《表面粗糙度測量》PPT課件.ppt

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,第四章表面粗糙度及表面微觀形貌測量,微觀形貌是指表面的微觀形態(tài)。他是由于加工過程中刀具和工件的摩檫、切削分離時的塑性變形和金屬撕裂、加工系統(tǒng)的高頻震動等原因，在零件表面留下的各種不同形狀和尺寸的微觀結(jié)構(gòu)。表面微觀形貌在很大程度上決定了零件的使用性能。如：機械系統(tǒng)的磨擦磨損、接觸剛度、疲勞強度、配合性質(zhì)、傳動精度、腐蝕性等。它是機械產(chǎn)品的重要質(zhì)量指標。機械加工中描述表面微觀形貌誤差常用的參數(shù)是表面粗糙度。第一節(jié)：表面粗糙度的評定參數(shù)及新標準介紹第二節(jié)：表面粗糙度的常規(guī)測量方法第三節(jié):CSPM5000掃描探針顯微鏡第四節(jié)：總結(jié),,,,,第一節(jié)：表面粗糙度的評定參數(shù)及國家新標準介紹1、現(xiàn)行表面粗糙度國家標準現(xiàn)行表面粗糙度國家標準為GB/T3505----2000《產(chǎn)品幾何技術(shù)規(guī)范表面結(jié)構(gòu)---輪廓法表面結(jié)構(gòu)的術(shù)語、定義及參數(shù)》，取代了GB/T3505------1983，在舊標準中只將表面粗糙度輪廓及其參數(shù)定義為表面結(jié)構(gòu)特性的唯一組成部分,給出的術(shù)語和定義.而在新標準中,對粗糙度其技術(shù)內(nèi)容與ISO4287:1997等效本標準中把表面結(jié)構(gòu)用輪廓法描述：表面結(jié)構(gòu)包括1）.原始輪廓(λ>10mm);2）.波紋度輪廓（1mm<λ<10mm)；3）.粗糙度輪廓（λ<1mm）；粗糙度的參數(shù)分為高度特征參數(shù)（主參數(shù)）；間距特征參數(shù)與形狀特征參數(shù)（附加參數(shù)）共14項。實際中最常測量評定的參數(shù)為高度參數(shù)Ra,Rz,Ry，優(yōu)先選用Ra．,第四章表面粗糙度及表面微觀形貌測量,,,,,圖４－１－１表面輪廓的組成,第四章表面粗糙度及表面微觀形貌測量,,,第四章表面粗糙度及表面微觀形貌測量,1）.輪廓算術(shù)平均偏差Ra2)微觀不平度十點高度Rz3).輪廓最大高度Ry,圖４－１－２,圖４－１－３,2.主參數(shù)定義,,第二節(jié)：表面粗糙度的常規(guī)測量方法,一.比較法:將被測表面對照粗糙度樣板用肉眼或借助放大鏡,也可以用手比較.此方法只適用于低精度等級的工件,判斷的準確程度取決于檢驗人員的經(jīng)驗.該方法現(xiàn)在幾乎不用.,圖４－２－１,第四章表面粗糙度及表面微觀形貌測量,,二.光切法與光切顯微鏡1.光切法測量原理:測量原理如圖4-2-2所示，由光源發(fā)出的光線經(jīng)狹縫及物鏡1以45的方向投射到被測工件表面。該光束如同一平面與被測表面成45相截，由于被測表面粗糙不平，故兩者交線為一凹凸不平的輪廓線，如圖2。該光線又由被測表面反射，經(jīng)過物鏡2成像在分劃板上，在經(jīng)過目鏡就可以觀察到一條放大了的凹凸不平的輪廓線，如圖4-2-3,圖４－２－２測量原理圖,圖４－２－３光束與表面截圖,第四章表面粗糙度及表面微觀形貌測量,,,2.