表面粗糙度的测量 (精品)
实验二 表面粗糙度测量 表面粗糙度的测量方法常用
实验二 表面粗糙度测量表面粗糙度的测量方法常用的有光切法,光波干涉法及针触法等.工厂的车间中常用的还有粗糙度样板直接和被测工件对照的比较法，以及利用塑性和可铸性材料将被测工件表面的加工痕迹复印下来，然后再测量复印的印模，从而确定被测工件的表面粗糙度级别的印模法。
实验目的1. 建立对表面粗糙度评定的感性知识；2. 学习用双管显微镜（光切法）和干涉显微镜（干涉法）及电动式轮廓仪（针描法）测量表面粗糙度的方法。
实验2-1 用双管显微镜测量表面粗糙度Rz 值一、测量原理及计量器具说明参看图2-1，微观不平度十点高度Rz 是在取样长度l 内，从平行于轮廓中线m 的任意一条线算起，到被测轮廓的五个最高点（峰）和五个最低点（谷）之间的平均距离，即 135********Z (h +h +h +h +h )(h +h +h +h +h )R =5图2-1图2-2双管显微镜能检测1-80μm的表面粗糙度的Rz值。
双管显微镜的外形如图2-2所示。
它有1-光源；2-立柱；3-锁紧螺钉；4-微调手轮；5-横臂；6-升降螺母； 7-底座；8-纵向千分尺9-工作台固紧螺钉；10-横向千分尺；11-工作台；12-物镜组；13-手柄；14-壳体；15-测微鼓轮；16-目镜；17-照相机安装孔等部分组成。
双管显微镜是利用光切原理来测量表面粗糙度的，如图3所示，被测表面为P1、P2阶梯表面，当一平行光束从45°方向投射到阶梯表面上时，就被折成S1和S2两段。
从垂直于光束的方向上就可在显微镜内看到S1和S2两段光带的放大象S1ˊ和S2ˊ。
同样，S1和S2之间的距离h也被放大为S1ˊ和S2ˊ之间的距离h1ˊ。
通过测量和计算，可求得被测表面的不平度高度h。
图4为双管显微镜的光学系统图。
由光源1发出的光，经聚光镜2、狭缝3、物镜4，以45°方向投射到被测工件表面上。
调整仪器使反射光束进入与投射光管垂直的观察光管内，经物镜5成象在目镜分划板上，通过目镜可观察到不平的光带（图5b）。
表面粗糙度的测量方法
环境振动和噪声会影响测量结果的准确性，应采取措施减小或消除这些因素的 影响。
测量误差的来源与控制
误差来源分析
表面粗糙度的测量误差可能来源于测 量设备、被测表面、操作人员和环境 条件等多个方面。
误差控制措施
为减小测量误差，应对各个方面的误 差源进行分析和控制，如提高操作人 员的技能水平、加强设备维护和校准 等。
触针法
总结词
利用触针接触表面并测量其微观不平度的度测量方法之一。它通过将一个微小的触针置于 待测表面上，利用传感器记录触针在表面上的起伏变化，从而测量表面的微观不 平度。该方法精度高，适应性强，但可能会对表面造成轻微划痕。
印模法
总结词
通过复制表面微观形貌并进行分析的方法。
表面粗糙度的测量方法
目录 CONTENT
• 表面粗糙度概述 • 接触式测量方法 • 非接触式测量方法 • 测量方法的选用与注意事项
01
表面粗糙度概述
定义与重要性
定义
表面粗糙度是指物体表面微观不 平度的程度，通常是指在加工过 程中留下的痕迹。
重要性
表面粗糙度对物体的使用性能和 寿命有着重要影响，如耐磨性、 抗腐蚀性、接触刚度等。
光学显微镜法
总结词
利用光学显微镜观察表面形貌来测量表 面粗糙度
VS
详细描述
光学显微镜法是利用光学显微镜观察表面 形貌，通过观察到的表面形貌特征来测量 表面粗糙度的一种非接触式测量方法。通 过调整显微镜的放大倍数和焦距，可以观 察到不同尺度下的表面形貌特征，从而测 量表面粗糙度的大小。
