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本文所讨论的粗糙度仪测量中取样长度和评定长度的实现方法，对保证国家标准GB1031-83根据取样长度和评定长度获取粗糙度参数值的正确执行起到了一定的作用。 关键词 采样长度评价长度 截止行程长度​​ 视场直径 应用 采样长度 长度评价 粗糙度检测 张太昌 摘要：采样长度评价 讨论粗糙度测量相关仪器获得的粗糙度数据 采样长度长度评价规定GB1031-83必须正确执行。 关键词：取样长度、长度评价、截止值、导线长度、视野直径表面粗糙度值，通常用光学截面显微镜、干涉显微镜和轮廓仪（仪表）测量。

取样长度和评价长度的合理选择对粗糙度值的评价起着重要作用。 但仪器在使用中，取样长度和评价长度的选择往往没有按标准执行，影响了测量结果的准确性。 因此，在仪器测量中寻求一种正确的采样长度和评价长度的实现方式就显得尤为必要。 取样长度和评价长度的选择 GB1031-83《表面粗糙度参数及其取值》给出了取样长度值（表1），公比为取样长度值（mm） 0.08 0.25 0.8 2.5 25 规定和选取取样长度，是为了限制和减弱表面波纹度对表面粗糙度测量结果的影响，使得到的粗糙度值正确反映表面的粗糙度特性。 一般可根据表面加工方式和粗糙度参数值来选择。 GB1031-83的附录B规定了推荐的取样长度（表2）。 Ra、Rz、Ry的取样长度l和评价长度ln取值Ra(μl(mm)ln=5l(mm)) 0.008～0.02 >0.02～0.1 >0.1～2.0 >2.0～10.0 >10.0～80.0 0.025～0.10 ＞ 0.10～0.50 ＞0.50～10.0 ＞10.0～50.0 ＞50.0～320 0.08 0.25 0.8 2.5 8.0 0.4 1.25 4.0 12.5 40.0 标准规定评定粗糙度时必须取能反映加工表面粗糙度特性的最小长度，其中包括一个或若干个采样长度，这些采样长度之和称为评价长度。

评价长度值按GB1031-83附录B的表面处理方法和相应的取样长度选取。 一般选取加工面的评价长度为连续取样长度（表2）。 对于加工均匀性较好的表面，可选择比样品长度短的评价长度； 对于均匀性较差的表面，可选择大于5个采样长度的评价长度。 评定长度值已在图纸或技术文件中注明的，按图纸或技术文件的规定执行。 所谓“加工面均匀度”是指加工面各部分的粗糙度值一致的程度。 如果在一个加工面上按取样长度连续测量若干段得到的粗糙度值相同，则说明加工面均匀； 否则，粗糙度值不一样，有时甚至相差很大，说明加工后的表面不均匀。 任何表面的粗糙度都是由一系列不同高度和间距的峰谷组成，它们反映了加工表面的微观几何形状。 这种外观或手感上的特征通常是表面精加工过程中使用的精加工方法的特征。 车、铣、刨表面常有间距均匀、方向清晰的刀痕，其纹理具有明显的规律性，形成典型的周期性轮廓（有时还叠加不同程度的随机成分），具有明显的循环，这反映进给速度均匀、均匀，加工表面均匀性好。 磨面虽然具有一般的方向性粗糙度的测量，但间距通常是不规则的，纹理也没有明显的规则。 磨削面是磨料往复运动产生的表面，往往没有方向性。