光切發(fā)的特點:所用儀器為光切顯微鏡(雙管顯微鏡),適用與規(guī)則表面(如:車、銑、刨等去除材料的加工表面）,且表面有一定的反射能力?？梢詼y量Rz、Ry、S參數(shù)，測量范圍:(０.８~80m)．測量方法屬于非接觸測量,,,圖４－２－５雙管顯微鏡,第四章表面粗糙度及表面微觀形貌測量,,三.干涉法及干涉顯微鏡,1.干涉法的測量原理:干涉顯微鏡是根據(jù)光學干涉原理制成的。圖4-2-6)為其光學系統(tǒng)示意圖。由光源1發(fā)出的光線經(jīng)聚光鏡2濾色片3、光闌4、及透鏡5后成平行光線，射向半透半反的分光鏡7后分成兩束：一束光線通過補償鏡8、物鏡9到平面反射鏡10，被10反射又回到分光鏡7，再由7經(jīng)聚11到反射鏡16，由16進入目鏡12；另一束光線向上通過物鏡6，投射到被測零件表面，由被測表面反射回來通過分光鏡7、聚光鏡11到反射鏡16，由16反射也進入目12。在目鏡12的視場內(nèi)可觀察到這兩束光線因光程差而形成的干涉帶圖形，若被測表面粗糙不平，干涉帶即成彎曲形狀如圖。由測微目鏡可讀出相鄰兩二干涉帶距離a以及干涉帶彎曲高度b。由于光程差每增加半個波長，即形成一條干涉帶，故被測表面微觀不平度的實際高度為式中：λ為光波波長。,,圖４－２－６干涉顯微鏡測量原理1一光源；2，11，15一聚光鏡；3一濾色片；4一光闌；5一透鏡；6，9--物鏡；7一分光鏡；8一補償鏡；10，14，16一反射鏡；12一目鏡；13一透光窗,第四章表面粗糙度及表面微觀形貌測量,,２．干涉法的特點：所用儀器為干涉顯微鏡，可測參數(shù)Rz、Ry，具有較大的放大倍數(shù)．測量范圍：（１～０．０３m）適用于測量不規(guī)則表面（如磨削等加工表面），被測件不應(yīng)太大且具有反射能力，最適用于量塊表面粗糙度的測量．屬于非接觸測量．,圖４－１－７６J型干涉顯微鏡,第四章表面粗糙度及表面微觀形貌測量,,四．觸針法與電動輪廓儀１．觸針法的測量原理：如圖所示：傳感器一端一個很尖的觸針（半徑可做到微米級的金剛石針尖）垂直安置在被測表面上作橫向移動，將縱向微小的位移通過傳感器轉(zhuǎn)換成電信號，再經(jīng)測量電路放大、調(diào)理處理、計算、即可以在顯示器上讀出工件的表面粗糙度值，也可通過記錄器描繪出表面輪廓圖形圖４－２－８觸針法測量原理圖,第四章表面粗糙度及表面微觀形貌測量,,２．觸針法測量的特點：所用儀器為電動輪廓儀或粗糙度儀，與前兩種儀器相比該測量方法顯示更直觀、操作更方便、效率更高、測量范圍更大（０．０２～５０m）更廣,即適用適用于規(guī)則表面又適用于不規(guī)則表面；不要求被測表面具有反射能力；更重要的是可以測量參數(shù)Ra值．所以現(xiàn)今使用最多的就是這種方法．但它屬于接觸測量，不適用于強度硬度較低的表面．,,圖４－２－10２２１０型電動輪廓儀,圖４－２－９TR200型手持式粗糙度儀,第四章表面粗糙度及表面微觀形貌測量,,五.印模法1.原理:利用某些塑性材料將被測表面印模下來,然后對印摸表面進行測量.常用的印模材料有川蠟、石蠟和低熔點合金等，2.特點:印模材料的強度和硬度都不高,固一般不用針描法測量它.由于印模材料不可能填滿谷底,且取下印模材料時往往使印模波峰削平,所以測得印模的Rz值比實際略有縮小，一般可以根據(jù)實驗進行修整．印模法適用于大尺寸的內(nèi)表面．測量范圍為Rz＝０．８～３３０m,第四章表面粗糙度及表面微觀形貌測量,,第三節(jié)擴展與總結(jié),1.