表面粗糙度的测量方法.pdf

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备受好评表面粗糙度技术资料系列本资料总结了最常用的接触式粗糙度仪的基本术语、原理及测量方法。

请务必活用于新员工的培训或自我复习测量知识等用途。

表面粗糙度的测量方法将粗糙度仪的测量方法和注意点汇总到1本资料为何要测量表面粗糙度表面粗糙度测量不仅在于管理加工状态和外观品质，还必须管理产品寿命和机械效率。

在此，将介绍其中一个示例。

功能内容说明相应产品参数示例外观、光泽光的反射散射、眩光、高级感清晰度（涂层面的亮度）电镀面、虹面加工、雕花加工、各种镜面钢板Rq、Rq、Ra、Rku气密度接触面之间的粗糙度（通过间隙渗透）封装、阀、阀门、气缸Ra、Rp、RSm、Rpk触感手感薄膜、缎纹面、雕花评估、滚花Rz、Ra、Rq、Rpc摩擦力接触面的阻力轴/轴承、离合器、薄膜、阀Ra、Rq、Rzjis、Rp密着性/粘结性封装、粘合剂的最佳形状涂层、电镀耐剥离性块规、印刷电路板、黏着面涂层衬底、电镀衬底Rzjis、Rz、Ra、Rq、Rlr烧焦/润滑性将润滑油积存到谷部齿轮、门窗、孔Rv、负载曲线、Rmr、Rvk、Rc、Mr2、RA2印刷品质纸张的纹理和吸墨性印刷用纸Ra、Rv、Rvk、Rpc噪音/振动滚动面在高速振动轴承、齿轮Rz易脱模性模子和成型品的易脱模性模具Rzjis、Rz、Ra、Rq、Rlr光学性能光束折射的绕射、散射透镜、镜头、棱镜Rq、Rq、Ra磨损因滑动时载重集中而导致的易切削性轴、轴承、活塞环、导轨Rp、负载曲线、Rmr、Rpk、Rsk疲劳破坏/优势因缺口形状导致应力集中而发生疲劳破坏粗钢筋、曲轴、螺栓Rz、Rv、Rvk接合面硬度仅接触部分接合面，使负载集中到峰顶，挠度增加螺栓紧固部Rmr、Rzjis、Rp、Rpk为什么需要粗糙度测量表面放大3D图像表面放大3D图像身边常见的零件表面各式各样，有的光滑闪闪发亮，有的粗糙无光泽。

这些外观差异会随该零件的表面粗糙度而异。

在加工品的表面上，存在着不同高度、深度和间隔不同的连续凹凸等复杂形状。

与上述深度相比，以较小间隔呈现的实际表面坑洼不平被称为表面粗糙度。

如果凹凸越大，则该部分的手感越粗糙，光线也会发生漫反射现象，呈现出粗糙的质感。

反之，如果凹凸极小，则手感就会非常光滑，也会呈现光泽。

在表面粗糙度的测量中，可对该程度的凹凸进行数值化。

因此，可对产品的手感、质感或功能性等进行数值管理，使品质稳定。

铝磨损面铝切削面2表面粗糙度测量的种类和规格评估和分析表面粗糙度的标准中也包括以接触（触针）式评估为前提的ISO4287和支持各种非接触测量法的“ISO25178”。

大多数测量仪用户都是从事以测量、分析以外的业务为主的工作，就现实而言，往往很难实现理解各测量方法的特点及评估方法等而根据目的区分使用。

因此，将为因形状测量所困扰的用户，针对各测量方式编写一系列的教材，并介绍表面粗糙度测量实务上所面临的问题点及不同标准的测量方式。

本书列举了通过触针（Stylus）扫描来评估表面粗糙度的触针式表面粗糙度测量仪。

表面粗糙度的测量方式大致分为“接触式”测量法和“非接触式”测量法。

而且，非接触式又包括不同原理的测量仪，拥有各自的长处和短处。

测量方式原理长处短处接触式使用触针（Stylus）的扫描法可获得清晰的形状波形可进行长距离测量样品表面会因测量力而留下瑕疵无法测量具有粘着性的样品无法测量比触针尖端半径还小的沟槽非接触式光干涉法可通过亚纳米的高度分辨率（0.1nm）测量大视野（多角）测量时间短。