扫描隧道显微镜法
糙度值增大。
工件材料
工件材料的硬度、韧性 等物理性质对表面粗糙
度有影响。
表面粗糙度的测量
表面粗糙度的测量目录一、表面粗糙度的检测 (2)二、表面粗糙度的测量 (3)三、参考标准 (4)四、参考文献 (5)一、表面粗糙度的检测表面粗糙度是指加工表面具有的较小间距和微小峰谷不平度。
其两波峰或两波谷之间的距离（波距）很小（在1mm以下），用肉眼是难以区别的，因此它属于微观几何形状误差。
表面粗糙度越小，则表面越光滑。
表面粗糙度的大小，对机械零件的使用性能有很大的影响，主要表现在以下几个方面：1）表面粗糙度影响零件的耐磨性。
表面越粗糙，配合表面间的有效接触面积越小，压强越大，磨损就越快。
2）表面粗糙度影响配合性质的稳定性。
对间隙配合来说，表面越粗糙，就越易磨损，使工作过程中间隙逐渐增大；对过盈配合来说，由于装配时将微观凸峰挤平，减小了实际有效过盈，降低了联结强度。
3）表面粗糙度影响零件的疲劳强度。
粗糙零件的表面存在较大的波谷，它们像尖角缺口和裂纹一样，对应力集中很敏感，从而影响零件的疲劳强度。
4）表面粗糙度影响零件的抗腐蚀性。
粗糙的表面，易使腐蚀性气体或液体通过表面的微观凹谷渗入到金属内层，造成表面腐蚀。
5）表面粗糙度影响零件的密封性。
粗糙的表面之间无法严密地贴合，气体或液体通过接触面间的缝隙渗漏。
6）表面粗糙度影响零件的接触刚度。
接触刚度是零件结合面在外力作用下，抵抗接触变形的能力。
机器的刚度在很大程度上取决于各零件之间的接触刚度。
7）影响零件的测量精度。
零件被测表面和测量工具测量面的表面粗糙度都会直接影响测量的精度，尤其是在精密测量时。
此外，表面粗糙度对零件的镀涂层、导热性和接触电阻、反射能力和辐射性能、液体和气体流动的阻力、导体表面电流的流通等都会有不同程度的影响。
表面粗糙度基本术语：取样长度：评定表面粗糙度所规定的一段基准线长度。
应与表面粗糙度的大小相适应。
规定取样长度是为了限制和减弱表面波纹度对表面粗糙测量结果的影响，一般在一个取样长度内应包含5个以上的波峰和波谷。
评定长度：为了全面、充分地反映被测表面的特性，在评定或测量表面轮廓时所必需的一段长度。
第三章--表面粗糙度及检测
第二节 表面粗糙度评估参数值旳 选择
评估参数值旳选择
总原则：在满足功能要求旳前提下，尽量选择较大旳表 粗糙度参数值，以减小加工难度，降低成本。
选择措施：类比法。 一般原则： （1）同一零件上工作表面比非工作表面粗糙度参数值小。 （2）摩擦表面比非摩擦表面旳粗糙度参数值小，滚动摩擦 表面比滑动摩擦表面旳粗糙度参数值小。 （3）承受交变载荷旳表面及易引起应力集中旳部分（如圆 角，沟槽）粗糙度参数值应小些。
t
p
p
l
100%
1 l
n i 1
bi
100%
S、Sm和tp称为间距参数，值越小，轮廓表面越细密，密 封性愈好。
13
第一节 表面粗糙度旳评估
❖评估参数旳数值
原则要求：当Ra为0.025～6.3μm或Rz为0.100 ～25μm范围时，应优先 选用Ra参数。 Ra ＜0.025μm， Ra ＞6.3μm时，用光学仪器测量比较适 合，因而应选用Rz 。
个最大旳轮廓谷深平均值之和：
5
5
y pi yvi
Rz i1
i 1
5
Rz
(h2
h4
h10 ) (h1 5
h3
h9 )
Rz值越大，表面越粗糙。
10
第一节 表面粗糙度旳评估
（3）轮廓最大高度Ry 在取样长度内，轮廓峰顶线和轮廓谷底线之间旳距离。
