《表面粗糙度与检测》课件

表面粗糙度与检测表面粗糙度是衡量表面微观几何形状偏差的指标，它影响着材料的耐用性、摩擦力、疲劳强度等关键性能。表面粗糙度检测是评估材料表面质量的重要手段，广泛应用于工业制造、精密加工、质量控制等领域。课程大纲表面粗糙度概述介绍表面粗糙度的概念，以及它在制造业中的重要性。表面粗糙度参数讲解常用粗糙度参数，例如算术平均粗糙度Ra和最大高度粗糙度Rz。表面粗糙度测量方法介绍常见的接触式和非接触式测量方法，如触针仪和光学干涉法。表面粗糙度检测标准介绍GB/T3505-2008等相关标准，以及检测环境和设备要求。表面粗糙度概述表面粗糙度表面粗糙度是指物体表面微观几何形状的特征，反映了表面微观不平整程度。表面粗糙度影响表面粗糙度会影响零件的疲劳强度、耐磨性、润滑性、密封性等，并对产品性能、寿命和可靠性产生重要影响。表面粗糙度测量表面粗糙度可以通过各种测量方法进行测定，如触针法、光学干涉法等。表面粗糙度定义1表面微观几何形状表面粗糙度是指物体表面微观几何形状的特征。2微观不规则性指的是表面上的微观起伏、凹凸、波纹等。3影响性能表面粗糙度直接影响物体表面性能，例如摩擦、润滑、疲劳强度等。表面粗糙度参数表面粗糙度参数表面粗糙度参数是用来描述表面粗糙程度的指标。这些参数反映了表面的凹凸起伏程度、方向、分布等特征。参数类别主要分为两类:几何参数和功能参数。几何参数描述表面的几何形状和尺寸，而功能参数则描述表面在特定功能下的性能。常用粗糙度参数算术平均粗糙度Ra表面轮廓偏离中线的平均值，反映表面粗糙程度。最大高度粗糙度Rz表面轮廓在五个连续测量长度内，最高点与最低点之间的距离，反映表面粗糙度。十点高度Rz表面轮廓在五个连续测量长度内，最高点与最低点之间的距离，反映表面粗糙度。轮廓波纹度Ry表面轮廓在五个连续测量长度内，最大高度与最低点之间的距离，反映表面粗糙度。算术平均粗糙度Ra算术平均粗糙度Ra是表面粗糙度最常用的参数之一，它代表着表面轮廓线偏离中线的算术平均值。Ra值越小，表面越光滑；Ra值越大，表面越粗糙。0.1微米Ra值通常以微米为单位表示。0.01纳米对于某些精密加工的表面，Ra值可能达到纳米级别。1光滑度Ra值越小，表面越光滑，光反射率越高。10粗糙度Ra值越大，表面越粗糙，光反射率越低。最大高度粗糙度Rz最大高度粗糙度Rz表示表面轮廓在评估长度内，从最高峰到最低谷之间的距离，是表面粗糙度的另一种重要参数，通常用于表征表面的起伏程度。Rz值越大，表面越粗糙，反之则越光滑。表面粗糙度主要测量方法接触式测量方法触针仪是最常见的接触式测量方法之一，可以精确测量表面粗糙度参数。非接触式测量方法光学干涉法是一种常用的非接触式测量方法，利用光波干涉原理测量表面轮廓。其他测量方法除了触针仪和光学干涉法之外，还有其他测量方法，例如扫描隧道显微镜（STM）和原子力显微镜（AFM）。接触式测量方法1触针仪法最常见测量方法，利用触针扫描表面，获取高度信息。精度高应用广泛成本较低2轮廓仪法测量表面轮廓，并生成二维轮廓曲线。用于分析表面形状适用于复杂形状测量范围较大3原子力显微镜法利用尖锐的探针扫描表面，获得纳米级别的细节。最高分辨率用于科研和微纳加工成本较高触针仪工作原理触针仪是一种常用的表面粗糙度测量仪器，它采用触针式测量方式。触针在测头驱动下，按照预定的轨迹在被测表面移动，触针尖端与表面接触产生形变，通过传感器将形变转换成电信号。电信号经过放大、处理后，由计算机分析计算，得到表面粗糙度参数，如算术平均粗糙度Ra、最大高度粗糙度Rz等。触针仪测量步骤1样品准备清洁样品表面，确保没有杂物或污垢。2设置参数选择合适的测量范围、采样频率等参数。3触针校准校准触针以确保测量精度。4扫描测量选择合适的扫描路径，进行样品表面扫描。5数据分析通过软件分析测量结果，得到粗糙度参数。非接触式测量方法1光学干涉法利用光波干涉原理2激光扫描法通过激光束扫描表面3图像分析法利用图像处理技术4其他方法例如：白光干涉法非接触式测量方法主要利用光学原理，避免了接触式测量方法带来的表面损伤问题。光学干涉法是较为常见的非接触式测量方法，其精度高，适用于精密测量。光学干涉法工作原理光学干涉法是一种利用光波的干涉现象测量物体表面形貌的方法。该方法基于光的相干性，当两束相干光波相遇时，会产生干涉现象，即光波叠加后形成明暗相间的条纹。通过测量干涉条纹的形状和位置，可以得到被测表面的形貌信息。光学干涉法测量步骤准备样品清洁样品表面，确保没有灰尘或油污，并将其放置在干涉仪的工作台上。调节干涉仪调整干涉仪的光学系统，使其与样品表面平行，并获得清晰的干涉条纹。获取干涉图使用干涉仪的成像系统捕捉样品表面的干涉条纹图像。分析干涉图使用图像处理软件分析干涉图，计算样品表面的粗糙度参数。