表面粗糙度儀

表面粗糙度標準的提出和發展與工業生產技術的發展密切相關，它經歷了由定性評定到定量評定兩個階段。表面粗糙度對機器零件表面性能的影響從1918年開始首先受到注意，在飛機和飛機發動機設計中，由於要求用最少材料達到最大的強度，人們開始對加工表面的刀痕和刮痕對疲勞強度的影響加以研究。但由於測量困難，當時沒有定量數值上的評定要求，只是根據目測感覺來確定。在20世紀20～30年代，世界上很多工業國家廣泛採用三角符號▽的組合來表示不同精度的加工表面。

表面粗糙度儀

全自動六站化學吸附儀

全自動六站化學吸附儀最佳化設計和高效利用催化劑需要徹底了解催化材料表面結構和表面化學特性。在設計生產階段，以及後期使用階段，化學吸

全自動六站化學吸附儀

附分析提供大量所需的信息來評估催化劑材料。

特點

表面粗糙度儀

清晰的大型易進行讀數字元顯示

攜帶型設計，可用於任何場所

檢測器/驅動部可拆卸，可在很小的空間內進行測量

探針行程達350μm(-200μm～+150μm)

粗糙度參數與ISO,DIN,ANSI和JIS兼容

提供包括基礎參數Ra,Rq,Rz,Ry在內的19個分析參數。

表面粗糙度儀

用戶自定義功能可禁止不需要的參數。

對所需參數進行GO/NG判斷。

通過簡單的增益調整進行自動校準。

自動休眠功能可有效節約能源。

斷電後仍可在存櫧器中存10組不同的測量條件。

表面粗糙度儀

可為SPC操作輸出數據。

外部設備可通過RS-232C連線埠與電腦或其它裝置進行數據傳輸

雙電源系統(AC適配器/內置充電電池)

帶有專用攜帶型儀器箱，可安全傳輸

可提供高精度粗糙度標準片

可通過印表機選件列印輸出測量數據

性能評價

表面粗糙度儀

表面粗糙度參數這一概念開始提出時就是為了研究零件表面和其性能之間的關係，實現對表面形貌準確的量化的描述。隨著加工精度要求的提高以及對具有特殊功能零件表面的加工需求，提出了表面粗糙度評價參數的定量計算方法和數值規定，同時這也推動了國家標準及國際標準的形成和發展。
在現代工業生產中，許多製件的表面被加工而具有特定的技術性能特徵，諸如：製件表面的耐磨性、密封性、配合性質、傳熱性、導電性以及對光線和聲波的反射性，液體和氣體在壁面的流動性、腐蝕性，薄膜、積體電路元件以及人造器官的表面性能，測量儀器和工具機的精度、可靠性、振動和噪聲等等功能，而這些技術性能的評價常常依賴於製件表面特徵的狀況，也就是與表面的幾何結構特徵有密切聯繫。因此，控制加工表面質量的核心問題在於它的使用功能，應該根據各類製件自身的特點規定能滿足其使用要求的表面特徵參量。不難看出，對特定的加工表面，我們總希望用最或比較恰當的表面特徵參數去評價它，以期達到預期的功能要求；同時我們希望參數本身應該穩定，能夠反映表面本質的特徵，不受評定基準及儀器解析度的影響，減少因對隨機過程進行測量而帶來參數示值誤差。
但是從標準制定的特點和內容上我們容易發現，隨著現代工業的發展，特別是新型表面加工方法不斷出現和新的

表面粗糙度儀

測量器具及測量方法的套用，標準中的許多參數已無法適應現代生產的需求，尤其是在一些特殊加工場合，如精加工時，用不同方法加工得到的Ra值相同或很相近的表面就不一定會具有相同的使用功能，可見，此時Ra值對這類表面的評定顯得無能為力了，而且傳統評定方法過於注重對高度信息做平均化處理，而幾乎忽視水平方向的屬性，未能反映表面形貌的全面信息。近年來在表面特性研究的領域內，相對地說，關於零件表面功能特性方面的研究本身就較為薄弱，因為它牽涉到很多學科和技術領域。機器的各類零件在使用中各有不同的要求，研究表面特徵的功能適應性將十分複雜，這也限制了對表面形貌與其功能特性關係的研究。
工業生產的飛速發展迫切需要更加行之有效且適應性更強的表面特徵評價參數的出現，為解決這一矛盾，各國的許多學者都在這方面加大研究力度，以期在不遠的將來制訂出一套功能特性顯著的參數。另一方面，為了防止“參數爆炸”，同時也防止大量相關參數的出現，要做到用一個參數來評價多個性能特性，用數量很少的一組參數實現對表面的本質特徵的準確描述。

