表面粗糙度计量资料

1、 表面粗糙度表面粗糙度计量计量 2000 Taylor Hobson Ltd泰勒泰勒霍普森有限公司霍普森有限公司演示中心演示中心目录目录 1. 为什么要测量表面粗糙度为什么要测量表面粗糙度?2. 测量方法测量方法 3. 测量基准测量基准4. 表面再现表面再现5. 术语术语6. 滤波滤波7. 参数参数8. 承载区域承载区域 (材料比材料比)9. Rk 参数参数10. 形状测量形状测量11. 标定方法标定方法12. Conics and Aspherics.13. 三维测量三维测量14. Drawing Indication. 1. 为什么要测量表面粗糙度为什么要测量表面粗糙度?表面的特性表面的特

2、性l材料的微观结构材料的微观结构表面的特性表面的特性l材料的微观结构材料的微观结构l刀具的作用刀具的作用表面的特性表面的特性l材料的微观结构材料的微观结构l刀具的作用刀具的作用l刀具在材料表面的不稳定刀具在材料表面的不稳定表面的特性表面的特性l材料的微观结构材料的微观结构l刀具的作用刀具的作用l刀具在材料表面的不稳定刀具在材料表面的不稳定l机床导轨的误差机床导轨的误差表面的特性表面的特性l材料的微观结构材料的微观结构l刀具的作用刀具的作用l刀具在材料表面的不稳定刀具在材料表面的不稳定l机床导轨的误差机床导轨的误差l工件表面由于压力而产生的变形工件表面由于压力而产生的变形表面的特性表面的特性l材

3、料的微观结构材料的微观结构l刀具的作用刀具的作用l刀具在材料表面的不稳定刀具在材料表面的不稳定l机床导轨的误差机床导轨的误差l工件表面由于压力而产生的变形工件表面由于压力而产生的变形在表面上有害的缺陷在表面上有害的缺陷l深的谷易于导致裂纹的可能扩展深的谷易于导致裂纹的可能扩展l当与其紧密配合的零件接触时，太多的峰将引起过早的磨损当与其紧密配合的零件接触时，太多的峰将引起过早的磨损和失效和失效l过多的波纹将导致噪音或预示加工问题过多的波纹将导致噪音或预示加工问题在表面上需要的特性在表面上需要的特性l当当润滑非常重要时，表面上需有足够多的谷用于存储油润滑非常重要时，表面上需有足够多的谷用于存储油l

4、表面上足够的的峰用于吸附油漆和粘结剂表面上足够的的峰用于吸附油漆和粘结剂l表面分布充足的谷可提高工件的可没锻表面分布充足的谷可提高工件的可没锻(塑塑)性性l光滑的表面可减小噪音、振动或得到高的反射率光滑的表面可减小噪音、振动或得到高的反射率为什么需要测量表面粗糙度为什么需要测量表面粗糙度? l生产过程控制生产过程控制l预测工件的表现预测工件的表现l监控零件的性能监控零件的性能为什么需要测量表面粗糙度为什么需要测量表面粗糙度?理想的情况为什么需要测量表面粗糙度为什么需要测量表面粗糙度? 实际情况 生产过程控制为什么需要测量表面粗糙度为什么需要测量表面粗糙度? 预测工件的表现为什么需要测量表面粗糙

5、度为什么需要测量表面粗糙度? 监控零件的性能返回目录2. 测量方法测量方法测量方法测量方法 l接触式测量接触式测量l非非接触式测量接触式测量如何测量表面粗糙度如何测量表面粗糙度? 比对样板接触式测量测量方法测量方法 测量方向测量方向 (X)测头摆动测头摆动 (Z)数据间隔数据间隔 (X)电感式传感器测头测杆刀口支点铁芯线圈线圈测量方法测量方法 压电式传感器测头测杆压电晶体测量方法测量方法 激光器激光器光电二光电二极管极管激光式传感器测头测杆返回目录更进一步的信息测量方法测量方法 3. 测量基准测量基准导头基准导头导头测头移动测头移动 (Z)测量方向测量方向 (X)测量基准测量基准 使用导头基准

