光学干涉法测量表面粗糙度的研究

合集下载

光学测量技术在微结构表面形貌分析中的应用研究

光学测量技术在微结构表面形貌分析中的应用研究一、前言微结构表面形貌分析一直是一个重要的领域，该领域与工业、生产等行业息息相关。

在微结构表面形貌分析中，光学测量技术是一种重要的手段。

光学测量技术借助光线的传播、反射、折射等特性，通过对光线的测量，可以准确地获取微结构表面形貌数据，并进行可视化处理。

本文将讨论光学测量技术在微结构表面形貌分析中的应用，包括测量原理、实验设计及实验结果分析。

二、光学测量技术原理及分类光学测量技术是利用光的物理特性进行测量的技术方法，可以测量出物体的尺寸、形状等参数。

光学测量技术主要分为接触式和非接触式两种。

1. 接触式测量法接触式测量法是通过物理接触来测量物体的尺寸和形状。

接触式测量法主要应用于微小尺寸测量，例如测量微观构造中涂层的厚度和涂层形状等。

接触式光学测量法包括表面粗糙度测量、形貌测量和轮廓测量等。

2. 非接触式测量法非接触式测量法是不通过物理接触来测量物体的尺寸和形状，可以对大尺寸、复杂形状、高要求的物体进行测量和表征。

非接触式光学测量法主要包括像散技术、白光干涉技术、相移技术、激光干涉技术等。

三、光学测量技术在微结构表面形貌分析中的应用光学测量技术在微结构表面形貌分析中已经得到了广泛应用。

下面将分别就像散技术、白光干涉技术、相移技术、激光干涉技术等几种常见的非接触式光学测量技术，介绍其在微结构表面形貌分析中的应用情况。

1. 像散技术像散技术是通过在正交方向上旋转一个微透镜的意大利式显微镜，然后测量被测试物在不同方向上的消失对比。

这种技术可以在大范围内进行测量，具有量测简便、测量范围大、适应性好的优点。

目前，像散技术主要应用于晶格结构、粗糙表面的研究。

2. 白光干涉技术白光干涉技术利用光源发出的白色光经过衍射和反射的过程产生干涉光条纹。

通过分析干涉光条纹，可以获取测试物的形状信息。

白光干涉技术比起单色光干涉技术具有测量范围宽、对表面粗糙度的要求低等优点。

3. 相移技术相移技术是一种通过调整干涉光束间的相位差来实现形貌测量的技术。

光外差干涉法测表面粗糙度

光外差干涉法测表面粗糙度摘要：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。

本文主要介绍了用光外差干涉法测量表面粗糙度的原理、优缺点以及运用。

关键词：表面粗糙度；光外差干涉法；6JA干涉显微镜正文：一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,表面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有着及其重要的作用。

表面粗糙度的测量方法基本上可分为接触式测量和非接触式测量两类: 在接触式测量中主要有比较法、印模法、触针法等; 非接触测量方式中常用的有光切法、实时全息法、散斑法、像散测定法、光外差法、A FM 、光学传感器法等。

传统的接触式测量就是测量装置的探测部分直接接触被测表面, 能够直观地反映被测表面的信息, 但是这类方法不适于那些易磨损刚性强度高的表面。

用这种方法所测出的表面轮廓信息及触针圆心的移动轨迹, 从理论上分析, 只有当触针的尖端圆半径等于零时, 触针的运动才能正确地反映被测表面的实际轮廓曲线。

但是针尖尺寸过小, 不仅会划伤被测表面, 触针本身也容易磨损, 而且还将影响测量效率和测量速度; 测量力大小的控制: 既要保证测头与表面始终保持接触, 又不能因此划伤工件表面和磨损测头。

因此, 在高精密表面如光盘、磁盘检测领域, 触针式仪器的实用受到限制, 提出了高精度、非接触测量的要求。

所以对于高精度的表面测量，我们必须采取其他的精度更高非接触测量方法。

而光切法和光传感器法的测量精度不高，光切法受物镜的景深和鉴别率影响，实时全息法（表面粗糙度均方根值要小于光波长）、散斑法（表面不能过于光滑和粗糙）、象散法、AFM法的测量的范围比较小，而本文讨论的光外差干涉法测量精度高，而且测量范围也比较大。

