简明指导--用光切显微镜测量表面粗糙度

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。

实验3—1 用光切显微镜测量表面粗糙度 一、实验目的1. 了解用光切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、实验内容用光切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参看图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图1 图2光切显微镜能测量80~1μm 的粗糙度，用参数Rz 来评定。

光切显微镜的外形如图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。

光切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P 1、P 2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S 1和S 2两段。

从垂直于光束的方向上就可在显微镜内看到S 1和S 2两段光带的放大象1S '和2S '。

同样，S 1和S 2之间距离h 也被放大为1S '和2S '之间的距离1h '。

通过测量和计算，可求得被测表面的不平度高度 h 。

图4为光切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5 b ）。

光带边缘即工件表面上被照亮了的h 1的放大轮廓象为h 1′，测量亮带边缘的宽度h 1′，可求出被测表面的不平度高度h 1：1h ＝1h cos450＝Nh'1cos450式中 N —物镜放大倍数。

图 3 图 4为了测量和计算方便，测微目镜中十字线的移动方向（图5a ）和被测量光带边缘宽度h 1′成450斜角（图5b ），故目镜测微器刻度套筒上读数值h 1′与不平度高度的关系为：1h ''＝020145cos 45cos Nh h ='所以 h ＝Nh N h 245cos 1021"=" 式中，N21＝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。

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。

实验3-2 用干涉显微镜测量表面粗糙度一、实验目的1. 熟悉用干涉显微镜测量表面粗糙度的原理和方法。

2. 加深对轮廓最大高度Rz 的理解二、实验内容用6JA 型干涉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干涉显微镜是干涉仪和显微镜的组合，用光波干涉原理来反映出被测工件的粗糙程度。

