表面光洁度检测简易化 - 文章

表面光洁度检测简易化

作者：Geoff Anderson 来源：美国Automotive Engineering International杂志

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机械零部件的制造和精加工采用了各种工艺，包括机加工、磨削、抛光、侵蚀加工和喷丸加工。零部件的精加工对摩擦效果和磨损性有很大影响，直接关系到系统的各种性能，如发动机的工作效率、排放水平、可靠性和寿命长短等。因而，无论是制造厂商还是研发工程师们都在寻求一种可以全面获取表面摩擦力数据的工具。

从理论上说，这种工具不仅要适用于各种表面处理工艺和各种材料，还要对平坦和表面结构复杂的零部件同样生效。为了达到这种要求，零部件制造厂商越来越多地采用了光学剖面测量仪，这是因为光学剖面测量仪不用接触物体表面，就能准确测量各种材质的表面类型，包括金属、聚合物和传感器。

该光学剖面测量仪所绘图像显示了一根钢轴通过不同
类型表面加工产生的级进效果。从左往右依次为
粗车削，精车削，使用粗砂轮进行切入式磨削，使用
金刚石打磨过的砂轮进行切入式磨削。这套图像
的表面高度用伪色彩表现。

光学剖面测量仪依赖于一种称作白光干涉量度分析法的技术，该技术使用光波本身作为高精度标尺或深度标尺。光学剖面测量仪与传统的光学显微镜外形相似，测量件同样放置于样品台上。从配有滤镜的卤素灯射出的光线穿入测量件，被光线分离器（其中一部分有反射镜功能）分散为两束。其中一束聚焦于待测件表面，另一束反射至测量仪内部的一个纯平的参考平面。两组反射光束通过光学成像显微镜再次组合。当显微镜聚焦于待测物体表面时，组合后的反射图像就会显示色彩强度条纹，称为干涉条纹。这些黑白条纹是待测物体剖面的直观表述，它和地形图上的海拔轮廓类似。

在实际操作中，检测仪的处理器控制显微镜在每个聚焦位置上作步进式移动，并通过数码相机捕捉这些条纹。接着，仪器内置的软件便计算出一个视野宽度大约8.5mm大小的完整3D图像。该技术允许在较大尺寸范围内计算，可提供每步动作优于0.1nm的垂直解析度，高度则可达8mm。除了表面绘图，仪器软件同样可以计算普通的统计参数，如Ra粗糙度。

左图为光学剖面测量仪生成的图像，汽缸孔内面显示
较模糊是由于使用了较钝的工具。同一个孔的其他
图像显示了使用水喷射加工的表面粗加工图像（中间），
以及最终机械珩磨造成的典型抛光纹理（右图）。

这项技术还应用于提高轴密封性能的钢轴表面测绘工作。当一根轴在车床上完成切削时，表面总会有一条残留的车削纹，如果不加处理就会导致润滑剂泄漏。制造商采用较为廉价的技术，例如切入式磨削，来解决这个问题。但工艺的变化会导致质量问题，特别是在不同制造商之间的工艺变化。

通用汽车公司在动力系统生产中采用了一项新的工艺，为发动机汽缸孔的最终表面生成提供了新的解决方法。表面质量的提高在摩擦造成的机械损耗、油耗以及排放损耗方面都带来了很大的影响。传统上，汽缸孔的表面一般通过轮廓指针来绘制，但微小的空隙和高深宽比沟槽由于指针尖端相对较宽有可能会被忽视掉。而且，轮廓指针在进行区域检查时会因需要逐行收集数据而显得非常缓慢。

此外，喷丸加工应用于诸如齿轮组件、轴槽、曲轴、连杆以及各种弹簧制造中会大大延长疲劳寿命。光学剖面测量仪现在也被应用于喷丸加工中，进行质量控制，从而确保产品的一致性。而传统上，喷丸冲击强度是通过抽样测量弹簧钢条的曲率来量化的。美国Advanced Material Process公司通过实际工作发现，光学剖面测量仪获得的光学数据的确有助于对喷丸工艺进行严格控制。这些光学数据可以直接反应一些关键工艺参数，如冲击能量和强度。

光学剖面测量仪并不难操作，无论是合格性检测还是复杂的研究工作，一般的操作人员都能使用。 (end)

文章内容仅供参考 (投稿) (4/4/2007)


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