【doc】用光散射法测量表面粗糙度

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表面粗糙度与检测

表面粗糙度与检测
超声波法
利用超声波在被测表面上的反射和透射特性,通过测量反射和透射波的参数来 计算表面粗糙度。
其他检测方法
电学法
利用被测表面的导电性能和电化学反 应等特性,通过测量相关的电学参数 来推算表面粗糙度。
磁学法
利用磁性材料的磁特性和表面形貌的 关系,通过测量磁学参数来计算表面 粗糙度。
03
CATALOGUE
工艺参数的匹配
切削速度、进给量和切削深度等工艺参数的匹配对表面粗糙度有显著影响。通过优化工艺参数的匹配, 可以获得更好的表面质量。
05
CATALOGUE
表面粗糙度检测技术的发展趋势
高精度、高效率的检测技术
光学干涉技术
利用光学干涉原理,通过测量干涉条纹的数量和分布,实现高精 度表面粗糙度测量。
原子力显微镜技术
02
CATALOGUE
表面粗糙度的检测方法
触针法
直接触针法
利用触针直接接触被测表面,通过测量触针在表 面上的微小移动量来测量表面粗糙度。
压触针法
通过施加一定的压力使触针与被测表面接触,以 减小因触针弹性变形引起的测量误差。
电感测微法
将触针与一个电感器相连,利用电感器感应被测 表面微小移动量的变化,从而测量表面粗糙度。
动态反ห้องสมุดไป่ตู้控制
根据实时检测结果,调整工艺参数或控制设备运行状态,确保产 品质量和生产效率。

光的散射现象及应用

光的散射现象及应用

光的散射现象及应用

光,是我们日常生活中不可或缺的一部分。它在大自然中呈现出各种奇妙的现象,其中一个鲜为人知却又广泛应用的是光的散射现象。

散射,指的是光线在经过不同介质或物体后改变方向的现象。当光线与物体碰

撞时,它们会与物体表面的分子或粒子发生相互作用,从而改变原来的传播路径。这种现象并不需要物体吸收或反射光线,而是将光线从原来的传播方向偏离出来。

在大气层中,光的散射现象是普遍存在的。当白天我们看到的蓝天,实际上就

是光在空气中的散射所导致的。由于空气中的分子比较小,因此它们对短波长的光更加敏感,使得蓝光的散射比其他颜色更为明显。结果就是我们看到的天空呈现出明亮的蓝色。而在日落或日出时,太阳的光线需要穿过更长的大气层,因此光线经过散射后的短波长颜色几乎被完全散射掉,只留下了长波长的红光,给人一种温暖的感觉。

除了在自然界中,光的散射现象也被广泛应用在科学和工程领域。其中一个重

要的应用是光散射光度计。通过测量物质中光的散射情况,可以得到物质的浓度和粒子大小信息。这种光散射光度计常用于颗粒物的检测和分析,例如大气污染物的监测,水体中微粒的浓度分析等。通过光散射现象,科学家们能够深入了解物质的特性和组成,为环境保护和资源管理提供有力的依据。

此外,在医学领域中也广泛应用了光散射现象。光散射技术是一种非侵入性的

检测方法,不需要对生物组织或样本进行破坏性操作,因此在临床上应用非常方便。一种常见的应用是通过测量组织中的光散射来分析其结构和成分。例如,利用光散射技术可以测量血液中红细胞的浓度和大小,从而诊断出一些血液病变。通过这种非侵入性的检测方法,医生能够对患者进行准确快速的诊断处理,极大地提高了临床工作效率。

表面粗糙度检测仪的测量原理

表面粗糙度检测仪的测量原理

表面粗糙度检测仪的测量原理

表面粗糙度检测仪主要使用两种测量原理:光学测量和机械测量。

1. 光学测量原理:

光学测量使用激光或光纤传感器来测量表面的粗糙度。激光或光纤传感器发出光束,照射到待测表面上,并接收反射回来的光。根据反射光的强度、时间或相位变化,测量仪可以计算出表面的高度或轮廓,从而评估表面的粗糙度。

光学测量的优点是测量速度快,非接触式测量,适用于多种不同类型的表面,包括平面、曲面和不规则表面。然而,光学测量受到光线的折射、散射和反射的影响,可能会引入一些误差。