二光外差干涉法1、特点光外差干涉法是非接触测量的一种，是在基于干涉显微镜的基础上提出的一种测量表面粗糙度的新方法。

白光干涉条纹测粗糙度的方法_概述说明以及解释

白光干涉条纹测粗糙度的方法概述说明以及解释1. 引言1.1 概述本文介绍了一种使用白光干涉条纹测量粗糙度的方法。

粗糙度是物体表面不规则度的度量，对于众多工程应用具有重要意义。

白光干涉条纹测量方法通过利用光的干涉现象来获取目标表面的粗糙度信息，具有非接触、快速、高精度等优势。

本文根据该方法的理论背景和实验原理进行了详细探讨，并描述了相关数据处理方法。

1.2 文章结构本文共分为五个部分：引言、白光干涉条纹测粗糙度方法、实验设计与步骤、结果与讨论以及结论。

首先在引言部分简要介绍了本文研究的背景和概况；其次，在第二部分中详细讨论了白光干涉条纹测量粗糙度的理论基础以及实验原理；接下来，在第三部分中列举了所用的实验材料和仪器，并描述了实验设计和操作步骤；然后，在第四部分中展示了实验结果并对其进行评估与讨论；最后在结论部分对本文的主要发现和观点进行总结，并展望未来的研究方向。