由于表面粗糙度是微观不平度，所以用显微镜进行高倍放大后以便观察和测量。

干涉显微镜一般用于测量0.8~0.025μm 的Rz 值。

图1为6JA 型干涉显微镜的外观图。

图2为该仪器的光学系统图，由光源1发出的光束， 通过聚光镜2、4、8（3是滤色片），经分光镜9分成两束。

其中一束经补偿板10、物镜11至被测表面18，再经原光路返回至分光镜9，反射至目镜19。

另一光束由分光镜9反射（遮光板20移出），经物镜12射至参考镜13上，再由原光路返回，并透过分光镜9，也射向目镜19。

两路光束相遇迭加产生干涉，通过目镜19来观察。

由于被测表面有微小的峰、谷存在，峰、谷处的光程不一样，造成干涉条纹的弯曲。

相应部位峰、谷的高度差h ，与干涉条纹弯曲量a 和干涉条纹间距b 有关（图5b ），其关系式为：h ＝ 2b a式中，λ为测量中的光波长。

本实验就是利用测量干涉条纹弯曲量a 和干涉条纹间距b 来确定Rz 值的。

四、测量步骤1. 调整仪器测量时调整仪器的方法如下：开亮灯泡，转动手轮10和6（图1），使图2中的遮光板14从光路中转出。

如果视场亮度不均匀，可转动调节螺丝4a ，使视场亮度均匀。

转动手轮8，使目镜视场中弓形直边清晰，如图3所示。

图2图 3 图 4在工作台上放置好洗净的被测工件。

被测表面向下，朝向物镜。

转动手轮6，遮去图2中的参考镜13的一路光束。

转动滚花轮2c，使工作台升降直到目镜视场中观察到清晰的工件表面象为止，再转动手轮6，使图2中的遮光板从光路中转出。

松开螺丝1b取下测微目镜1，直接从目镜管中观察，可以看到两个灯丝象。

《互换性与测量技术基础》用光切显微镜测量表面粗糙度实验一、实验目的1．掌握用光切显微镜评定工件表面粗糙度的方法。

2．加深对表面粗糙度评定参数的理解。

二、实验仪器和工具光切显微镜、被测工件三、实验原理光切显微镜是以光切法原理，测量和观察机械零件加工表面的微观几何形状误差的，又称表面粗糙度显微镜。

在不破坏零件表面的条件下测出工件截面轮廓最大高度和沟糟宽度的实际尺寸。

此外，还可测量零件表面上个别位置的加工痕迹和破损情况。

该仪器用于测量零件表面轮廓最大高度Rz值，其测量范围取决于选用的物镜的放大倍数，通常适用于测量Rz等于 0.8—63 微米的表面粗糙度。

此种仪器只能对外表面进行测量，除对金属进行测量外，也可对纸张、木材和人工材料进行测量。

光切显微镜的外形及成像原理图如图 2-1和图 2-2所示。

图 2-1 光切显微镜外形图图 2-2 光切显微镜成像原理图由光源1发出的光，穿过夹缝2，形成带状光束，经物镜组O1O1′,斜向45°射向工件，凹凸不平的表面上呈现出曲折光带，再以45°反射，经物镜组O2O2′，到达分划板3上。

人眼通过目镜可以看到如图2-3所示。

图 2-3 光切显微镜的目镜视野四、测量步骤1、根据被测工件表面粗糙度的要求，选择合适的物镜组，分别安装在投射光管和观察光管的下端。

2、接通电源。

3、擦净被测工件，把它安放在工作台上，并使被测表面的切削痕迹的方向与光带垂直。

当测量圆柱形工件时，应将工件置于V形块上。

4、粗调节：用手托住支臂，松开锁紧螺钉，缓慢旋转支臂调节螺母，使支臂上下移动，直到目镜中观察到绿色光带和表面轮廓不平度的影象。

然后，将螺钉固紧。

要注意防止物镜与工件表面相碰，以免损坏物镜组。

5、细调节：缓慢而往复转动调节手轮，调焦环和调节螺钉，使目镜中光带最狭窄，轮廓影象最清晰并位于视场的中央。

6、松开螺钉，转动目镜测微器，使目镜中十字线的一根线与光带轮廓中心线大致平行（此线代替平行于轮廓中线的直线）。

表面粗糙度是对工件质量进行评估的重要指标之一，对于其在使用过程中的配合质量、运动精度以及耐磨损性等都有着不容忽视的影响，因此，想要保证工件的加工质量，就必须采取有效措施，降低表面粗糙度。

表面粗糙度一般是由所采用的加工方法和其他因素所形成的，例如加工过程中刀具与零件表面间的摩擦、切屑分离时表面层金属的塑性变形以及工艺系统中的高频振动等。

由于加工方法和工件材料的不同，被加工表面留下痕迹的深浅、疏密、形状和纹理都有差别。

表面粗糙度与机械零件的配合性质、耐磨性、疲劳强度、接触刚度、振动和噪声等有密切关系，对机械产品的使用寿命和可靠性有重要影响。

一般标注采用Ra。

表面粗糙度测量方法一、接触式测量方法接触式测量方法指的是，在测量设备中的探测位置会直接与表面接触，可以帮助人们获取被测表面的信息。

但是这种测量方式不适用于刚性强度偏高、容易发生磨损的表面。

1、比较测量方法在车间普遍应用的测量方法是比较法。

比较法指的是将对比粗糙度样板与被测表面进行比较，测量人员直接用手的触摸来确定表面的粗糙度，或者通过肉眼观察，也可以使用放大镜、比较显微镜来对比。

通常情况下，当粗糙度评定参数值偏高时，可以运用比较法，但是很可能造成很大的误差。

2、印模法印模法指的是采用一些塑性材料当做块状印模，然后将其与被测表面互相贴合，再取下时，印模上会出现表面的具体轮廓，测量人员可以开始测量印模的表面，这种方式可以获取部件的表面粗糙度。

一些规模大的零件内表面测量工作无法通过设备来完成，可以使用印模法来实现。

然而印模法也存在一定缺陷，它的准确性不强，而且操作过程很复杂。

3、触针法触针法的另一种名称是针描法。

这种方法是在被测表面上放置一根很尖的触针，测量过程中需要垂直放置，使触针做横向移动。

根据被测表面的轮廓，触针会自行做垂直起伏运动。

把触针所做的位移活动利用电路转变为电信号后，可以将其方法，分析与计算后就可以获取表面粗糙度的指数。

触针法主要包括感应式、压电式以及电感式等几种方法。

表面粗糙度怎么测量测量表面粗糙度的方法详解Standardization of sany group #QS8QHH-HHGX8Q8-GNHHJ8-HHMHGN#表面粗糙度怎么测量_ 测量表面粗糙度的方法内容来源网络，由深圳机械展收集整理！表面粗糙度的检测,我们常用的有以下几中方法1.显微镜比较法,；将被测表面与表面粗糙度比较样块靠近在一起，用比较显微镜观察两者被放大的表面，以样块工作面上的粗糙度为标准，观察比较被测表面是否达到相应样块的表面粗糙度；从而判定被测表面粗糙度是否符合规定。