6、的优点 降低振动的影响降低振动的影响 不需要表面调平 仪器便携性仪器便携性 牢固的设计测量基准测量基准 测头到导头间隔对测量的影响实际高度实际高度 H1H2测量高度测量高度测量基准测量基准 测头到导头间隔对测量的影响测量结果 P-V = 0mP-V = 10m测量基准测量基准 独立基准驱动箱基准测量方向测量基准测量基准 独立基准驱动箱基准基准导头光学平晶测量方向测量基准测量基准 返回目录 4. 表面再现表面再现测头针尖几何形状2m 锥形测头锥形测头切去顶端的金字塔型测头切去顶端的金字塔型测头2m 测量方向表面再现表面再现 更多信息测尖 尺寸和形状的影响表面再现表面再现 测尖 侧面接触 表面再现

7、表面再现 由测头测量的形状由测头测量的形状测尖测尖BBAA测尖 侧面接触 返回目录表面再现表面再现 5. 术语术语 数据点术语术语混淆采样间隔采样间隔真实信号真实信号 信号混淆信号混淆更进一步信息术语术语 粗糙度、波纹度和形状 采样表面术语术语 粗糙度、波纹度和形状 形状术语术语 粗糙度、波纹度和形状波纹度术语术语 粗糙度、波纹度和形状粗糙度返回目录 6. 滤波滤波术语术语 滤波-区分粗糙度和波纹度表面相互作用表面相互作用用图形技术滤波取样长度取样长度 滤波滤波 滤波滤波 形状参数取样长度Ra,Rq,Rz 等.粗糙度滤波滤波滤波 形状参数取样长度Wa,Wq,Wz etc.波纹度滤波电子和数字滤

8、波器 ISO 2CR 滤波器滤波器 2CR PC滤波器滤波器Gaussian高斯滤波器高斯滤波器滤波滤波 ISO 2CR 滤波器ISO 2CR 滤波后的图形滤波后的图形滤波滤波 未滤波图形未滤波图形更进一步的信息 ISO 2CR 滤波的效果相对于滤波中线经修正后的图形相对于滤波中线经修正后的图形滤波滤波 由由滤波建立的中线滤波建立的中线 2CR PC 滤波器2CR PC滤波后的图形滤波后的图形滤波滤波 未滤波图形未滤波图形 ISO 2CR PC 滤波器滤波滤波 由滤波建立的中线由滤波建立的中线相对于滤波中线经修正后的图形相对于滤波中线经修正后的图形 高斯滤波器未滤波图形未滤波图形高斯滤波后的图

9、形高斯滤波后的图形滤波滤波 高斯滤波器图形滤波图形滤波取样长度取样长度 XZ未滤波图形未滤波图形 中线中线取样长取样长度度滤波滤波 更进一步的信息滤波的效果 未滤波图形未滤波图形波纹度幅值波纹度幅值 = 100m粗糙度波长粗糙度波长 = 0.25 mm 波纹度波长波纹度波长 = 8.0 mm粗糙度幅值粗糙度幅值 = 20m滤波滤波 2CR 粗糙度滤波效果8.0 mm 取样长度滤波取样长度滤波波纹度幅值波纹度幅值 = 75m粗糙度波长粗糙度波长 = 0.25 mm 波纹度波长波纹度波长 = 8.0 mm粗糙度幅值粗糙度幅值 = 20m滤波滤波 2.5 mm取样长度滤波取样长度滤波波纹度幅值波纹度

10、幅值 = 24m粗糙度波长粗糙度波长 = 0.25 mm波纹度波长波纹度波长 = 8.0 mm粗糙度幅值粗糙度幅值 = 20mFilters 2CR 粗糙度滤波效果0.8 mm取样长度滤波取样长度滤波波纹度幅值波纹度幅值 = 2m波纹度波长波纹度波长 = 8.0 mm粗糙度幅值粗糙度幅值 = 20m粗糙度波长粗糙度波长 = 0.25 mmFilters 2CR 粗糙度滤波效果0.25 mm取样长度滤波取样长度滤波波纹度幅值波纹度幅值 = 0m粗糙度幅值粗糙度幅值 = 15m粗糙度波长粗糙度波长 = 0.25 mmFilters 2CR 粗糙度滤波效果0.08 mm取样长度滤波取样长度滤波波纹度

