实验一表面粗糙度测量

　　实验1-1双管显微镜测量表面粗糙度

　　双管显微镜利用光切原理来测量表面粗糙度的工具,它将一束平行光带以一定角度投射与被测表面上,光带与表面轮廓相交的曲线影像即反映了被测表面的微观几何形状,解决了工件表面微小峰谷深度的测量问题,避免了与被测表面的接触.由于它采用了光切原理,所以可测表面的轮廓峰谷的最大和最小高度,要受物镜的景深和鉴别率的限制.峰谷高度超出一定的范围,就不能在目镜视场中成清晰的真实图像而导致无法测量或者测量误差很大.但由于成本低、易于操作,所以还在被广泛应用.

　　一、实验目的

　　1．了解用双管显微镜测量表面粗糙度的原理和方法.

　　2．加深对粗糙度评定参数轮廓最大高度Rz的理解.

　　二、实验内容

　　用双管显微镜测量表面粗糙度的Rz值.

　　三、测量原理及计量器具说明

　　图1-5-1轮廓单元

　　图1-5-2双管显微镜外形

　　参看图1-5-1,轮廓最大高度Rz是指在取样长度lr内,在一个取样长度范围内,最大轮廓峰高Rp与最大轮廓谷深Rv之和称之为轮廓最大高度.

　　即

　　Rz=Rp+Rv

　　双管显微镜能测量80~1μm的粗糙度,用参数Rz来评定.

　　双管显微镜的外形如图1-5-2所示.它由底座1、工作台2、观察光管3、投射光管11、支臂7和立柱8等几部分组成.

　　双管显微镜是利用光切原理来测量表面粗糙度的,如图1-5-3所示.被测表面为P1、P2阶梯表面,当一平行光束从450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和.同样,S1和S2之间距离h也被放大为和之间的距离.通过测量和计算,可求得被测表面的不平度高度h.

　　图1-5-4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450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,通过目镜可观察到凹凸不平的光带（图1-5-5b）.光带边缘即工件表面上被照亮了的h1的放大轮廓象为h1′,测量亮带边缘的宽度h1′,可求出被测表面的不平度高度h1：

　　＝cos450＝cos450

　　式中N—物镜放大倍数.

　　图1-5-3图1-5-4

　　为了测量和计算方便,测微目镜中十字线的移动方向（图1-5-5a）和被测量光带边缘宽度h1′成450斜角（图1-5-5b）,故目镜测微器刻度套筒上读数值h1′与不平度高度的关系为：

　　＝

　　所以＝

　　（a）(b)

　　图1-5-5

　　式中,＝C,C为刻度套筒的分度值或称为换算系数,它与投射角α、目镜测微器的结构和物镜放大倍数有关.

　　四、目镜测微器分度值C的确定.

　　由前述可知,目镜测微器套筒上每一格刻度间距所代表的实际表面不平度高度的数值（分度值）与物镜放大倍率有关.由于仪器生产过程中的加工和装配误差,以及仪器在使用过程中可能产生的误差,会使物镜的实际倍率与表1所列的公称值之间有某些差异.因此,仪器在投入使用时以及经过较长时间的使用之后,或者在调修重新安装之后,要用玻璃标准

　　刻度尺来确定分度值C,即确定每一格刻度间距所代表的不平度高度的实际数值.确定方法如下：

　　1．将玻璃标准刻度尺置于工作台上,

　　调节显微镜的焦距,并移动标准刻度尺,使在

　　目镜视场内能看到清晰的刻度尺刻线