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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
一、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
1
图
2
双管显微镜能测量
80~1
μ
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<
/p>
、工作台
2
、观察光管
< br>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
测量表面粗糙度的，如图
3
所示。被测表面为
< br>P
1
、
P
2
阶
梯表面，当一平行光束从
45<
/p>
0
方向投射到阶梯表面上时，就被折成
S
1
和
S
2
两段。从垂直于
Z
v
4
Z
v
3
Z
p
1
Z
p
3
Z
p
4
R
z
Z
p
2
Z
p
5
Z
v
5
Z
p
6
Z
v
6
Z
v
1
Z
v
2
中线
lr
?<
/p>
。同样，
S
1
和
S
2
之间
?<
/p>
和
S
2
光束的方
向上就可在显微镜内看到
S
1
和
S
2
两段光带的放大象
S
1
?
之间的距离
< br>h
1
?
。
?
和
S
2
距
离
h
也被放大为
S
1
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
0
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
h
1
的放大轮廓象为
h
< br>1
′，测量亮带边缘的宽度
h
1
′，可求出被测表面
的不平度高度
h<
/p>
1
：
?
h
h
1
＝
h
1
cos45
0
＝
1
cos45
0<
/p>
N
式中
N
—物镜放大倍数。
图
3
图
4
为了
测量和计算方便，测微目镜中十字线的移动方向（图
5a
）和被
测量光带边缘宽度
h
1
′成
45
0
斜角（图
5b
）
，故目镜测微器刻度套筒上读数值
h
1
′与不平度高度的关系为：
?
h
1
Nh
?
?
＝
h
1
?
0
2
0
cos
45
cos
45
?
?
h
1
cos
2
45
0
h<
/p>
1
所以
h
＝
?
N
2
N
式中，
1
＝
C
，
2
N
C
为刻度套筒的<
/p>
分
度
值
或
称
为
换算系数，
它与
投射角α、
目镜
测
微
器
的
结
构
和
物
镜
放<
/p>
大
倍
数有关。
（
a
）
图
5
(b)
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
7X
14X
30X
60X
总放大倍数
60X
120X
260X
520X
视场直径
（
mm
）
2.5
1.3
0.6
0.3
物镜工作距离
（
mm
）
17.8
6.8
1.6
0.65
测
量
范
围
Rz
(
μ
m)
10
—
80
3.2
—
10
1.6
—
6.3
0.8
—
3.2
4.
粗调节：参看图
2
，用手托住支臂
7
，松开锁紧螺钉
< br>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.
细调节：缓慢而往复转动调节手轮
6
，调焦环
12
和调节螺钉
13
< br>，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
R
z
的数值。
9.
纵向移动工作台，在测量范围
长度内，共测出
n
（
n
一般取
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
：
?
Rzi
Rz
（平
均）
＝
i
?
1
n
n
10.
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。
< br>
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，
< br>或者在调修重新安装之后，
要用玻璃标准
刻度尺来确定分度值
C
，
即
确定每一格刻度间距所代表的不平度高度的实际数值。
确定
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
图
6
线位置）
，读出第一次读数
n
1
。然后，将十字线焦点移动
Z
格（图
6
中虚线位置）
，读出第<
/p>
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