11、幅值波纹度幅值 = 0m粗糙度幅值粗糙度幅值= 4m粗糙度波长粗糙度波长 = 0.25 mmFilters 2CR 粗糙度滤波效果测量长度、评价长度和取样长度的关系 (ISO 2CR) 取样长度取样长度 (Cut-off)评价长度评价长度测量长度测量长度滤波滤波 启动长度启动长度停止长度停止长度滤波类型 ISO 2CR- 第第1、2个取样长度舍弃个取样长度舍弃 2CR PC- 第第1个和最后一个取样长度舍弃个和最后一个取样长度舍弃Gaussian- 第第1个半个和最后一个半个取样长度舍弃个半个和最后一个半个取样长度舍弃滤波滤波 取样长度的选取 0.8mm取样长度取样长度 (Cut-off)滤波

12、滤波 取样长度的选取滤波滤波 0.25mm取样长度取样长度 (Cut-off)选择正确的取样长度值 1.25 mm测量方向测量方向滤波滤波 Recommended Cut-off (ISO 4288-1996)PeriodicProfilesNon-PeriodicProfilesCut-offSamplingLength/EvaluationLengthSpacingDistanceRSm(mm)Rz (m)Ra (m)c (mm)c (mm)/L0.013-0.04To 0.1To 0.020.080.08/0.40.04-0.130.1-0.50.02-0.10.250.25/1.250

13、.13-0.40.5-100.1-20.80.8/40.4-1.310-502-102.52.5/12.51.3-4.0501088/40取样长度的选取 除非图纸上另有要求，取样长度依除非图纸上另有要求，取样长度依照上表选取照上表选取滤波滤波 带宽=Lc/Ls的比值Ls滤波滤波返回目录Lc 7. 参数参数参数参数 分析类型 粗糙度 - R前缀波纹度 - W前缀未滤波 - P前缀参数参数 参数类型 幅值参数- Z轴方向参数参数 幅值参数- Z轴方向 间距参数- X轴方向参数类型 参数参数 幅值参数- Z轴方向 间距参数- X轴方向 混合参数- X和Z轴 参数类型 参数参数 幅值参数 - Ra R

14、a参数参数 幅值参数 Ra的限制 RaRaRaRa参数参数 幅值参数 Rq (RMS) lr=评价长度评价长度 参数参数 幅值参数 Rt ln=评价长度评价长度lr=取样长度取样长度 参数参数 幅值参数 Rp 评价长度评价长度 参数参数 幅值参数 Rv 评价长度评价长度 参数参数 幅值参数 Rz Rz1Rz2Rz3Rz4Rz5Rz = (Rz1+Rz2+Rzn)/n参数参数 幅值参数Rz1max, Rp1max和Rv1max Rz1maxRp1maxRv1max参数参数 间距参数HSC (高点计数) lr=取样长度取样长度 (Cut-off)ln=评价长度评价长度 A=定义高度定义高度 B=

15、中线中线参数参数 间距参数HSC (高点计数)参数参数 间距参数Rpc (峰数) A=选择的带宽选择的带宽 B= 中线中线参数参数 间距参数Rpc (峰数)基底表面的峰将导致橙色油漆脱落基底表面的峰将导致橙色油漆脱落Base Sheet SteelPainted Surface参数参数 间距参数Sm(平均宽度) lr=取样长度取样长度 (Cut-off) Mean Line参数参数 混合参数- Rdq (Pdq, Wdq) (坡度均方根) 参数参数 Effects of Surface Slopes on vibration & noiseNo Vibration/QuietLow Frequ

