理解表面紋理的3個(gè)步驟

在表面測量中一個(gè)常見的問題是：如果我有一個(gè)表面光潔度規(guī)格，我該從哪里開始?或者說，我對表面測量這個(gè)領(lǐng)域還是個(gè)新手，我需要知道什么? 考慮到這一點(diǎn)，本教程將幫助您達(dá)到表面測量的高點(diǎn)(沒有雙關(guān)語的意思)。

測量表面

表面由許多形狀組成。我們把長波的形狀稱為波狀，把短波長的形狀稱為粗糙度。表面的測量包括產(chǎn)生數(shù)字來描述這些形狀。

一般而言，表面紋理一詞指的是原始剖面、粗糙度、波紋度等表面屬性，如表面特征的方向(也稱為表面的鋪層)。術(shù)語表面光潔度通常指的是表面的粗糙度方面，忽略了形狀和潛在的波紋。當(dāng)只處理表面光潔度時(shí)要小心，因?yàn)樵S多功能問題也與波紋度有關(guān)。

這幅畫很漂亮，但是我們怎么做呢?

表面測量可以通過三個(gè)基本主題來理解:

去除
過濾
分析

我只剩下45秒了，我們現(xiàn)在開始……

1.去除

處理表面光潔度或表面紋理的第一步是去除底層形狀。在許多情況下，被測表面相對于測量裝置是傾斜的。在其他情況下，表面可能名義上是彎曲的。在這兩種情況下，都必須刪除底層幾何圖形。這涉及到擬合幾何參考，如直線或圓弧，然后查看參考幾何上下的擺動(dòng)(殘差)。

來自探測器的原始數(shù)據(jù)顯示在頂部(灰色)剖面中。疊加在原始數(shù)據(jù)上的是一條最小二乘直線。在這種情況下，最小二乘線是用來消除傾斜的剖面。殘差(行上和行下)組成藍(lán)色(主)剖面。

注意:有時(shí)使用一個(gè)小的濾波器來從主剖面中去除噪聲。這個(gè)濾波器叫做“短波長濾波器”，不過這是另一個(gè)話題了。

2. 過濾

一旦幾何圖形被刪除，我們需要分離波紋和粗糙度。這是表面測量最關(guān)鍵的方面，但它可能是最不為人所知的。

濾波表面剖面包括對原始數(shù)據(jù)進(jìn)行平滑濾波。平滑量是基于濾波器截止波長。截止波長是區(qū)分粗糙度和波紋度的波長。較短的波長進(jìn)入粗糙度剖面，較長的波長出現(xiàn)在波狀剖面。

ASME和ISO標(biāo)準(zhǔn)推薦使用高斯濾波器。高斯濾波器的基礎(chǔ)是通過高斯，加權(quán)平均通過初級剖面，導(dǎo)致波形。粗糙度剖面由波狀剖面上下的所有峰谷(殘差)組成。

改變?yōu)V波器截止值(改變平均和平滑的量)會對粗糙度和波紋度的測量產(chǎn)生巨大的影響。選擇一個(gè)更小的截止值將導(dǎo)致更小的粗糙度值，即使實(shí)際表面可能非常粗糙。濾波器截止提供了我稱之為粗糙度的方法。

下圖顯示了具有兩個(gè)不同濾波器截止點(diǎn)的同一表面。左下角的粗糙度剖面給出了右下角剖面平均粗糙度(Ra)的兩倍。

ASME B46.1-2002和ISO 4288-1996中有一個(gè)“標(biāo)準(zhǔn)”截止值表(以及選擇建議)。該信息也在OmniSurf的幫助系統(tǒng)中提供。

3. 分析

好吧，我知道。這遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過60秒。但是有很多好東西可以談。

一旦我們把物體分成粗糙度和波紋度，我們需要用數(shù)字來描述它們。畢竟，圖片很棒，但工程師們喜歡數(shù)字。最簡單的參數(shù)是給定剖面的總高度。這是剖面的峰谷高度。對于主剖面，總峰谷高度指定為:Pt。波紋度為Wt，粗糙度為Rt。(第一個(gè)字母總是表示剖面。)

但老話說得好，一分錢一分貨。由于Pt、Rt等參數(shù)受污垢、振動(dòng)等非地表正常統(tǒng)計(jì)量的影響，常處于不穩(wěn)定狀態(tài)。另一方面，峰谷波度(Wt)要穩(wěn)定得多，因?yàn)樗换陂L波長，而且污垢等效應(yīng)被消除了。

對于粗糙度參數(shù)，提出了數(shù)百個(gè)參數(shù)。我們不會在這里全部討論，因?yàn)楫吘刮覀円呀?jīng)超過了60秒。

最常見的粗糙度參數(shù)是平均粗糙度Ra。許多年前，這個(gè)參數(shù)被稱為算術(shù)平均(AA)或中心線平均(CLA)。今天，我們將它命名為Ra，以與其他所有參數(shù)保持一致。

平均粗糙度(Ra)報(bào)告了表面與平均線之間的平均距離，觀察剖面的所有點(diǎn)。

例如，如果一個(gè)表面的高度和深度如下，它的Ra值為3.33(以高度為單位，例如微米或微米):

由于平均粗糙度(Ra)僅僅是到平均線的“平均距離”，所以峰和谷的處理方法是相同的。所以幾個(gè)剖面都可以有相同的Ra值:

在受歡迎程度方面，僅次于Ra的是“平均峰谷粗糙度”或“10點(diǎn)粗糙度”，指定為Rz。Rz根據(jù)您使用的標(biāo)準(zhǔn)有不同的定義。然而，有兩個(gè)基本的定義:一個(gè)在德語(DIN)標(biāo)準(zhǔn)中使用(在今天的ASME和ISO標(biāo)準(zhǔn)中使用)，另一個(gè)在日語(JIS)標(biāo)準(zhǔn)中使用(在舊的ASME和ISO標(biāo)準(zhǔn)中使用)?？梢哉f，DIN方法在每個(gè)采樣長度上使用一個(gè)峰和一個(gè)谷，而JIS方法在每個(gè)采樣長度上使用5個(gè)峰和5個(gè)谷。因此，DIN值總是等于或高于JIS值。確保您知道您正在使用的是哪一個(gè)!

還有很多要談的。這就是為什么Digital Metrology提供現(xiàn)場培訓(xùn)表面紋理規(guī)格，測量和分析。