表面粗糙度測試方法及標準的發展

        為研究表面粗糙度對零件性能的影響和度量表面微觀不平度的需要，從20年代末到30年代，德國、美國和英國等國的一些專家設計制作了輪廓記錄儀、輪廓儀，同時也產生出了光切式顯微鏡和干涉顯微鏡等用光學方法來測量表面微觀不平度的儀器，給從數值上定量評定表面粗糙度創造了條件。

        從30年代起，已對表面粗糙度定量評定參數進行了研究，如美國的Abbott就提出了用距表面輪廓峰頂的深度和支承長度率曲線來表征表面粗糙度。1936年出版Schmaltz論述表面粗糙度的專著，對表面粗糙度的評定參數和數值的標準化提出了建議。但粗糙度評定參數及其數值的使用，真正成為一個被廣泛接受的標準還是從40年代各國相應的國家標準發布以后開始的。 

        首先是美國在1940年發布了ASA B46.1國家標準，之后又經過幾次修訂，成為現行標準ANSI/ASME B46.1-1988《表面結構表面粗糙度、表面波紋度和加工紋理》，該標準采用中線制，并將Ra作為主參數；接著前蘇聯在1945年發布了GOCT2789-1945《表面光潔度、表面微觀幾何形狀、分級和表示法》國家標準，而后經過了3次修訂成為GOCT2789-1973《表面粗糙度參數和特征》，該標準也采用中線制，并規定了包括輪廓均方根偏差（即現在的Rq）在內的6個評定參數及其相應的參數值。另外，其它工業發達國家的標準大多是在50年代制定的，如聯邦德國在1952年2月發布了DIN4760和DIN4762有關表面粗糙度的評定參數和術語等方面的標準等。 

        以上各國的國家標準中都采用了中線制作為表面粗糙度參數的計算制，具體參數千差萬別，但其定義的主要參數依然是Ra（或Rq），這也是間交流使用zui廣泛的一個參數。

表面粗糙度標準中的基本參數定義

        隨著工業的發展和對外開放與技術合作的需要，我國對表面粗糙度的研究和標準化愈來愈被科技和工業界所重視，為迅速改變國內表面粗糙度方面的術語和概念不統一的局面，并達到與統一的作用，我國等效采用標準化組織（ISO）有關的標準制訂了GB3505-1983《表面粗糙度術語表面及其參數》。
       
         GB3505專門對有關表面粗糙度的表面及其參數等術語作了規定，其中有三個部分共27個參數術語： 與微觀不平度高度特性有關的表面粗糙度參數術語。其中定義的常用術語為：輪廓算術平均偏差Ra、輪廓均方根偏差Rq、輪廓zui大高度Ry和微觀不平度十點高度Rz等11個參數。

        與微觀不平度間距特性有關的表面粗糙度參數術語。其中有輪廓微觀不平度的平均間距Sm、輪廓峰密度D、輪廓均方根波長lq以及輪廓的單峰平均間距S等共9個參數。
 與微觀不平度形狀特性有關的表面粗糙度參數術語。這其中有輪廓偏斜度Sk、輪廓均方根斜率Dq和輪廓支承長度率tp等共5 個參數。

精密加工表面性能評價的內容及其迫切性

        表面粗糙度參數這一概念開始提出時就是為了研究零件表面和其性能之間的關系，實現對表面形貌準確的量化的描述。隨著加工精度要求的提高以及對具有特殊功能零件表面的加工需求，提出了表面粗糙度評價參數的定量計算方法和數值規定，同時這也推動了國家標準及標準的形成和發展。

        在現代工業生產中，許多制件的表面被加工而具有特定的技術性能特征，諸如：制件表面的耐磨性、密封性、配合性質、傳熱性、導電性以及對光線和聲波的反射性，液體和氣體在壁面的流動性、腐蝕性，薄膜、集成電路元件以及人造器官的表面性能，測量儀器和機床的精度、可靠性、振動和噪聲等等功能，而這些技術性能的評價常常依賴于制件表面特征的狀況，也就是與表面的幾何結構特征有密切。

        因此，控制加工表面質量的核心問題在于它的使用功能，應該根據各類制件自身的特點規定能滿足其使用要求的表面特征參量。不難看出，對特定的加工表面，我們總希望用zui（或比較）恰當的表面特征參數去評價它，以期達到預期的功能要求；同時我們希望參數本身應該穩定，能夠反映表面本質的特征，不受評定基準及儀器分辨率的影響，減少因對隨機過程進行測量而帶來參數示值誤差。 

        但是從標準制定的特點和內容上我們容易發現，隨著現代工業的發展，特別是新型表面加工方法不斷出現和新的測量器具及測量方法的應用，標準中的許多參數已無法適應現代生產的需求，尤其是在一些特殊加工場合，如精加工時，用不同方法加工得到的Ra值相同（或很相近）的表面就不一定會具有相同的使用功能，可見，此時Ra值對這類表面的評定顯得無能為力了，而且傳統評定方法過于注重對高度信息做平均化處理，而幾乎忽視水平方向的屬性，未能反映表面形貌的全面信息。

        近年來在表面特性研究的領域內，相對地說，關于零件表面功能特性方面的研究本身就較為薄弱，因為它牽涉到很多學科和技術領域。機器的各類零件在使用中各有不同的要求，研究表面特征的功能適應性將十分復雜，這也限制了對表面形貌與其功能特性關系的研究。工業生產的飛速發展迫切需要更加行之有效且適應性更強的表面特征評價參數的出現，為解決這一矛盾，各國的許多學者都在這方面加大研究力度，以期在不遠的將來制訂出一套功能特性顯著的參數。另一方面，為了防止“參數爆炸”，同時也防止大量相關參數的出現，要做到用一個參數來評價多個性能特性，用數量很少的一組參數實現對表面的本質特征的準確描述。 

表面粗糙度理論的新進展

        表面形貌評定的核心在于特征信號的無失真提取和對使用性能的量化評定，國內外學者在這一方面做了大量工作，提出了許多分離與重構方法。隨著當今微機處理技術、集成電路技術、機電一體化技術等的發展，出現了用分形法、Motif法、功能參數集法、時間序列技術分析法、zui小二乘多項式擬合法、濾波法等各種評定理論與方法，取得了顯著進展.