精密測(cè)量技術(shù)new

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1、編號(hào)122311精密測(cè)量技術(shù)光學(xué)干涉原理的測(cè)量技術(shù)學(xué)生姓名孫世才專(zhuān)業(yè)測(cè)控技術(shù)與儀器學(xué)號(hào)1122133指導(dǎo)老師張婉儀分院光電工程分院2014年6月24日星期二第二基于光學(xué)干涉原理的測(cè)量技術(shù)表面粗糙度是評(píng)定多種工件表面質(zhì)量的一個(gè)重要指標(biāo)。研究并測(cè)試表面粗糙度是生產(chǎn)加工領(lǐng)域—個(gè)很重要的研究方向。傳統(tǒng)的表面粗糙度測(cè)量方法可分為兩類(lèi)：接觸式和非接觸式。接觸式測(cè)量方法的代表產(chǎn)品是觸針式輪廓儀。當(dāng)前，國(guó)內(nèi)外廣泛應(yīng)用的觸針式粗糙度測(cè)量?jī)x器是用一個(gè)尖端半徑很小的觸針壓在被測(cè)表面上作橫移掃描，觸針跟隨表面輪廓的形狀作垂直位移，可以說(shuō)是最大可能地再現(xiàn)了工件的表面狀況。然而這種測(cè)量方

2、法有很大的缺陷，測(cè)試精度不能保證、測(cè)量速度慢、實(shí)現(xiàn)在線(xiàn)檢測(cè)困難。近年來(lái)，國(guó)內(nèi)外對(duì)具有快速、非破壞性、可在線(xiàn)測(cè)量特征的非接觸式檢測(cè)技術(shù)的研究十分活躍，主要依靠光學(xué)、電磁波和圖像處理等技術(shù)手段實(shí)現(xiàn)表面粗糙度非接觸測(cè)量。本文主要介紹幾類(lèi)非接觸式表面粗糙度的測(cè)量技術(shù)。相干光照射到工作表面同一位置時(shí)，由于光波的相互位相關(guān)系，使合成光強(qiáng)度發(fā)生周期性變化，即產(chǎn)生光波干涉現(xiàn)象。傳統(tǒng)的干涉法是測(cè)量是用相干光照射工作表面然后與參考光相比較，觀(guān)察干涉條紋。但在實(shí)際測(cè)量中，易于獲得的條紋圖樣并不能得到光程差圖，而是顯示等高圖。只有對(duì)干涉條紋做適當(dāng)變換，才能用來(lái)定量檢測(cè)表面粗糙度。一般

3、而言，干涉法測(cè)量表面粗糙的，測(cè)試精度取決于光的波長(zhǎng)。但是，干涉條紋的分辨率是以光波長(zhǎng)的一半為極限的，僅從條紋的狀態(tài)無(wú)法判斷表面是凸起還是凹陷。因此，作為一種具有較好分辨率，寬測(cè)量范圍的表面粗糙度在線(xiàn)檢測(cè)技術(shù)，這種干涉法測(cè)量技術(shù)還有待遇進(jìn)步發(fā)展。相對(duì)干涉光強(qiáng)法是根據(jù)光學(xué)干涉基本原理提出來(lái)的測(cè)量方法。在同一干涉級(jí)次的最大干涉光強(qiáng)與最小干涉光強(qiáng)之間，即最亮干涉條紋與同級(jí)最暗干涉條紋之間，干涉光強(qiáng)隨標(biāo)準(zhǔn)件與待測(cè)件之間的間隙大小或者光程差的變化而變化。因此，任一點(diǎn)的間隙可以通過(guò)該點(diǎn)的光強(qiáng)在最大光強(qiáng)與最小光強(qiáng)之間的相對(duì)位置以及間隙為零時(shí)的光強(qiáng)值來(lái)確定?；诠鈱W(xué)干涉原理，華

4、中理工大學(xué)采用光外差干涉方法研制出2D—SROP一1型表面粗糙度輪廓儀。，其系統(tǒng)工作原理見(jiàn)圖1,直接測(cè)量參考波面與被檢測(cè)波面間的位相差，是一種具有很高的位相分辨力和空間分辨力的測(cè)量方法。光源發(fā)出的光束經(jīng)分光板后，一束光射向被測(cè)工件表面，另一束光射向參考面。兩束光經(jīng)反射后重新相遇形成干涉條紋，條紋的相對(duì)彎曲度即反映了被測(cè)表面的微觀(guān)高度差。兩束光的相位差與被測(cè)表面微觀(guān)高度差h的關(guān)系為：通過(guò)測(cè)量即可測(cè)得。圖1光外差干涉技術(shù)工作系統(tǒng)光外差干涉(0HI)測(cè)量技術(shù)，是一種具有納米級(jí)測(cè)量準(zhǔn)確度的高精度光學(xué)測(cè)量方法，其理論分辨率優(yōu)于，適用于精加工、超精加工表面的測(cè)量；而且可以

