(jì)算,，得出Ra值，由指零表顯示出來,。
這種儀器適用于測定0.02-10μm的Ra值,，其中有少數(shù)型號(hào)的粗糙度儀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。
對傳統(tǒng)粗糙度儀的改進(jìn)：
為了克服傳統(tǒng)表面粗糙度儀的不足,，應(yīng)該采用計(jì)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(jì)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,。從相敏整流輸出的模擬信號(hào)，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(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,。
要采用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)對傳統(tǒng)的表面粗糙度儀進(jìn)行改進(jìn),，就要編制相應(yīng)的計(jì)算機(jī)軟件，采用比較直觀的菜單形式,。
改進(jìn)后的表面粗糙度測量儀的功能及使用效果
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(gè),，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(huì)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(dòng)輸廓儀,，通過計(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)過程非常直觀地通過軟件的各級(jí)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(shí)，觸針在被測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(shí),，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,。