贴近生产现场的粗糙度测量正变得日益重要。以齿轮测量为例，粗糙度参数备受关注，因其不仅能描述微米级和纳米级的表面形貌，更有助于表征齿轮的啮合运行特性。除粗糙度外，波纹度同样具有重要影响——二者主要区别在于所考察的空间频带范围不同。根据DIN EN ISO 21920标准（替代原DIN EN ISO 4287和DIN EN ISO 13565），通过应用基于轮廓的高斯滤波器对空间频带范围进行区分。目前值得探讨的是：传统坐标测量机在何种程度上也能用于测量波纹度、粗糙度及相应参数？

除了接触式测量应用，坐标测量机（CMM）近年来持续升级，尤其针对光学测量任务。在此过程中，其本就稳固的机械结构得到进一步优化，以满足日益增长的精度、测量速度和多测头技术需求。由此打造的平台可扩展至粗糙度测量功能，为设备赋予全新维度。

在接触式轮廓粗糙度测量系统中，主要分为两大基本类型：滑轨式系统与悬针式系统。采用滑轨式系统时，可通过滑靴对工件表面进行形态学预滤波（具体应用参见温泽测量机搭载REVO RFP2测头的粗糙度测量方案）。粗糙度测量测头由滑靴支撑，形成极小的测量范围。这种设计大幅降低了对定位基准测量系统的要求：设备控制特性与外部振动影响被弱化——因为滑靴基准可通过平均效应消除轻微时序位置偏差。表面形状信息已被形态学滤波器（即滑靴）滤除，测量机测头从而能精准追踪待测轮廓轨迹。

该技术的前提是坐标测量机需具备足够精确的预定位能力。基于此，可实现常规粗糙度参数（如Ra、Rz）的标准合规评定。但该机制会伴随测量结果的失真现象，尤其在中长波空间频带范围内更为显著：滤波效应会导致波纹度（W参数）与形状（P参数）的检测失真，使得根据DIN EN ISO 21920标准对这两类参数进行完全合规评估受到限制。值得注意的是，W参数对噪声表征具有决定性意义（参见温泽的FFT分析报告）。同时，基于Abbott 曲线的参数（如Rv、Rp、Rk，原属DIN EN ISO 13565标准）也无法直接进行标准合规评定。

上图：标准件的波纹度与粗糙度（Ra = 1.6 µm）及基于轮廓的快速傅里叶变换分析

为实现这些参数的精确映射，必须避免使用滑轨式系统，转而采用悬针式粗糙度测量方案。正因如此，温泽选用WM | RS-T测头构建的悬针式测量系统，作为滑轨式系统的替代方案。该悬针式粗糙度测头不配置滑靴，能最大程度还原表面轮廓的真实形貌。测量偏差仅源自测头与工件间不可避免的相互作用以及测量机自身的控制特性。

作为测量基准的原始轮廓，既可从坐标测量机获取，也可由测头直接生成。当测量机处于运动状态时，对其基础结构的要求将显著提高，且尤其取决于机械结构设计。因此，测量机基础质量及其与控制系统之间的动态响应特性至关重要。

通过WM | RS-T测头执行测量时，测量机始终保持受控的固定位姿。这一特性降低了对坐标测量机控制性能的要求，使得大测量范围的坐标测量机也能兼容此类测头。测量原始轮廓（作为波纹度与粗糙度分析的基础）所需的进给运动，由测头内置的进给轴实现，借助测头的匀速运动确保高定位精度。与竞品方案形成鲜明对比的是，本系统刻意摒弃了测头端导头的支撑结构设计。

采用导头支撑系统的设计初衷在于缩小测量范围并最大限度地减少测量机（本身误差）的影响，这种方案在某种程度上可视为折衷的方案。但温泽公司认为此类辅助结构实无必要——尤其当存在关键否决性论据时：测量可及性。

通过取消测头导头的使用，该测头可测量复杂几何工件。这类几何测量难题典型体现在：当测量模数极小（模数2或更小）的齿轮齿面时，其径向波纹度与粗糙度的测量会面临挑战。在此类测量任务中，由于需要保证粗糙度测针具备必要的行程空间，侧向安装的导头会进一步限制有效的测量范围。此外，对温泽而言更有一个决定性标准：WM | RS-T粗糙度测头配备双旋转轴（R轴与T轴），可在0°至360°或-90°至+90°范围内连续转动，实现相对于工件的最优定位。结合转台（C轴）及标准坐标轴（XYZ），共同构成覆盖全部空间自由度的六轴定位系统——特别适用于齿轮测量机上的齿轮相关检测任务。在软件系统中，WM | RS-T测头并非作为普通测头进行处理，而是作为一种可通过专用交换接口与扫描测头（如SP600）自动更换的测头。为了在测量机的坐标系中校准此类测头，需要在校准球上以不同摆动位置对系统进行校准。此流程与现有测头（如PH10-M或PHS-2）的校准方式完全一致。为此，WM | RS-T测头特别具备单点采测功能。

WM | RS-T测头可轻松将三坐标测量机升级为粗糙度测量设备。该测头与WM | Quartis R2025-2软件的无缝集成，为近期即将开展的基于粗糙度的测量任务开辟了广泛的应用前景。

作者：François Torner 博士 系统研发总监——温泽集团