粗糙度測量發(fā)展的趨勢電動輪廓儀是應(yīng)用最廣的表面粗糙度測量儀器之一,然而有許多被測件的表面,如光盤、半導體工藝化學樣品是不允許觸針劃傷的；另外有一些質(zhì)地較軟的表面也不能用觸針式電動輪廓儀測量；特別是為了提高表面粗糙度的測量效率，發(fā)展方向是實現(xiàn)表面粗糙度的在線測量，因此非接觸式表面輪廓探測技術(shù)受到重視并得到發(fā)展。它綜合應(yīng)用激光、傳感器、計算機和圖象識別等技術(shù)的新成果解決或正在解決機械加工和其他領(lǐng)域里新出現(xiàn)的表面粗糙度及表面微觀形貌的測量問題。下面以簡單介紹CSPM5000掃描探針顯微鏡,第四章表面粗糙度及表面微觀形貌測量,,CSPM5000掃描探針顯微鏡的結(jié)構(gòu),第四章表面粗糙度及表面微觀形貌測量,,CSPM5000掃描探針顯微鏡工作模式,1、掃描隧道顯微鏡掃描隧道顯微鏡（STM）的水平分辨率小于0.1納米，垂直分辨率小于0.01納米。一般來講，物體在固態(tài)下原子之間的距離在零點一到零點幾個納米之間，因此在掃描隧道顯微鏡下導電物質(zhì)表面結(jié)構(gòu)的原子、分子狀態(tài)清晰可見。掃描隧道顯微鏡（STM）的原理是根據(jù)探針和樣品之間的隧道效應(yīng)產(chǎn)生的隧道電流進行成像的，因此它要求樣品具有良好的導電性。,第四章表面粗糙度及表面微觀形貌測量,,掃描隧道顯微鏡工作原理示意圖,隧道電流強度對針尖和樣品之間的距離有著指數(shù)依賴關(guān)系，當距離減小0.1nm，隧道電流即增加約一個數(shù)量級。因此，根據(jù)隧道電流的變化，我們利用電子反饋系統(tǒng)可以得到樣品表面微小的高低起伏變化的信息，如果同時對x-y方向進行掃描，就可以直接得到三維的樣品表面形貌圖，這就是掃描隧道顯微鏡的工作原理。,第四章表面粗糙度及表面微觀形貌測量,,2、原子力顯微鏡1）接觸模式下，針尖與樣品表面輕輕接觸；2）在輕敲模式下，掃描成像時針尖對樣品進行“敲擊”，兩者間只有瞬間接觸。適合柔軟和吸附樣品3）作為輕敲模式的一項重要的擴展技術(shù)，相移模式(相位移模式)是通過檢測驅(qū)動微懸臂探針振動的信號源的相位角與微懸臂探針實際振動的相位角之差（即兩者的相移）的變化來成像。下面，我們以激光檢測原子力顯微鏡）接觸模式來說明其工作原理。,第四章表面粗糙度及表面微觀形貌測量,,激光檢測原子力顯微鏡工作原理示意圖,樣品表面的原子與微懸臂探針尖端的原子間的相互作用力，微懸臂將隨樣品表面形貌而彎曲起伏,第四章表面粗糙度及表面微觀形貌測量,,2.總結(jié),在本節(jié)課中要注意以下幾個問題的理解和把握:1)表面粗糙度、表面微觀形貌、表面結(jié)構(gòu)（輪廓）三個概念的區(qū)別與聯(lián)系；2)注意對新舊表面粗糙度國家標準的了解，新舊標準在國內(nèi)會有一段時期的共存。3)根據(jù)被測件的特點和被測量的特點及定義正確選擇以上所介紹的五種常規(guī)的測量方法及測量儀器的型號.選擇的原則是在滿足測量要求的前提下兼顧經(jīng)濟性.4)加工業(yè)的發(fā)展會給我們提出更多新的表面粗糙度及表面微觀形貌的測量課題，所要求的測量精度也會越來越高，這就需要我們不斷的學習新的理論和新的技術(shù)，去解決一個個技術(shù)課題。,第四章表面粗糙度及表面微觀形貌測量,