2. 机械测量原理:

机械测量使用机械探针或扫描探针来测量表面的粗糙度。探针接触到表面上的凸起或凹陷部分,通过测量探针的运动来确定表面的高低差异。常用的机械探针有千分尺、压电式探针等。

机械测量的优点是测量精度较高,适用于测量较小尺寸范围的表面粗糙度。然而,机械探针需要接触测量,可能会对表面造成刮痕或磨损。

综合来说,表面粗糙度检测仪的测量原理根据具体的仪器和测量需求选择使用光学测量或机械测量,以获得准确的表面粗糙度数据。

曲面粗糙度的测量原理

曲面粗糙度的测量原理

曲面粗糙度的测量原理

曲面粗糙度是描述物体表面粗糙程度的一个指标,通常用于表征物体表面的不平坦程度。曲面粗糙度的测量原理可以根据不同的方法分为光学方法、机械方法、电磁方法等多种类型。

光学方法是通过利用光的反射、折射和散射等现象来测量曲面粗糙度的一种方法。主要包括反射法、干涉法、散射法等。其中,反射法是通过测量光线在曲面上的反射角度来反推曲面的粗糙程度。干涉法则是利用干涉现象,通过测量干涉条纹的间隔或相位变化来计算曲面的粗糙度。散射法是利用光的散射特性,通过测量散射光的强度、偏振状态等信息来分析曲面的粗糙度。

机械方法则是利用机械设备进行曲面粗糙度的测量。例如常用的表面粗糙度测量仪器有表面粗糙度计、形貌测量仪、三坐标测量机等。其中,表面粗糙度计是一种机械式测量仪器,利用测头测量物体表面的微小变形,通过测头的运动范围和信号输出来计算曲面的粗糙度。形貌测量仪则是利用激光或白光干涉原理,通过测量物体表面的形貌信息来分析曲面的粗糙度。三坐标测量机是利用坐标测量原理,通过测量物体表面的多个点的坐标位置,来计算曲面的粗糙度。

电磁方法是利用电磁波与曲面交互作用来测量曲面粗糙度的方法。例如通过电磁波的反射、散射、透射等特性来分析曲面的粗糙度。电磁方法主要包括微波法、毫米波法、红外法等不同频段和波长的方法。其中,微波法是利用微波的散射和反射现象来测量曲面粗糙度。毫米波法则是利用毫米波的穿透和散射特性测量曲

面粗糙度。红外法则是利用红外波段的反射和散射信息来分析曲面的粗糙度。

综上所述,曲面粗糙度的测量原理主要包括光学方法、机械方法和电磁方法。光学方法通过光的反射、折射和散射等现象来测量曲面粗糙度;机械方法通过机械设备测量物体表面的微小变形来计算曲面的粗糙度;电磁方法则是利用电磁波与曲面相互作用来测量曲面粗糙度。不同的方法适用于不同的测试需求和精度要求,可以根据实际情况选择合适的测量方法来获取准确的曲面粗糙度信息。

基于光纤的孔表面粗糙度测量方法研究

基于光纤的孔表面粗糙度测量方法研究

基于光纤的孔表面粗糙度测量方法研究

摘要:孔类零件内表面粗糙度测量是保证零件加工质量、产品性能、以及零件使用寿命的重要环节。特别是对于深孔类零件,由于其内部空间狭小不易接近,导致测量无法有效进行。尽管现有的深孔内表面粗糙度测量方法可以对其进行测量,但仍然存在测量效率低、接触磨损等不足。为此,论文提出了一种利用RIM-FOS(反射式强度调制型光纤传感器)技术进行孔内表面粗糙度非接触检测的新方法,首先从理论上建立了RIM-FOS测量数学模型,并进行了仿真分析,在此基础上设计出了单光纤孔类零件内表面粗糙度测量系统,实际测试结果表明,该系统测量结果相对误差小于8%,且系统稳定性较好,检测效率大大提高。

