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表面粗糙度测量实验报告

中国石油大学表面粗糙度测量实验报告
一、 实验目的
1、掌握表面粗糙度检测常用仪器的原理与使用方法。
2、加深对参数Ra、Rz、Ry的理解。
二、 实验内容
【Ⅰ】用样板对两个不同加工方法的试件比较，确定Ra值。
比较法：将被测表面粗糙度样板直接进行比较。
前提：两者的加工方法和材料应尽可能相同，否则将产生较大误差，用肉眼或借助于放大镜等比较，也可以手摸，指甲划动的感觉来判断被测表面的粗糙度（指比较粗糙的工件）。样板不能用手乱摸，防止生锈。这种方法一般多用于车向或评定Ra值较大的工件。评定的准确性很多程度上取决于检验人员的经验。

样板示意图
【Ⅱ】用RM-20袖珍式表面粗糙度仪检测。
材料：碳化硅
加工方法：电火花
注意：指定样件，指定表面才能使用该仪器，粗糙面严紧使用，否则损坏一起。Ra最大只能测15um。

RM-20袖珍型表面粗糙度仪
RM-20袖珍型表面粗糙度仪的使用：
a、开机
打开电源开关，电源接通。
b、功能选择
如果需要选择测量参数Ra，将手指轻触图1中3键，如果需要选择测量参数Rz，将手指轻触图1中3键，屏幕将显示Rz值，再直接按3键，屏幕将回到Ra值。如果需要选择取样长度，将手指轻触图1中4键，若此时的取样长度为0.25mm,再次按此功能键，长度变为0.8mm，再一次则为2.5mm，然后再回到0.25mm。取样长度的选择根据工件表面质量来选取相应的取样长度。各取样长度对应的范围如下：
0.25mm Ra 0.05-0.15（um）
0.8mm Ra 0.1-2.5(um)
2.5mm Ra 6.0-15.0(um)
c、启动、运行和运行结束
将仪器▼||▼对准被测工件表面，用说指轻按1键，传感器开始移动，屏幕自动记录表面粗糙度的数值，待传感器返回开始位置，运行结束，即可开始下次测量。
注：运行结束前，仪器不会响应再次测量的命令，完整的测量结束后，才允许进行下次操作。
d、充电
当开机后或测量过程中，液晶屏出现闪烁现象，说明电池电压低于工作电压下限，应予充电。方法是：关掉电源开关，插上插头，充电10-15小时，即可使用
e、溢出显示
在液晶屏上出现’F’时，说明被测量工件的Ra值较小，超出了取样范围的测量范围，应依次选择2.5-0.8-0.25进行测量，如果出现倒F，说明被测量工件的Ra值较大，应选择0.25-0.8-2.5。
f、校核
仪器使用一段时间后，要求用随机配置的样块进行校对。其值若在随机样块值+-%12内，这可以使用，若不在，这应该回场校。
【Ⅲ】用TR220手持式粗糙度仪，测量Ra、Ry、Rz。
Ra=0.005-16um
测量原理：测量工件表面粗糙度时，将传感器放在被测工件表面，由仪器内部的驱动机构带动传感器沿被测表面做等速滑行，使传感器通过内置的锐利触针感受被测表面的粗糙度。此时，工件被测表面的粗糙度引起触针产生位移，该位移使传感器电感线圈内电感量发生变化从而在机敏整电流器的输出端产生与被测表面粗糙度成比例的模拟信号，该信号经过放大及电平转换之后进入数据采集系统。DSP芯片将采集的数据进行数据滤波和参数计算，测量结果在液晶显示屏上读出，可以存储，也可以在打印机上输出，还可以与PC机进行通讯。
注意：触针不能用手触摸，保护套管不能用手随便碰。

TS100传感器结构图

控制面板图
操作步骤：
1、开机，按下电源键。
2、（a）查电压
(b)擦干净被测表面
(b)检查仪器是否正确、平稳放在被测表面
(c)传感器的运行轨迹必须垂直于被测工件表面的加工纹理方向
3、零位调整。
轻按回车键，显示当前触针的相对位置。通过初调，微调保证触针在零点位置。
4、计量条件选择。
取样长度2.5mm 评定长度5mm 量程±80um
5、与磁性表架连可以在线采集。