1.3 目的本文旨在介绍白光干涉条纹测量粗糙度的方法，向读者提供一种可行的测量手段。

通过对方法的概述说明和解释，读者可以深入了解该方法的原理和数据处理过程。

此外，本文还旨在探讨该方法的优势、适用范围和局限性，以及未来可能的改进方向。

通过阅读本文，读者将对白光干涉条纹测量粗糙度有一个全面而清晰的了解，为相关领域的研究和应用提供参考。

2. 白光干涉条纹测粗糙度方法2.1 理论背景白光干涉条纹测粗糙度方法是一种基于干涉现象的非接触式表面测量技术。

当白光照射到具有不同高度或粗糙性的物体表面时，会产生干涉条纹。

通过分析这些条纹，可以得出物体表面的粗糙度信息。

在白光干涉中，由于光的干涉现象，存在相位差引起的明暗交替条纹。

当两束入射光波经过不同路径传播后再次重合时，它们会发生相位差。

这种相位差会导致不同颜色的光被衍射出来，并形成明暗交替的条纹。

2.2 实验原理白光干涉条纹测粗糙度方法利用了两束单色连续谱波在空间上的相互作用。

首先，将一束平行光对准待测物体表面，并使其入射到反射镜上。

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。

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。

光学实验技术中的干涉测量方法

光学实验技术中的干涉测量方法干涉测量方法是光学实验技术中一种重要的测量手段。

它通过利用光的干涉现象，实现对物体形态、尺寸和表面性质等参数的测量。

在现代科学研究和工程技术中，干涉测量方法得到了广泛的应用，涉及到光学、物理学、医学、材料科学等多个领域。

一、干涉测量方法的基本原理与分类干涉是指两束或多束光线的叠加现象。

当光线经过光学元件或物体后，它们会发生相位差，进而引起干涉现象。

干涉现象通过干涉条纹的变化来揭示光场的信息。

根据干涉条纹的产生原理，干涉测量方法主要分为两类：自发光干涉和外加光干涉。

自发光干涉是利用物体自身的发光特性产生干涉条纹，例如显微镜下的透射干涉、投影干涉和表面形貌干涉等。

外加光干涉是通过外部光源引入干涉现象，例如激光干涉、多波长干涉和相移法干涉等。

二、应用于形貌测量的干涉测量方法1. 二维轮廓测量利用激光干涉技术，可以实现对物体二维轮廓的高精度测量。

通过将物体反射的激光束与参考激光束叠加，利用干涉条纹的变化来推导出物体表面的高程信息。

2. 三维表面形貌测量三维表面形貌测量是干涉测量方法中的一个重要应用领域。

通过使用相移干涉技术，可以获取到物体表面的三维形貌信息。

相移干涉技术通过改变干涉条纹的相位来实现对物体表面形貌的测量。

3. 全息干涉术全息干涉术是一种高分辨率的干涉测量方法，常应用于光学图像的记录和再现。

通过将物体的三维信息录制在全息图上，并利用光学平台进行复原，可以实现对物体形貌的精确测量。

三、应用于材料测量的干涉测量方法1. 膜厚测量膜厚测量是干涉测量方法中的一个重要应用方向。

利用干涉技术可以测量薄膜的厚度和折射率等参数，从而评估薄膜的性能和质量。

2. 表面粗糙度测量表面粗糙度是材料表面质量的一个重要指标。

通过激光干涉技术，可以实现对材料表面粗糙度的快速测量。

激光束在入射和反射过程中会受到表面粗糙度的影响，从而引起干涉条纹的变化。

3. 液体折射率测量干涉测量方法还可以应用于液体折射率的测量。

PVA基光学膜的表面粗糙度研究

PVA基光学膜的表面粗糙度研究光学膜是一种具有特定光学性能的薄膜材料，广泛应用于光学设备和光学信号处理中。

表面粗糙度是光学膜质量的一个重要指标，直接影响到光学膜的透过率、反射率和散射率等光学性能。

在PVA基光学膜的研究中，表面粗糙度的研究成为一个关键问题。

PVA（聚乙烯醇）基光学膜由聚乙烯醇聚合物构成，具有优异的光学性能和化学稳定性。

为了研究PVA基光学膜的表面粗糙度特性，我们首先需要了解表面粗糙度的定义和测量方法。

表面粗糙度是指物体表面的不均匀程度和起伏程度，可以用几何平均高度、均方根高度、峰谷高度等来表示。

常用的表面粗糙度测量方法有原子力显微镜（AFM）、扫描电子显微镜（SEM）和白光干涉技术等。

使用原子力显微镜测量PVA基光学膜表面粗糙度是一种常见的方法。

原子力显微镜通过探针和物体之间的相互作用力来实现纳米级的表面测量。

通过将探针移动在表面上，可以得到表面的三维形貌并计算表面粗糙度。

扫描电子显微镜也可以用来评估PVA基光学膜的表面粗糙度。

它使用电子束扫描样品表面，通过探测样品电子信号的强度和反射电子的数量来获取微米级的表面图像，并计算表面粗糙度。

此外，白光干涉技术也是一种常用的测量方法。

它利用光的干涉现象来测量物体表面的高度差别，并计算表面粗糙度。

白光干涉技术具有非接触、高精度和快速测量的特点，适用于大面积薄膜的表面粗糙度测量。

针对PVA基光学膜的表面粗糙度研究，我们可以从以下几个方面展开。

首先，我们可以通过改变PVA基光学膜的材料组成和制备工艺来控制表面粗糙度。

例如，通过调整溶液的浓度、温度和pH值等参数，可以改变PVA基光学膜的晶体结构和形貌，从而影响表面粗糙度。

其次，可以利用表面处理技术来改善PVA基光学膜的表面粗糙度。

常见的表面处理方法包括化学处理、等离子体处理和热处理等。

这些方法可以改变表面的化学成分和物理结构，进而影响表面粗糙度。

另外，也可以通过添加增粘剂、增稠剂或增溶剂等剂量调节剂来控制PVA基光学膜的表面粗糙度。

物质表面粗糙度对光学特性的影响研究

物质表面粗糙度对光学特性的影响研究在物质表面的微观层面上，我们经常会遇到一些微小的起伏和不平坦的结构。

这些微观结构不仅存在于天然物质中，比如石头和纹理木材，还存在于许多人工材料中，比如玻璃和金属。

这种微观结构往往会导致物质表面的粗糙程度，进而对光学特性产生影响。

