基于激光散射原理的表面粗糙度方法研究

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一,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2ij\///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,对这样的一维随机表面,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.=…tfX+—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)一8一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Rodens~ock公司生产).本文分析介绍镜反射率法. 核一环比法及Brodmanni去三种比较典型的仪器和装置t.镜反射率法镜反射率法是基于Beckmann理论的多种方法中的一种.当考虑高精度表面时,前面所述的(1)式可简化为(2)式,对镜反射光来说:=0J,V=0.V=苹e0s0I,F:1,AL》,这样可以得到镜反射光,:,.:I(O2):e一(B1)(8)在上面推导中.入射光强度假设为单位强度.如果入射光强为,.在不考虑吸收的情况下(0.=0=0,垂直入射):x[一(睾)】(.)其他漫散射光——4——,^{1-exp[一(睾娜(16)定义P=,./I为镜反射率,0为镜反射光与漫反射光之比,'0:』/Id=』/(i一,,)=P/(1一P)I"图3图3是利用镜反射率法来溯量高精度平面和球面粗糙度的装置简图.图中,为入射激光柬;LJ,L2.厶,厶为透镜;BS为半透半反板,S1.S:为小孔光栏;D,D为光电探测器.在图8中.入射到被铡面的光线都和被测面垂直,镜反射光』,原路返回.经S.后由D-接收,而D是用来探测入射光强, 的.这样.很容易获得镜反射率P.本文作者利用该法则量钢球表面粗糙度巳取得了一定成效.这种方法结构简单,对环境要求低,适合于在生产现场附近作快速质量控制:不足之处是见>lOOnm后灵敏度迅速下降.2.核环比"法用.核环比参数来表征表面租糙度的方法适台于铡量高精度研磨型表面.图4为核如圈,(f=1,2,…)为第i个光敏元接收K到的光能(共有个光敏元).取Sv与执作为统计特征参数:图4环比法测量装置的简图.图中,I为入射激光束,在被测表面发生散射.光核"部分(I)在远场由D接收.散射光环部分(,)由D:接收,核环比K=I,L.在使用该方法时,既要根据程路模型结合具体情况确定合适的光核与光环的尺寸,同时必须保证D,D:的灵敏度和线性是一致的.最新的核环比测量装置以半导体激光器作为光源,并采用了经过补偿的对数放大器,这样可以使精度稳定在1小级以上.该方法的测量范围为R<0.01gm~0.32gm.8.Brodmann法由Brodmann等人研制的仪器是一种带有专用计算机的较复杂的系统.这类仪器已经成功地应用于多种在线检测领域.图5为该系统的简图.L宙5发光管(LED)发出的光经L2准直后,再经半透半度板BS和透镜L投射到设测表面上.散射光径厶后再由Bs反射揖射到光电二级管阵列上,所刊得的光散射分布经计算机处理后,求得表征表面粗糙度的特征参数.;K.∑(i—i)P.(11)B=K∑『f—i『Pf(12)其中:=∑iP.P.=Iig/∑,心是一个与几何结构有关的常数,是信号修正权系数.使用适当的g(f=1,2,…,)有利于提高系统的动态范围,这是Brodmann 法的一大特点.S在Ro<0.O1m～】gm时和月.有很好的相关关系.这种仪器也可应用于曲面粗糙度测量.由于每次铡量只需40ms. 所以可应用于一般的在线测量.另外,该系统采用了特殊设计的镜头,测量值对测头与被测面之间的相对移动(<±2mm)不敏感.因而大大提高了其实用性.四,结柬语光散射法测量表面粗糙度的优点是非接触,无损,快速和可以实现在线检测.已经发展的装置和仪器都是通过对散射场的测量来获得表征表面粗糙度的统计参数,故又可称之为是特征参数法.另外这些方法都要经过标定.目前光散射法需要解决的问题主要有以下几点:1,引入适当的统计参数和散射场信号的处理,补偿技术,以提高测量的动恋范围和灵敏度,2,用计算机进行综翕分析,实现对不同材料,不同加工工艺的表面进行谭4量,3.为减小体积,提高光源的稳定性.应采用半导体激光器,高强度发光管取代He-Ne激光器等传统光源.可以设想随{旨研究的深入,光散射法将成为表面粗糙度在线测量的一种主要方法.一p一激光定位光栅检拍机的应用上海市计量技术研究所徐惠琴激光定位光栅检拍机是国内第一台用于检测计量长光栅和拍摄计量长光栅的精密仪器. 1982年获国家计量科学技术进步四等奖, 1985年被国家计量局定为全国光栅认证仪器. 1988年通过国家技术监督机构的检定.其应用范日较广,可以检测O～10O0毫米内不屈规格. 不同形状的精密玻璃光栅尺及光栅传感器的线值精度,该检拍机除了拥有仪器本体和专用电子计算机外,还配有多种附加装置,能开展多种测试服务.如光栅信号直流电平和相位变动最的测试;拍摄高精度的光栅只,高精度的感应同步器及感应同步器的母板等.以下作一简要介绍.一.计量嗣试1.检测计量长光栅目前,对计量长光栅的检测有两种方法;一是采用检测线纹尺的方法,亦即用光电显微镜动态瞄准光栅刻线的中心作为定位.得到被检光栅线纹间隔的相邻误差和积累误差.这种方法虽然简单但与实际应用不相符合.二是采用莫尔条纹法,就是将二块光栅作相对运动丽产生的黑自条纹,即奠尔条纹,由光敏元件接收并把它转换成电信号.一般用面积为10毫米×10毫米四等分的普通硅光电池作为接收元件.如图1所示.图1_安装于仪器像温罩外的6伏16瓦的自炽灯发出的自光.经准直透镜成平行光束,再由反射镜四次反射照明被光栅尺和指示光栅.调整光栅之间的夹角和间隙.以获得选定的宽度和对比度良好的莫尔条绞,并为四相硅光电池接收,送八差分放大器,从而得到相位差为90.的两路信号输入剜专用计算机中,对激光测长干涉条纹进行开门计数.这种检测方法适用于栅线长的光栅尺,对于目前宴际使用的大多为5毫米左右的光栅栅线,其检测精度不能得到保证.为此,要采用裂相法.即:将面积为2毫米x5毫米的硅光助.感谢陶正苏等同志为本文的撰写提供的帮参考文献[1]P.Beckma,{n.eta1..TheScatteringofE1ectromgneticWavesfromRough一6一Surfaces.4Loadon,Pergamon).4l9e3)[2]程路,物程,2749),41978),85l～663[3]RBrodmann,AnnalsoftheCIRP,33(1).(193j).j03一Oe[I]严礁,陶正苏,张鄂I全国机靖量诗试技术及仪器学术讨论会.论文集,最都,1钾8年9月.。

