高精度表面形狀檢測及其發(fā)展動向

1. 系統(tǒng)的基本概念

　　東京精密的集成測量系統(tǒng) TIMS 是一個信息化的柔性表面形貌粗糙度測量系統(tǒng)，在測量表面粗糙度和測量表面輪廓形狀時，盡管其目的各不相同，但測量所得到的數(shù)據(jù)卻相同，只需采用一定的解析程序就能得到所要求的解析結(jié)果 ( 即可分別得到被測工件的粗糙度和輪廓形狀誤差 —— 譯注 ) ，全部解析結(jié)果在檢查報告書上打印出來。儀器也可采用市場有的現(xiàn)成程序，將多個測量數(shù)據(jù)輸出或用數(shù)碼相機將圖象曲線記錄下來附在報告書上。因此，該儀器具有從測量、解析直到印刷這一連串操作全自動化進行的功能。 ?

　　新理念的表面粗糙度形狀檢測儀 Surfcom1500 系列產(chǎn)品可同時對工件的表面粗糙度的形貌和多種微細輪廓形狀進行分析。在表面粗糙度形狀檢測儀上附加裝上輪廓形狀檢測用傳感器，就可進行輪廓形狀分析。這種復合系統(tǒng)再加上 Y 軸驅(qū)動部件就能升級進行一個工件的三維粗糙度形貌或多個工件的二維粗糙度形貌的連續(xù)測量，從而可根據(jù)用戶的要求，方便地構(gòu)建成相應的柔性測量系統(tǒng)。

2. 采用直線電機實現(xiàn)了表面粗糙度低的振動測量功能

　　汽車零部件、機械零件表面粗糙度的平均 R 值，從幾微米到亞微米的情況較為多見；對高精度零部件，其 Ra 值從幾十納米到幾納米。 ?

　　高放大倍率的測量機絕不能忽視其自身產(chǎn)生的振動。為提高測量效率，本系統(tǒng)提高了測量速度，其振動也成倍增大。為此該儀器采用了直線電機。直線電機為非接觸驅(qū)動，沒有絲桿、齒輪，其結(jié)構(gòu)簡單，不會產(chǎn)生振動，容易保證長期工作的穩(wěn)定性。采用直線電機后，儀器振動減少為不到原來的 1/5 ， Ra 值很小，僅為 1nm ；即使改變測量速度，其振動也沒有多大變化。由于結(jié)構(gòu)上間隙小，使儀器響應速度提高。采用直線電機后，可進行高放大倍率、高速測量，提高了傳感器的響應特性。

Surfcom1500 的標準系統(tǒng)中增加了 Y 軸驅(qū)動部件，采用學教功能，就可對小型機械零部件、電器功能部件等多個工件一起進行自動檢測，這對提高測量小型零件的測量效率非常有效。

3. 高精度輪廓形狀測量功能

　　一般工件的輪廓形狀都采用投影儀或工具顯微鏡來進行檢測，但是利用觸針式輪廓形狀檢測儀就能在短時間內(nèi)經(jīng)簡單的檢測，將測量結(jié)果用圖形記錄、保存下來，非常方便，得到了普及推廣。利用數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)，可對角度、半徑、等分 ( 點距 ) 等尺寸進行測量，并與 CAD 所得到的理論輪廓的點陣數(shù)據(jù)進行比較，從而根據(jù)所得到的誤差對工件形狀進行評價，因此用途更加廣泛。為適應高精度檢測，新系統(tǒng)采用了系統(tǒng)精度補償技術(shù)，使測量精度大幅度提高。 ?