物质表面的粗糙度可以通过光学技术进行测量和表征。

其中一种常见的表征方法是利用原子力显微镜(AFM)来观察物质表面的形貌。

通过AFM可以得到物质表面的高度分布图，从而对粗糙度进行定量描述。

粗糙度的定义是指物质表面的起伏程度，通常用根均方根(RMS)来表示。

物质表面的粗糙度与其光学特性之间存在密切的关联。

以反射为例，当光线照射到物质表面时，会发生反射和透射两种现象。

粗糙度会影响反射光线的散射过程，导致光线在不同方向上的强度分布产生变化。

这种散射现象称为表面散射。

在大多数情况下，表面散射会使得从物质表面反射的光线变得非常模糊和不均匀，因而表面看起来是暗的。

当物质表面的粗糙度接近或超过光的波长（一般是几百纳米到几微米），表面散射现象会变得显著。

粗糙度对透射光线的影响也是值得关注的。

当光线透过粗糙表面时，光线会与表面微观结构相互作用，从而导致传播方向的改变和能量的损失。

这种现象被称为散射。

粗糙度越大，散射现象就越强烈。

这对于一些需要透过物质表面进行传输的光学系统来说，相当关键。

典型的例子是光纤通信系统，其中光信号需要在纤维表面反复折射和散射才能有效传输。

在实际应用中，粗糙度对光学特性的影响通常需要通过理论模型和数值模拟进行研究。

一种常用的模型是麦克斯韦方程的表面边界条件(SBC)方法。

该方法假设物质表面是均匀且各向同性的，利用电磁场的连续性和边界条件，推导出适用于粗糙表面的电磁波传播方程。

通过求解这些方程，可以得到粗糙表面上的场分布和光学参数。

基于SBC方法的数值模拟对物质表面粗糙度的影响进行了深入研究。

通过调整粗糙度参数，比如起伏高度和表面密度，可以模拟不同粗糙度下的光学行为。

实验三表面粗糙度测量

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. 加深对粗糙度评定参数轮廓最大高度Rz 的理解。

二、实验内容用双管显微镜测量表面粗糙度的Rz 值。

三、测量原理及计量器具说明参看图 1，轮廓最大高度 Rz 是指在取样长度 lr 内，在一个取样长度范围内，最大轮廓峰高 Rp 与最大轮廓谷深 Rv 之和称之为轮廓最大高度。

即Rz = Rp + Rvp 12p 34p5p 6ZZpZpZZZzv 45R3Zvv 6v 1 v 2ZvZZ ZZ中线lr图 1图 2双管显微镜能测量 80~1μ m 的粗糙度，用参数 Rz 来评定。

双管显微镜的外形如图 2 所示。

它由底座 1、工作台 2、观察光管 3、投射光管 11、支臂 7 和立柱 8 等几部分组成。

双管显微镜是利用光切原理来测量表面粗糙度的，如图3 所示。

被测表面为 P 1、 P 2 阶梯表面，当一平行光束从 450方向投射到阶梯表面上时，就被折成 S 1 2和 S 两段。

从垂直于光束的方向上就可在显微镜内看到S 1 2 和 S 2 1 2和 S 两段光带的放大象 S 1 。

同样， S 和S 之间距离 h 也被放大为 S 1 和 S 2 之间的距离 h 1 。

通过测量和计算，可求得被测表面的不平度高度 h 。

图 4 为双管显微镜的光学系统图。

由光源 1 发出的光，经聚光镜 2、狭缝 3、物镜 4 以450 方向投射到被测工件表面上。

调整仪器使反射光束进入与投射光管垂直的观察光管内，经物镜 5 成象在目镜分划板上，通过目镜可观察到凹凸不平的光带（图 5 b ）。

光带边缘即工件表面上被照亮了的 h 1 的放大轮廓象为 h 1′，测量亮带边缘的宽度 h 1′，可求出被测表面的不平度高度 h 1：h 1 ＝ h 1 cos450＝h 1cos450N式中N —物镜放大倍数。

表面粗糙度仪原理

表面粗糙度仪原理
表面粗糙度仪是一种测量物体表面粗糙度的仪器。

其测量原理主要基于光学或机械的方法。

光学方法主要是利用反射或散射的光线来观察表面的光学特性，从而得出表面粗糙度的测量结果。

例如，采用激光干涉法，当激光通过被测物体的表面时，反射的光线会产生干涉现象。

根据干涉条纹的形态和分布，可以得出表面粗糙度的信息。

另外，还有利用电子显微镜观察表面形貌的方法，通过观察电子显微镜的图像来分析表面的粗糙程度。

机械方法主要是利用一定的机械装置和物理测量原理来评估表面的粗糙度。

常用的方法包括滑动指针法、描线仪法和形貌变换等。

在滑动指针法中，将精密的指针或针尖与被测物体的表面接触，然后在规定的量程内，通过测量指针的运动情况，来评估表面的粗糙度。

描线仪法则是利用一根细微的划线针，沿表面滑动，通过测量划线深度来测量表面的粗糙度。

形貌变换方法则是通过对物体进行一系列形状变换，然后根据形状变换前后的差异来计算表面的粗糙度。

总结来说，表面粗糙度仪的工作原理主要包括光学和机械两方面。

利用这些原理，可以对不同材料和表面进行精确的表面粗糙度测量。

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 RoughnessLi 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 在表面粗糙度的测量中,光学方法具有非接触、不损伤表面、精度高和响应快等优点,其测量原理种类繁多、相互交错。

下面介绍几种利用不同光学变量或现象进行工件表面测量的方法。

1　散射光强对比法图1是采用光强对比来评价表面结构的一种方法[1]。

一光束照射到表面,检测反射光对散射光的比率。

用两个检测器A和B接收散射光,检测器A位于镜面反射位置,即相对于法线方向与入射光具有相同的角度;另一个检测器B接收漫散射光。

光学元件表面质量的检测与评价技术研究

光学元件表面质量的检测与评价技术研究光学元件作为光学系统的重要组成部分，在生产加工过程中，其表面质量一直都是备受关注的问题，因为表面的质量直接影响光学元件的光学特性。