Ra、Rz和Ry称为表面粗糙度旳高度参数。
11
要求：国标推荐， ln=5l；对均匀性好旳表面，可选ln＜5l；对均匀 性较差旳表面，可选ln＞ 5l。
5
第一节 表面粗糙度旳评估
取样长度、评估长度和轮廓中线
6
Hale Waihona Puke 第一节 表面粗糙度旳评估（3）中线 中线是指用以评估表面粗糙度参数旳一条基准线。
表面粗糙度的测量
表面粗糙度的测量表面粗糙度的测量方法有光切法，光波干涉法及触针法（又称针描法）等，工厂常用的还有粗糙度样板直接和被测工件对照的比较法，以及利用塑性和可铸性材料将被测工件加工表面的加工痕迹复印下来，然后再测量复印的印模的印模法。
一、实验目的1.建立对表面粗糙度的感性认识；2.了解用双管显微镜测量表面粗糙度的原理及方法。
二、实验内容用双管显微镜测量表面粗糙度的Rz值。
三、测量原理及仪器说明双管显微镜又撑光切显微镜，它是利用被测表面能反射光的特性，根据“光切法原理”制成的光学仪器，其测量范围取决于选用的物镜的放大倍数，一般用于测量0.8-80微米的表面粗糙度Rz值。
仪器外型如图1所示，它由底座6，支柱5，横臂2，测微目镜13，可换物镜8及工作台7等部分组成。
仪器备有四种不同倍数（7X,14X,30X,60X）物镜组，被测表面粗糙度大小（估测）来选择相应倍数的物镜组（见表1）。
表1 双管显微镜测量参数物镜放大倍数N 总放大倍数目镜视场直径（mm）物镜与工件距离（mm）测量范围Rz（µm）换算系数E(微米/格)7X 60X 2.5 9.5 30~30 1.2514X 120X 1.3 2.5 6.3~20 0.6330X 260X 0.6 0.2 1.6~6.3 0.29460X 510X 0.3 0.04 0.8~1.6 0.147测量原理如图2所示，被测表面为P1-P2阶梯表面，当一平行光束从45度方向投射到阶梯表面时，即被折成S1和S2两段，从垂直于光束的方向上就可以在显微镜内看到S1和S2两段光带的放大像S1'S2'，同时距离h也被放大为h1'。
通过测量和计算，可求得被测表面的不平度高度h。
这种方法类似在零件表面斜切一刀，然后观察其剖面的轮廓形状，因此称为光切法。
图3为双管显微镜的光学系统图，由光源1发出的光，经聚光镜2，狭缝3，物镜4以45度方向投射到北测表面上，调整仪器使反射光束经物镜5成像在目镜分划板6上，光束被测上表面的S1点反射，在下表面S2点反射，它们各成像于分划板6的S1'和S2'，距离h1被放大为h1'，通过目镜可观察到凹凸不平的光带（图4（b））,光带边缘即工件表面上被照亮了的h1的放大轮廓像h1'，测量h1'即可求出被测表面的不平高度h2。
表面粗糙度的测量
测量方法：
➢ 比较法
将表面粗糙度比较样块（简称样块）根据视觉和触觉与被测表面比较，判断被测表面粗糙度相当于 那一数值，或测量其反射光强变化来评定表面粗糙度(见激光测长技术)。样块是一套具有平面或圆柱表 面的金属 块，表面经磨、车、镗、铣、刨等切削加工，电铸或其他铸造工艺等加工而具有不同的表面 粗表糙 面度粗。糙有度时的可方直法接虽从然工简件便中，选但出会样受1品到）经主一过观般测因折量素弯并影:(评响R=定，0,合常θ格不=9后能0°作得) 为出样正块确。的利表用面样粗块糙根度据数视值觉。和触觉评定 ➢ 印摸法
测量方法：
➢ 干涉法
