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便携式激光表面粗糙度测量仪

导读: 本文介绍了一种基于光散射原理的便携式激光表面粗糙度测量仪。它采用半导体激光器为光源,以远心光路结构接收、处理经粗糙表面调制的散射光带,成功地解决了粗糙度测量精度高低与测量范围大小相矛盾的问题。

  本文介绍了一种基于光散射原理的便携式激光表面粗糙度测量仪。它采用半导体激光器为光源,以远心光路结构接收、处理经粗糙表面调制的散射光带,成功地解决了粗糙度测量精度高低与测量范围大小相矛盾的问题。仪器结构简单、操作方便、测量效率高,精度能满足生产实际的需要。

  1 前 言

  随着对工件表面质量要求的不断提高,表面粗糙度测量已成为控制和改进工件表面质量的必要条件。利用光学原理测量表面粗糙度的方法很多,诸如光点变位法、光波干涉法(包括双光束和多光束干涉法)、微分法、外差法、临界角法、反射光能法即反射散射比法等。作者研制的LRM-Ⅱ型便携式激光表面粗糙度测量仪基本原理也就是反射散射比法,但又与类似原理的核环比法有着很大的区别,由于从光路结构、光电转换和处理上的优化研究,使得仪器能作为计量测试仪器而运用于生产现场,它的试用和与传统触针式轮廓仪的比对均证实了它的优越性。

  2 工作原理

  2.1 测量机理

  如图1所示,当一束激光以一定角度照射到粗糙表面后,除一部分光被试件所吸收外,另一部分被反射和散射,从几何光学的观点来讲,散射光对应于漫反射,反射光与散射光的强弱与被测粗糙度的大小有关。对大多数表面来说,散射光强度角分布为正态型如图1所示,而且其形状特征与表面材料和入射光强度无关,因此表面散射光强度角分布与表面粗糙度之间有一定的对应关系。为简便起见,用正态分布的特征值来表征散射光强度角分布,称之为光学散射特征值Sn:

  式中,为第i单元的归一化光强值,Ii为第i单元的光强值;为i个单元光强的平均值;k为比例系数;n为光电转换阵列单元数。

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