三、原始数据
【实验1】
将样品与样板比较得：

加工方法
Ra/um
材料
1号
立铣
6.3
45#
2号
车床
3.2
45#

【实验2】
材料：碳化硅 加工方法：电火花加工

【实验3】

四、上网探究
【Ⅰ】表面粗糙度的检测方法
粗糙度是指工作已加工表面不光滑的程度。在切削加工过程中由进给而造成的切削痕迹是以波峰波谷形式出现,而峰谷高度很小,一般多为零点几微米,因此表面粗糙度属于零件表面的微观形状误差。其测量方法有:
（1）直接测量法:利用光学、电动仪器对零件表面直接量取有关参数，确定粗糙度等级。直接测量又分为接触测量和非接触测量。
（2）比较测量法：将被测表面与标准粗糙度样板作比较，评定粗糙度等级。粗糙度样板（又称粗糙度标准块），是以不同的加工方法（车、刨、平铣、立铣、磨等）制成的一组金属块。
（3）印模法：此种方法多用于不能用仪器直接测量的或内表面，可用塑性材料作成块状的印模，贴合在被测表面上，待取下后贴合面上即复制出被测表面的轮廓状况，然后对此印模进行测量，确定其粗糙度等级。
（4）综合测量法：它是利用被测表面的某种特征来间接评定表面粗糙度的级别，而不能测峰谷不平高度的具体数值。
(5)光切法：它是利用光切原理来测量表面粗糙度的方法。在实验室中用光切显微镜或者双管显微镜就可实现测量，它的测量准确度较高，但它是与对Rz，Ry 以及较为规则的表面测量，不适用于对测量粗糙度较高的表面及不规则表面的测量。
（6）干涉法：它是利用光学干涉原理测量表面粗糙度的一种方法。这种方法要找出干涉条纹，找出相邻干涉带距离和干涉带的弯曲高度，就可测出微观不平度的实际高度；这种方法调整仪器比较麻烦，不太方便，其准确度和光切显微镜差不多。
（7）触针法：它是利用仪器的测针与被测表面相接触，并使测针沿其表面轻滑过测量表面粗糙度的测量方法。采用这种方法的仪器最广泛的就是电动轮廓仪，它的特点是：显示数值直观，可测量许多形状的被测表面，如轴类，孔类，锥体，球类，沟槽类工件，测量时间少，方便快捷。
【Ⅱ】表面粗糙度检测仪器
粗糙度仪又叫表面粗糙度仪、表面光洁度仪、表面粗糙度检测仪、粗糙度测量仪、粗糙度计、粗糙度测试仪等多种名称，国外先研发生产后来才引进国内。粗糙度仪测量工件表面粗糙度时，将传感器放在工件被测表面上，由仪器内部的驱动机构带动传感器沿被测表面做等速滑行，传感器通过内置的锐利触针感受被测表面的粗糙度，此时工件被测表面的粗糙度引起触针产生位移，该位移使传感器电感线圈的电感量发生变化，从而在相敏整流器的输出端产生与被测表面粗糙度成比例的模拟信号，该信号经过放大及电平转换之后进入数据采集系统。
粗糙度仪
　 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，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。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。
【Ⅲ】表面粗糙度仪在石油领域的应用
在石油石化领域，管道内壁的粗糙度极大地影响了石油，天然气的运输效率，在设计管道时，管道内壁的粗糙度是一个十分重要的参数。在实践中，粗糙度仪广泛用于测量管道内壁的粗糙度值。
五、我的创意
在进行第一个实验，将样品与样板进行比较时，由于样品加工纹路太细小，所得结论的误差较大，建议在此实验室中用放大镜进行观察，使得结果更加准确。
六、收获与体会
在实验课上，董老师引导我们培养创新思维，创新能力，用实验室现有的仪器重新组装，进行新的实验，给我留下了深刻的印象。在实验的过程中，要严谨，认真，并且爱惜实验仪器，与小组的同学密切合作，从而成功而快速的完成了实验。
创新能力，对我们大学生来说尤为重要。当今社会的竞争，与其说是人才的竞争，不如说是人的创造力的竞争，当今时代的发展对大学生的创新能力提出了更高的要求，对大学生来说，是挑战也是实现自我全面发展的机遇，要在迎接挑战的过程中把握机遇，实现人生价值。培养创新能力意味着不因循守旧，不循规蹈矩，不固步自封。学校为培养我们的创新能力也提供了很好的平台，开展有关创新的比赛，开设各种实验课程。我们首先应该正确看待自己，寻找自己的长处，继而让自己的长处得以充分发挥。只要获得成功时的满足感，就能进一步获得自信，只要相信自己，自己才能充满自信心。 创新还要有强烈的创新意识和顽强的创新精神，培养各种能力，做到知识与能力并重。要积极参加创新实践活动，尝试用创造性思维解决实践中的问题。创新是通过创新者的活动实现的，任何创新思想，只有付诸行动，才能形成创新成果，必须具备很强的综合能力和综合素质，尤其是观察力、分析问题和解决问题的能力，独立思考的能力和学习的能力，这些要靠不断的思考与学习来获得，我们要加强包括学习能力在内的各种能力的培养，积累起来，这些能力就成了一股不可战胜的力量。
我们要在创新中提升，在提升中创新，在创新中发展，在发展中创新，努力做个创新型人才！