光的散射规律在材料表面粗糙度检测中的应用材料表面粗糙度是衡量其质量和功能的重要指标之一。

光的散射规律被广泛应用于材料表面粗糙度检测中，以确定材料表面质量和精度。

本文将探讨光的散射规律在材料表面粗糙度检测中的原理和应用。

一、光的散射规律简介光的散射是指光线在穿过介质或与物体接触时发生的偏离现象。

光线在材料表面上的散射分为两种类型：镜面散射和漫反射。

镜面散射是指光线在平滑表面上的反射，光线的入射角等于反射角，形成明亮的反射光斑。

漫反射是指光线在粗糙表面上的反射，光线被散射到各个方向，形成均匀分布的光斑。

材料表面粗糙度的大小与散射的程度有直接关系。

二、散射光的测量与分析光的散射光谱测量是材料表面粗糙度检测的基础。

通过测量散射光谱，可以获取反射率、透射率等物理参数，进而计算出材料表面的粗糙度。

测量时通常会使用特定波长的入射光线照射到材料表面上，然后测量出散射光线的强度与入射光线的强度之比。

散射光谱的形状与材料表面粗糙度有直接关系。

当材料表面光滑时，散射光谱呈现出高度集中的峰值，与入射光线的波长相同。

而当材料表面粗糙时，散射光谱呈现出更广泛的分布，且强度较弱。

通过测量和分析这些散射光谱，可以计算出材料表面的粗糙度值，从而判断其质量和精度。

三、1. 工业品质量检测在工业生产中，材料表面的粗糙度对产品质量和性能有着重要影响。

例如，在光学元件制造过程中，材料表面粗糙度的变化会导致光学器件的光学性能下降。

利用光的散射规律可以快速测量材料表面的粗糙度，帮助工业生产中的质量控制和排除不合格品，提高产品的可靠性和一致性。

2. 材料科学研究在材料科学研究中，表面粗糙度是评价材料表面质量和性能的重要指标。

通过光的散射规律的研究，可以深入了解材料表面的物理和化学性质。

例如，研究不同材料表面的散射光谱分布，可以揭示表面形态、组分和结构等信息。

这些研究成果对于材料的设计和性能优化具有重要意义。

3. 生命科学应用除了在工业制造和材料科学研究中的应用，光的散射规律还在生命科学领域有着广泛的应用。

激光散斑测量物体表面粗糙度的研究
激光散斑测量物体表面粗糙度是一种常见的非接触式测量方法，它利用激光经过物体表面反射后形成的散斑图案来反映物体表面的粗糙度。

通过分析散斑的形态和强度分布，可以获得物体表面的粗糙度信息。

激光散斑测量一般包括以下几个步骤：
1. 激光照射：将激光束照射到待测物体表面。

激光的波长和功率通常需要根据待测物体的特性来选择。

2. 散斑图案获取：激光束经过物体表面反射后，形成散斑图案。

通过合适的光学设备（如衍射光栅、透镜等）将散斑图案投射到像面上，然后采用相机等图像捕获设备来获取散斑图像。

3. 图像处理：对获取到的散斑图像进行处理，例如去除背景噪声、提取散斑图案等。

常用的处理方法包括傅里叶变换、滤波等。

4. 特征提取：通过分析散斑图案的形态和强度分布，提取与物体表面粗糙度相关的特征参数，例如散斑尺度、形状等。

5. 数据分析：根据特征参数，利用合适的粗糙度评估方法（如均方根粗糙度、自相关函数等），对物体表面的粗糙度进行评估和分析。

激光散斑测量方法具有非接触、快速、高精度等特点，广泛应
用于粗糙度测量、表面质量控制等领域。

在工业制造、材料研究、纳米技术等领域都有重要的应用价值。