5、進(jìn)行動(dòng)態(tài)時(shí)間的研究。近年來(lái)，外差測(cè)量法發(fā)展快速，對(duì)于產(chǎn)生外差的方法專(zhuān)家學(xué)者提出了多種想法，主要有雙波長(zhǎng)法、聲光調(diào)制法、雙頻激光法、波長(zhǎng)調(diào)制法和參考面壓電振動(dòng)法等等。共光路干涉法是另一種測(cè)量方法。它是利用米洛(Mirau)干涉儀原理，參考鏡放在試件表面附近，參考光和測(cè)量光使用相同的路徑，通過(guò)陣列二極管或者電視攝像頭觀(guān)察干涉條紋，并存儲(chǔ)條紋。移動(dòng)物鏡和參考鏡，攝取條紋圖像，最終是在垂直方向移動(dòng)量正好為一個(gè)波長(zhǎng)，貯存在計(jì)算機(jī)內(nèi)的條紋圖像可以給出平面上任何位置的實(shí)際高度。美國(guó)維易科(VEEC0)精密儀器有限公司是世界領(lǐng)先的精密測(cè)量?jī)x器和工藝設(shè)備制造商，其測(cè)量?jī)x器可用來(lái)

6、進(jìn)行納米范圍的精密測(cè)量?；谏鲜鰷y(cè)量原理，該公司生產(chǎn)了商品化的WYK0激光干涉儀和光學(xué)輪廓儀，可用來(lái)測(cè)量干涉條紋位相。據(jù)悉，中國(guó)科學(xué)院上海技術(shù)物理研究所已經(jīng)采購(gòu)了該種儀器，可測(cè)量的臺(tái)階面，數(shù)據(jù)獲取和結(jié)果顯示僅需要，重復(fù)性為。清華大學(xué)雒建斌教授等人分析了最近發(fā)展起來(lái)的幾種動(dòng)態(tài)表面粗糙度測(cè)量方法的優(yōu)缺點(diǎn)，提出采用被測(cè)表面激光反射圖的暗區(qū)比來(lái)實(shí)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)表面粗糙度的實(shí)時(shí)測(cè)量。他認(rèn)為：散斑的形成主要?dú)w于光干涉效應(yīng)，即從被照表面不同部分反射光的相干而形成；被測(cè)表面給定點(diǎn)的最終光強(qiáng)取決于各束干涉波的振幅疊加結(jié)果。如果合成振幅為零，則該像素點(diǎn)為暗斑；如果所有光束同時(shí)協(xié)調(diào)到達(dá)該點(diǎn)

7、，則可觀(guān)察到最大的光強(qiáng)。采用實(shí)時(shí)全息干涉測(cè)量方法，運(yùn)用計(jì)算機(jī)視頻圖像處理干涉條紋，是一種具有先進(jìn)性和實(shí)用性的技術(shù)。該技術(shù)的關(guān)鍵：一是將全場(chǎng)干涉條紋分布轉(zhuǎn)換成位移分布；二是描繪動(dòng)態(tài)條紋即條紋隨時(shí)間的變化曲線(xiàn)。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，干涉條紋圖像處理技術(shù)將是表面質(zhì)量檢測(cè)研究工作的熱點(diǎn)之一。長(zhǎng)城計(jì)量測(cè)試技術(shù)研究所采用掃描測(cè)量技術(shù)，用自動(dòng)圖像處理系統(tǒng)對(duì)干涉顯微鏡的干涉圖像進(jìn)行自動(dòng)分析處理與檢測(cè)，提高了檢測(cè)速度和干涉圖像的判讀分辨率，為超精加工產(chǎn)品和零件的檢測(cè)提供了重要手段。該系統(tǒng)結(jié)構(gòu)組成如圖2所示。圖2表面粗糙度干涉圖像處理系統(tǒng)首先要對(duì)采集的圖像進(jìn)行清除噪聲、平滑圖像、

8、圖像增強(qiáng)、圖像分割等處理，以利于計(jì)算機(jī)