輪廓表面測(cè)量及評(píng)定方法

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1、輪廓表面測(cè)量及評(píng)定方法洛陽軸研科技股份有限公司朱孔敏1.輪廓表面測(cè)量方法概述工程中所用的固體表面，實(shí)際上是由許多不規(guī)則的大小不同和形狀各異的凸峰和凹谷構(gòu)成的，這種表面幾何形態(tài)，稱之為表面形貌。相互運(yùn)動(dòng)表面的表面形貌對(duì)于表面潤(rùn)滑、摩擦力、耐磨性、接觸疲勞、配合精度、密封性等都有很重要的影響，軸承是典型的機(jī)械基礎(chǔ)件，準(zhǔn)確測(cè)量其運(yùn)動(dòng)表面形貌對(duì)控制質(zhì)量有重要意義。表面形貌的測(cè)量?jī)x器從測(cè)量功能上區(qū)分一般有二維測(cè)量和三維測(cè)量?jī)煞N，從測(cè)量方法上區(qū)分則有接觸式（一般為觸針式輪廓儀）和非接觸式（如干涉顯微鏡、白光干

2、涉儀、激光式表面粗糙度測(cè)量?jī)x）兩種。觸針式表面形貌儀是目前最常用的可靠的形貌測(cè)量?jī)x，特別是二維輪廓儀應(yīng)用更為廣泛，并且一直是各國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)及國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)制定的依據(jù)，下面以洛陽軸研科技股份有限公司開發(fā)的XM200表面形貌測(cè)量?jī)x為代表介紹表面形貌測(cè)量和表面輪廓測(cè)量。2.XM200表面形貌測(cè)量原理XM200表面形貌測(cè)量?jī)x（圖1、圖2）采用三維直角坐標(biāo)測(cè)量原理，即X方向的直線運(yùn)動(dòng)，Z方向的位移測(cè)量，Y方向的間斷直線運(yùn)動(dòng)。X方向由直流電機(jī)通過同步帶帶動(dòng)精密滑動(dòng)導(dǎo)軌移動(dòng)，并通過高精度的光柵尺實(shí)現(xiàn)X坐標(biāo)的位移測(cè)量，建

3、立X坐標(biāo)系；Z坐標(biāo)由高精度大量程差動(dòng)電感式傳感器實(shí)現(xiàn)Z坐標(biāo)的位圖1XM-200表面形貌儀移測(cè)量，實(shí)現(xiàn)單一截面內(nèi)零件表面輪廓的測(cè)量，立柱導(dǎo)軌的上下位移量可通過絕對(duì)編碼器進(jìn)行測(cè)量和定位；Ｙ坐標(biāo)方向由步進(jìn)電機(jī)和滾珠絲杠帶動(dòng)精密滾動(dòng)導(dǎo)軌間斷移動(dòng)，光柵傳感器精確測(cè)量步距，實(shí)現(xiàn)多截面的輪廓測(cè)量，X坐標(biāo)、Ｙ坐標(biāo)、Ｚ坐標(biāo)信息送計(jì)算機(jī)處理實(shí)現(xiàn)表面形貌測(cè)量。當(dāng)Y坐標(biāo)固定時(shí)XM200表面形貌儀就是常用的輪廓測(cè)量?jī)x，軸承行業(yè)常用的是輪廓儀的功能。在對(duì)被測(cè)件進(jìn)行測(cè)量時(shí)，被測(cè)件置于多維調(diào)整臺(tái)上。將電感傳感器探頭伸到被測(cè)部位，

4、按規(guī)定的X向移動(dòng)范圍開始測(cè)量。測(cè)量過程中，傳感器由X向電機(jī)拖動(dòng)，沿工件表面拾取單一截面內(nèi)表面輪廓變化信號(hào)，同時(shí)X向光柵以0.5μm間距同步記錄傳感器相應(yīng)位置信號(hào)，傳感器的位移信號(hào)和光柵采樣的X向位置信號(hào)經(jīng)處理后進(jìn)入計(jì)算機(jī)，兩坐標(biāo)信息通過專門的輪廓儀軟件處理得到各種需要的輪廓、波紋度、粗糙度等技術(shù)參數(shù)和曲線。1反饋控制電氣系統(tǒng)軟件系統(tǒng)Z向滾珠絲杠傳動(dòng)機(jī)構(gòu)Z向電機(jī)接Z向滑動(dòng)導(dǎo)軌導(dǎo)向機(jī)構(gòu)口Z向、X向限位零位信號(hào)反饋電Z向位置信號(hào)反饋Z向編碼器路機(jī)械系統(tǒng)Z向位置數(shù)據(jù)信號(hào)輪直波粗凸廓線紋糙度度度度度Z向限位