因此，研究光学元件表面质量的检测与评价技术，对于提高光学元件的加工质量，提高光学系统的性能指标，具有重要的实际意义和应用价值。

一、光学元件表面质量的检测方法1、光学显微镜检测光学显微镜作为常用的光学表面检测手段之一，其优点在于显微镜可以提供高分辨率的图像，对于光学表面上的微小缺陷，可以很容易地识别和观察，但该方法只适用于较大尺寸的光学元件，存在人工观察时对结果的影响，且不能对微小缺陷进行定量分析。

2、拉普拉斯检测法拉普拉斯检测法是一种广泛应用于光学元件制造中的表面检测方法，该方法通过光束射入光学元件，再经过元件内部反射广角后，映射到某个区域上，通过对比实测和理论计算的像差，能够对表面缺陷进行检测。

这种检测法具有比较高的检测灵敏度和检测精度，可以对微小缺陷进行检测，并且可以在不破坏表面结构的情况下对表面质量进行评价。

3、干涉检测法干涉检测法是一种依靠干涉原理对元件表面缺陷进行检测和评价的方法，该方法采用干涉仪对元件表面上存在的缺陷进行反射成像，并对像差进行定量分析，以评估表面质量。

干涉检测法具有高精度、高分辨率的优点，可以检测到微小的表面缺陷。

二、光学元件表面质量的评价指标1、表面粗糙度表面粗糙度是评价光学元件表面质量的一个重要指标，通常采用Ra值来表示，该值表示镜面表面与一条均方根偏差等于等于它的平均线之间的平均高度差。

其值越小表明表面越光滑，表面粗糙度对于光学元件的光学特性影响非常明显，因此对于专业的光学元件生产厂家来说，表面粗糙度的控制非常重要。

2、表面平整度表面平整度也是评价光学元件表面质量的重要指标之一，它用于评价元件表面的轮廓曲线，反映了元件表面在宏观尺度上的平坦程度，通常可以通过表面形貌分析仪或立体扫描仪检测获得。

3、表面平行度表面平行度表示光学元件表面对于相应平面（通常为基准平面）的垂直度。

表面粗糙度测量技术方法与设备介绍

表面粗糙度测量技术方法与设备介绍表面粗糙度是指物体表面的不均匀性或不平整程度。

在许多工业领域中，表面粗糙度的测量非常重要，因为它直接影响到物体的功能和性能。

本文将介绍一些常用的表面粗糙度测量技术方法与设备。

一、光学方法光学方法是一种非接触式测量表面粗糙度的技术。

例如，白光干涉法和激光扫描仪是其中常用的两种方法。

1. 白光干涉法白光干涉法是通过观察物体表面反射光的干涉图案来测量表面粗糙度的方法。

它利用白光经过物体表面反射时，不同高度的表面会产生不同的光程差，从而形成干涉条纹。

通过分析干涉条纹的特征，可以计算出表面的粗糙度参数。

2. 激光扫描仪激光扫描仪是一种使用激光束来扫描物体表面的设备。

它通过激光从不同角度照射物体表面，并通过接收器接收反射回来的激光信号，根据信号的强度和相位变化来计算表面的粗糙度参数。

激光扫描仪具有高精度和高分辨率的优点，适用于复杂曲面的粗糙度测量。

二、机械方法机械方法是一种通过机械设备对物体表面进行接触式测量的技术。

它常用于工业生产线上的实时检测。

1. 探针测量法探针测量法是一种常见的机械测量方法。

它使用一根装有传感器的探针，通过垂直移动探针并记录表面高度的变化，从而测量表面的粗糙度。

探针测量法可以适用于不同形状和材质的表面，但是由于是接触式测量，可能会对物体造成轻微的损伤。

2. 高斯仪测量法高斯仪是一种利用一个平面平行于被测表面的高斯孔隙板的装置进行测量的方法。

通过将高斯孔隙板压在物体表面上，并测量孔隙板下的气压变化，可以计算出表面的粗糙度参数。

高斯仪具有简单、准确的特点，被广泛应用于工业生产中。

三、电子方法电子方法是利用电子设备对物体表面的电信号进行测量和分析的技术。

1. 扫描电子显微镜（SEM）扫描电子显微镜是一种利用电子束扫描表面，并通过接收被扫描物体表面反射的电子信号来观察和测量物体表面形貌的设备。

SEM具有非常高的分辨率和放大倍率，可以用于微观尺度下的表面粗糙度测量。

表面粗糙度检测技术研究概况

表面粗糙度检测技术研究概况摘要：表面粗糙度是评价工件表面质量的重要指标之一，工件表面质量的好坏直接影响其使用寿命和使用性能。

介绍了表面粗糙度检测的两种方式：接触式测量和非接触式测量，重点阐述了基于计算机视觉技术的非接触式测量方法和研究现状。

关键词：表面粗糙度；非接触；光学测量中图分类号：TH6 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2011）08-0050-02 引言随着科学技术的进步和社会的发展，人们对于机械产品表面质量的要求越来越高。