表面粗糙度检测标准国家标准中国国家标准GB/T3505-2008规范了表面粗糙度参数的定义、测量方法和标准。国际标准ISO4287:1997和ISO4288:1997定义了表面粗糙度的基本概念和测量方法。行业标准不同行业可能制定特定的表面粗糙度标准，以满足其特殊应用需求。GB/T3505-2008GB/T3505-2008是中国国家标准，规定了表面粗糙度的术语、参数、测量方法和评定方法。表面粗糙度术语参数测量方法评定方法Ra算术平均粗糙度Rz接触式测量合格/不合格Rq均方根粗糙度Rmax非接触式测量等级评定检测环境和设备要求环境要求检测环境应保持恒温恒湿，避免震动和灰尘。温度应控制在20°C±5°C，湿度应控制在60%±10%。设备要求粗糙度测量仪应定期校准，确保其精度和可靠性。测量仪应符合相关标准，并配备必要的附件。测量数据处理分析数据预处理首先，需要对测量数据进行预处理，例如去除异常值和噪声，以确保数据的可靠性。统计分析对处理后的数据进行统计分析，例如计算平均值、标准差等，以了解数据的总体特征。图形展示将数据以直方图、散点图等形式进行图形展示，以便直观地了解数据分布和趋势。结果评估根据统计分析和图形展示的结果，对测量结果进行评估，并与标准进行比较，判断其是否符合要求。数据分析流程1数据采集从测量设备获取数据2数据预处理清理和转换数据3数据分析应用统计方法4结果可视化图表和报告展示数据分析流程是一个循序渐进的过程，涉及多个步骤，从数据采集到结果可视化，每个步骤都至关重要。粗糙度分析软件使用11.数据导入导入测量数据，可从测量仪器或文件导入。22.数据处理进行数据清洗、平滑等处理，去除噪声和异常值。33.参数计算计算粗糙度参数，如Ra、Rz、Rq等。44.结果分析生成报告，包括图表、统计数据和分析结论。数据表格绘制数据表格可以直观地展示测量结果，方便分析。1数据整理将原始数据进行整理，按照测量参数和样本编号进行分类。2表格设计根据数据类型和分析需求设计表格，确定列标题和行标签。3表格填充将整理后的数据填入表格，确保数据的准确性和完整性。4表格格式化对表格进行格式化处理，包括字体、颜色、对齐方式等。表格设计要简洁清晰，方便阅读和理解。粗糙度曲线分析粗糙度曲线可以直观地反映表面微观几何形状。横轴表示表面扫描路径，纵轴表示表面高度变化。曲线形状可以帮助判断表面加工工艺、表面质量等。通过分析曲线特征，可以识别表面周期性波纹、随机起伏、缺陷等，为进一步优化加工工艺提供参考。测量结果评价符合性评估将测量结果与相关标准或规格进行比较，确定是否符合要求。数据分析使用统计方法分析测量数据，识别趋势、异常值并评估测量精度。结果报告整理和记录测量结果，并以清晰易懂的方式呈现分析结论和建议。实际案例分析以汽车发动机缸体为例，其表面粗糙度对于发动机性能至关重要。缸体表面粗糙度过高，会造成机油消耗增加，摩擦力增大，导致发动机功率下降。相反，如果缸体表面粗糙度过低，则可能导致活塞环磨损加剧，影响发动机的使用寿命。典型工件粗糙度分析11.机械加工表面分析机械加工表面粗糙度，如车削、铣削、磨削等。22.模具表面分析模具表面粗糙度，影响产品表面质量和使用寿命。33.轴承表面分析轴承滚动体和滚道表面粗糙度，影响轴承摩擦和寿命。44.齿轮表面分析齿轮齿面粗糙度，影响传动效率和噪音。误差分析与控制测量误差来源测量误差来源多种多样，包括仪器误差、操作误差、环境误差等。误差控制方法选择合适的测量仪器、规范操作流程、控制环境温度和湿度等。误差分析方法通过数据分析，识别影响测量结果的主要误差来源，并制定相应的控制措施。测量不确定度评估测量不确定度是指对测量结果中可能存在的误差范围的估计。它反映了测量结果的可靠性和可信程度。评估方法通常使用统计学方法来评估测量不确定度。根据测量过程中的随机误差和系统误差来计算不确定度。测量不确定度概念测量误差测量结果与真实值之间的差异被称为测量误差。测量不确定度测量不确定度是指对测量结果的可靠性进行评估，表示测量结果的离散程度。测量不确定度来源仪器误差仪器的精度和校准误差会直接影响测量结果的准确性。例如，触针仪的针尖半径、光学干涉仪的波长等都会引入误差。环境影响温度、湿度、振动等环境因素会导致测量结果的偏差。例如，温度变化会影响测量仪器的尺寸变化，从而影响测量精度。样品误差样品表面形状、材料特性、清洁度等因素也会影响测量结果。例如，样品表面存在油污、氧化层等，会影响测量数据的准确性。操作误差操作人员的经验、熟练程度和操作方法等也会影响测量结果。例如，触针仪的触针压力控制不当、光学干涉仪的聚焦操作不准确等都会引入误差。测量不确定度评估步骤1步骤1：识别不确定度来源识别所有可能影响测量结果的不确定度来源，如