此方法不能测出粗糙度参数值2.光切显微镜测量法，Rz：～100；光切显微镜(双管显微镜)是利用光切原理测量表面粗糙度的方法。

从目镜观察表面粗糙度轮廓图像，用测微装置测量Rz值和Ry值。

也可通过测量描绘出轮廓图像，再计算Ra值，因其方法较繁而不常用。

必要时可将粗糙度轮廓图像拍照下来评定。

光切显微镜适用于计量室3.样块比较法,直接目测：；用放大镜：～；以表面粗糙度比较样块工作面上的粗糙度为标准，用视觉法或触觉法与被测表面进行比较，以判定被测表面是否符合规定用样块进行比较检验时，样块和被测表面的材质、加工方法应尽可能一致；样块比较法简单易行，适合在生产现场使用4.电动轮廓仪比较法，Ra：～；Rz：～25；电动轮廓仪系触针式仪器。

测量时仪器触针尖端在被测表面上垂直于加工纹理方向的截面上，做水平移动测量，从指示仪表直接得出一个测量行程Ra值。

这是Ra值测量常用的方法。

或者用仪器的记录装置，描绘粗糙度轮廓曲线的放大图，再计算Ra或Rz 值。

此类仪器适用在计量室。

但便携式电动轮廓仪可在生产现场使用5干涉显微镜测量法，Rz：.032～；涉显微镜是利用光波干涉原理，以光波波长为基准来测量表面粗糙度的。

被测表面有一定的粗糙度就呈现出凸凹不平的峰谷状干涉条纹，通过目镜观察、利用测微装置测量这些干涉条纹的数目和峰谷的弯曲程度，即可计算出表面粗糙度的Ra值。

实验二表面粗糙度的检测一、 目的与要求1、掌握用光切显微镜测量表面粗糙度的原理和方法。

2、加深理解微观不平度十点高度Rz和单峰平均间距S的实际含义。

二、 测量原理光切法显微镜以光切法测量和观察零件表面的微观几何形状，在不破坏表面的条件下，测出截面轮廓的微观几何形状和沟槽宽度的实际尺寸。

此外，还可测量表面上个别位置的加工痕迹。

主要技术指标：测量范围Rz 值（微米）所需物镜总放大倍数物镜组件与被件的距离（毫米）视场直径（毫米）系数E微米/格0.8～1.6 60× 510× 0.04 0.3 0.161.6～6.3 30× 260× 0.2 0.6 0.296.3～20 14× 120× 2.5 1.3 0.6320～80 7× 60× 9.5 2.5 1.28 如图2－1所示，狭缝被光源发出的光线照射后，通过物镜发出一束光带以倾斜45°方向照射在被测量的表面上。

被测表面的微观形状，被光亮的具有平直边缘的狭缝亮带照射后，表面的波峰在S点产生反射，波谷在S’点产生反射，通过观测显微镜的物镜，它们各自成像在分划板的a和a’。

在目镜中观察到的即为具有与被测表面一样的齿状亮带，通过目镜的分划板与测微器测出a点至a’点之间的距离N，被测表面的微观不平度h即为：h=N/Vcos45° (N－物镜放大倍数) 图2-1 光切显微镜工作原理图三、 仪器简介仪器外形如图2－2所示，基座（6）上装有立柱（5），显微镜的主体通过横臂（2）和立柱联接，转动手轮（4）将横臂沿立柱上下移动，此时显微镜进行粗调焦，并用旋手（1）将横臂固定在立柱上。

显微镜的光学系统压缩在封闭的横臂内。

横臂上装有可替换的物镜组（8）、测微目镜（13）等。

微调手轮（3）用于显微镜的精细调焦。

仪器的座标工作台（7）利用其螺旋测微器对工件进行座标测量与调整。

对平的工件可直接放在工作台上进行测量，对圆柱形的工件，可放在仪器工作台上的V形块上进行测量。