(1) 圓弧補償

　　輪廓形狀測量儀采用了 X 、 Z 軸，是一個二維測量儀。利用測量臂機構(gòu)擴大了測量范圍，導致測量點的運動軌跡呈圓弧狀，所以有必要對其圓弧運動進行補償修正。由于測量臂作圓弧運動，即使 X 軸不動，測尖位置在 X 方向上也要產(chǎn)生位移。為此，根據(jù)傳感器的支點求出測量臂長 LH 和深度 LV 來對測量位移進行修正。 三泰軸承0574-87220315傳真0574 87223781   www.huizhouweb.com   web@sunthaibearing.com

(2) 測尖半徑修正

　　測針端部呈球形，通常半徑 R 為 0.025mm ，測量點陣數(shù)據(jù)是工件的包絡線，對測尖端部 R 有必要進行修正。對本儀器而言，為減小測尖形狀 ( 真球度 ) 的影響，將測尖和工件接觸的角度與相應觸針半徑可記錄下來。修正時，同時使用標準球和塊規(guī)，并采用球校準裝置。采用相應校準程序可簡便地實現(xiàn)測尖半徑的校準和調(diào)整。 ?(3) 直線性修正

Z 軸變動量的檢測用差動變壓器傳感器的指示精度和理想直線進行比較，出現(xiàn) S 形直線性偏差。如將直線性偏差的修正值預置修正，可使測量精度提高到原來的 1/5( 即 3μm) ，大大改善了精度。 ?

　　利用上述精度補償修正技術(shù)，改善了儀器精度，使在該儀器上能夠檢測磨具等精密零件，測量對象大大增加，提高了儀器的使用頻率。

4. 微細輪廓測量功能

　　隨著微細化技術(shù)的進步，近年來要求測量機能進行微細工件的尺寸和形狀分析。對測量范圍為表面粗糙度測量的微米級領域內(nèi)進行形狀分析，如液晶導光板的形狀、混合型 IC 厚膜形狀、透明導電膜的形狀、流體軸承溝道形狀等微細輪廓測量的要求大大增加。因此有必要在這些微米級測量領域內(nèi)對圓弧、觸針半徑進行修正。該系統(tǒng)能實現(xiàn)這種功能。新開發(fā)的小型高性能傳感器和原來相比，其測量范圍擴大了 20% ，微細輪廓形狀評定的幅值更寬。采用標準測量時，可實現(xiàn) 1000μm 的測量范圍。

5. 三維粗糙度測量功能

　　利用傳感器的掃描動作進行多次反復測量，可對工件表面進行評定。儀器最多可測 2000 條線，但測量時間會很長；大大提高的驅(qū)動速度使三維測量所花費的時間與原來相比，縮短了 30% ～ 50% 。在評定涂裝面的光澤、運動面的磨損、薄膜表面形狀時，從一個無周期性的、二維斷面形狀不可能有效地評定其性能，而采用三維測量才更為有效。如對噴丸硬化表面的三維測量，對于噴丸直徑、硬化面積等表面改性有關的深入研究和斷面評定是行之有效的。目前正在普及推廣采用三維粗糙度來進行評定，特別是在研究開發(fā)部門，正在快速普及。 ISO/TC213 委員會正在進行評定參數(shù)的規(guī)范化工作。

6. 表面粗糙度標準 / 規(guī)范的動向

　　零部件生產(chǎn)國際化的急劇推進，關鍵是采用國外粗糙度標準來整合測量值。 2001 年新出版的日本標準是以 ISO 標準為準來進行整合的。但現(xiàn)在與汽車相關行業(yè)中近半數(shù)的日本國內(nèi)企業(yè)仍然使用 1982 年版的日本標準，并未按 ISO 標準對測量值進行整合。 2001 年版新的日本標準修訂已成為主要課題。與汽車相關的各個工廠已經(jīng)準備向標準靠攏并予以實施。本公司的表面粗糙度形狀測量儀，將國內(nèi)外新舊標準進行了對比，將測量值經(jīng)過再計算，就可得到新參數(shù)。表面粗糙度標準的整合已經(jīng)進入到最后階段。 2003 年 7 月，表面形狀的圖示方法作為標準予以制定。 ? 據(jù)調(diào)查，大多數(shù)用戶使用的是中等水平的表面粗糙度測量儀。今后測量機要設置在生產(chǎn)線附近，必須要具有很強的環(huán)境適應能力。作為制造商，提高儀器精度和性能、開發(fā)出環(huán)境適應性強的儀器是目前應該考慮的問題。 三泰軸承0574-87220315傳真0574 87223781   www.huizhouweb.com   web@sunthaibearing.com