使用激光散斑仪检测物体表面粗糙度的技术介绍随着科学技术的不断发展，精确测量物体表面粗糙度的需求也日益增加。

在工业生产和科研领域中，我们经常需要对材料表面进行粗糙度的测量和分析，以确保产品的质量或研究物体表面的特性。

而使用激光散斑仪来进行粗糙度测量则是一种常见而有效的方法。

激光散斑仪是一种利用激光光源和散斑原理进行测量的仪器。

它通过对物体表面反射的激光光束进行观测，获得散斑图像，并通过对图像的分析来得到物体表面的粗糙度信息。

激光散斑仪的原理相对简单，但其在粗糙度测量中的应用却非常广泛。

在进行粗糙度测量时，首先需要将待测物体放置在激光光束的照射下。

激光光源发出的光束照射到物体表面上，并在表面上产生散斑图像。

这些散斑图像包含了物体表面的微小结构和细节信息。

然后，激光散斑仪通过摄像机或光电二极管等感光元件，将散斑图像转化为电信号。

接下来，电信号被传送到计算机等数据处理设备进行图像处理和分析。

在图像处理和分析过程中，可以利用散斑图像的尺度变化和灰度分布等特征来计算物体表面的粗糙度。

通常，粗糙度的评价参数有均方根值（Ra）、最大峰值高度（Rz）、平均峰值高度（Rp）等。

这些参数可以通过对散斑图像的灰度分布进行统计和计算来得到。

与传统的粗糙度测量方法相比，使用激光散斑仪进行测量具有许多优势。

首先，激光散斑仪可以对各种不同材料的表面进行测量，包括金属、陶瓷、塑料等。

其次，激光散斑仪能够实现非接触测量，无需对物体进行接触或破坏。

这对于某些对表面质量要求严格的物体来说尤为重要。

此外，激光散斑仪的测量速度快，可以实时获取粗糙度信息，并且可以进行自动化控制和数据分析。

激光散斑仪不仅在工业生产中有着广泛的应用价值，还在科学研究领域发挥着重要的作用。

在材料科学、光学、表面物理学等领域中，对物体表面粗糙度的测量和分析是不可或缺的一部分。

激光散斑仪提供了一种快速、准确的非接触式测量方法，为研究人员提供了便利。

总之，使用激光散斑仪进行物体表面粗糙度测量是一种简便、准确、快速的方法。

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。

第４４卷　第５期２０２０年９月激 光 技 术ＬＡＳＥＲＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹＶｏｌ．４４，Ｎｏ．５Ｓｅｐｔｅｍｂｅｒ，２０２０ 文章编号：１００１ ３８０６（２０２０）０５ ０６１１ ０５基于激光散射的表面粗糙度测量系统研究蔡　雯，陈培锋 ，王　英，张　恒，王　莫，王钇苏（华中科技大学光学与电子信息学院，武汉４３００７４）摘要：为了测量金属和绝缘表面两种材料的粗糙度参量，采用了基于激光散射法的斜入射粗糙度测量系统。

用半导体激光器作光源，用互补金属氧化物半导体工业相机拍摄粗糙度表面的散射光斑，分析光斑特征参量与粗糙度之间的对应关系，通过理论分析和实验验证了特征参量与粗糙度值之间存在单调性关系，利用ＭＡＴＬＡＢ设计图形用户界面，实现粗糙度值的一键式测量功能。

结果表明，该系统的系统结构简单，对金属样品和塑料绝缘表面进行测试，测量结果与触针式测量之间的误差小于８％（其中绝缘表面小于５％），能够实现不同材料表面的粗糙度值测量。