5、零位開關(guān)Z向、X向限位零位信號(hào)Y向調(diào)整控制三A/D轉(zhuǎn)換電評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)：維X向限位零位開關(guān)Z向測(cè)量數(shù)據(jù)二維微觀形貌GB3505-電路XOY調(diào)整路2002調(diào)整被分測(cè)臺(tái)XOZ調(diào)整測(cè)工Z向電感傳感器前置處理電路Z向/X向二維直角坐標(biāo)測(cè)量數(shù)據(jù)數(shù)字件量濾波析高精度電源X向測(cè)量數(shù)據(jù)輪廓尺寸旋轉(zhuǎn)調(diào)整臺(tái)XOZ大角度精密調(diào)X向光柵計(jì)數(shù)細(xì)分電路整X向同步帶傳動(dòng)機(jī)X向位置數(shù)據(jù)信號(hào)雙X向電機(jī)構(gòu)圓溝溝鎖球弧倒X向滑動(dòng)導(dǎo)軌導(dǎo)向機(jī)構(gòu)中位口基半心置高角面徑距計(jì)數(shù)細(xì)Y向位置數(shù)據(jù)信號(hào)Y向光柵分電路………Y向測(cè)量數(shù)據(jù)Y向絲杠傳動(dòng)機(jī)構(gòu)任意直線

6、分Y向電機(jī)平直波粗?jǐn)?shù)字面Y向滾動(dòng)導(dǎo)軌導(dǎo)向機(jī)構(gòu)Y向坐標(biāo)測(cè)量數(shù)據(jù)線紋糙濾波度度度度析Y向限位零位開關(guān)Z向、X向限位零位信號(hào)三維微觀形貌Z向、X向限位零位信號(hào)反饋反饋控制X、Y向位置信號(hào)反饋接口電路圖2XM200表面形貌儀工作原理圖23.主要技術(shù)指標(biāo)3.1測(cè)量范圍3.1.1粗糙度測(cè)量測(cè)量范圍：Ra0.01μm～10μm；觸針位移：±500μm；測(cè)量力：0.75mN；分辨率：0.015μm；示值變動(dòng)性：2%+4nm。3.1.2輪廓測(cè)量:X坐標(biāo)：0～200mm，分辨率：0.5μmY坐標(biāo)：0～100mm，分辨

7、率：1μmZ坐標(biāo)：±500μm，分辨率：0.016μm±4mm，分辨率：0.26μm半徑測(cè)量精度：0.5%—0.2%X坐標(biāo)導(dǎo)軌精度：0.5μm/100mmY坐標(biāo)導(dǎo)軌精度：1.0μm/100mm3.2單一截面測(cè)量參數(shù)：3.2.1宏觀輪廓參數(shù)：形狀誤差、波紋度、直線輪廓的直線度、凸度、對(duì)數(shù)曲線等；3.2.2微觀輪廓參數(shù)：表面粗糙度3.2.3尺寸測(cè)量：球半徑和溝道等圓弧輪廓的半徑，滾子的球基面半徑，雙溝中心距、溝位置、鎖口高、密封槽深度以及倒角尺寸等。3.3多截面測(cè)量參數(shù)：宏觀形狀誤差3.4儀器特定功能

8、：CAD尺寸標(biāo)注，數(shù)據(jù)存儲(chǔ)分析、開放二次開發(fā)平臺(tái)等。4.單一截面測(cè)量參數(shù)的定義及評(píng)定方法：4.1術(shù)語定義4.1.1表面輪廓：平面與實(shí)際表面相交所得的輪廓（本文定義的單一界面）。4.1.2輪廓變換：把表面輪廓通過一定的數(shù)學(xué)變換，變換成可以評(píng)定的表面輪廓曲線。4.1.3輪廓濾波器：把輪廓分成長(zhǎng)波和短波成分的濾波器。4.1.4l濾波器：確定存在于表面上的粗糙度與比它更短的波的成分之間相s交界限的濾波器。34.1.5l濾波器：確定粗糙度與波紋度成分之間相交界限的濾波器。c4.1.6l濾波器