研磨和磨削分别用砂轮和磨料进行切割和抛光，使表面光滑平整。 但由于砂轮磨粒大小形状不规则，磨粒大小形状不等，切削力不等，使加工表面形成随机轮廓。 虽有周期成分，但以随机成分为主，表面均匀性较差。 因此，加工表面的粗糙度是加工过程中各种因素（机床-刀具-工件系统、加工方法、切削量、冷却润滑剂）共同作用的结果。 这些因素的过程相当复杂，而且不断变化。 因此，对于同一批零件采用不同的加工方法或在相同的加工方法和相同的切削条件下切削，不同表面的不同部分的粗糙度值并不完全相同。 根据每种加工方法独特的表面特性，表3常用加工方法取样长度、评价长度经验值（mm）表面轮廓特征取样长度评价长度lnGB1031推荐值经验值美国标准ASA B46.1 BS1134比较规则和统一, 非常不规则和均匀(如精车、磨削、抛光) 0.25 (6~17)l 非常不规则和均匀(如精磨、精抛光) 0.08 (8~10)l (10~12)l 注：( 1) 对于均匀性较好的表面，评价长度可在表中所列范围内取较小的值，否则取较大的值。 (2) 当加工表面不平整时，应在表面上至少3个不同的位置，在每个位置测量粗糙度，用于评估长度（包括几个采样长度）。

(3)美国国家标准ASAB46.1《表面粗糙度、波纹度和加工织构》始于1940年，从1947年到1955年，1962年3次修订为ASA B46.1.1962，1971年再次确认1962标准。表中给出的美国标准为ASA B46.1.1962，1978年修订为现行的ANSI B46.1.1978《表面结构表面粗糙度、波纹度和加工织构》。 (4)英国第一个国家标准为BS1134： 1950 《表面结构评定》 1950年颁布。表中为英国标准BS1134：1961《表面结构评定》，1978年修订为BS1134：1972《表面结构评定方法》。 （5）系列各国的采样长度基本相同。 各国均采用0.08、0.25、0.8、2.5、8 25mm六档。 英美标准规定0.8mm为首选取样长度。 (6)对于评价长度的控制，英美标准中对截止值和行程长度之间的对应值有规定。 测量仪器中采样长度和评价长度的实现 轮廓仪（仪表）采用滤波器抑制波度的影响，实现采样长度的选择。 通常，滤波器特性在截止波长处急剧变化。 轮廓光谱经过滤波后，间距小于截止波长的粗糙度不变地通过，而间距大于截止波长的粗糙度被完全抑制。

截止波长是正弦波的波长，其值等于轮廓光谱中的采样长度。 习惯上也称为截止长度，通常称为截止值。 因此，仪器的截止值相当于测量的采样长度。 截断值与采样长度的区别在于，截断值是将得到的轮廓波形限制在采样长度内进行评价的一种手段。 采样长度是用来判断表面粗糙度特性的参考线长度，它可以区分表面粗糙度参数值与波度和波度大于其值的粗糙度。 记录仪记录表面轮廓曲线时不必考虑截止值。 使用平均刻度进行测量时，必须考虑截止值。 截止值旋钮放在电箱上，通常有三个截止螺距值（TALY-SURF-4轮廓仪第三档为J，对应采样长度值0.25 、0.8、2.5mm分别选择截止值先了解被测件的加工方法，初步判断表面粗糙度值，根据截止值截止值开关位置表面轮廓仪（米）的截止值（mm），选择范围加工方式Ra（μ0.25精度和超精密加工面>0.02～0.1>0.1～0.5 0.8一般精加工面>0.1～2>0.5～ 10 2.5 普通车、铣、刨加工面 > 2～10 > 10～50 评定长度是评定轮廓A长度的一个或多个试样长度的表面粗糙度所必需的。

轮廓仪（量规）的评估长度以仪器测量行程的长度为特征。 轮廓仪（量规）的测量行程长度是用于测量表面粗糙度的微调轮廓长度，即测量时由于滤波作用，测针与传感器同步的运动轨迹。 测量行程长度由一个或多个采样长度组成。 测量行程长度与评价长度的区别在于，评价表面粗糙度参数值所依据的“长度”不同。 前者是在实际测量中使用轮廓仪（仪表）获得的修整轮廓的长度，而后者是评估表面粗糙度所需的理论定义长度。 由此可以说行程长度是评价长度在实际测量中的具体体现，从而使轮廓仪（仪）实现表面粗糙度参数的测量。 当测量行程长度与评价长度相同时，均包括一个或多个取样长度。 一般笔划长度取5的截断值（相当于5个采样长度），这与一般评价长度为采样长度的5倍是一致的。 行程长度旋钮位于驱动箱上，标记三档。 行程长度旋钮的位置由截止值旋钮的位置决定，两者必须一一对应。 各种轮廓仪（米）的行程长度不尽相同，TALYSURF-4轮廓仪的截止值0.25、0.8、2.5mm对应的行程长度分别为0.2581.9mm、0.583.8mm、和 2.537.6 毫米。 测量时，将行程长度旋钮调至与截止值旋钮一致的相应位置。