这一结果对物体表面的粗糙度测量研究是有帮助的。

关键词：激光技术；表面粗糙度测量；激光散射法；非接触式测量；图像特征值；图形用户界面中图分类号：ＴＮ２４７；ＴＮ２４９ 文献标志码：Ａ ｄｏｉ：１０ ７５１０／ｊｇｊｓ ｉｓｓｎ １００１ ３８０６ ２０２０ ０５ ０１４ＲｅｓｅａｒｃｈｏｆｓｕｒｆａｃｅｒｏｕｇｈｎｅｓｓｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔｓｙｓｔｅｍｂａｓｅｄｏｎｌａｓｅｒｓｃａｔｔｅｒｉｎｇＣＡＩＷｅｎ，ＣＨＥＮＰｅｉｆｅｎｇ，ＷＡＮＧＹｉｎｇ，ＺＨＡＮＧＨｅｎｇ，ＷＡＮＧＭｏ，ＷＡＮＧＹｉｓｕ（ＳｃｈｏｏｌｏｆＯｐｔｉｃａｌａｎｄＥｌｅｃｔｒｏｎｉｃＩｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ，ＨｕａｚｈｏｎｇＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｗｕｈａｎ４３００７４，Ｃｈｉｎａ）Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｉｎｏｒｄｅｒｔｏｍｅａｓｕｒｅｔｈｅｒｏｕｇｈｎｅｓｓｐａｒａｍｅｔｅｒｓｏｆｍｅｔａｌａｎｄｉｎｓｕｌａｔｉｎｇｓｕｒｆａｃｅ，ｔｈｅｏｂｌｉｑｕｅｉｎｃｉｄｅｎｃｅｒｏｕｇｈｎｅｓｓｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔｓｙｓｔｅｍｂａｓｅｄｏｎｌａｓｅｒｓｃａｔｔｅｒｉｎｇｗａｓａｄｏｐｔｅｄ．Ｕｓｉｎｇａｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒｌａｓｅｒｓｏｕｒｃｅ，ｔｈｅｓｃａｔｔｅｒｉｎｇｓｐｏｔｏｆｒｏｕｇｈｎｅｓｓｓｕｒｆａｃｅｗａｓｐｈｏｔｏｇｒａｐｈｅｄｂｙｃｏｍｐｌｅｍｅｎｔａｒｙｍｅｔａｌ ｏｘｉｄｅ ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒｔｒａｎｓｉｓｔｏｒｉｎｄｕｓｔｒｉａｌｃａｍｅｒａ．Ｔｈｅｃｏｒｒｅｓｐｏｎｄｅｎｃｅｂｅｔｗｅｅｎｔｈｅｓｐｅｃｋｌｅｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｐａｒａｍｅｔｅｒｓａｎｄｒｏｕｇｈｎｅｓｓｗａｓｔｈｅｎａｎａｌｙｚｅｄ．Ａｃｃｏｒｄｉｎｇｔｈｅｔｈｅｏｒｅｔｉｃａｌａｎｄｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌｓｔｕｄｙ，ｔｈｅｍｏｎｏｔｏｎｉｃｒｅｌａｔｉｏｎｂｅｔｗｅｅｎｔｈｅｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｐａｒａｍｅｔｅｒｓａｎｄｔｈｅｒｏｕｇｈｎｅｓｓｗａｓｖｅｒｉｆｉｅｄ．ＢｙｕｓｉｎｇＭＡＴＬＡＢｔｏｄｅｓｉｇｎｇｒａｐｈｉｃａｌｕｓｅｒｉｎｔｅｒｆａｃｅ，ｔｈｅｆｕｎｃｔｉｏｎｏｆｏｎｅ ｋｅｙｒｏｕｇｈｎｅｓｓｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔｗａｓｒｅａｌｉｚｅｄ．