16、ency RumbleHigh Frequency Scream混合参数- Rdq (Pdq, Wdq) (坡度均方根) 参数参数 该该参数值越小，表面的反射率越参数值越小，表面的反射率越高，表面外观越好。高，表面外观越好。该参数值越大，表面的反射率越该参数值越大，表面的反射率越底，表面外观越差。底，表面外观越差。返回目录混合参数- Rdq (Pdq, Wdq) (坡度均方根) 8. 承载区域承载区域 (材料比材料比)承载区域承载区域 (材料比材料比)混合参数 - Rmr 上部的表面决定磨合特性上部的表面决定磨合特性谷谷决定润滑特性决定润滑特性表面的基体部分决定磨损或寿命特性表面的基体部分决定

17、磨损或寿命特性混合参数 - Rmr 研磨板研磨板承载线承载线ln=评价长度评价长度Rmr= a+b+c+d+e x100 ln承载区域承载区域 (材料比材料比) 材料比率曲线(Rmr) 0100 %tp(%)p高度高度在在P高度时的高度时的Tp (%)承载区域承载区域 (材料比材料比) 0100 %tp(%)p高度高度在在P高度时的高度时的Tp (%)材料比率曲线(Rmr)承载区域承载区域 (材料比材料比) 材料比率曲线(Rmr)0p高度高度在在P高度时的高度时的Tp (%)tp(%)100 %承载区域承载区域 (材料比材料比)幅值分布曲线 0p高度高度峰的个数峰的个数承载区域承载区域 (材料

18、比材料比)更进一步的信息与材料比率曲线相关的参数-Rsk (非对称性) Surface with Random Amplitude Distribution- Zero Skew随机分布的表面随机分布的表面- 零非对称零非对称承载区域承载区域 (材料比材料比)与材料比率曲线相关的参数-Rsk (非对称性)表面峰占多数表面峰占多数- 正非对称正非对称承载区域承载区域 (材料比材料比) 与材料比率曲线相关的参数-Rsk (非对称性)表面谷占多数表面谷占多数- 负非对称负非对称承载区域承载区域 (材料比材料比) 与材料比率曲线相关的参数-Rku(峭度) Rku3返回目录承载区域承载区域 (材料比材料

19、比) 9. Rk 参数参数参数参数 Rk 参数表面交互作用表面交互作用材料比率曲线(Rmr) 0100 %tp(%)承载区域承载区域 (材料比材料比) 材料比率曲线材料比率曲线倾斜的图形倾斜的图形 参数参数 中线中线 未滤波的图形未滤波的图形Rk 参数参数参数 中线中线 谷谷拟制后的未滤波图形拟制后的未滤波图形 谷谷去除并保存在内存中去除并保存在内存中Rk 参数参数参数 最终的滤波之后的粗糙度曲线最终的滤波之后的粗糙度曲线Rk参数参数参数 100 %0tp(%)40 %RdcRk 参数参数参数 100 %0tp(%)Rdc40 %ABDEFCRk 参数参数参数 C100 %0tp(%)Rdc4

20、0 %ABDEFRkD1Mr2Mr1Rk 参数参数参数 tp(%)C100 %0Rdc40 %ABDEFRkD1Mr2Mr1Area 1ECRpkArea 2EDRvkRk 参数参数参数 100 %0tp(%)40 %RkMr2Mr1RpkRvkRk 参数参数参数 Rk 相关的参数 Rk-核心粗糙度深度核心粗糙度深度 Rpk-峰峰高度高度 Rvk-谷高度谷高度 Mr1-峰的峰的百分比百分比 Mr2-谷的百分比谷的百分比 A1-峰的峰的面积面积 A2-谷的面积谷的面积返回目录10. 形状测量形状测量最小二乘直线 形状测量形状测量 形状测量形状测量 直线度 (最小二乘直线) 形状测量形状测量 直线

21、度 (最小区域直线)形状测量形状测量最小二乘圆弧R=最小二乘圆弧半径最小二乘圆弧半径r-r=最小二乘圆弧最小二乘圆弧 rr形状测量形状测量 最小二乘圆弧 半径测量t=34.501656mmr=110mml=80mmt= 弦高弦高r= 最小二乘半径最小二乘半径l= 测量长度测量长度/2r-t形状测量形状测量 最小二乘圆弧 半径测量t=1.833462mmr=110mml=20mmr-tt= 弦高弦高r= 最小二乘半径最小二乘半径l= 测量长度测量长度/2形状测量形状测量 最小二乘圆弧 半径测量t=1.833962mmr=109.9705mml=20mm返回目录t= 弦高弦高r= 最小二乘半径最小

