由加工方法留下的表面痕迹的深浅、疏密、形状和纹理都有差异，生产运行中产生的表面痕迹更是千奇百怪。这些微观的和宏观的几何不平整在漏磁检测中均会引起磁场泄漏，由此带来的背景漏磁场信号将会影响微小裂纹的漏磁场测量，并进一步影响到漏磁检测的检测极限。为此，研究表面粗糙度对裂纹漏磁检测的影响具有重要意义。
1. 表面粗糙度试块
采用Q235碳素结构钢制作试块，试块尺寸长300mm、宽100mm、厚14mm。首先，将三块试块表面利用飞刀进行铣削加工，如图1-6所示，其表面粗糙度值从左到右依次为Ra3.2μm、Ra6.3μm、Ra12.5μm，编号1、2、3。然后，利用立铣加工另外三块试块表面，如图1-7所示，其表面粗糙度值从左到右依次为 Ra3.2μm、Ra6.3μm、Ra12.5μm，编号4、5、6。另外，再采用平磨加工一块试块表面，此种方式获得的表面质量较好，其表面粗糙度值为Ra0.2μm，编号7。所有试块表面均刻有一组宽度为20μm，深度不同的人工线状缺陷，尺寸如图1-8所示，从左到右深度依次为20μm、45μm、70μm，相邻缺陷的间距为70mm。
2. 表面粗糙度对漏磁检测信号的影响试验
检测装置主要由磁化器、检测探头、信号采集系统、上位机等部分组成，如图1-9所示。磁化器由两组线圈组成，检测探头安装在两组线圈中间，以保证检测探头所在的位置磁场分布均匀。探头安装在一T形支架上，T形支架固定在两组线圈上方。钢板在支撑轮的驱动下做匀速运动，在移动过程中，试块始终与探头保持紧密贴合。检测探头将磁场信息转换成电信号，并由采集卡进行A-D转换后进入计算机，由上位机软件进行显示。
a. 表面粗糙度对同一深度裂纹信噪比的影响
首先，利用平磨试块7进行饱和磁化下的漏磁检测试验。试块的磁化方向垂直于人工线状缺陷，试块以恒定的速度沿磁化方向运动，检测结果如图1-10所示。
从图中可以看出，由于平磨的表面质量较好，并未带来明显的噪声信号。另外，信号峰值与缺陷的深度成正相关规律，当缺陷深度为20μm左右时，基本无法检测出缺陷信号。
保持试验条件不变，获得1～7号试块上70μm缺陷的信噪比，如图1-11所示，信噪比公式为 : SNR=20log(S/N) (1-1) ,式中，S代表信号最大幅值；N代表噪声最大幅值。
分析图1-11曲线变化规律可知，对于深度为70μm的缺陷，随着表面粗糙度值的不断增大，检测信号的信噪比逐渐降低。其中，在表面粗糙度值Ra=12.5μmm的3号和6号试块上，缺陷检测信号的信噪比非常低，已经不能清晰分辨出缺陷信号。在表面粗糙度值Ra＝3.2μm的1号和4号试块上，缺陷检测信号的信噪比较高，而平磨试块上同等深度的缺陷检测信号的信噪比最高。由此可见，对于微小缺陷的检测，表面粗糙度会直接影响检测信噪比，较大的表面粗糙度值甚至会带来漏判或误判。换言之，在表面粗糙度确定的情况下，试件上可检测缺陷的深度存在极限。
b. 表面粗糙度对不同深度裂纹信噪比的影响
保持试验条件不变，探头以相同速度扫查所有试块，对不同深度的裂纹进行漏磁检测。各试块得到的缺陷检测信号如图1-12所示。
分析检测结果，根据式（1-1）得到在不同表面粗糙度下信号信噪比关于裂纹深度的关系曲线，如图1-13和图1-14所示。
分析图1-13所示飞刀铣表面上不同深度缺陷的信噪比曲线，对于相同的表面粗糙度，随着人工裂纹深度的减小，缺陷信号的信噪比降低。与此对应，如图1-14所示，从立铣试块的测试结果可以看出，在一定表面粗糙度下，裂纹深度变化引起的信噪比变化趋势与飞刀铣试块基本一致。但是，由于表面加工方式的差异，两组试块表面峰谷不平的分布规律并非完全一样，从而导致采用不同加工方式形成的相同表面粗糙度表面上的相同深度缺陷信噪比不同。