利用光波干涉原理 (见平晶、激光测长技术)将被测表面的形状误差以干涉条纹图形显示出来，并 利用放大倍数高（可达500倍）的显微镜将这些干涉条纹的微观部分放大后进行测量，以得出被测表面 粗糙度。应用此法的表面粗糙度测量工具称为干涉显微镜。这种方法适用于测量Rz和Ry为 0.025～0.8 微米的表面粗糙度。
1）一般折弯:(R=0, θ=90°)
➢ 光切法
光线通过狭缝后形成的光带投射到被测表面上，以它与被测表面的交线所形成的轮廓曲线来测量 表面粗糙度。由光源射出的光经聚光镜、狭缝、物镜1后，以45°的倾斜角将狭缝投影到被测表面，形 成被测表面的截面轮廓图形，然后通过物镜 2将此图形放大后投射到分划板上。利用测微目镜和读数 鼓轮（图中未示）先读出h值，计算后得到H 值。应用此法的表面粗糙度测量工具称为光切显微镜。它 适用于测量RZ和Ry为0.8～100微米的表面粗糙度，需要人工取点，测量效率低。
表面粗糙度的粗糙度的含义
02 表面粗糙度的测量方法
01 表面粗糙度的含义
含义：
02 表面粗糙度的测量方法
表面粗糙度检测方法
隐微镜
比较法
Ra
将被测表面与表面细糙度比较样块靠拢正在所有，用比较隐微镜瞅察二者被搁大的表面，以样块处事里上的细糙度为尺度，瞅察比较被测表面是可达到相映样块的表面细糙度；进而判决被测表面细糙度是可切合确定.此要领不克不迭测出细糙度参数值
3
电动
表面仪
比较法
Ra：
0.025～6.3
Rz：
0.1～25
电动表面仪系触针式仪器.丈量时仪器触针尖端正在被测表面上笔直于加工纹理目标的截里上，搞火仄移动丈量，从指示仪容直交得出一个丈量路程Ra值.那是Ra值丈量最时常使用的要领.大概者用仪器的记录拆置，描画细糙度表面直线的搁大图，再估计Ra大概Rz值.此类仪器适用正在计量室.但是便携式电动表面仪可正在死产现场使用
序号
考验要领
适用参数及
范畴（μm）
证明
1
样块
比较法
直交目测：
Ra>2.5；
用搁大镜：
Ra>上的细糙度为尺度，用视觉法大概触觉法与被测表面举止比较，以判决被测表面是可切合确定；
用样块举止比较考验时，样块战被测表面的材量、加工要领应尽大概普遍；
样块比较法简朴易止，切合正在死产现场使用
若用细糙度比较样块比较法不克不迭搞出判决，应采与仪器测厨：
①对于不匀称表面，正在最有大概出现细糙度参数极限值的部位上举止丈量；
②对于表面细糙度匀称的表面，应正在几个均布位子上分别丈量，起码丈量3次；
③当给定表面细糙度参数上限大概下限时，应正在表面细糙度参数大概出现最大值大概最小值处丈量；
④表面细糙度参数证明是最大值的央供时，常常正在表面大概出现最大值(如有一个可睹的深槽)处，起码丈量3次；
4
光切
表面粗糙度的测量方法
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1
第一节表面粗糙度的评定参数
主要内容：
1、主要术语及定义
取样长度L
评定长度L
n
轮廓中线m
2、6个评定参数
3个基本、3个附加
3、一般规定
重点： 3个基本评定参数
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2
一．主要术语及定义
1．实际轮廓：平面与实际表面相交所得的轮廓线。
按照相截方向的不同，它又可分为横向实际轮廓和纵向实 际轮廓。在评定或测量表面粗糙度时，除非特别指明，通 常均指横向实际轮廓，即与加工纹理方向垂直的截面上的 轮廓。
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17
取得表面测量信号以后，亦可用人工进行计算处理给出结果。