例如粗糙度的测量，TALYSURF-4测量行程长度旋钮仪器读取的粗糙度值是3.8mm测量行程长度的平均值。 必须指出的是，目前使用的测针轮廓仪可以直接测量和读取粗糙度（Ra）值，一般不能根据粗糙度Rz和Ry的定义直接测量结果，而是可以通过记录轮廓图来计算。 此时应注意尽量使记录图形的趋势保持在水平线上，在轮廓的总趋势上测量截止值。 只要记录图形的垂直放大倍数可靠，截止值的水平放大倍数准确，就可以得到可靠的Rz和Ry。 应注意水平放大倍数的变化。 这种变化是通过改变驱动箱上的速度选择旋钮来改变传感器的运动速度而获得的，因此正确选择速度旋钮的档位非常重要。 表5给出了速度选择旋钮的参考值。 轮廓仪（米）速度选择旋钮 参考值 速度旋钮 水平倍率 RaRZ、RY 手动测量时被测件的安装和调整 0.01～0.02 0.05～0.1 配备500X传动装置高精度表面轮廓图形记录AV平均刻度读数记录波纹图 20X20 记录车、铣、刨、滚的表面轮廓图 记录波纹图 > 1.25 ~ 10 > 6.3 ~ 40 100X 100 记录一般表面粗糙度轮廓图 > 0.02 ~ 1.25 > 0.1 ~ 6.3 选择速度旋钮的一般原则是等高线图中的峰与峰之间的距离不要太密而是要加宽。

当截止值为0.8mm，水平放大倍数为20X时，则应在等高线图的大致方向上测量0.820=16mm。 多参数轮廓仪可以直接显示粗糙度RZ、RY值，但仪器显示的粗糙度RY值与标准定义的粗糙度RY不同。 通常，结果是在行程长度或微粗糙度高度（相邻的峰和谷）的最大值上给出的。 光学断面显微镜和干涉显微镜通常用于测量粗糙度RZ、RY参数值。 测量时，应按规定确定取样长度和评价长度。 对于粗糙度RZ，粗糙度RZ值是通过测量仪器显示场采样长度内的最高点和五个最低点，并在评价长度内的几个连续采样长度上测量粗糙度RZ值来计算的。 取平均值作为测量结果。 如果仪器视场直径小于1个采样长度或1个评价长度，测量圆弧面时无法进行定义点计算（表6），此时工作台必须在一次测量期间移动，以便被测部件顺序移动到视野中。 推荐使用以下方法计算：所选采样长度h1+h2+h3+h4+h5Rz=------------------------ - ----- 光学截面显微镜视场直径 物镜标称放大倍数 测量范围 RZ 视场直径(mm) 取样长度(mm) 1430 60 25～100 6.3～25 1.6～6.3 0.8～1.6 2.5 1.3 0.6 0.3 2.5 0.8 2.5 0.25 0.8 0.25 需要指出的是，每个采样长度的分量必须是连续的。

为保证l′，应均匀移动工作台，使工作台的移动相等，同时注意从目镜视场观察被测表面轮廓的移动，以免重复测量等长等高线曲线。 对于粗糙度RY，若仪器视场直径小于规定的采样长度，可取视场直径作为采样长度，取观测范围内的最大峰谷值范围，然后在相邻视野中测量具有最大轮廓的轮廓。 高度，取两个读数中的较大者作为一个取样长度的测量值。 严格地说，上述方法得到的粗糙度RZ和RY是近似值。 作者：张太常，北京市朝阳区安源东丽一区14号，北京市计量科学研究院，邮编：100029（周芙蓉主编）（修订日期：1998-07-21）