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表面粗糙度测量仪测试优点即缺点,

图3 传统表面粗糙度测量仪工作原理框图
指零表的作用反映铁芯在差动电感线圈中所处的位置。当铁芯处于差动电感线圈的中间位置时,指零表指针指示出零位,即保证处于电感变化的线性范围之内。所以,在测量之前,必须调整指零表,使其处于零位。噪声滤波的目的在于剔除一些干扰信号,如电气元件的噪声所引起的虚假信号。大量的测试表明,高于400Hz的信号即不是被测表面粗糙度所引的信号,必须从总信号中加以剔除。所以噪声滤波器是一种低通(低频能通过)滤波器,它使400Hz以下的低频信号顺利通过,而将400Hz以上的高频信号迅速衰减,从而达到滤波的目的。波度滤波的目的则是用以滤掉距大于取样度的波度,因此它是一个高通(高频能通过)滤波器,使表面粗糙度所引起的高频(相对于波度引起的低频而言)信号能自由通过。

经过噪声滤波和波度滤波以后,剩下来的就是与被测表面粗糙度成比例的信号,再经平均表放大器后,所输出的电流I与被测表面轮廓各点偏离中线的高度y的绝对值成正比,然后经积分器完成 的积计算,得出Ra值,由指零表显示出来。

这种仪器适用于测定0.02-10μm的Ra值,其中有少数型号的仪器还可测定更小的数值,仪器配有各种附件,以适应平面、内外圆柱面、圆锥面、球面、曲面、以及小孔、沟槽等形状的工件表面测量。测量迅速方便,测值精度高。

2 传统表面粗糙度测量仪的不足

传统表面粗糙度测量仪存在以下几个方面的不足:

(1)测量参数较少,一般仅能测出Ra、Rz、Ry等少量参数;
(2)测量精度较低,测量范围较小,Ra值的范围一般为0.02-10μm左右;
(3)测量方式不灵活,例如:评定长度的选取,滤波器的选择等;
(4)测量结果的输出不直观。

造成上述几个方面不足的主要原因是:系统的可靠性不高,模拟信号的误差较大且不便于处理等。

3 对传统表面粗糙度测量仪的改进

3.1 传统表面粗糙度测量仪的改进方案

为了克服传统表面粗糙度测量仪的不足,应该采用计算机系统对其进行改进。例如,英国兰克精密机械有限公司制造的“泰吕塞夫(TALYSURF)”10型和研润企业集团制造的2205型表面粗糙度测量仪就采用了计算机系统,使其性能较之传统表面粗糙度测量仪有极大的提高。其基本原理如图4所示,从相敏整流输出的模拟信号,经过放大及电平转换之后进入数据采集系统,计算机自动地将其采集的数据进行数字滤波和计算,得到测量结果,测量结果及轮廓图形在显示器显示或打印输出。


图4 改进后的表面粗糙度测量仪工作原理框图
要采用计算机系统对传统的表面粗糙度测量仪进行改进,就要编制相应的计算机软件,最好采用比较直观的菜单形式。可以按如图5所示的菜单使用流程图编制软件:


图5 菜单使用流程框图
3.2 改进后的表面粗糙度测量仪的功能及使用效果

由于采用计算机系统,将模拟信号转换为数字信号进行灵活的处理,显著地提高了系统的可靠性,所以既大大增加了测量参数的数量,又提高了测量精度。例如:哈尔滨量具刃具厂制造的2205型表面粗糙度测量仪的测量参数多达二十六个,测量范围为0.001~50μm,可任选1~5倍的取样长度作为评定长度,测量结果及图形在显示器、打印机或绘图仪上非常直观地输出来。它还采用了较为先选的可选择的数字滤波器,它与模拟滤波器相比其特性更为准确,且不会有元器件参数误差带来的影响。

另一方面,若在表面粗糙度测量仪测量实验的教学过程中引入改进后的表面粗糙度测量仪,就实验的直观教学功能而言,也很有意义。改进后的电动输廓仪,通过计算机软件与硬件的结合(尤其是软件)大大加强了实验过程的直观性,这体现在以下几个方面:

(1)整个实验过程非常直观地通过软件的各级菜单进行控制。操作简单、一目了然。
(2)输入与显示同步,即在测量进行过程的同时,触针在被测表面上滑行的轨迹动态地显示在计算机屏幕上。
(3)测量结果及相关图形能非常直观地、准确地输出在显示器、打印机或绘图仪上。

很显然,以上这些直观的教学效果是其它传统的表面粗糙度测量实验方法所不具备的。它在得到正确的测量结果的同时,还充分运用了直观教学的原理,帮助学生加深对表面粗糙度的概念及其各种参数的直观理解。

4 结 语

(1)传统的表面粗糙度测量仪由传感器、驱动器、指零表、记录器和工作台等主要部件组成,从输入到输出全过程均为模拟信号。而在传统的表面粗糙度测量仪的基础上,采用计算机系统对其进行改进后,通过模-数转换将模拟量转换为数字量送入计算机进行处理,使得仪器在测量参数的数量、测量精度、测量方式的灵活性、测量结果输出的直观性等方面有了极大的提高。

(2)从前面的分析知,整个改进方案并不复杂,因此对于目前仍广泛使用的传统的表面粗糙度测量仪的改进具有一定的意义。

(3)随着电子技术的进步,某些型号的表面粗糙度测量仪还可将表面粗糙度的凹凸不平作三维处理,测量时在相互平行的多个截面上进行,通过模-数变换器,将模拟量转换为数字量,送入计算机进行数据处理,记录其三维放大图形,并求出等高线图形,从而更加合理的评定被测面的表面粗糙度。

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