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18
❖ 15.2 表面粗糙度测量的基本原则
❖
(1)测量方向
❖
按现行标准所定义的各种粗糙度评定参数，是基于轮廓法确定数值，
是在被测表面的法向截面上的实际轮廓上进行测量的结果。由于垂直于
被测表面的法向截面存在各种不同的测量方向．试验表明，大多数的切
削加工表面，在横向轮廓上测得的粗糙度数值比较大，只是有的该铣加
工和个别端铣加工表面，在纵向轮廓上会有较大的数值。 如果在被测表
面上难以确定加工纹理方向，以及某些加工纹理紊乱或不存在固定方向
的表面，应分别在多个方向上测量，以获取最大参故值为结果．或取其
峰谷高度的最大值，计算一个区域的测量结果。
❖
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❖ 15．1 测量方法综述
❖ 对加工表面质量的评定，除了用视觉和触觉进行定性地比较检验的方 法以外，并逐步实现了用数值确定表面粗糙度参数值的定量测量。从本 世纪30年代陆续提出了测量粗糙度的方法原理和仪器以来，已发展了一 系列利用光学、机械、电气原理的表面粗糙度专用测量仪器，其基本结 构模式如图9—7所示。
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6.轮廓支承长度率tp （反映耐磨性） 一根平行于中线且与轮廓峰顶线相距为C的
线与轮廓峰相截所得到的各段截线bi之和，称 为轮廓支承长度p
轮廓支承长度与取样长度之比，就是轮廓 支承长度率。
三、一般规定
1.为保证零件的表面质量，可按功能需要规定表面粗 糙度。
2.在规定表面粗糙度要求时，必须给出粗糙度参数值 和测定时的取样长度值两项基本要求，也可规定表 面纹理、不同区域的粗糙度等附加要求。
一、主要术语及定义
1. 实际轮廓：平面与实际表面相交所得的 轮廓线。
按照相截方向的不同，可分为横向实际 轮廓和纵向实际轮廓。除非特别指明，通常 均指横向实际轮廓，即与加工纹理方向垂直 的截面上的轮廓。
2. 取样长度L：用于判别和测量表面粗糙度 时所规定的一段基准线长度。
量取方向：在轮廓总的走向上。
第四章 表面粗糙度的测量
§4.1 概述
一、表面形貌误差的概念与形成
1. 表面形貌误差分类： 实际加工表面通常包括如下三种表面形貌
误差：
表面粗糙度：波距小于1mm，大体呈周期性变化， 属于微观几何形状误差；
表面波度：波距在1－10mm，呈周期性变化，属 于中间几何形状误差；
形状误差： 波距大于10mm，无明显周期性变化， 属于宏观几何形状误差。
（1）最小二乘中线： 使轮廓上各点的轮廓偏转距y（在测量方向
上轮廓上的点至基准线的距离）的平方和为最 小的基准线。
（2）算术平均中线： 在取样长度范围内，划分实际轮廓为上、
下两部分，且使上下两部分的面积相等的线。
(a)轮廓最小二乘中；(b)轮廓算术平均中线
二、评定参数及数值
对评定参数的基本要求： （1）正确、充分反映表面微观几何形状特征； （2）具有定量的结果； （3）测量方便。
在取样长度内，也可从平行于轮廓中线m的 任意一个线算起，计算被测轮廓的五个最高点 （峰）到五个最低点（谷）间的平均距离：
3、轮廓最大高度Ry （新的国家标准中用Rz ）
在取样长度内，轮廓峰顶线和轮廓谷底线之间 的距离。
lr
c Ry
Xs1
Xsj
Xsn
Ra、Rz 哪个能充分反映粗糙度的特性?
