[发明专利]接触和非接触式两用表面粗糙度测量系统

说明书

技术领域

本发明属于工程表面测量技术及其设备领域，具体的涉及一种用于各种工程表面和弹头或工具等工件微小痕迹测量，并具备接触和非接触式两种测量方式的接触和非接触式两用表面粗糙度测量系统。

背景技术

痕迹的测量一般采用数字摄影的方法获得待测物品痕迹的放大的二维平面图像，由于微小的痕迹是三维的，一般是有关机件与待测物体表面发生机械擦划而留下的，常呈凹陷、立体状，其形状及细微特征都是三维分布的，因此二维平面图像无法给出痕迹的完整描述。例如在对弹头进行痕迹测量时，常用的痕迹平面图像二维测量仪提取阳膛线边界，所依赖的是边缘灰度值的变化，其灰度值并不能反映边缘的真实形态，存在较大的误差。另外，常规的痕迹平面图像二维测量仪不能充分记录待测物体的细微特征，不能充分显示待测物体的微小差异。

三维测量技术是新兴的工程表面测量方式，其要求测量仪器垂直测量和水平测量范围较大，尤其是水平扫描范围应在几个毫米或更大，以便综合评估表而的形状误差、表面波温度和表面粗糙度的关系及其对工件表面性能的影响。目前所使用的用于工程表面形貌测量的仪器中，采用接触式测量方法的金刚石触针轮廓仪占有主要地位，这是因为触针式仪器局具有测量可靠、操作方便、价格便宜的优点。但是，该金刚石触针轮廓仪有两个主要的缺点：一方面该类仪器属于接触式测量仪器，触针与工件表面存在一定的测量力，且随着量程的增大而增大，锋利的金刚石触针在一定测量压力下会损坏工件表面，并影响测量结果的真实性。同时，在测量过程中触针可容易遭到损坏。因此，对于一些软金属、生化材料、橡胶表面，以及含信息和超精密加工工件的表面，一般不宜采用该种方式和仪器进行测量，另一方面，受测量头半径、形状、测量力以及测量头动态性能的影响，触针式仪器测量速度慢，一般约为1mm/s，特别是在三维形貌测量过程中需消耗过多时间，从而引入温度漂移带来的误差。

为了克服接触式测量方法的上述缺点，基于各种测量原理的非接触式测量方法得到迅速的发展，该方法可实现对表面形貌的无损测量和评定，并且还有助于提高测量精度和测量速度，因此受到人们的广泛重视和普遍应用。对于工程表面的形貌测量，基于聚焦探测原理的光针式轮廓仪是常备采用的仪器，然而这种轮廓仪对工件表面的清洁度要求较高，工件表面的倾斜度对测量结构有较大的影响，工件材料的反射率对测量结果也存在影响。

而在工程测量实际操作中，生产与研究需测量的表面是极为多样化的，针对不同的被测表面需购置，使用不同的测量仪器，而对于同一待测工件的多样化被测表面则无法进行正确的测量和评定。

采用三维测量技术研究弹头/工具的痕迹的形成、变化规律并进行分析和检验，可以用来区分发和认定射枪种和工具，从而提供破案证据，为司法部门快速、准确的侦破枪击等要案提供有力的支持和科学依据，同时还可用于检查枪械、枪弹的性能状况，但由于现有的接触式测量仪和非接触式测量仪存在上述缺陷，并且无法进行相应检测结果的对比，因此无法对两种测量仪所产生的测量偏差进行校正。

发明内容

本发明的目的在于提供一种可用采用接触和非接触式两种方式进行痕迹的二维或三维痕迹数据采集的接触和非接触式两用表面粗糙度测量系统，扩大了测量对象的范围，并可根据不同的测量对象和同一测量对象的不同部位条件进行接触式或非接触式测量方式的选择。

本发明的另一目的在于提供一种可用于测量弹头或工具微小痕迹测量的接触和非接触式两用表面粗糙度测量系统，它结构设计合理、适用范围广，并能提供测量数据的对比和互补性校正分析，解决了现有接触式测量仪和非接触式测量仪存在的诸多缺陷和不足。

为实现上述发明目的，本发明采用的技术方案如下：

一种接触和非接触式两用表面粗糙度测量系统，包括测量传感器和计算机，其特征在于所述计算机通过测量及数据采集电路连接设置有两组测量传感器，该两组测量传感器分别为非接触式测量头和接触式测量头。

所述非接触式测量头为光针式非接触测量头，所述接触式测量头为金刚石触针式测量头。

所述非接触式测量头和接触式测量头的电感信号线接入一共用的测量及数据采集电路、工作台扫描系统和计算机参数评定模块。

所述测量系统包括水平设置的一维工作台，一维工作台固定设置在一底座上，底座的另一侧设置一立柱，立柱上分别套装有非接触式测量头和接触式测量头。

所述一维工作台上设置有待测物体固定装置，一维工作台由步进电机驱动做一维的运动，步进电机通过驱动电路连接计算机，并有计算机控制运动方式。