关键词:孔类零件;内表面粗糙度测量;RIM-FOS

1. 引言

表面粗糙度是表征表面特性的一个重要参数,也是影响零件功能特性最直接的参数,对现代科学工程和生产具有重要的价值。表面粗糙度能够直接影响物体表面技术性能,在很大程度上反映了物体表面的功能特性。然而现有的大多数表面粗糙度测量方法主要是针对外表面的检测,孔内表面粗糙度测量技术的研究因其复杂性和困难性发展还远远不够,依然存在成本高、精度低、操作难度大等问题[1 ]。

内表面粗糙度测量主要分为接触法与非接触法,目前应用最为广泛且优势最大测量方法为非接触法中的光学法,国内已经完成的光学法测内表面粗糙度研究成果有:应用光散射原理开展了内表面粗糙度测量仪的研制工作[2];搭建应用结构光学三维视觉检测技术的测量系统[3];开发基于光漫射模型对孔内表面粗糙度进行测量的系统[4];开发基于斜射式散射法的曲表面粗糙度测量系统[5]。国外研究人员设计了一种基于散射原理利用图像处理技术测量材料粗糙度值的系统[6];还有研究人员基于Beckmann的散射模型,提出了一种光斜入射被测表面的内表面粗糙度测量光纤传感器[7]。但目前国内外研究成果均存在一些问题,比如精度不够高、分辨率低、价格昂贵以及操作难度大等。

表面粗糙度的测量方法

表面粗糙度的测量方法
带有旋转检偏器测相的改进的微分干涉显微镜(清华) 垂直分辨率优于1nm,水平分实用辨文档力0.4μm
6JA干涉显微 镜测量光路见图4-12。
(2)表面缺陷 在表面上偶然出现的微观不平度,如划痕、碰伤,以及并非由
于加工造成的材料缺陷,如气孔.裂纹、砂眼均属于表面缺陷。在 表面祖糙度的评定中不应把表面缺陷包含进去,因此在测量时.原 则上应将其影响排除在外,尤其是对于比—股加工痕迹(微观不平度) 的深度或宽度大得多的缺陷要特别注意。如果零件表面不允许有某 种缺陷或对它要加以控制,应另作规定。
❖ 问题2:测哪里的粗糙度? (内、外表面;平面、柱面、球面、齿面、牙型面)
❖ 问题3:测量有什么特点? ❖ 问题4:与长度、角度测量有何不同?
测量单位和标准量
❖ 长度单位-um ❖ 表面粗糙度样板 ❖ 光波波长 ❖ 电压、电流标准
测量方法
❖ 测量方案设计
测量方法 测量仪器 接实用触文形档 式、定位
式h=N/(Vcos45°)中有无理数,计算、使用不便,在仪 器设计时采用机械方法加以有理化 ,其方法如图4-7所 示。此时:
h= a/2V
式中: a—用仪器测微目镜瞄准峰谷象高度N(图4-7 中十字线位置I与II)时两次读数差值; h—表面粗糙度的某一峰谷高度; V —所选用物镜的放大倍数。 双管显微镜
或其所引起的压力变化来评定表面粗糙度。 ❖ 电容法:是利用测量头与被测表面间形成的电容量大小来

实验三 表面粗糙度的测量

实验三  表面粗糙度的测量

实验三表面粗糙度测量

实验3—1 用双管显微镜测量表面粗糙度

一、实验目的

1、了解用双管显微镜测量表面粗糙度的原理和方法。

2、加深对微观不平度十点高度

R的理解。

z

二、实验内容

用双管显微镜测量表面粗糙度的

R值。

z

三、测量步骤

1、根据被测工件表面粗糙度的要求,选择合适的物镜组,分别安装在投射光管和观察光管的下端。

2、接通电源。

3、擦净被测工件,把它安放在工作台上,并使被测表面的切削痕迹的方向与光带垂直。当测量圆柱形工件时,应将工件置于V形块上。

4、粗调节:用手托住支臂,松开锁紧螺钉,缓慢旋转支臂调节螺母,使支臂上下移动,直到目镜中观察到绿色光带和表面轮廓不平度的影象。然后,将螺钉固紧。要注意防止物镜与工件表面相碰,以免损坏物镜组。