表面粗糙度是评价工件表面质量的一个重要指标，国内外很多学者在表面粗糙度检测方面做了大量研究工作。

目前测量表面粗糙度的主要方法有：接触式测量和非接触式测量。

1 接触式测量接触式测量就是测量装置的探测部分直接接触被测表面，能够直观地反映被测表面的信息，接触式测量方法主要是触针法，该方法经过几十年的充分发展，以其稳定、可靠的特点被广泛应用。

但接触式测量存在很大的缺陷，具体表现在：①对高精度表面及软质金属表面有划伤破坏作用；②受触针尖端圆弧半径的限制，其测量精度有限；③因触针磨损及测量速度的限制，无法实现在线实时测量[1]。

2 非接触式测量为了克服接触式测量方法的不足，人们对非接触式测量方法进行了广泛研究。

研究表明，非接触式测量方法具有非接触、无损伤、快速、测量精度高、易于实现在线测量、响应速度快等优点。

目前已有的非接触式测量方法包括各种光学测量方法、超声法、扫描隧道显微镜法、基于计算机视觉技术的表面粗糙度检测方法等。

这里我们只对基于光学散射原理的测量方法、基于光学干涉原理的测量方法和基于计算机视觉技术的测量方法做简单介绍。

2.1 基于光学散射原理的测量方法当一束光以一定的角度照射到物体表面后，加工表面的粗糙不平将引起发生散射现象。

研究表明：表面粗糙度和散射光强度分布有一定的关系。

对于表面粗糙度数值较小的表面，散射光能较弱，反射光能较强；反之，表面粗糙度数值较大的表面，散射光能较强，反射光能较弱。

一种利用偏振干涉原理测量表面粗糙度的方法

一
标准量块的测量验证了方案的可行性，结果表明该系统在实验室现有条件下可以测量轮廓算术平均偏差。为０．
’
０２Ｉ的粗糙度量块．１ｍ．Ｌ关键词：表面粗糙度；琼斯矩阵；偏振干涉；ｅＮＨ－ｅ激光器中图分类号：Ｈ４．文献标识码：文章编号：０６７４（０７１－１２０Ｔ７４５Ａ１０－０３２０）０１８－６
维普资讯
第２８卷第１Ｏ期
２００７年１Ｏ月
哈
尔
滨
工
程
大
学
学
报
Ｖ０．８Ｎ．Ｏ１２ｏ１
Ｏｃ．０ｏｔ２７
ＪｕｎｌｏｒｉｇｎｅｎｉｅｓｔｏｒａｆＨａｂｎＥｎｉｅｒｇＵｎｖｒｉｉｙ
Ａｅｈｄｏｅｓｉｇｓｒａｅｒｕｈｅｓｕｉｇｍｔｏｆｍａｕｒｎｕｆｃｏｇｎｓｓｎ
ｐｌｒｚｔｎｉｔｒｅｏｅｒｃｐｒｎｉｌｏａｉａｉｎｅｆｒｍｔｉｉｃｐｅｏ
ＷＡＮＧｅｇｐｎＺＨＡＮＧ－ａｇ，ＡＮＧａ－ｈｎＺｈｎ－ｉｇ，ＸｉｆｎＷＸｉｏｚｏｇ，ＺＨＡＮＧｎｅ，ＷＡＮＧ－ｕＹａ，Ｌｉｈｉ
（ｏｅｅｏＳｉｎｅａｂｎｉｅｒｇＵｉｒｔ，Ｈｂ５０１Ｃｉａ）Ｃｌｇｆｃｃ，ＨｒｉＥｇபைடு நூலகம்ｅｉｎｅｓｙａｉ１００，ｈｎｌｅｎｎｎｖｉｒｎ
一
种利用偏振干涉原理测量表面粗糙度的方法

