1、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 + Rvp12p34p5p6ZZpZpZZZzv45R3Zvv6v1v2ZvZZZZ中线lr图1图2双管显微镜能测量801 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、工作台2、观察光管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P1、 P2 阶0梯表面，当一平行光束从45 方向投射到阶梯表面上时，就被折成S1 和 S2 两段。从垂直于光束的方向上就可在显微镜内看到S1 和 S2 两段光带的放大象S1 和S2 。同样， S1 和S2 之间距离h 也被放大为S1 和 S2
2、之间的距离h1 。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450 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 h1 的放大轮廓象为 h1，测量亮带边缘的宽度 h1，可求出被测表面的不平度高度 h1：0h1 h1 cos45 h1 N0cos45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h1成 450 斜角（图 5b），故目镜测微器刻度套筒上读数值h1与不平度高度的关系为：h1Nhh1 cos2 450cos450所以h h1 cos2 450h1N2N式中， 1 C，2NC 为刻度套筒的分度值或称为换算系数， 它与投射角 、目镜测微器的结构和物镜放大倍数有关。（ a）(b)图 5四、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
3、。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物镜放大倍数总放大倍数视场直径物镜工作距离测量范围N（ mm ）（mm ）Rz( m)7X60X2.517.810 8014X120X1.36.83.2 1030X260X0.61.61.6 6.360X520X0.30.650.8 3.24. 粗调节：参看图 2，用手托住支臂 7，松开锁紧螺钉 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，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
4、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Rz 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：Rz（平均） nRzii1n10. 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。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，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
5、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n1。然后，将十字线焦点移动Z 格（图 6 中虚线位置），读出第二次读数n2，两次读数差为：A n2n1表 2物镜标称倍率 N7 X10X30X60X标准刻度尺刻线格数 Z100503020（ 2） 计算测微器刻度套筒上一格刻度间距所代表的实际被测值（即分度值）C：CTZ2A式中 T 标准刻度尺的刻度间距（10 m）。把从目镜测微器测得的十点读数的平均值h/乘上 C 值，即可求得Rz 值：Rz Ch/思考题1 .为什么只测量光带一边的最高点（峰）和最低点（谷）？2 测量表面粗糙度还有哪些方法？其应用范围如何？3 用双管显微镜测量表面粗糙度为什么要确定分度值C？如何确定？实验 3 2 用干涉显微镜测量表面粗糙度一、实验目的1. 熟悉用干涉显微镜测量表面粗糙度的原理和方法。2. 加深对轮廓最大高度 Rz 的理解二、实验内容用 6JA 型干涉显微镜测量表面粗糙度的
6、Rz 值。三、测量原理及计量器具说明干涉显微镜是干涉仪和显微镜的组合，用光波干涉原理来反映出被测工件的粗糙程度。由于表面粗糙度是微观不平度，所以用显微镜进行高倍放大后以便观察和测量。干涉显微镜一般用于测量 0.80.025 m 的 Rz 值。图 1 为 6JA 型干涉显微镜的外观图。图2 为该仪器的光学系统图，由光源1 发出的光束， 通过聚光镜2、4、 8（ 3 是滤色片），经分光镜 9 分成两束。其中一束经补偿板10、物镜 11 至被测表面18，再经原光路返回至分光镜9，反射至目镜 19。另一光束由分光镜9 反射（遮光板 20 移出），经物镜12 射至参考镜13 上，再由原光路返回，并透过分光镜9，也射向目镜19。两路光束相遇迭加产生干涉，通过目镜19 来观察。 由于被测表面有微小的峰、谷存在，峰、谷处的光程不一样，造成干涉条纹的弯曲。相应部位峰、谷的高度差h，与干涉条纹弯曲量a 和干涉条纹间距b 有关（图5b），其关系式为：ahb 2式中， 为测量中的光波长。本实验就是利用测量干涉条纹弯曲量a 和干涉条纹间距b 来确定 Rz 值的。四、测量步骤1. 调整仪器测量时调整仪器的方法如下：开亮灯泡， 转动手轮 10 和 6（图 1），使图 2 中的遮光板 14 从光路中转出。 如果视场亮度不均匀，可转动调节螺丝4a，使视场亮度均匀。转动手轮 8，使目镜视场中弓形直边清晰，如图3 所示。图 2图3图4在工作台上放置好洗净的被测工件。被测表面向下，朝向物镜。转动手轮6，遮去图中的参考镜13 的一路光束。转动滚花轮2c，使工作台升降直到目镜视场中观察到清晰的工件表面象为止，再转动手轮6，使图 2 中的遮光板从光路中转出。松开螺丝1b 取下测微目镜1，直接从目镜管中观察，可以看到两个灯丝象。转动手轮11，使图 2 中的孔径光阑6 开至最大，转动手轮7 和 9，使两个灯丝象完全重合，同时调节2螺丝4 a，使灯丝象位于孔径光阑中央，如图 4 所示，然后装上测微目镜，旋紧螺丝 1b。在精密测量中，通常采用光波波长稳定的单色光（本仪器用的是绿光） ，此时应将手柄12 推到底，使图2
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