5、细调节:缓慢而往复转动调节手轮,调焦环和调节螺钉,使目镜中光带最狭窄,轮廓影象最清晰并位于视场的中央。

6、松开螺钉,转动目镜测微器,使目镜中十字线的一根线与光带轮廓中心线大致平行(此线代替平行于轮廓中线的直线)。然后,将螺钉固紧。

7、根据被测表面粗糙度

R的数值,按国家标准GB/T1031-1995的规定选

z

取取样长度和评定长度。

8、旋转目镜测微器的刻度套筒,使目镜中十字线的一根与光带轮廓一边的峰(或谷)相切,并从测微器读出被测表面的峰(或谷)的数值,把测量结果填入实验报告(见下表)。以次类推。在取样长度范围内分别测出五个最高点(峰)和五个最低点(谷)的数值,并把测量结果填入实验报告(见下表)。

9、计算出

R的数值,判断轴径的合格性,并把测量结果填入实验报告(见

z

表面光散射法

表面光散射法

表面光散射法是指利用散射光的光强及其分布来测量表面粗糙度参数的方法。

当一束激光投射到样品表面上后,其镜向方向的反射光和散射光分布在一个半球面内,半球面内各点的光强不同。当表面非常光滑时,光强主要分布在镜向方向。表面越粗糙,镜向方向的反射光强就越弱,其它点的散射光就越强。用光探测器接收这些不同分布的光强,然后经过统计学和光谱分析或者经过光的反射散射计算,就可以得到被测表面的粗糙度值。

表面粗糙度怎么测量--测量表面粗糙度的方法【详解】

表面粗糙度怎么测量--测量表面粗糙度的方法【详解】

表面粗糙度的检测,我们常用的有以下几中方法

1.显微镜比较法,Ra0.32;

将被测表面与表面粗糙度比较样块靠近在一起,用比较显微镜观察两者被放大的表面,以样块工作面上的粗糙度为标准,观察比较被测表面是否达到相应样块的表面粗糙度;从而判定被测表面粗糙度是否符合规定。此方法不能测出粗糙度参数值

2.光切显微镜测量法,Rz:0.8~100;

光切显微镜(双管显微镜)是利用光切原理测量表面粗糙度的方法。从目镜观察表面粗糙度轮廓图像,用测微装置测量Rz值和Ry值。也可通过测量描绘出轮廓图像,再计算Ra值,因其方法较繁而不常用。必要时可将粗糙度轮廓图像拍照下来评定。光切显微镜适用于计量室

3.样块比较法,直接目测:Ra2.5;用放大镜:Ra0.32~0.5;

以表面粗糙度比较样块工作面上的粗糙度为标准,用视觉法或触觉法与被测表面进行比较,以判定被测表面是否符合规定

用样块进行比较检验时,样块和被测表面的材质、加工方法应尽可能一致;

样块比较法简单易行,适合在生产现场使用

4.电动轮廓仪比较法,Ra:0.025~6.3;Rz:0.1~25;

电动轮廓仪系触针式仪器。测量时仪器触针尖端在被测表面上垂直于加工纹理方

向的截面上,做水平移动测量,从指示仪表直接得出一个测量行程Ra值。这是Ra值测量常用的方法。或者用仪器的记录装置,描绘粗糙度轮廓曲线的放大图,再计算Ra或Rz值。此类仪器适用在计量室。但便携式电动轮廓仪可在生产现场使用

5干涉显微镜测量法,Rz:.032~0.8;

涉显微镜是利用光波干涉原理,以光波波长为基准来测量表面粗糙度的。被测表面有一定的粗糙度就呈现出凸凹不平的峰谷状干涉条纹,通过目镜观察、利用测微装置测量这些干涉条纹的数目和峰谷的弯曲程度,即可计算出表面粗糙度的Ra值。必要时还可将干涉条纹的峰谷拍照下来评定。干涉法适用于精密加工的表面粗糙度测量。适合在计量室使用

