一种表面粗糙度在线测量方法与流程

本发明属于表面粗糙度测量技术领域，具体涉及一种表面粗糙度在线测量方法。

背景技术

表面粗糙度是衡量工件表面质量的一个重要因素，它是机械加工中描述表面微观形貌最常用的参数，反映机械工件表面的微观几何形状误差。它主要是在加工过程中，由于刀具切割后留下的刀痕、切屑分离时的塑性变形、工艺系统中存在高频振动及刀具和零件表面之间的摩擦等原因所形成的。表面粗糙度与零件的配合性质、耐磨性、疲劳强度、接触刚度、振动和噪声等都有密切关系，对机械工件的使用寿命和可靠性有重要的影响。因此，能否准确测量表面粗糙度对已加工机械工件质量的评定具有重要作用。

目前常见的检测表面粗糙度的方法有：比较法、光切法、印模法、触针法等。但现有的方法都有各自的不足之处：比较法不够准确；印模法要配合其他测量法才能起作用，测量精度不高且测量过程繁琐；触针法虽然在测量平面工件时比较快速方便，但是对于检测曲面则受到严重限制，其探针很难精准沿着圆柱径向检测。

另外，如专利申请号为200420082240.2（一种粗糙度轮廓仪）、201110300237.8（检测晶圆表面粗糙度的方法）、201420362613.5（一种准确测量轴类零件表面粗糙度的装置）、201410179287.9（细圆柱工件表面粗糙度的快速检测装置及其检测方法）及201611171527.6（粗糙度测量装置和方法）的中国专利文件所涉及测量方法均需将工件取下后进行测量，不仅影响生产效率，而且会因二次安装的位置发生改变而导致加工不够精确，也增加了生产成本，因此，有必要提供一种新的检测方法。

技术实现要素：

针对上述技术问题，本发明提供了一种表面粗糙度在线测量方法，该方法利用热电偶原理进行工件表面粗糙度的在线测量，避免工件的拆卸、二次安装等工序，操作方便。

为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：

一种表面粗糙度在线测量方法，利用热电偶原理，通过与待测表面进行摩擦产生热电动势，通过采集热电动势值得到温差，将表面粗糙度与温差建立起关系，从而得到对应的表面粗糙度值。

用两种不同的导体或半导体组成一个闭合回路，使其与工件表面接触、摩擦产生热量，使接触点的温度升高，在回路中产生电动势。

得到的电动势通过回路中的信号放大器后，被采集处理从而得到待测表面的表面粗糙度。

本发明与现有技术相比，具有的有益效果是：

本发明利用热电偶原理进行工件表面粗糙度的在线测量，用两种不同的导体或半导体组成一个闭合回路，对两种不同的导体或半导体施加一定的力，使其与工件表面接触，接触时摩擦产生热量就会使接触点的温度升高，这时接触点与未接触点存在温度梯度，回路中就会有电流通过，两端将会产生电动势，再在回路中接入测量仪表，采集电动势的值。通过采集到的电动势数值得到导体两端的温差，进而得到所对应的工件表面粗糙度的值。

本发明可实现工件加工过程中在线实时的测量其粗糙度，避免了工件的拆卸，具有操作方便、装配简单、更换方便、测量精度高、使用寿命长等优点。

附图说明

图1是本发明的整体结构示意图；

图2是本发明第一轴的联接结构示意图；

图3是本发明第二轴的联接结构示意图；

图4是本发明测定装置的结构示意图；

图5是本发明的使用状态示意图；

图6是热电偶的原理图；

其中：1为电机，2为端盖一，3为螺栓，4为小锁紧螺母，5为轴承座，6为轴承，7为端盖二，8为第一轴，9为大锁紧螺母，10为绝缘垫片，11为测定片一，12为第二轴，13为端盖三，14为导线，15为滑环，16为测定片二，17为长螺栓，18为螺母，19为工件，20为在线测量装置，21为信号放大器，22为计算机。

具体实施方式

下面对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

一种表面粗糙度在线测量方法，利用热电偶原理实现轴类表面粗糙度的在线测量，其原理图如图6所示，当有两种不同成分的均质导体或半导体a和b两端相互连接组成一个闭合回路，只要闭合回路两结点处的温度不同，两端存在温度梯度，回路中就会有电流通过，此时两端点之间就存在电动势，该电动势的方向和大小与导体的材料及两接点的温度有关。

这种现象称为“热电效应”，两种导体组成的回路称为“热电偶”，这两种导体称为“热电极”，产生的电动势则称为“热电动势”。通常，温度较高的一端称为工作端或热端（假设温度为t），温度较低的另一端称为自由端（也称参考端）或冷端（假设温度为t0），自由端通常处于某个恒定的温度下。

当热电极的材质确定后，热电偶回路中热电动势的大小，只与闭合回路两结点的温度有关，与热电偶的长度、截面大小无关。两结点处温度越高，导体中的电子就越活跃，由电子密度大的导体或半导体a扩散到电子密度小的导体或半导体b的电子就越多，致使接触面所产生的电场强度越高，因而接触电势也就越大。

在热电偶回路中接入第三种金属材料时，只要该材料两个结点的温度相同，回路中热电偶所产生的热电动势将保持不变，即不受第三种金属接入回路中的影响。因此，在热电偶测温时，可接入测量仪表，测得电动势后即可知道被测介质的温度。从而，我们可以得到不同电动势数值所对应的导体两端温差的大小。

本发明利用热电偶原理进行工件19表面粗糙度的在线测量，具体实现方式如下：用两种不同的导体或半导体组成一个闭合回路，对两种不同的导体或半导体施加一定的力，使其与工件19表面接触，接触时摩擦产生热量就会使接触点的温度升高，这时接触点与未接触点存在温度梯度，回路中就会有电流通过，两端将会产生电动势，再在回路中接入测量仪表，采集电动势的值。