角度特性低可测量的目标物有限需要进行倾斜补正XY测量的分辨率低不耐振动采用焦点移动的图像合成法角度特性佳测量时间短必须测量存在凹凸（纹理）的样品表面不擅长应对同时混合强反射部分和弱反射部分的样品共焦法可通过亚纳米的高度分辨率（0.1nm）进行测量角度特性佳高对比度图像的扩大观察测量范围受限于镜头视野测量时间长低倍率镜头的测量精度低ISO25178ISO4287（ISO13565-1）使用设备接触式及非接触式形状测量仪接触式（仅触针式粗糙度仪）截面评估对象S-F平面截面曲线滤波器S-滤波器s滤波器粗糙度评估对象S-L平面粗糙度曲线滤波器S-滤波器L-滤波器s、c滤波器高度参数最大峰高度SpRp最大谷高度SvRv最大高度SzRz算术平均高度SaRa均方根高度SqRq偏态（偏度）SskRsk峰态（峰度）SkuRku空间参数Sal、Str、Std复合参数Sdq、SdrRqISO25178ISO4287（ISO13565-1998）粗糙度功能参数中心部的高低差SkRk最大峰部高度SpkRpk最大谷部高度SvkRvk峰部和中心部的负载面积（长度）率Smr1Mr1谷部和中心部的负载面积（长度）率Smr2Mr2项目项目规格规格记载信息基于表面性状参数（ISO25178-2：

2012）的定义。

2012年4月后经重新修订标准，内容可能有所更改，敬请悉知。

注意3触针式表面粗糙度测量仪的原理此为触针尖端直接接触样品表面的方式。

在检测器顶端装有触针，使该触针在样品表面进行扫描，并电子检测触针的上下运动。

放大其电子信号，进行数字化等处理后加以记录。

检测器测量驱动部运算部触针位移为了使用触针式表面粗糙度测量仪对细微形状及粗糙度进行高精度测量，需追求触针的尖端半径尽可能小或接触压少。

触针的材质采用蓝宝石或金刚石，触针的尖端半径通常约10m以下。

理想的触针形状是拥有球状尖端的圆锥体。

尖端半径：

rtip2m、5m、10m圆锥的锥角：

60、90*若无特别指示，理想的测量仪圆锥的锥角为60。

检测器样品（目标物）表面触针检测器触针尖端形状rtip触针式表面粗糙度测量仪的系统构成获取表面粗糙度信息4表面粗糙度的术语测量横截面曲线totalprofile“测量横截面曲线”是在由纵轴和横轴构成的坐标（连续变化的图表）上，对测量曲线按一定间隔取样（数字化）所获得的曲线。

轮廓曲线profile“轮廓曲线”是测量横截面曲线、横截面曲线、粗糙度曲线、波度曲线等曲线的总称。

横截面曲线primaryprofile“横截面曲线”是指将截止值s的相位补偿型低通滤波器应用于测量横截面曲线所获得的曲线。

粗糙度曲线roughnessprofile“粗糙度曲线”是指通过位相补偿型高通滤波器（截止值c）、仅记录横截面曲线高频成分的曲线。

波度曲线wavinessprofile“波度曲线”是指将截止值s和c的相位补偿型滤波器应用于横截面曲线所获得的曲线。

粗糙度曲线用的平均线averagelineforroughnessprofile“粗糙度曲线用的平均线”是指利用相位补偿型低通滤波器c（低通滤波器）进行剪切、记录了低频成分的曲线。

基准长度samplinglength通过从轮廓曲线抽取一定长度的部分来求取算术平均粗糙度等粗糙度参数。

该抽取长度称为基准长度，粗糙度曲线、波度曲线的基准长度分别与各曲线的截止值c和f采用相同的长度。

另外，横截面曲线的基准长度和评估长度相等。

评估长度evaluationlength“评估长度”是指为了求取算术平均粗糙度等粗糙度参数而从轮廓曲线抽取一定长度后得到的部分。

评估长度的前提条件是包含1个以上的基准长度，标准上为基准长度的5倍。

对于波度参数，没有标准性评估长度的规定。

截止值cutoff截止值是指从横截面曲线中被除去的规定波长。

从横截面曲线中除去较长的波长成分形成粗糙度曲线，相反，除去较短的波长成分则形成波度曲线。

接触式表面粗糙度测量仪在采用由电容器和电阻器构成的电气回路进行处理、还属于模拟仪器时，以2CR滤波器为主流，但是随着不断走向数字化，人们开始更多地使用相位补偿型数字滤波器（高斯滤波器）。

在多文件分析软件中使用的截止值也属于高斯滤波器。

横截面曲线峰顶谷谷底峰粗糙度曲线基准长度rrrrscf100500平均线粗糙度曲线波长振幅传递率波度曲线平均线评估长度lnrr基准长度rrr平均线平均线横截面曲线粗糙度曲线5表面粗糙度的图示方法在工业领域所使用的图纸中，一般都使用表示机械部件、结构构件表面性状的符号。

这类符号的图示方法由ISO1302:

2002所规定。

在此，将对表示表面性状符号的记载方法进行介绍。

表面粗糙度的指示方法针对面的指示符号，将表面粗糙度的值、截断值或基准长度、加工方法、条纹方向的符号、表面起伏等按如下所示进行图示。

图示表面粗糙度时，一般使用以下记述。

但是，一般将标准条件的红色省略图示，而蓝色的指示项目则在必要进行图示。

机械部件、结构构件等表面的表面粗糙度、去除加工与否、条纹方向及表面起伏等的总称。

根据机械加工、或以此为基准的方法，去除部件、构件等的表层部。

因去除加工所产生的明显条纹方向。

表面纹理去除加工条纹方向指示对象面的符号及指示符号的位置图示表面纹理时，表示对象面的符号以60不同长度的折线表示。

面的指示符号需要进行去除加工面的指示符号不需要进行去除加工面的指示符号术语说明a：

通过范围或基准长度、表面性状参数符号及其值b：

要求多个参数时第二个以后的参数指示c：

加工方法d：

条纹和其方向e：

切削裕度dacbeU“X”0.008至0.8/Rz6max4.8参数的容许界限上限值U或下限值L滤波器的形式X相位补偿或2RC通过范围s-c（mm）参数评估长度n中基准长数n（标准5）判断是否合格16%或max容许界限值（m）曲线种类图示例3磨削0.008至0.8/Rz64.86加工刀具的条纹相对于标有符号面的中心大致呈放射状加工的刀具条纹方向与标有符号图的投影图平行牛头刨削面例加工的刀具条纹方向与标有符号图的投影面成直角牛头刨削面（从侧面观察的状态）车削、圆筒研磨面例加工的刀具条纹方向与标有符号图的投影面在2个方向倾斜交叉珩磨加工面例加工的刀具条纹多重交叉或无方向抛光加工面、超精加工面、进行横送的端铣刀或立铣刀切削面例加工刀具的条纹相对于标有符号面的中心大致在同心圆上端面车削面例含义说明图符号刀具条纹的方向刀具条纹的方向刀具条纹的方向7触针式表面粗糙度测量仪的测量步骤使用触针式表面粗糙度测量仪评估表面粗糙度的步骤如下所示。

（摘自ISO4288:

1996）非周期性对象面基准长度的评估条件未指示在图纸上步骤1设置测量目标物步骤2用肉眼观察测量对象面步骤3-1根据图纸上等所指示的基准长度（截断值c）进行测量步骤4通过测量结果判定是否在容许界限值内步骤4通过测量结果判定是否在容许界限值内步骤4通过测量结果判定是否在容许界限值内步骤3-2从表1决定相对应的基准长度（截断值c）后进行测量步骤3-3从表1至3决定相对应的基准长度（截断值c）后进行测量周期性对象面基准长度指示在图纸上步骤1设置测量目标物去除测量目标物表面的油或灰尘。

若未指示测量方向，则在高度方向参数（Ra、Rz）最大的测量方向设置目标物。

步骤2用肉眼观察测量对象的表面判断对象面的表面性状（条纹、粗糙度曲线）为周期性或非周期性。

周期非周期与条纹平行的方向与条纹互相垂直的方向（高度参数最大的方向）83.使用所决定的基准长度，测量RSm的值。

4.若测量结果所求出的RSm符合从表1求出的推测RSm范围内时，将直接套用该截断值，若超出推测RSm范围时，则变更为适当的RSm基准长度。

5.使用之前步骤中决定的基准长度，对所要求的参数进行测量。

3.使用所决定的基准长度，测量粗糙度参数的值。

4.根据求出的测量结果，若测量结果在以表1至3求出的推测Ra或Rz范围内时，将直接套用该截断值，若超出推测Ra或Rz范围时，则将测量结果Ra或Rz变更为符合范围的基准长度。

5.使用之前步骤中决定的基准长度，对所要求的参数进行测量。

表1.用于测量周期性粗糙度曲线的参数，及用于测量周期性非周期性轮廓曲线RSm的基准长度表2.非周期性轮廓曲线的粗糙度参数Ra、Rq、Rsk、Rku、Rq与负载曲线BAC以及概率密度函数ADF与这些相关的参数基准长度表3.非周期性轮廓曲线的粗糙度参数Rz、Rv、Rc及Rt的基准长度RSm（mm）粗糙度曲线的基准长度（mm）粗糙度曲线的评估长度（mm）0.013RSm0.040.080.40.04RSm0.130.251.250.13RSm0.40.840.4RSm1.32.512.51.3RSm4840Ra（m）粗糙度曲线的基准长度（mm）粗糙度曲线的评估长度（mm）（0.006）Ra0.020.080.40.02Ra0.10.251.250.1Ra20.842Ra102.512.510Ra80840Rz（m）粗糙度曲线的基准长度（mm）粗糙度曲线的评估长度（mm）（0.025）Rz0.10.080.40.1Rz0.50.251.250.5Rz100.8410Rz502.512.550Rz200840步骤3-1图示基准长度时在图纸或产品技术信息的要求事项中指示基准长度时，将截断值c设为所指示的基准长度。