基于激光干涉技术的表面粗糙度检测与分析技术研究

基于激光干涉技术的表面粗糙度检测与分析技术研究标题：基于激光干涉技术的表面粗糙度检测与分析技术研究摘要：表面粗糙度是表征物体表面质量的一个重要指标。

在制造业中，精密机械零部件的粗糙度要求越来越高，因此在生产过程中对粗糙度进行准确测量和分析变得十分重要。

本文针对这一问题，提出了一种基于激光干涉技术的表面粗糙度检测与分析方法，并进行了深入的研究。

介绍：表面粗糙度对于物体的外观和性能具有重要影响。

传统的表面粗糙度检测方法包括触针法、光学显微镜法和扫描电子显微镜法等，但这些方法存在一些局限性。

激光干涉技术是一种优秀的非接触式测量方法，其基本原理是利用激光光束在测试物体表面产生干涉条纹，通过分析干涉条纹的差异来获得表面粗糙度信息。

因此，本文选用激光干涉技术作为研究手段，探讨了基于其的表面粗糙度检测与分析方法。

方法：本文首先介绍了激光干涉技术的基本原理，包括杨氏双缝干涉和扬涅尔干涉原理，并引入了激光干涉图像处理方法。

其次，提出了一种基于激光干涉技术的表面粗糙度检测与分析方法，包括激光束的发射与聚焦、干涉条纹的获取、图像处理和结果分析等步骤。

在图像处理方面，采用了傅里叶变换和小波变换等方法，对干涉图像进行滤波处理，以提取出粗糙度信息。

最后，设计了一个实验平台，对不同表面粗糙度的标准样品进行测量，并与其他测量方法进行比较，验证了该方法的准确性和可行性。

结果与讨论：在实验中，我们使用激光干涉技术对不同表面粗糙度的标准样品进行了测量。

经过图像处理和结果分析，获得了粗糙度图像和数值结果，并与其他测量方法的结果进行了对比。

实验结果表明，该方法具有较高的测量精度和可重复性，能够满足工业生产中对表面粗糙度的要求。

结论：本文研究了基于激光干涉技术的表面粗糙度检测与分析方法，并进行了深入实验。

结果表明，该方法能够准确测量和分析物体表面的粗糙度，并具有较高的测量精度和可重复性。

该方法在精密制造领域具有重要的应用价值。

关键词：激光干涉技术、表面粗糙度、检测与分析、图像处理、测量精度。

实验3-2用干涉显微镜测量表面粗糙度

实验3-2 用干涉显微镜测量表面粗糙度一、实验目的1. 熟悉用干涉显微镜测量表面粗糙度的原理和方法。

2. 加深对轮廓最大高度Rz 的理解二、实验内容用6JA 型干涉显微镜测量表面粗糙度的Rz 值。

三、测量原理及计量器具说明干涉显微镜是干涉仪和显微镜的组合，用光波干涉原理来反映出被测工件的粗糙程度。

由于表面粗糙度是微观不平度，所以用显微镜进行高倍放大后以便观察和测量。

干涉显微镜一般用于测量0.8~0.025μm 的Rz 值。

图1为6JA 型干涉显微镜的外观图。

图2为该仪器的光学系统图，由光源1发出的光束，通过聚光镜2、4、8（3是滤色片），经分光镜9分成两束。

其中一束经补偿板10、物镜11至被测表面18，再经原光路返回至分光镜9，反射至目镜19。

另一光束由分光镜9反射（遮光板20移出），经物镜12射至参考镜13上，再由原光路返回，并透过分光镜9，也射向目镜19。

两路光束相遇迭加产生干涉，通过目镜19来观察。

由于被测表面有微小的峰、谷存在，峰、谷处的光程不一样，造成干涉条纹的弯曲。

相应部位峰、谷的高度差h ，与干涉条纹弯曲量a 和干涉条纹间距b 有关（图5b ），其关系式为：h ＝ 2b a式中，λ为测量中的光波长。

本实验就是利用测量干涉条纹弯曲量a 和干涉条纹间距b 来确定Rz 值的。

四、测量步骤1. 调整仪器测量时调整仪器的方法如下：开亮灯泡，转动手轮10和6（图1），使图2中的遮光板14从光路中转出。

如果视场亮度不均匀，可转动调节螺丝4a ，使视场亮度均匀。

转动手轮8，使目镜视场中弓形直边清晰，如图3所示。

图2图 3 图 4在工作台上放置好洗净的被测工件。

被测表面向下，朝向物镜。

转动手轮6，遮去图2中的参考镜13的一路光束。

