Mitutoyo 粗糙度仪依靠测头接触工件表面采集轮廓信号,是机加工车间、质检实验室常用的表面质量检测工具。常规平面工件测量难度偏低,而深槽、曲面类工件结构特殊,槽腔空间狭小、表面曲率不断变化,普通测头容易触碰槽壁、发生打滑,造成采集信号失真。结合工件结构特点选配测头,搭配对应的测量思路,可以减少测量失败,提升检测结果的重复性。
测头选配的核心,首先要区分工件的结构形态。深槽工件的难点集中在内部空间,槽口窄、深度大,测头主体、测杆容易和槽的侧壁发生干涉,还没有抵达槽底待测区域,就已经碰到槽壁,无法正常下放。这类场景优先选用细长样式的测杆,测杆整体纤细,能够伸入槽腔内部,避开两侧侧壁的阻挡。同时要留意测头前端的伸出结构,伸出长度需要适配槽深,保证针尖可以落在槽底待测面,而不是卡在槽口位置。
曲面工件的情况和深槽有所区别,曲面分为外凸曲面和内凹曲面,表面没有固定的水平基准。普通直杆测头只适合在平缓平面上滑行,放在曲面表面时,测尖容易向侧面滑动,滑行轨迹偏移预设方向,采集的轮廓线条杂乱。针对曲面,优先选择可以适配弧度变化的测头结构,部分测头带有可灵活随形的结构,跟随曲面弧度调整姿态,让测尖始终贴合待测表面。还要留意测尖的接触形式,不同接触形态,在圆弧面上的贴合状态不一样,接触面积偏大的测尖,在小曲率曲面上面容易产生抹平效应,无法捕捉细微的表面纹路。
选配的时候,不能只看测杆外形,还要考虑测头本身的测力。测力偏大,在曲面滑行时容易压入工件表面,或是在曲面高点位置发生跳动;测力偏小,测尖容易脱离工件表面,信号断断续续。深槽内部的表面往往加工方式和外部不同,部分槽底会存在刀纹、台阶,测力不合适,也会让读数出现波动。对于质地偏软的工件,更要留意测力带来的影响,避免测尖划伤待测面,同时保证接触稳定。
确定测头之后,针对深槽工件,要规划合理的测量路径。正式测量前,先观察槽体的截面轮廓,判断待测区域在槽底的哪个位置,标记测头的进入方向。下放测头的时候,动作缓慢,一边观察测头和槽壁的间隙,一边调整仪器的摆放位置,保证测杆沿着槽的中线垂直送入,避免偏斜蹭到侧壁。如果槽内存在台阶、倒角,要避开台阶边缘,选择平整稳定的待测区域,台阶位置容易造成测尖瞬间起跳,中断测量。
很多操作人员容易忽略槽口的毛刺,槽口边缘的毛刺会剐蹭测杆,或是在测头进出的时候带动测尖偏移,测量前需要清理槽口多余毛刺。测量完成之后,向上收回测头的速度同样放缓,防止上升过程中测尖刮擦槽壁,损伤测尖,也破坏工件表面。
曲面工件的测量思路,重点是固定滑行方向和基准。曲面没有平面那样的稳定支撑,仪器摆放不稳是信号异常的主要原因。可以借助工装辅助定位,让仪器主体保持固定,只让测尖沿着曲面母线方向滑行,顺着同一个走向采集数据,不要沿着圆弧横向滑动。对于内凹曲面,要预留足够的空间,避免仪器机身压在曲面高点,改变测头的初始姿态。
曲面曲率变化大的工件,不要单次采集过长的取样长度。长距离滑行时,曲面弧度持续改变,测尖受力方向不断偏移,更容易出现脱开。可以拆分测量区域,在弧度相对平缓的分段位置分别取样,分段记录数据,再根据检测要求综合评判。如果曲面同时存在局部深槽,相当于两种难点叠加,既要保证测杆能够伸入槽内,又要适配槽底曲面的弧度,优先选用细长且可以随形的测头,提前模拟行进轨迹,确认全程无干涉。
测头的日常养护也会影响深槽、曲面测量效果。这类工况下测尖更容易磕碰,细小的崩损肉眼很难察觉,但在曲面、窄槽测量时,信号波动会明显变大。每次使用前后,观察测尖状态,清理附着在针尖上的切削碎屑,碎屑卡在测尖,会改变接触形态,带来持续误差。测杆出现轻微弯曲后,在伸入窄槽时干涉风险上升,需要及时更换。
正式检测前,建议先做试测。按照选定的测头和摆放方式,空载模拟一遍行进路线,确认没有碰撞干涉,再接触工件采集数据。试测时留意信号曲线,如果曲线频繁出现尖峰、断连,说明测头选型或者摆放方式不合适,重新调整测头、定位工装以及滑行方向。
深槽与曲面工件的粗糙度检测,难点不在于仪器本身,而在于干涉规避和测尖贴合的稳定性。根据槽深、槽宽、曲面曲率挑选适配测头,配合合理的定位、行进方式,避开侧壁干涉、测尖打滑这些问题,才能得到稳定可靠的检测结果,满足车间质检的使用需求。