表面粗糙度的测量方法

表面粗糙度的测量方法

触针
4
检测器
θ
rtip 触针尖端形状
表面粗糙度的术语
测量横截面曲线 total profile
“测量横截面曲线”是在由纵轴和横轴构成的坐标(连续变化 的图表)上,对测量曲线按一定间隔取样(数字化)所获得的 曲线。
轮廓曲线 profile
“轮廓曲线”是测量横截面曲线、横截面曲线、粗糙度曲线、 波度曲线等曲线的总称。
横截面曲线
ℓr 粗糙度曲线
ℓr
基准长度 ℓr
ℓr
评估长度 ln
平均线 ℓr
平均线
横截面曲线
ℓr
基准长度 ℓr
平均线 ℓr
粗糙度曲线 平均线
峰顶 峰
ℓr
谷 谷底
截止值 cutoff
截止值是指从横截面曲线中被除去的规定波长。从横截面曲线 中除去较长的波长成分形成粗糙度曲线,相反,除去较短的波 长成分则形成波度曲线。接触式表面粗糙度测量仪在采用由电 容器和电阻器构成的电气回路进行处理、还属于模拟仪器时, 以 2CR 滤波器为主流,但是随着不断走向数字化,人们开始 更多地使用相位补偿型数字滤波器(高斯滤波器)。在多文件 分析软件中使用的截止值也属于高斯滤波器。
不需要进行去除加工面的指示符号
表面粗糙度的指示方法针对面的指示符号,将表面粗糙度的值、截断值或基准长度、加工方法、条纹方向的符号、表面起伏等按如下所示

一般粗糙度

一般粗糙度

一般粗糙度

粗糙度是指物体表面的不光滑程度或不均匀程度。在工程领域中,粗糙度是一个重要的参数,它可以影响物体的摩擦、润滑、磨损、密封等性能。本文将从不同角度探讨粗糙度的定义、表征方法和影响因素。

一、粗糙度的定义

粗糙度是指物体表面的不规则程度或不光滑程度。它可以用来描述表面的起伏、凹凸、不平整程度等特征。通常,粗糙度是以表面形貌的高度差异或表面轮廓的波动程度来衡量的。常见的粗糙度单位有微米、纳米等。