22、二乘半径l= 测量长度测量长度/211. 标定方法标定方法标定方法标定方法 球标定 测量方向测量方向软件校正软件校正弧形误差dZdX测量方向测量方向软件校正软件校正 测头针尖误差测量方向测量方向测头针尖中心的轨迹测头针尖中心的轨迹标定方法标定方法 Ra和Rz粗糙度样板标定方法标定方法 Ra和Rz粗糙度样板标定方法标定方法 测量方向测量方向2.5m台阶高度台阶高度 三线(台阶高度)标准标定方法标定方法三线(台阶高度)标准A=中线中线B=标定高度标定高度标定方法标定方法三线(台阶高度)标准A=调平的表面调平的表面B=PtC=未调平的表面未调平的表面返回目录更进一步信息Conics & Aspher

23、icsConics and Aspherics Conic Sections Conic Constants Ellipse: K0Conics and Aspherics Z2 + X2 = 1 R22 R12 Z2 + X2 = 1 R2 R2 Z2 + X2 = 1 R22 R12 Conic Constants Hyperbola: K -1 Parabola: K= -1 Conics and Aspherics Z2 + X2 = 1 R22 R12 Z = (Ax)2What is an Aspheric? Conventional Spherical LensConics an

24、d Aspherics What is an Aspheric? Aspheric LensConics and Aspherics Reasons for using an Aspheric Reduces Spherical Aberration Ability to Produce Vari-focal Lenses Reduction in Lens Size and Weight Greater Design Freedom Conics and Aspherics How is an Asphere constructed? Basic Conic Section (Sphere)

25、 Z Axis X Axis Conics and Aspherics Z2 + X2 = 1R2 R2 How is an Asphere constructed? Aspheric Polynomial CurveZ=a8|x|8 Basic Conic Section (Sphere) Z Axis X Axis Conics and Aspherics How is an Asphere constructed? Aspheric ProfileAspheric Polynomial CurveBasic Conic Section (Sphere) Z Axis X Axis A B

26、 C Conics and Aspherics How is an Asphere constructed? Aspheric ProfileAspheric Polynomial CurveBasic Conic Section (Sphere) Z Axis X Axis A B C Aspheric ProfileAspheric Polynomial CurvesBasic Conic Section Conics and Aspherics Standard Equation for An Aspheric Surface cx2+a1|x| +a2| x|2 + a3| x|3 +

27、a20 | x|20Z(x)= 1+ 1-(K+1) c2x2Where: X is the Radial distance from the Aspheric Axis Z is the corresponding vertical distance a is the indexed Polynomial Coefficient C is the reciprocal of the Base Radius K is the Conic Constant of the Surface Conics and Aspherics Base Radius of Curvature Conics an

28、d Aspherics How Do We Measure an Aspheric Surface? Optical FlatAspheric AxisConics and Aspherics How Do We Analyse an Aspheric Surface? Aspheric DataRadius=40.0mmK= -1A4= 5.3188e-007A6=5.5231e-009A8=-1.6774e-011A10=-6.3352e-014Conics and Aspherics Aspheric Form FitX Axis Z Axis ABAspheric AxisConics

29、 and Aspherics Residual Error after Aspheric Form Removal +Z Axis -Z Axis -X Axis +X Axis AAspheric AxisAspheric AxisConics and Aspherics How Do We Analyse an Aspheric Surface? Conics and Aspherics Aspheric ParametersConics and Aspherics Aspherics-Further Analysis Convex Component-Concave Residual F

30、orm Error-Increase Base RadiusConics and Aspherics Convex Component-Convex Residual Form Error-Decrease Base RadiusConics and Aspherics Aspherics-Further Analysis Smallest Rt Value Achieved-True Shape & Base RadiusConics and Aspherics Back to Contents PageAspherics-Further Analysis 3D (Areal) Measur

