产品质量检测实验 拓展：用干涉显微镜测量表面粗糙度

实验3-2用干涉显微镜测量表面粗糙度一、实验目的1.熟悉用干涉显微镜测量表面粗糙度的原理和方法。2.加深对轮廓最大高度Rz的理解二、实验内容用6JA型干涉显微镜测量表面粗糙度的Rz值。三、测量原理及计量器具说明干涉显微镜是干涉仪和显微镜的组合，用光波干涉原理来反映出被测工件的粗糙程度。由于表面粗糙度是微观不平度，所以用显微镜进行高倍放大后以便观察和测量。干涉显微镜一般用于测量0.8~0.025μm的Rz值。图1为6JA型干涉显微镜的外观图。图2为该仪器的光学系统图，由光源1发出的光束，通过聚光镜2、4、8（3是滤色片），经分光镜9分成两束。其中一束经补偿板10、物镜11至被测表面18，再经原光路返回至分光镜9，反射至目镜19。另一光束由分光镜9反射（遮光板20移出），经物镜12射至参考镜13上，再由原光路返回，并透过分光镜9，也射向目镜19。两路光束相遇迭加产生干涉，通过目镜19来观察。由于被测表面有微小的峰、谷存在，峰、谷处的光程不一样，造成干涉条纹的弯曲。相应部位峰、谷的高度差h，与干涉条纹弯曲量a和干涉条纹间距b有关（图5b），其关系式为：h＝式中，λ为测量中的光波长。本实验就是利用测量干涉条纹弯曲量a和干涉条纹间距b来确定Rz值的。四、测量步骤1.调整仪器测量时调整仪器的方法如下：开亮灯泡，转动手轮10和6（图1），使图2中的遮光板14从光路中转出。如果视场亮度不均匀，可转动调节螺丝4a，使视场亮度均匀。转动手轮8，使目镜视场中弓形直边清晰，如图3所示。图2图3图4在工作台上放置好洗净的被测工件。被测表面向下，朝向物镜。转动手轮6，遮去图2中的参考镜13的一路光束。转动滚花轮2c，使工作台升降直到目镜视场中观察到清晰的工件表面象为止，再转动手轮6，使图2中的遮光板从光路中转出。松开螺丝1b取下测微目镜1，直接从目镜管中观察，可以看到两个灯丝象。转动手轮11，使图2中的孔径光阑6开至最大，转动手轮7和9，使两个灯丝象完全重合，同时调节螺丝4 a，使灯丝象位于孔径光阑中央，如图4所示，然后装上测微目镜，旋紧螺丝1b。在精密测量中，通常采用光波波长稳定的单色光（本仪器用的是绿光），此时应将手柄12推到底，使图2中的滤色片3插入光路。当被测表面粗糙度较低而加工痕迹又不很规则时，干涉条纹将呈现出急剧的弯曲和断裂现象，这时则不推动手柄12，而采用白光，因为白光干涉成彩色条纹，其中零次干涉条纹可清晰地显示出条纹的弯曲情况，便于观察和测量。如在目镜中看不到干涉条纹，可慢慢转动手轮14直到出现清晰的干涉条纹为止（图5a）。转动手轮7和9以及手轮8和14，可以得到所需的干涉条纹亮度和宽度。转动工作台2b，使加工痕迹的方向与干涉条纹垂直。松开螺丝1b，转动测微目镜1，使视场中十字刻线之一与干涉条纹平行，然后拧紧螺丝1b，此时即可进行具体的测量工作。2.测量方法在此仪器上，表面粗糙度可以用两种方法测量。（1）用测微目镜测量1）转动测微目镜的测微器1a，使视场中与干涉条纹平行的十字线中的一条线对准一条干涉条纹峰顶中心（图5b），这时在测微器上的读数为N1。然后再对准相邻的另一条干涉条纹峰顶中心，读数为N2。（N1—N2）即为条纹间距b。2）对准一条干涉条纹峰顶中心读数N1后，移动十字线，对准同一条干涉条纹谷底中心，读数为N3。（N1－N3）即为干涉条纹弯曲量a。按轮廓最大高度Rz的定义，在取样长度范围内测量同一条干涉条纹的最高的峰和最的低谷，这个干涉条纹弯曲量的值a为：a平均＝被测表面的轮廓最大高度RZ为：采用白光时，λ＝0.55μm；采用单色光时，则按仪器所附滤色片检定书载明的波长取值。按测量长度要求，各取样长度的Rz值还需平均后才能作为评定表面粗糙度的可靠数据。（a）(b)图5（2）用目视估计判定用肉眼观察视场，直接估读出弯曲量a为干涉条纹间距b的多少倍或几分之一，用目视估读的a/b值来代替测微目镜的读数。在取样长度范围内，对同一条干涉的最高的峰和最的低谷估读比值，然后计算Rz值。同样，根据求得的各取样长度的Rz值再平均后作为最后的评定数据。目视估读法效率高，方法简便