因工件19表面粗糙度不同，摩擦产生的热量就不同，导体两端的温度差就不同。也就是表面粗糙度与导体两端温差可以建立一定的关系。

这样，就可以通过采集到的电动势数值得到导体两端的温差，进而得到所对应的工件19表面粗糙度的值。

根据上述方法，可以采用如下装置实现：

如图1所示，一种表面粗糙度在线测量装置，包括测定装置和旋转装置，测定装置设置在旋转装置上，并与待检测表面接触联接，通过旋转装置可以带动测定装置转动，旋转装置上设有滑环15，测定装置包括测定片一11和测定片二16，测定片一11和测定片二16是材质不同的两种金属，测定片一11和测定片二16分别通过导线14与滑环15电连接，并形成回路。

检测时，通过旋转装置带动测定片一11和测定片二16转动，材质不同的两种金属测定片一11和测定片二16同时与待测表面（工件19）产生摩擦导致接触点处的温度升高。又因金属测定片一11和测定片二16分别通过导线14与滑环15连接，从而在回路中产生电动势。得到的电动势通过回路中的信号放大器21后，被计算机22采集处理得到工件19的表面粗糙度。

旋转装置的主要作用是实现测定片一11和测定片二16的转动。因此，旋转装置可以采用多种结构实现：

旋转装置包括连接件和设置在连接件上可转动的旋转轴，旋转轴包括第一轴8和第二轴12，第一轴8和第二轴12相对设置，第一轴8和第二轴12的轴线在一条直线上，且第一轴8与第二轴12接触联接，第一轴8转动时，通过摩擦力带动第二轴12转动，测定装置设置在第二轴12上。第一轴8可以通过联接电机1实现转动。第一轴8为主动轴，第二轴12为被动轴。

连接件主要起到联接和支撑作用，因此连接件的具体结构可以根据实际情况进行调整和设计，如：连接件包括端盖一2和端盖三13，端盖一2和端盖三13之间存在间隔，端盖一2和端盖三13可以通过长螺栓17进行联接。

第一轴8和第二轴12与连接件联接处分别设有轴承6和轴承座5，且分别通过小锁紧螺母4进行固定，第一轴8和第二轴12分别通过端盖二7与端盖一2和端盖三13联接，具体如下：

如图2所示，电机1通过螺栓3安装在端盖一2上，电机1的旋转轴与第一轴8联接；端盖一2安装在轴承座5上；第一轴8上安装有轴承6，通过小锁紧螺母4将轴承6锁紧到第一轴8上；轴承6的外圈安装在轴承座5的孔内，并通过安装在轴承座5两端的端盖一2及端盖二7将轴承6轴向固定到轴承座5内。

如图3所示，第二轴12与连接件的具体联接为：第二轴12上安装有轴承6，通过小锁紧螺母4将轴承6锁紧到第二轴12上；轴承6的外圈安装在轴承座5的孔内，并通过安装在轴承座5两端的端盖二7及端盖三13将轴承6轴向固定到轴承座5内；第二轴12的一端设置有安装绝缘垫片10及测定片一11和测定片二16的凸台，凸台上设置有与大锁紧螺母9连接的外螺纹。

第一轴8的一端设置有一定锥度的凸台（锥头），第二轴12设置凸台的一端的中心设置有与第一轴8凸台锥度相同的锥盲孔（锥孔）；安装时，将第一轴8的凸台插入第二轴12的锥盲孔内，通过长螺栓17及螺母18将端盖一2和端盖三13固定到一起，端盖一2和端盖三13上设有相应的通孔。

测定片一11和测定片二16的具体数量可以根据实际情况进行调整和设定。测定片一11和测定片二16在圆周方向上交错布置（如图4），交错布置即指按照测定片一11、测定片二16、测定片一11、测定片二16……顺序排列布置，布置后可形成环状结构。

测定装置与第二轴12的安装：先将一片绝缘垫片10套在第二轴12的凸台上后，将测定片一11和测定片二16套在第二轴12的凸台上，然后再将另一片绝缘垫片10套在第二轴12的凸台上，最后用大锁紧螺母9将安装绝缘垫片10及测定片一11和测定片二16锁紧到第二轴12上。第二轴12上开有供导线14穿过的孔，以便用导线14将测定片一11、测定片二16与设置在第二轴12另一端的滑环15联通。

如图5所示，在具体使用时，将本发明提供的表面粗糙度在线测量装置20（测定片一11和测定片二16）靠近工件19施加一定的作用力；检测时，通过电机1带动第一轴8旋转，在第一轴8的凸台及第二轴12的锥盲孔之间摩擦力的作用下，带动第二轴12及测定片一11和测定片二16一起转动。此时，材质不同的两种金属测定片一11和测定片二16与工件19产生摩擦导致接触点处的温度升高。又因金属测定片一11和测定片二16分别通过导线14与滑环15连接，从而在回路中产生电动势。得到的电动势在通过回路中的信号放大器21后被计算机22采集处理后得到工件19的表面粗糙度。

上述电路结构是本领域技术人员熟知，且可根据实际情况进行调整。该装置可以通过设置安装架等方式固定在工件处，安装架主要起联接作用，即安装架的具体结构可以根据实际情况设计，故不在此详细阐述。表面粗糙度与导体两端温差之间的具体关系是可以根据有限次实验得到。

上面仅对本发明的较佳实施例作了详细说明，但是本发明并不限于上述实施例，在本领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下作出各种变化，各种变化均应包含在本发明的保护范围之内。