31、ement3D Measurement Advantages of 3D (Areal) over 2D Good Visualisation of the Surface More Statistically Stable Better at Detecting & Analysing Defects Many Methods of Representing the Data 3D Measurement Disadvantages of 3D (Areal) Longer measurement cycles Measurement Produces Large Data Files Ma

32、inly Restricted to R & D Sometimes Visually Subjective 3D Measurement Contact Measurement Method Y Axis Incremental MovementTraverse Direction3D Measurement Non-Contact Measurement Method Y Axis Incremental MovementMeasurement Axis (X) Laser CCD Detector 3D Measurement Critical Dimensions for 3D Mea

33、surement Profile 1Profile 2Z1Z2XZY3D Measurement Data Analysis 3D Measurement Levelling the Data 3D Measurement Form Removal Cylinder Liner- No Form RemovedCylinder Liner- Form Removed3D Measurement Viewing 3D Data Meshed Axonometric View3D Measurement Viewing 3D Data Photo Simulation ViewPseudo- Co

34、lour View3D Measurement Viewing 3D Data Continuous Axonometric ViewContour View3D Measurement 3D Filtering 0.8mm0.8mm 0.8mm Gaussian Filter Cut-off Lost Top, Bottom Left & RightSampling Area3D Measurement 3D Parameter Types Amplitude Spatial Hybrid Functional 3D Measurement 3D Amplitude Parameters-

35、Prefix: S Sa =arithmetic mean of the deviations from the mean plane Sq =RMS of the mean of the deviations from the mean plane St =total peak to valley over the sample area Sp =height of the highest peak to mean plane Sv =depth of the deepest valley to mean plane 3D Measurement 3D Spatial Parameters

36、SPc =peak count between two selectable planes Sds =density of summits contained in a sampling area Std =texture direction of the surface3D Measurement 3D Hybrid Parameters Sq =RMS slope of the surface Ssc =mean summit curvature of the surface Sdr =developed interfacial area ratio of the surface3D Me

37、asurement 3D Functional Parameters Stp=surface bearing area ratio Sbi =surface bearing index Sci =core fluid retention index Svi =valley fluid retention index3D Measurement Volume/Defect Analysis 3D Measurement Step Height Analysis Drawing IndicationDrawing IndicationConventional Surface Texture Sym

38、bol Graphical Symbols for Surface Texture 6.8Requirement for Surface Texture1Requirement for Surface Texture, Material Removal Required2Requirement for Surface Texture, Material Removal Not Permitted3 Graphical Symbols for Surface Texture Drawing Indication Graphical Symbols for Surface Texture Draw

39、ing Indication(d) (e) 3 (c) Turned(a) 0.0025-0.8/Rz 6.8(b) 0.0025-0.8/Ra 2.2Click Here for Further Information Graphical Symbols for Surface Texture Drawing Indication Fe/Ni 15p cr 0.0025-0.8/Rz 6.8Drawing IndicationBi-Lateral Tolerancing Graphical Symbols for Surface Texture U Ra 0.9L Ra 0.3Drawing

40、 Indication The 16% Rule (Default Rule) No more than 16% of the measured values for an upper limit should exceed the specified value No more than 16% of the measured values for a lower limit should be less than the specified valueDrawing Indication The MAX Rule RzMAX 0.9EndBack to Contents PageTermi

41、nology Frequency ResponseABCDSurface ProfileTraverse Length in 1 Second0.01mm0.02mm0.01mm0.01mm1mm/100 peaks1mm/50 peaks0.5mm/50 peaks2mm/200 peaksElectrical Waveform100 Hz50 Hz50 Hz200 HzClick Here to ReturnStyli - Critical FeaturesShank ClearanceEffective LengthShank LengthPivot PointReproducing the Surface Back to Contents PageClick Here to ReturnHow Do We Measure Surface Finish? Phase Grating Interferometric (PGI)TransducerHow Do We Measure Surface Finish? Non Contact InstrumentsLaser TriangulationCCD ReceptorSurface ALaser Surface BZHow Do We Measure Surface Finish? Atomic Force Microsc