以上试验结果表明，在表面粗糙度确定的情况下，存在漏磁检测裂纹极限深度。如果裂纹深度小于极限深度，受信噪比的影响，漏磁检测灵敏度将降低。表面粗糙度对漏磁检测的影响机理在于，表面粗糙度引起表面微观峰谷不平轮廓，在两种不同磁导率材料的分界面上，存在磁折射现象，上凸和下凹的轮廓引起了对应表面上方磁场的不同分布。
3. 粗糙表面的磁场分布
铁磁性材料的漏磁检测机理通常是基于下凹型缺陷处的磁场泄漏，而MFL（Magnetic Flux Leakage）完整的检测机理并非传统简单的描述，如“磁场泄漏”“产生漏磁信号”这样一个过程。如图1-15所示，从磁折射的角度考虑，漏磁检测中，缺陷附近的磁感应强度变化主要是界面两侧不同介质的磁导率差异引起的。不同的是由于界面处的磁折射现象，在凹型缺陷如裂纹或腐蚀下产生“正”的MFL信号，而在小突起物存在的地方，代表凸状缺陷则产生“负”的MFL信号。基于这两种情况，前者导致上凸的信号，后者产生一个凹陷的信号。由于这种凹凸信号的存在，当感应单元沿着凹凸不平的表面进行扫查时，捕获到的信号必定影响最终检测结果。在微尺度条件下，工件表面的表面粗糙度模型中，紧密相连的“上凸”部分和“下凹”部分会产生不同的磁折射效应，故采用这种完整的漏磁检测机理。
无论采用哪种加工方法，受刀具与零件间的运动、摩擦，机床的振动及零件的塑性变形等因素的影响，所获得的工件表面都存在微观的不平痕迹，即为表面粗糙度，通常波距小于1mm。工件在使用过程中的磨损、腐蚀介质的侵蚀消耗也会造成表面粗糙，这种较小间距的
峰谷所组成的微观几何轮廓构成表面纹理粗糙度，通常采用二维表面粗糙度评定标准即能基本满足机加工零件要求，常用评定参数优先选用轮廓算术平均偏差Ra，能够直接反映工件表面峰谷不平的状态。Ra的定义常通过图1-16表示。
由Ra的定义可知，其主要反映工件表面这种峰谷不平的状态，在漏磁检测中，这种峰谷不平的状态会引起工件表面磁场强度的分布变化。Ra反映的是垂直于工件表面方向的高度变化，漏磁检测中的垂直于工件表面方向对应着缺陷的深度方向，因此建立表面粗糙度元的简化模型可以分析工件粗糙表面的漏磁场分布规律。
通常采用规则的三角形锯齿状表面粗糙度元来建立表面粗糙度模型，模拟原本不规则的表面粗糙度元分布，便于定性和定量分析。仿真模型的特点是三角形表面粗糙度元紧密相连，其间无间隙。图1-17所示为仿真分析获得工件及周围的磁感应强度分布云图，表面粗糙度模型中代表峰谷的凹凸三角形造成了周围空间磁感应强度的分布变化。A区域代表上凸三角形表面粗糙度元，其上方C区域的磁感应强度弱于该区域周围的磁感应强度；与此同时，紧邻下凹三角形表面粗糙度元B的上方也存在区域D，该区域的磁感应强度大于其周围空间的磁感应强度。
相对于基准面，提离0.15mm，拾取表面上方一段长度范围内磁感应强度水平分量变化曲线，如图1-18所示。图中仿真信号呈现出上凸下凹的变化规律，与图1-17中的磁感应强度变化规律一致。
当表面粗糙度元的高度与缺陷深度具有相同数量级时，表面粗糙度元引起的磁场变化不可忽略。若缺陷附近表面粗糙度元产生的漏磁场强度与缺陷产生的漏磁场强度相当时，将难以分辨出缺陷信号。
在上述仿真模型中，增加裂纹，仿真计算得到缺陷所在区域上方的漏磁场磁感应强度水平分量变化曲线如图1-19所示。显然，裂纹周围的表面粗糙度元产生的磁噪声信号，降低了缺陷的信噪比。当然，在实际生产过程中，可根据图1-19 粗糙表面裂纹上方漏磁场磁感应强度水平分量分布表面粗糙度引起的信号特征，采用合适的滤波算法去除噪声信号，以提高信噪比。
