[发明专利]现场快速表面粗糙度测量仪的传感方法

说明书

本发明是表面粗糙度检测的传感方法。

在机械产品制造的过程中，对产品零件的表面粗糙度的检测几乎对每个零件都要进行。但从过去到现在，生产现场对表面粗糙度的检测几乎都是用人眼看，由于人眼没有准确的量度，凭经验得出的结果往往误差较大。对表面粗糙度过高的要求一般来说将要增加加工的难度和提高成本。另一方面过高或过低的要求都有可能影响产品的质量或性能。当然，这并不是说在现有技术中没有表面粗糙度检测仪器，据我所知，在现有的表面粗糙度检测仪器中，有用光学原理制成的“Ra”值检测仪;有用触针作为传感器制成的轮廓计。

用光学原理制成的仪器有：上海长江科学仪器厂1965年制造的XSG型双管显微镜;上海光学仪器厂1976年制造的6JA型干涉显微镜。

用触针压电原理制成的仪器有：江苏扬州无线电仪器厂1986年制造的YCL-1型便携式表面粗糙度轮廓计。下面简述各仪器的性能、使用、保护条件及缺点：

XSG型双管显微镜，可测原旧国标3-9的“Rz”值，测量分九个步骤（需计算）。使用环境温度需保持20℃+5°，必须避免油污和手汗触及物镜及其它光学零件。该仪器的主要缺点为：（1）不能测量新标准中优先选用的“Ra”值;（2）使用环境温度要求严格，缺乏现场使用能力;（3）操作较复杂，检测速度慢;

6JA型干涉显微镜，可测旧国标10-14的“Rz”值（需计算）。仪器要求最好安置在计量室，在车间现场使用时，应防止灰尘和油污，用后放回计量室。该仪器主要缺点是：（1）只能测量高精度的“Rz”值，不能测量新标准优先选用的“Ra”值;（2）操作较复杂，检测速度慢，现场使用能力较差;

YCL-1型便携式表面粗糙度轮廓计，可测量0.2-10μm的“Ra”值，测量误差不大于±15%，示值变差不大于12%，测量时，依靠触针在表面上垂直于刀纹的方向，以1.2mm/秒的速度移动，使用需用支承架。该仪器的主要缺点是：（1）测量误差和示值变差较大（国防工业出版社1987年8月出版的《机械制造检验技术》中有这样一段评价：“采用针描法测量表面粗糙度时，因受测针尖端圆弧半径的限制，难以探测到表面实际轮廓的谷底，影响测量精度，同时测针还有可能划伤被测表面。故针描法不宜测量表面质量很高的零件。”）;（2）该仪器测量速度仍较慢。

上述三种仪器的共同点，都是以线代面的测量（即：以几条取样长度线内的平均粗糙度值代表表面粗糙度值），对于“表面粗糙度”而言，这种平定方法应当说是近似的。

综上所述，在现有技术中，主要是缺乏生产现场实用的表面粗糙度测量仪。

为解决现有技术中用人眼看“表面粗糙度”误差较大的问题;为解决现有技术中生产现场缺乏表面粗糙度测量仪的问题，我发明了一种现场快速表面粗糙度测量仪的传感方法。

我发明的现场快速表面粗糙度测量仪的传感方法，是利用在工件被测表面去建立电容（或容抗）的方法来完成传感的，也就是说为了达到测量表面粗糙度的目的，用介质薄膜和金属箔在被测零件表面去建立电容（或容抗），致使工件表面构成电容的另一极板，这时，在介质膜厚度，介电常数及金属箔尺寸不变的情况下，电容量则随着工件被测表面的微观的凹下部分的增大而减小（此时容抗增大），反之，电容量增大（容抗减小）。如果把该电容接入测量电容（或容抗）的电路，那么，即可通过电容量（或容抗）的变化测出与之对应的表面粗糙度值。

我用上述方法制成的传感器与一测量容抗的电路连接后，用它去测量一组已知表面粗糙度“Ra”值为0.132-4.6μm的标准块（“Ra”值是由兵器工业部第二九六区域长度计量站1991年6月23日检定得出的），把测得的容抗值与对应的“Ra”值用平面解析几何作在“附图1”上，由图得出容抗与“Ra”值为线性关系（由于对应点不完全在直线上，所以得出的结果是近似的，但最大误差不大于±11.9%）。关系式为：

y-y₁= (y₂-y₁)/(x₂-x₁) (x-x₁)

此时：y代表“Ra”值;

x代表容抗值。

如果把传感器与测量容抗的电路连接，利用上述的关系式把对应的“Ra”值用显示器显示，就构成了现场快速表面粗糙度测量仪。