Ｔｈｅｒｅｓｕｌｔｓｓｈｏｗｔｈａｔｔｈｅｓｙｓｔｅｍ’ｓｓｔｒｕｃｔｕｒｅｉｓｓｉｍｐｌｅ，ａｎｄｔｈｅｅｒｒｏｒｂｅｔｗｅｅｎｔｈｅｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔｒｅｓｕｌｔａｎｄｓｔｙｌｕｓｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔｒｅｓｕｌｔｉｓｌｅｓｓｔｈａｎ８％（ｔｈｅｉｎｓｕｌａｔｉｏｎｓｕｒｆａｃｅｉｓｌｅｓｓｔｈａｎ５％），ｓｏｔｈｅｒｏｕｇｈｎｅｓｓｏｆｄｉｆｆｅｒｅｎｔｍａｔｅｒｉａｌｓｃａｎｂｅｍｅａｓｕｒｅｄ．Ｔｈｉｓｒｅｓｕｌｔｉｓｈｅｌｐｆｕｌｔｏｔｈｅｓｔｕｄｙｏｆｒｏｕｇｈｎｅｓｓｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔｏｆｏｂｊｅｃｔｓｕｒｆａｃｅ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｌａｓｅｒｔｅｃｈｎｉｑｕｅ；ｓｕｒｆａｃｅｒｏｕｇｈｎｅｓｓｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ；ｌａｓｅｒｓｃａｔｔｅｒｉｎｇｍｅｔｈｏｄ；ｎｏｎ ｃｏｎｔａｃｔｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ；ｉｍａｇｅｅｉｇｅｎｖａｌｕｅ；ｇｒａｐｈｉｃａｌｕｓｅｒｉｎｔｅｒｆａｃｅ 作者简介：蔡　雯（１９９４ ），女，硕士研究生，现主要从事激光测量和光学图像的分析处理研究。

基于激光散斑成像的零件表面粗糙度建模
激光散斑成像技术是一种新型的表面检测技术，该技术可以实现
快速、精确的零件表面粗糙度测量。

用激光束来扫描，被扫描物体的
表面形成散斑图案，通过分析这种图案，可以识别零件的表面的平整度，从而得到表面粗糙度的结果。

激光散斑成像策略有两种，静态策略和动态策略，静态策略是使
用固定的参数，如光强度、激光停留时间等；动态策略则是根据不同
的结果，动态调整参数，以便改善精度。

激光散斑图案分析采用逆变换技术，通过对物体表面形状的数据
重建，精確地描述和分析每个表面粗糙度元素，即压痕页、坡度、局
部曲率等，甚至可以检测出微小的异常。

激光散斑成像技术也可用于建模，通过分析扫描的散斑图案，可
以快速准确地建立表面粗糙度模型。

相比传统的机械测量方法，不需
要停机，可以实时完成数据收集，并可以一次性监测大面积表面细节，测量更准确。

激光散斑成像技术引起了广泛关注，例如航空航天、汽车、工程
机械、半导体等领域，其应用也越来越普及。

它具有数据采集快速、
测量精度高、可处理复杂表面细节的优点，是快速准确地建模表面粗
糙度的重要工具。

基于光散射原理的表面粗糙度测量理论研究的开题报告一、研究目的本文旨在探究基于光散射原理的表面粗糙度测量理论，通过对表面粗糙度的测量方法和测量结果分析，为表面粗糙度测量提供一种新的思路和方法。