二、粗糙度的表征方法

1. 光学方法:利用光学仪器对物体表面进行观察和测量,通过观察表面反射光的强度和方向变化来判断表面的粗糙度。

2. 机械方法:利用机械仪器测量表面的高低起伏,常见的方法有激光扫描仪、电子显微镜等。

3. 声学方法:利用声波的反射和散射特性来测量表面的粗糙度,常见的方法有声纳测量、超声波测量等。

4. 数学方法:通过数学模型来描述表面的形貌特征,常见的方法有傅里叶变换、小波变换等。

三、粗糙度的影响因素

1. 加工工艺:物体的粗糙度与加工工艺密切相关,加工工艺的不同会导致表面的粗糙度不同。

2. 材料性质:材料的硬度、塑性等性质会影响表面的粗糙度,硬度高的材料表面一般比较光滑,而塑性材料的表面容易产生凹凸不平的情况。

3. 使用环境:物体在使用过程中所处的环境条件也会影响表面的粗糙度,如湿度、温度、气体等因素都会对表面形貌产生影响。

四、粗糙度的应用领域

1. 摩擦学:粗糙度对物体之间的摩擦系数有显著影响,粗糙度越大,摩擦力越大。

2. 润滑学:粗糙度会影响润滑油的附着和流动性能,从而影响润滑效果。

第二节表面粗糙度的测量方法文稿演示

第二节表面粗糙度的测量方法文稿演示
v干涉显微镜测量范围:Rz =0.8m~0.025m。
v6JA干涉显微镜测量光路见图4-12。
干涉显微镜
Mirau干涉仪的改进: R被固定在PZT上。
1986年WYKO公司研制成功 的TOPO非接触微表面测量 系统。 测量精度达 1
1000
自动完成测量。
Nomarski干涉显微镜及改进
带有旋转检偏器测相的改进的微分干涉显微镜(清华) 垂直分辨率优于1nm,水平分辨力0.4μm
双管显微镜视场图
双管显微镜
光切显微镜读数
❖ (2)定度: 在光切显微镜上,把确定测微目镜的鼓轮上每小格所对 应的被测峰谷高度值的过程叫作“定度”。(h= a/2V) 定度首先是求物镜的放大倍率。求物镜放大倍率的方法 是用一个标准刻线尺(通常为专用附件,刻度间隔为 0.01mm,共101条刻线)来测定各个物镜的实际放大率。 如图4-8所示,物镜放大率为:
V= a 2 a 1
Z
令C=5/V,则:h=cn (um)
式中,n为测量峰谷高度时两次读数的差值(格数)。 显然,上式使用简便。
›C值的物理意义就是测微鼓轮一小格所对应的峰谷方向 的高度值。
3.测量方法
测量前,选择相应的物镜(表4-2)并已知定度值C。然后 调节显微镜使视场呈现清晰的狭缝象及表面象,且至狭缝 象的一个边缘最清晰为止。
所谓光切法就是用一狭窄的扁平光束以 一定的倾斜角照射到被测表面上,光束在 被测表面上发生反射,将表面微观不平度 用显微镜放大成象进行观测的方法。图 4-5是光切法的测量原理图。

表面粗糙度怎么测量 测量表面粗糙度的方法 详解

表面粗糙度怎么测量 测量表面粗糙度的方法 详解

表面粗糙度怎么测量测量表面粗糙度的方法详

Standardization of sany group #QS8QHH-HHGX8Q8-GNHHJ8-HHMHGN#

表面粗糙度怎么测量_ 测量表面粗糙度的方法

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表面粗糙度的检测,我们常用的有以下几中方法

1.显微镜比较法,;

将被测表面与表面粗糙度比较样块靠近在一起,用比较显微镜观察两者被放大的表面,以样块工作面上的粗糙度为标准,观察比较被测表面是否达到相应样块的表面粗糙度;从而判定被测表面粗糙度是否符合规定。此方法不能测出粗糙度参数值

2.光切显微镜测量法,Rz:~100;

光切显微镜(双管显微镜)是利用光切原理测量表面粗糙度的方法。从目镜观察表面粗糙度轮廓图像,用测微装置测量Rz值和Ry值。也可通过测量描绘出轮廓图像,再计算Ra值,因其方法较繁而不常用。必要时可将粗糙度轮廓图像拍照下来评定。光切显微镜适用于计量室

3.样块比较法,直接目测:;用放大镜:~;

以表面粗糙度比较样块工作面上的粗糙度为标准,用视觉法或触觉法与被测表面进行比较,以判定被测表面是否符合规定

用样块进行比较检验时,样块和被测表面的材质、加工方法应尽可能一致;

样块比较法简单易行,适合在生产现场使用

4.电动轮廓仪比较法,Ra:~;Rz:~25;

电动轮廓仪系触针式仪器。测量时仪器触针尖端在被测表面上垂直于加工纹理方向的截面上,做水平移动测量,从指示仪表直接得出一个测量行程Ra值。这是Ra值测量常

用的方法。或者用仪器的记录装置,描绘粗糙度轮廓曲线的放大图,再计算Ra或Rz 值。此类仪器适用在计量室。但便携式电动轮廓仪可在生产现场使用

表面粗糙度的光学测量方法_李成贵

表面粗糙度的光学测量方法_李成贵

表面粗糙度的光学测量方法

李成贵 董申

(哈尔滨工业大学精密工程研究所,黑龙江省哈尔滨市,150001)

Optical Method for Measuring S urface Roughness

Li Chengg ui,Do ng Shen

摘 要 表面粗糙度的光学测量方法,具有非接触、精度高和响应快等优点,致使其研究十分引人注目,发展极快。本文简单介绍了几种典型的光学测量原理和方法及一些已商品化的仪器。

关键词 表面粗糙度 测量 光学方法

Abstract The o ptical method of mea suring sur face ro ughness ha s adva nta ges o f unco ntact,hig h accuracy and fast respo nse,so the resear ch o f tha t method fix es people's ey es and its dev elo pment g ets v er y fast.In this pa pe r,sev eral principles a nd methods o f ty pica l optical m ea sur ement and so me co mmercia lized instr ume nts ar e presented briefly.

