表面粗糙度測量儀作為評定零件表面質量的關鍵工具,其技術演進經歷了從接觸式到光學式的跨越式發展,核心在于提升測量精度、效率與適用性。
接觸式測量儀以觸針法為核心,通過金剛石觸針(針尖曲率半徑通常為2-10μm)與被測表面直接接觸,沿表面勻速掃描時,微觀峰谷起伏推動觸針產生垂直位移。該位移經電感傳感器或壓電傳感器轉換為電信號,經放大、濾波后,通過積分計算得出表面粗糙度參數(如Ra、Rz)。例如,傳統輪廓儀通過差動電感線圈檢測觸針位移,結合平衡電橋與積分計算器,實現Ra值的直接讀取。此類儀器測量范圍通常為0.02-10μm,適用于平面、圓柱面等規則表面,但存在劃傷軟材質表面、測量效率低等局限。
光學式測量儀則基于非接觸原理,以白光干涉技術為代表。其通過分光鏡將白光分為參考光與測量光,測量光經被測表面反射后與參考光干涉,形成明暗相間的條紋。由于白光相干長度短,僅當光程差處于相干范圍內時,干涉條紋清晰可辨。通過分析干涉條紋的亮度與位置,可解析出表面相對高度,進而計算粗糙度參數。該技術垂直分辨率達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)到相對粗糙表面(1mm)的三維形貌測量,且避免了對樣品的損傷,適用于光學鏡片、半導體晶圓等易損材料。
技術演進中,接觸式儀器通過計算機化改造(如模數轉換與數字濾波)提升了測量精度與參數處理能力,而光學式儀器則憑借納米級分辨率與自動化測量優勢,成為高精度場景。兩者互補,共同推動了表面粗糙度測量技術的多元化發展。