二、研究内容及方法本文将基于光散射原理，通过实验研究和数学模型分析，探讨表面粗糙度的测量方法及其原理，重点研究基于光散射原理的表面粗糙度测量技术，包括表面粗糙度测量仪的构建和实验测试，并结合实验数据进行分析对比，最终得出较为精确的表面粗糙度测量结果。

三、研究意义表面粗糙度是衡量表面形貌与微观结构的指标，其对材料和零件的生产、加工和使用具有重要的影响。

基于光散射原理的表面粗糙度测量技术可以通过非接触的方式，获取到表面粗糙度的参数，并在实际应用中发挥重要作用，其研究具有一定的理论和实际意义。

四、预期成果通过本文的研究，预期可以得出以下成果：1、建立基于光散射原理的表面粗糙度测量数学模型；2、分析表面粗糙度测量结果的精度与误差来源；3、研制基于光散射原理的表面粗糙度测量仪，并进行实验测试；4、验证基于光散射原理的表面粗糙度测量技术的可靠性和精度。

五、研究计划本文的研究计划分为以下几个阶段：1、文献综述（1个月）：对表面粗糙度测量技术和基于光散射原理的测量原理进行综述和分析，制定研究方案和流程；2、建立数学模型（1个月）：对基于光散射原理的表面粗糙度测量技术进行建模和数学分析；3、研制测量仪器（2个月）：根据数学模型的要求，研制基于光散射原理的表面粗糙度测量仪；4、实验测试（2个月）：使用研制的测量仪器进行实验测试测量，获取实验数据；5、数据分析与结果验证（1个月）：对实验数据进行分析和统计，验证研究结果的准确性和可靠性；6、撰写论文（1个月）：完成研究计划和论文写作。

六、参考文献1. 杨瑞亭. 表面粗糙度测量技术综述[J]. 仪器与测试, 2020(8):13-16.2. 吴绍洪, 杨业初. 基于光散射原理的表面粗糙度测量研究[J]. 机械工程学报, 2005, 41(11):123-127.3. Jiang, X., He, L., Lei, T., et al. Surface roughness measurement using laser scattering techniques-Comparative study of different methods[J]. Optics and Lasers in Engineering, 2013, 51(3):322-327.4. Karami, F., Ashrafi, F., & Ghassemi, H. A review of surface roughness measurement methods[J]. Measurement, 2019, 141:348-377.。

激光散斑测量物体表面粗糙度的研究
宁维莲;甘永进;胡良红;甘国妹;蒋曲博
【期刊名称】《玉林师范学院学报》
【年(卷),期】2017(038)002
【摘要】激光散斑法因其非接触、快速无损及可在线测量等特点,逐渐发展成为测量表面粗糙度的新方法.本文设计的激光散斑采集系统由激光器出射激光照射到不同粗糙度样块表面,经样块表面散射后发生干涉形成散斑.由CCD和图像采集卡采集散斑图样并以BMP格式保存于计算机.首先论证了激光最佳入射角度,在最佳激光入射角下,分析散斑图灰度共生矩阵的二阶矩、熵、对比度和相关值四个参数随粗糙度大小变化的趋势,通过拟合特征参数随粗糙度变化的关系曲线,为定量测量粗糙度奠定了一定基础.
【总页数】6页(P37-41,47)
【作者】宁维莲;甘永进;胡良红;甘国妹;蒋曲博
【作者单位】玉林师范学院电子与通信工程学院,广西玉林 537000;玉林师范学院电子与通信工程学院,广西玉林 537000;玉林师范学院电子与通信工程学院,广西玉林 537000;玉林师范学院电子与通信工程学院,广西玉林 537000;桂林电子科技大学电子工程与自动化学院,广西桂林 541004
【正文语种】中文
【中图分类】TN247
【相关文献】
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