進展

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表面形貌評定的核心在於特徵信號的無失真提取和對使用性能的量化評定，國內外學者在這一方面做了大量工作，提出了許多分離與重構方法。隨著當今微機處理技術、積體電路技術、機電一體化技術等的發展，出現了用分形法、Motif法、功能參數集法、時間序列技術分析法、最小二乘多項式擬合法、濾波法等各種評定理論與方法，取得了顯著進展，下面對相對而言比較成熟的分形法、Motif法、特定功能參數集法進行介紹。
1 分形幾何理論
最近，國內外在表征和研究機加工表面的微觀結構、接觸機理和表面粗糙度等方面越來越多地使用分形幾何理論這一有力的數學工具。研究表明，很多種機加工表面呈現出隨機性、多尺度性和自仿射性，即具有分形的基本特徵，因而使用分形幾何來研究表面形貌將是合理地、有效地。確定分形的重要參數有分形維數D和特徵長度A，它們可以衡量機加工表面輪廓的不規則性，理論上不隨取樣長度變化和儀器解析度變化，並能反映表面形貌本質的

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特徵，能夠提供傳統的表面粗糙度評定參數如Ra、Ry、Rz等所不能提供的信息。美國TopoMetrix公司生產的掃描探針顯微鏡SPM軟體體系中，已將分形維數作為評價表面微觀形貌的參數之一。
機械加工表面分形維數表達了表面所具有的複雜結構的多少以及這些結構的微細程度，微細結構在整個表面中所占能量的相對大小。分形維數越大，表面中非規則的結構就越多，並且結構越精細，精細結構所具有的能量相對越大，具有更強的填充空間的能力。
Mandelbrot於1982年在Weierstrass函式基礎上提出一種分形曲線的函式表達式，稱為Weierstrass-Mandelbrot函式，結合工程表面的特性，往往將W-M函式寫成如下形式。

Zx=AD-1 ∞
S
n=n1
cos2prnx
r2-Dn
R>1
1<2 1
Zx為機械加工表面輪廓。這樣，就在工程表面的函式描述中引入了分形維數D這一參數，式中rn是表面上各次諧波的頻率。它的取值範圍取決於採樣長度L和採樣的最高解析度，即截止頻率，A為特徵長度。對W-M函式求功率譜可以得到
Sw= A2D-1 · 1

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2lnr w5-2D
2 輪廓的功率譜服從冪定律，在式2兩端取對數為
lgsw=B+klgw 3
B=2D-1lgA-lg2lnr
k=2D-5
在雙對數坐標lgsw-lgw中，k是斜率，w是截距，從上式可以看出分形維數D決定著圖線的斜率，特徵長度A和分形維數D決定著圖線的位置截距。因此對於機械加工表面，可以通過其雙對數坐標下的功率譜圖，由3式算得分形維數D和特徵長度A。
分形理論在實際套用中還有許多工作有待進一步研究。一是並非所有表面都具有分形特徵，分形維數能否完全表徵實際表面，還有待進一步研究；二是現有的分形數學模型並沒有考慮表面的功能特性，也沒有一種方法能唯一確定分形參數。

結語

表面粗糙度儀

表面形貌極大地影響著零件的使用性能，合理地表征和評定表面形貌是一項具有重要意義的課題，表面粗糙度理論及標準在不足百年的時間內得到了巨大的發展，隨著當今微機處理技術、積體電路技術等的發展，出現了時序分析法、最小二乘多項式擬合法、濾波法、分形法、Motif法、功能參數集法等各種評定方法，取得了諸多進展，但是它們只能得到真實表面的有限信息，仍然存在一些問題有待完善：
1 表面輪廓微觀統計特徵的全面準確描述問題；
2 表面輪廓為隨機過程，評定參數的值並不確定，由此產生了測量不確定性問題；
3 評定參數的相互關係以及參數數目越來越多的參數爆炸問題；
4 表面輪廓的測量結果受測量基準和儀器解析度影響的問題；
5 表面粗糙度參數與使用性能不能完全對應問題。