表面粗糙度測(cè)量?jī)x工作原理探析:從接觸式到光學(xué)式的技術(shù)演進(jìn)
更新時(shí)間:2025-10-27 點(diǎn)擊次數(shù):117
表面粗糙度測(cè)量?jī)x作為評(píng)定零件表面質(zhì)量的關(guān)鍵工具,其技術(shù)演進(jìn)經(jīng)歷了從接觸式到光學(xué)式的跨越式發(fā)展,核心在于提升測(cè)量精度、效率與適用性。
接觸式測(cè)量?jī)x以觸針?lè)楹诵模ㄟ^(guò)金剛石觸針(針尖曲率半徑通常為2-10μm)與被測(cè)表面直接接觸,沿表面勻速掃描時(shí),微觀(guān)峰谷起伏推動(dòng)觸針產(chǎn)生垂直位移。該位移經(jīng)電感傳感器或壓電傳感器轉(zhuǎn)換為電信號(hào),經(jīng)放大、濾波后,通過(guò)積分計(jì)算得出表面粗糙度參數(shù)(如Ra、Rz)。例如,傳統(tǒng)輪廓儀通過(guò)差動(dòng)電感線(xiàn)圈檢測(cè)觸針位移,結(jié)合平衡電橋與積分計(jì)算器,實(shí)現(xiàn)Ra值的直接讀取。此類(lèi)儀器測(cè)量范圍通常為0.02-10μm,適用于平面、圓柱面等規(guī)則表面,但存在劃傷軟材質(zhì)表面、測(cè)量效率低等局限。
光學(xué)式測(cè)量?jī)x則基于非接觸原理,以白光干涉技術(shù)為代表。其通過(guò)分光鏡將白光分為參考光與測(cè)量光,測(cè)量光經(jīng)被測(cè)表面反射后與參考光干涉,形成明暗相間的條紋。由于白光相干長(zhǎng)度短,僅當(dāng)光程差處于相干范圍內(nèi)時(shí),干涉條紋清晰可辨。通過(guò)分析干涉條紋的亮度與位置,可解析出表面相對(duì)高度,進(jìn)而計(jì)算粗糙度參數(shù)。該技術(shù)垂直分辨率達(dá)0.1nm,水平分辨率取決于掃描范圍與傳感器像素,可覆蓋從超光滑表面(0.1nm)到相對(duì)粗糙表面(1mm)的三維形貌測(cè)量,且避免了對(duì)樣品的損傷,適用于光學(xué)鏡片、半導(dǎo)體晶圓等易損材料。
技術(shù)演進(jìn)中,接觸式儀器通過(guò)計(jì)算機(jī)化改造(如模數(shù)轉(zhuǎn)換與數(shù)字濾波)提升了測(cè)量精度與參數(shù)處理能力,而光學(xué)式儀器則憑借納米級(jí)分辨率與自動(dòng)化測(cè)量?jī)?yōu)勢(shì),成為高精度場(chǎng)景。兩者互補(bǔ),共同推動(dòng)了表面粗糙度測(cè)量技術(shù)的多元化發(fā)展。