实验三表面粗糙度测量.doc

1、实验三表面粗糙度测量实验3 1用双管显微镜测量表面粗糙度、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2双管显微镜能测量 801卩m的粗糙度，用参数 Rz来评定。双管显微镜的外形如图 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。双管显微镜是利用光切原理来测量

2、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450方向投射到阶梯表面上时，就被折成3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 S1和S2。同样，S1和S2之间距离h也被放大为S1和S2之间的距离h1。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的放大轮廓象为h1，测量

3、亮带边缘的宽度 h1，可求出被测表面的不平度高度m：h-ihl = hlC0S吩亍航式中 N物镜放大倍数。图3为了测量和计算方便，测微目镜中十字线的移动方向（图图45a）和被测量光带边缘宽度hi成45斜角（图5b）,故目镜测微器刻度套筒上读数值hi与不平度高度的关系为:hi =hicos45Nhcos2 45所以,hi cos 45hh =N2N1式中， =C,2NC为刻度套筒的 分度值或称为 换算系数，它与 投射角a、目镜 测微器的结构 和物镜放大倍 数有关。(b)(a)图5四、测量步骤1. 根据被测工件表面粗糙度的要求，按表1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

4、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型块上。表1物镜放大倍数N总放大倍数视场直径（mm）物镜工作距离（mm）测量范围Rz （m）7X60X2.517.810 8014X120X1.36.83.2 1030X260X0.61.61.6 6.360X520X0.30.650.8 3.24.粗调节：参看图2，用手托住支臂7,松开锁紧螺钉9，缓慢旋转支臂调节螺母 10, 使支臂7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（图5b）。然后，将螺钉9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

5、调节：缓慢而往复转动调节手轮6,调焦环12和调节螺钉13,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5，转动目镜测微器4,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）。然后，将螺钉 5固紧。7. 根据被测表面的粗糙度级别，按国家标准GB1031 68的规定选取取样长度和评定长度。8. 旋转目镜测微器的刻度套筒，使目镜中十字线的一根线与光带轮廓一边的峰（或谷）相切，如图5b实线所示，并从测微器读出被测表面的峰（或谷）的数值。在取样长度范围内 测出最高点（最高的峰）和最低点（最低的谷）的数值。然后计算出Rz的数值。9. 纵向移动工作台，在测

6、量范围长度内，共测出n （n般取5）个取样长度的 Rz值,取它们的平均值作为被测表面的轮廓最大高度。按下式计算：Rz （平均）Rzii 1n10. 根据计算结果，判断被测表面粗糙度的适用性。 附：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， 要用玻璃标准即确定每一格刻度间距所代表的不平度咼度的实际数值。确定刻度

7、尺来确定分度值 C,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（图6 ）。（2）参看图2,松开螺钉5，转动目镜 测微器4，使十字线交点移动方向与刻度尺象 平行，然后固紧螺钉 5。（1） 按表2选定标准刻度尺线格数 Z, 将十字线焦点移至与某刻线重合（图6中实线位置），读出第一次读数 n1。然后，将十字线焦点移动 Z格（图6中虚线位置），读出第二次读数n2,两次读数差为:A = n2n1表2物镜标称倍率N7 X10X30X60X标准刻度尺刻线格数 Z100503020（2） 计算测微器刻度套筒上一格刻度间距所代表的实际

8、被测值（即分度值）C:TZC =2A式中T标准刻度尺的刻度间距（10卩m）。把从目镜测微器测得的十点读数的平均值h乘上C值，即可求得 Rz值:Rz = Ch1 .为什么只测量光带一边的最高点（峰）和最低点（谷）？2 .测量表面粗糙度还有哪些方法？其应用范围如何？3. 用双管显微镜测量表面粗糙度为什么要确定分度值C ?如何确定？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

9、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 0.80.025卩m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，

10、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：ah=b 2式中，入为测量中的光波长。 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。(B 1弓矗般图2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

11、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。转动手轮 11,使图2中的孔径光阑6开至最大，转动手轮 7和9,使两个灯丝象完全重合，同时调节 螺丝4 a,使灯丝象位于孔径光阑中央，如图4所示，然后装上测微目镜，旋紧螺丝1b。在精密测量中，通常采用光波波长稳定的单色光（本仪器用的是绿光），此时应将手柄12推到底，使图2中的滤色片3插入光路。当被测表面粗糙度较低而加工痕迹又不很规则 时，干涉条纹将呈现出急剧的弯曲和断裂现象，这时则不推动手柄12,而采用白光，因为白光干涉成彩色条纹，其中零次

12、干涉条纹可清晰地显示出条纹的弯曲情况，便于观察和测量。如在目镜中看不到干涉条纹，可慢慢转动手轮14直到出现清晰的干涉条纹为止（图5a）。转动手轮7和9以及手轮8和14,可以得到所需的干涉条纹亮度和宽度。转动工作台2b，使加工痕迹的方向与干涉条纹垂直。松开螺丝1b,转动测微目镜1,使视场中十字刻线之一与干涉条纹平行，然后拧紧螺丝1b，此时即可进行具体的测量工作。2. 测量方法在此仪器上，表面粗糙度可以用两种方法测量。（1）用测微目镜测量1）转动测微目镜的测微器 1a，使视场中与干涉条纹平行的十字线中的一条线对准一条干涉条纹峰顶中心（图 5b），这时在测微器上的读数为N然后再对准相邻的另一条干涉条

13、纹峰顶中心，读数为 N2。（N1 N2）即为条纹间距 bo2） 对准一条干涉条纹峰顶中心读数N1后，移动十字线，对准同一条干涉条纹谷底中心，读数为N3。（ N1 N3）即为干涉条纹弯曲量 a 按轮廓最大高度 Rz的定义，在取样长度范 围内测量同一条干涉条纹的最高的峰和最的低谷，这个干涉条纹弯曲量的值a为：a 平均=N 1 max N 3 min被测表面的轮廓最大咼度 RZ为:aRzb 2采用白光时，入=0.55卩m;采用单色光时，则按仪器所附滤色片检定书载明的波长取值。按测量长度要求，各取样长度的Rz值还需平均后才能作为评定表面粗糙度的可靠数据。I檯电世时讣”心b m M 用(a)(b)（2）用目视估计判定a为干涉条纹间距b的多少倍或几分之一， 用目视用肉