转动滚花轮2c，使工作台升降直到目镜视场中观察到清晰的工件表面象为止，再转动手轮6，使图2中的遮光板从光路中转出。

松开螺丝1b取下测微目镜1，直接从目镜管中观察，可以看到两个灯丝象。

光学干涉技术在表面形貌测量中的应用

光学干涉技术在表面形貌测量中的应用引言表面形貌测量是一项重要的工程技术，广泛应用于制造业、材料科学、地质勘探等领域。

光学干涉技术作为一种非接触式测量方法，具有高精度、高分辨率、快速测量的优势，逐渐成为表面形貌测量的重要手段。

本文将探讨光学干涉技术在表面形貌测量中的应用。

一、光学干涉技术的基本原理光学干涉技术是利用光的干涉现象进行测量的一种方法。

其基本原理是：当两束光在空间中相遇时，由于光的波动性质，会产生干涉现象。

通过测量干涉条纹的特征，可以得到被测物体的形貌信息。

二、光学干涉技术在表面形貌测量中的应用1. 相位移干涉法相位移干涉法是一种常用的光学干涉技术，可以用于表面形貌的测量。

该方法通过改变光路差，产生不同相位的干涉条纹，通过分析干涉条纹的相位信息，可以得到被测物体的形貌数据。

相位移干涉法具有高精度、高分辨率的特点，广泛应用于微观表面形貌测量。

2. 全息干涉法全息干涉法是一种基于全息技术的表面形貌测量方法。

该方法通过将被测物体的全息图与参考波的全息图进行叠加，产生干涉条纹。

通过分析干涉条纹的特征，可以得到被测物体的形貌信息。

全息干涉法具有非接触、全场测量的特点，适用于大范围表面形貌测量。

3. 激光干涉法激光干涉法是一种利用激光光束进行表面形貌测量的方法。

该方法通过将激光光束照射到被测物体上，通过测量反射或散射的光的干涉条纹，可以得到被测物体的形貌信息。

激光干涉法具有高精度、高灵敏度的特点，广泛应用于微观表面形貌测量。

4. 光栅干涉法光栅干涉法是一种基于光栅的表面形貌测量方法。

该方法通过将光栅与被测物体进行叠加，产生干涉条纹。

通过分析干涉条纹的特征，可以得到被测物体的形貌信息。

光栅干涉法具有高精度、高分辨率的特点，适用于微观表面形貌测量。

三、光学干涉技术在实际应用中的挑战与发展光学干涉技术在表面形貌测量中具有广泛的应用前景，但也面临一些挑战。

首先，光学干涉技术对环境的要求较高，需要在无尘、无振动的条件下进行测量。

表面粗糙度测量

干涉条纹的弯曲。相应部位峰、谷的高度差 h 与干涉条纹弯曲量 a 和干涉条纹间距 b 有关（如图 3-10b
所示），其关系式为：
h= a×λ b2
式中：λ 为测量中的光波波长。本实验就利用测量干涉条纹弯曲量 a 和干涉条纹间距 b 来确定 R z 值
3
和 R y 值。
2. 测量步骤（1）调整仪器 a 开亮灯泡，转动手柄 10 和 6（见图 3-6），使图 3-6 中的遮光
目镜的固紧螺钉，转动测微目镜，使其中的十字线的水平线与光带轮廓中线（估计方向）平行，锁紧螺钉，然后转动测微目镜测微器上的刻度套筒，使十字线的水平线在光带最清晰的一边。在取样
长度 l 范围内，，找出 5 个最高峰点和 5 个
最低谷点，并分别用十字线的水平线与之
相切，如图 3-4 所示。读出十个读数 a 1、a 2、 a 3…… a 12,填入表 3-3，并按下式计算出 10
1～0.03 um 表面粗糙度的 R z 值和 R y 值。
a)
b)
图 3-6 6JA 型干涉显微镜的外形图
6JA 型干涉显微镜的外形图如图 3-6 所示。该仪器的
光学系统图如图 3-7 所示，由光源 1 发出的光束，通过聚
光镜 2、4、8（3 是滤色片），经分光镜 9 分成两束。其中
一束经补偿板 10、物镜 11 至被测表面 18 再经原光路
h 松开图 2-10 中螺母 1b，转动测微目镜 1，使视场中十字线之一与干涉条纹平行，然后拧紧螺
母，此时即可进行具体的测量工作。
（2）测量方法。
在此仪器上，表面粗糙度可以用两种方法测量。
第一种用测微目镜测量：
a 转动测微目镜中与干涉条纹平
行的十字线中的一条线，对准一条干涉