Key words Surface r oughness,M easurement,O ptica l me tho d

表面粗糙度的激光非接触检测方法

表面粗糙度的激光非接触检测方法

第35卷 第3期 激光与红外Vol.35,No.3 2005年3月 LASER & I N FRARE D March,2005

文章编号:100125078(2005)0320148203

表面粗糙度的激光非接触检测方法

郑俊丽,赵学增,周莉莉

(哈尔滨工业大学机电工程学院,黑龙江哈尔滨150001)

摘 要:表面粗糙度的测量一直面临着提高测量精度、抗干扰能力和测量速度的挑战,针对这

一问题,本文重点介绍了几种比较完善的激光非接触测量方法的原理和优缺点,并分析了表面

粗糙度测量技术的发展趋势。

关键词:表面粗糙度;激光;非接触测量

中图分类号:T N247 文献标识码:A

Non2cont act Surface RoughnessM easure ment by Usi n g Laser

ZHENG Jun2li,ZHAO Xue2zeng,Z HOU L i2li

(Dep t.of Mechatr onics,H I T,Harbin150001,China)

Abstract:There are many challenges in surface r oughness measure ment,such as p recisi on,s peed and anti2ja mm ing

perfor mance of measurement.A i m ing t o s olve these p r oble m s,the p rinci p les and characteristics of several non2contact

表面粗糙度测量原理和方法综述

表面粗糙度测量原理和方法综述

表面粗糙度测量原理和方法综述

摘要:表面粗糙度是机械加工中描述表面微观形貌非常重要的一个参数,表面粗糙度测量技术是现代精密测试计量技术的一个重要组成部分。综述了接触式和非接触式两类测量方法,着重介绍了非接触式测量中的几种测量方法的测量原理及其优缺点。

关键词:表面粗糙度;接触式测量;非接触式测量

Survey of measurement methods for surface roughness

Abstract Surface roughness is an important parameter to reflect the micro-geometry in machine process and also an important part of modern precise measurement technique Contact measurement and non contact measurement was summarized in this paper, and the advantages and disadvantages are discussed .Some ideas about its trend are given in the end.

Keywords surface roughness contact measurement non contact measurement

1 引言

表面粗糙度是机械加工中描述表面微观形貌最常用的参数,它反映的是机械零件表面的微观几何形状误差,随着机械加工行业的发展表面粗糙度测量技术也得到长足进步,特别是70年代中后期,随着微电子计算机应用的逐步普及和现代光学技术、激光应用技术的发展,使粗糙度测量技术在机械加工、光学加工、电子加工等精密加工行业中的地位显得愈发重要。

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用光散射法测量表面粗糙度

计量与检测

用光散射法测量表面粗糙度

,导害

上海交通女学严慎张鄂

随着新材料,新工艺的不断涌现,人们对

精密机械的质量及结构小型化提出了更严格的

要求,从而也提高了对工作表面功能的要求.

例如:录像机中用金刚石刀具加工的导轮和经

过抛光的录像头,和用来贮存信息的磁盘及光

盘的表面质量等,这些表面的表面粗糙度必须

控翩在见=0,01m左右.由于在精密加工过

程中,刀具的磨损及偶然现象的产生乃不可避

免,单靠控制加工工艺参数很难得到所要求的

表面质量.所以表面粗糙度的在线或生产现场

的测量及控耕也成为一项重要要求.

传统的方法是采用触针式仪器来进行表面

粗糙度测量.然而,触针式仪器的不足之处在

于;1)触针和被测面相接触,造成表面划伤,

触针磨损,2)调整与测量时间较长,尤其是测

量小曲率半径曲面;8)仪器昂贵(~Talysurf一

6型),对环境要求高,无法在生产现场进行

测量,所以.一般认为,采用触针式仪器的测

量方法是一种实验室技术.要克服上述不足,

就必须发展无损,非接触式的快速检测方法.

常用的方法有气动法,电容法,电感法和光

学法.针对表面粗糙度测量来说,目前,最引

人注目的是光学方法.

光波的波长比较短原则上可以实现高精

度测量.有三种典型的光学方法干涉法激光

触针法和光散射法.干涉法主要用于测量光学表面及其它高反射率表面的表面轮廓(面形), 但要应用于机加工表面是困难的.激光触针法目前国内尚处于研究阶段该方法结构复杂要求仪器剐性好,运动精度高,对环境要求也很

苛刻.这两种方法都能获得表面的轮廓,实验室精度都可达到纳米级.激光散射法是通过对散射场的统计来表征表面性质的,这种方法的主要特点是;结构简单,对环境要求低,操作方便,精度能满足工业检测的需要,适台于在生

产现场作质量控制,是一种提有实际应用前途的测量方法.