步骤3-2周期性粗糙度曲线时1.对于拥有周期性粗糙度曲线的对象面，可从测量截面曲线推测参数RSm。

2.可根据所推测的RSm，从表1决定相对应的基准长度（截断值c）。

步骤3-3非周期性粗糙度曲线时1.对于拥有非周期性粗糙度曲线的对象面，可从测量截面曲线推测未知的参数Ra、Rz、或RSm。

2.可根据所推测的未知参数Ra、Rz、或RSm，从表1至3的任何一个表决定相对应的基准长度（截断值c）。

9使用触针式表面粗糙度测量仪的注意点触针式表面粗糙度、形状测量仪的特点可获得清晰的形状波形可进行长距离测量触针磨损样品表面会因测量力而留下瑕疵无法测量具有粘着性的样品无法测量比触针尖端半径还小的沟槽测量时间长难以定位和确认细微的测量点需要将样品切割、加工后才能通过检测器进行测量步骤4通过测量结果判定是否在容许界限值内通过步骤2的肉眼观察，确认目标物的表面性状是否均匀（周期性）、是否因场所而异（非周期性）。

情况1目标物的表面性状均匀时将针对对象面整体求出的参数测量值，与图纸或产品技术信息所指示的要求值进行比较，并根据16%规则或最大值规则判断是否在容许值内。

情况2对象面的表面性状因位置而异时将各个位置求出的参数值与图纸或产品技术所指示的要求值进行比较，并根据16%规则或最大值规则判断是否在容许值内。

16%规则将参数的上限值指示为要求值时在肉眼观察的判断下，测量高度方向的参数（Ra、Rz）看起来最大的位置，求出粗糙度曲线（一个评估长度），从该曲线截取一定长度作为基准长度，由所有的基准长度计算的参数中，超过要求值的个数若为总数的16%以下，即判断为合格。

将参数的下限值指示为要求值时从一个评估长度截取一定长度作为基准长度，由所有的基准长度计算的参数中，小于要求值的个数若为总数的16%以下，即判断为合格。

具体而言，最初的测量值未超过所指示值（图纸指示值）的70%最初的3个测量值未超过所指示的值（图纸指示值）最初的6个测量值内，有2个以上未超过所指示的值（图纸指示值）最初的12个测量值内，有3个以上未超过所指示的值（图纸指示值）最大值规则将最大值指示为图纸或产品技术所指示的要求值时，若对象面整个区域所求出的所有参数值均在要求值以下，即判断为合格。

长处短处10由于触针式表面粗糙度仪直接接触样品，因此测量的可靠性高。

但是，由于是直接接触，因此必须注意上述要点才能获取正确的值。

以下对尤其需要注意的点进行说明。

触针的磨损由于触针会发生磨损，因此需要进行研磨。

触针会因测量目标物的材质和形状变平或呈椭圆状态，磨损的形态也各不相同。

触针的形状不同，所获得的形状波形当然也有所不同。

判定有无磨损的一种方法就是使用市售的磨损检验用标准片。

将磨损前测量标准片时的数据与使用后的数据形状（沟槽宽度等）进行比较测量，判定有无磨损。

测量力对样品造成压痕触针的材质采用蓝宝石或金刚石，由于属于硬性材质，因此有时会划伤目标物的表面。

尤其是重复并列调整时或高速送进触针时，容易划伤样品。

无法测量比触针尖端半径还小的沟槽触针的尖端呈球状。

针对触针的尖端半径相比宽度较窄的沟槽（瑕疵等），无法正确获取形状。

触针样品样品磨损前磨损后触针触针磨损所造成测量结果差异沟槽宽度大沟槽宽度小触针样品触针实际形状测量结果样品触针的尖端半径和样品的沟槽宽度划伤样品难以应对柔软样品和具有粘着性的样品Copyright（c）2015KEYENCECORPORATION.Allrightsreserved.VKSurfaceRoughMeasure-KC-EN-CN1105-1E642D56激光显微系统，实现更加细致的观察及形状测量形状测量激光显微系统VK-X250/X150/X120这1台即可弥补显微镜、SEM、粗糙度测量仪的不足放大60到28800倍观察搭载超高精度0.5nm线性标尺模块内置只需一按即可全自动测量的世界首创AI-Scan轻松精确地了解表面“差异”通过42个粗糙度参数，自动比较多个样品的表面状态。