21世纪以来,科学及工业技术的快速发展,使得各类高新技术领域对零件加工质量以及效率要求越来越高。很多精密器件粗糙度检测形式由传统的抽检改为必检,这就对粗糙度的测量效率提出越来越高的要求。磨削作为精密器件加工中重要环节,加工时零件的表面粗糙度在位检测,对于保证零件性能及提高加工效率具有非常重要的实际意义。表面粗糙度在位检测要求高效、成本低、抗干扰能力强,目前一方面以光学测量为代表的非接触式测量和以触针式轮廓仪为代表的接触式测量应用于在位测量上仍受到一些限制,另一方面现有的表面粗糙度测量方法普遍适用于外表面的检测。因此,探索一种经济高效,适合内腔表面粗糙度的在位检测方法具有重要现实意义。本论文以磨削加工领域中常用的硬脆材料(石英玻璃和单晶硅)和金属材料(45钢)为研究对象,基于摩擦学特性来研究表面接触刚度、黏附力、滑动摩擦特性对表面粗糙度及纹理的特征的表征。主要工作如下:(1)建立了考虑粗糙峰弹塑性接触的粗糙表面接触刚度计算模型,分析了表面粗糙度与接触刚度之间的关系。基于不同数量级粗糙度接触刚度的数值仿真,分析了采用接触刚度反映不同级别粗糙度所需要的测量条件,结果显示不同数量级粗糙度表面接触刚度的区分依赖于位移和力传感器的测量精度。最后设计安装了一种能够调整接触界面平行度的接触刚度测量装置,验证了对粗糙表面接触刚度测量所需要的位移及力传感器精度条件。(2)基于表面形貌分析的基础上,提出了一种考虑外载荷以及多粗糙峰影响的黏附力模型,得到接触面之间的黏附力与表面粗糙度、接触载荷之间的函数关系。通过实验对不同表面质量的磨削样片进行黏附力测量实验及分析,结果显示,在亚微米级粗糙度下,黏附力能明显的反映出粗糙度的变化,且黏附力的测量重复误差不超过5%。进一步的,探究了载荷条件保压时间、载荷大小、加载速率和卸载速率及温度、湿度、接触面间介质和接触面间平行度等环境条件对黏附力的影响。(3)基于直流无刷电机电流与电机输出转矩之间的关系,提出一种基于双点旋转摩擦的表面粗糙度测量方法,相比于传统的摩擦测量装置结构更简单,体积小的特点。通过实验对电流时域、频域分析,结果表明电机电流信号与表面粗糙度拟合相关度较好为0.9987,且与硬脆材料纹理特征具有良好映射关系,确定了此方法的可行性。由于整个设备可以集成为指形大小,为表面粗糙度、纹理的测量,特别是针对内腔表面的测量提供了一个新思路。