=,光在租髓襄看散射的基奉原曩

从六十年代开始,人们提出了多种理论来

描述光在粗糙表面的散射,但是,至今还没有一种理论能适用于整个工程表面粗植度范围.其主要原因是被测表面种类繁多,性质各异,很难找到统一的边界条件.目前比较常用的有两种描述方法,即衍射模型和微小镜面模型.前者

适用于描述光在中等或比较光-滑表面的散射. 后者适用于光在较粗糙表面的散射.

1.衍射模型

衍射模型的基本思想是:当一束光入射到

被测表面的一个区域上.由于表面是粗糙的, 反射光向空间各个方向散射,形成一个散射

场,场中某点的场强是被测面上各面元波睁衍射积分在该点的迭加.Beekmann首先从Helmholtz积分出发,在Kirehhoff衍射近

似条件下,确定了在镜反射方向上和偏离镜反射方向上的散射光的平均强度.他的结论为测量远场散射光来估算表面粗糙度的方法提供了理论根据.

如图l所示,当一束单位强度准直单色光

束入射到粗糙表面时.散射光向空间各个方向

2

ij

\///b\椭

一一

4"//'W//f/fw//}f|玎了X

圈1

散射,如果表面的自相关函数为归一化的高斯函数,表面高度变化符合高斯分布,对这样的

维随机表面,散射光的分布为:

I(02)=e-I【8inc£

+

警em】(1)——..Ju

其中:T为表面相干长度

£为表面被测区域长度,

;

旱(sin0一sin0);

为入射光波长;

旱(删l+c):

F;[1+co8(0l+0:)l/cos01[c0E

+co8O2]}

Rq=[圭J:Z2()d].为均方根,

粗糙度

Z()为表面轮廓.

当考虑高精度表面时,(R)《1I(1)可简

化为:

I(0z)=e-I[8inc£

+e.㈤

当考虑较租糙表面时,(R).》1;有

Ⅲe(-V棚(3)

上述三式给出了散射光分布与月和的

关系.它是目前应用最广泛的一种理论描述.

2.微小镜面模型

微小镜面模型是适用于描述光在较租糙表

面的散射.它是基于担糙表面由一系勋微小镜面组成,光在每个镜面上的反射遵守几何光学中的平面反射定律.这样就可以在轮廓角6的分布尸(6)与散射光的分布(0.)之间建立起

紧密的关系.

=…t

f

X+—一X

图2

为了简化描述,假设图2中的表面是一维

随机表面.图中,6为轮廓角,Ax为一个小镜

面在轴上投影的宽度.L为入射平行光的宽度,中为入射光的光通量.如图2所示,照射到轮廓角为b≤6≤6.-I-△6的轮廓上的光通量是t △中=芈∑Axf(4)_t

轮廓角6的概率密度分布定义为;

尸(6)=1_,∑△/△6(△6足够小,LL

足够大)

P(b)Ab;∑△

L

△中=中尸(6)Ab(6)

如果材料的反射系数为月,那么在反射角

0≤0≤0:十△0范围内的反射光通量为:

△中=R?△中(6)

8一

但定入射光是垂矗入射的,青=.dO=

6.将(6)式写成微分形式:

6d/do=.RP(b)

夸:K={?K,』()=dr/d0z

有.f∞'(7)

L0:=…

(7)式建立了散射光空间分布,(0)与表面轮

廓角分布之间的关系它适用于当表面起伏量远远大于入射光波长,衍射效应可以忽略下的条件.

三,裹薯瞿I蠢度光散射法

测量方案的具体实现

根据光在粗糙表面的散射原理,内外

已经研究开发了多种测量表面粗糙度的仪器和装置,但是已经报道的商品化仪器只有两种.

即国内根据程路.桉环比原理研制的仪器,

及国外Brodmann等人研制的仪器(由Roden

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