当粗糙度值在0.025～6.3m时，轮廓好测量，标
三、表面形貌测量的特点与范围
特点：通常为量程小、测量分辨率高（nm）、无目标 靶。
表面粗糙度测量的范围 现在表面分析技术已远走出机械零件，如： 1. 微电子工业：硅片、磁盘表面、光盘、光学元件 2. 材料科学：表面形貌分析、材料微裂纹 3. 生物科学：细胞生物、芯片、遗传学 4. 科学研究：纳米技术、物理、化学、生物等基础科 学等
注意点：样板与被测件的加工方法、材料、形状 都相同。
适用范围：工厂比较常用，尤其是车间检验中常 用。一般只用于粗糙度评定参数值较大的情况下， 其判断的准确性很大程度上取决于检验人员的经 验，当有争议时可用仪器进行测量。
目的：限制和削弱表面波度对表面粗糙度测量 结果的影响。
选择原则：下一页
3. 评定长度L：
评定轮廓所必须的一段长度，它包括一个或 数个取样长度。
目的：为充分合理地反映某一表面的粗糙度特 性（加工表面有不同程度的不均匀性）。
选择原则：一般按五个取样长度来确定。
4.轮廓中线m
是评定表面粗糙度数值的基准线。具有几 何轮廓形状与被测表面几何形状一致，并将被 测轮廓加以划分的线。类型有：
1、与表面粗糙度标准样板比较
表面粗糙度样板：按各种加工方法做成的 不同几何形状的一套标准表面样板，用来与被 测的表面相比较。
测量方法：目测法－▽6以下表面（即Ra值大于 2.5m）；用5～10倍放大镜比较－ ▽6 ～ ▽8的 表面；用比较显微镜－ ▽8以上的表面；也可用 手摸靠感觉来判断被加工表面的粗糙度。
国标从水平和高度两方向各规定了三个评 定参数，三个基本参数，三个附加的评定参数
1、轮廓算术平均偏差Ra
在取样长度L内，轮廓偏转距绝对值的算
术平均值。
1 n
Ra
n
i 1
yi
2. 微观不平度十点高度Rz (新的国家标准中已 取消） 在取样长度内五个最大的轮廓峰高的平均 值与五个最大的轮廓谷深的平均值之和。
纹理方向、伤痕
2. 表面粗糙度：是一种微
观几何形状误差又称微观不 平度。
λ/h <50, 50~1000, >1000
3. 表面粗糙度的产生原 因：在加工过程中，刀具和
零件表面间产生摩擦、高频 振动及切削时在工件表面上 留下的微观痕迹。
高斯滤波器（ISO11562）： 评定基准线：
二、表面粗糙度的影响
表面粗糙度对零件的使用性能有着重要的影响，主要 表现在：
对摩擦和磨损的影响：表面粗糙度大—磨损大—寿 命低 对配合性的影响：表面粗糙度影响配合性质的稳定性 对接触刚度的影响：表面越粗糙，接触刚度越低 对疲劳强度的影响：表面越粗糙，疲劳强度越低 对抗腐蚀性的影响：粗糙的表面易造成表面锈蚀 对结合密封性的影响 对检验零件时的测量不确定度、零件的外形美观等的影响
Ra （一般用电动轮廓仪进行测量）；
Rz 用于控制不允许出现较深加工痕迹的表面，
此外，当被测表面段很短(不足一个取样长度)，
不适宜采用Ra评定时，也常采用Rz参数。
4、轮廓微观不平度的平均间距Sm 含有一个轮廓峰和相邻轮廓谷的一段中线
长度Sm，称为轮廓微观不平度间距。
5、轮廓单峰平均间距S 两相邻轮廓单峰的最高点在中线上的投影
§4.2 表面粗糙度的评定参数
国家标准
我国参照国际标准（ISO），对原表面粗糙 度国家标准GB 1031-1983、GB 131-1983作了 修订和增订，新国标有： GB/T 3505-2000《 表面结构的术语、定义及参 数》 GB/T 1031-1995《表面粗糙度 参数及其数值》 GB/T 131-1993《机械制图 表面粗糙度符号、 代号及其注法》。
3.评定过程中，不应把表面缺陷（如沟槽、气孔、划 伤等）包含进去，必要时，应单独规定表面缺陷要 求。
§4.3 表面粗糙度的测量方法
一、表面粗糙度的测量方法分类
定性评定：待测表面和已知表面光洁度级别的 标准样板相比较，通过目估或借助显微镜以判 别其级别。
定量评定：通过一定的测量方法和相应的仪器， 测出待测表面的不平度数值。