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表面粗糙度測量儀工作原理探析：從接觸式到光學(xué)式的技術(shù)演進(jìn)
表面粗糙度測量儀作為評定零件表面質(zhì)量的關(guān)鍵工具，其技術(shù)演進(jìn)經(jīng)歷了從接觸式到光學(xué)式的跨越式發(fā)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(chǎn)生垂直位移。該位移經(jīng)電感傳感器或壓電傳感器轉(zhuǎn)換為電信號，經(jīng)放大、濾波后，通過積分計算得出表面粗糙度參數(shù)（如Ra、Rz）。例如，傳統(tǒng)輪廓儀通過差動電感線圈檢測觸針位移，結(jié)合平衡電橋與積分計算器，實現(xiàn)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(guī)則表面，但存在劃傷軟材質(zhì)表面、測量效率低等局限。
光學(xué)式測量儀則基于非接觸原理，以白光干涉技術(shù)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(jīng)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(dāng)光程差處于相干范圍內(nèi)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(jìn)而計算粗糙度參數(shù)。該技術(shù)垂直分辨率達(dá)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(xué)鏡片、半導(dǎo)體晶圓等易損材料。
技術(shù)演進(jìn)中，接觸式儀器通過計算機(jī)化改造（如模數(shù)轉(zhuǎn)換與數(shù)字濾波）提升了測量精度與參數(shù)處理能力，而光學(xué)式儀器則憑借納米級分辨率與自動化測量優(yōu)勢，成為高精度場景。兩者互補(bǔ)，共同推動了表面粗糙度測量技術(shù)的多元化發(fā)展。
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