粗糙度测量仪的工作原理

 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 端曲率半径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。噪声滤波的目的在于剔除一些干扰信号，如电气元件的噪声所引起的虚假信号。大量的测试表明，高于400Hz的信号即不是被测表面粗糙度所引的信号，必须从总信号中加以剔除。所以噪声滤波器是一种低通(低频能通过)滤波器，它使400Hz以下的低频信号顺利通过，而将400Hz以上的高频信号迅速衰减，从而达到滤波的目的。波度滤波的目的则是用以滤掉距大于取样长度的波度，因此它是一个高通(高频能通过)滤波器，使表面粗糙度所引起的高频(相对于波度引起的低频而言)信号能自由通过。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、沟槽等形状的工件表面测量。测量迅速方便，测值精度高。

传统表面粗糙度测量仪存在以下几个方面的不足：

(1)测量参数较少，一般仅能测出Ra、Rz、Ry等少量参数; (2)测量精度较低，测量范围较小，Ra值的范围一般为0.02-10μm左右; (3)测量方式不灵活，例如：评定长度的选取，滤波器的选择等; (4)测量结果的输出不直观。造成上述几个方面不足的主要原因是：系统的可靠性不高，模拟信号的误差较大且不便于处理等。