[发明专利]一种基于光学散射原理的表面粗糙度检测系统

说明书

本发明公开了一种基于光学散射原理的表面粗糙度检测系统，包括光源、会聚镜组、针孔、准直镜组、可变光阑、待测样品、聚焦镜组、光电探测器、消光陷阱、数据处理系统。光源发出的光波经过会聚镜组会聚为细光束，再经针孔滤波后，准直镜组将经过针孔的光束变换为准直光束，通过可变光阑控制入射到待测样品表面光斑的大小，入射到待测样品表面的光束经待测样品向半球空间散射，聚焦镜组将散射到半球空间的部分光束能量收集于光电探测器，光电探测器倾斜一定角度放置，消光陷阱用于收集因光电探测器窗口表面产生的镜面反射光束，经数据处理系统获得待测样品的表面粗糙度。本发明具有快速、非接触、不损伤工件表面、可进行在线测量等优点。

技术领域

本发明属于对表面粗糙度进行精确测量高精度测量技术领域，具体涉及一种基于光学散射原理的表面粗糙度检测系统。

背景技术

表面粗糙度，是指加工表面具有的较小间距和微小峰谷不平度。其两波峰或两波谷之间的距离(波距)很小，用肉眼是难以区别的，因此它属于微观几何形状误差。表面粗糙度越小，则表面越光滑。表面粗糙度的大小，对零件的使用性能有很大的影响，比如：机械表面粗糙度影响零件的疲劳强度、抗腐蚀性、耐磨性、接触刚度以及测量精度，光学镜片表面粗糙度影响成像质量和系统透过率，因此，在加工过程中必须对元件表面粗糙度进行精确测量。

车削光学表面采用材料去除方式进行加工，表面质量对于光学系统的光学性能起着至关重要的作用。加工表面质量主要包括两方面内容：加工表面的几何形貌和表层材料的物理性能。几何形貌是由加工过程中的切削残留面积、切削塑性变形和振动等因素的综合作用在工件表面上形成的表面结构。主要包括表面粗糙度、表面波纹度、表面纹理方向和表面缺陷四方面内容，传统的接触式测量方法通过多年的发展，已被广泛应用。但由于其具有易划伤被测工件表面，测量效率低，限制了其在精密非接触式测量方向上的应用。在实际生产中，已经加工好的工件需要从机床等加工设备上取下，拿到专门的测试平台上对其表面形貌进行离线测量，如果未达标，则需要重新将工件装载到加工设备上重新进行加工。在装夹过程中会带来装夹误差等二次误差，而对于复杂表面如自由曲面工件而言，对表面设计时本身就要对加工路径进行设计和优化，而当工件二次装夹后，刀具无法与原有加工路径吻合，势必需要进行二次加工，增加了出现误差的概率和对加工表面质量的不可预判性。同时，在工业生产中，重复装夹会影响加工速度，大大降低了生产效率，提高了生产成本。

综上所述，必须探索一种新的表面粗糙度检测方法，建立一套能对表面粗糙度进行精确测量的系统，即基于光学散射原理的表面粗糙度精密检测系统，在加工过程中实时在线对元件表面粗糙度精确测量，从而更好的解决工业生产中的实际问题。

在线测量可以在机床等加工载体上直接对工件表面进行测量，避免了装夹误差，加工点二次定位误差等因二次装夹带来的误差，提高加工效率，实现加工与检测的一体化。

另外，该测量系统还可以用于宝石表面、化妆品效果展示、汽车车漆和车膜表面以及医药方面等等，总之，随着激光技术和现代工业技术的向前发展，对产品表面粗糙度的要求越来越高，建立一套能无损、精确测量表面粗糙度的检测系统变得十分迫切。

发明内容

本发明解决的技术问题为：提供一种表面粗糙度检测系统，解决光学加工和机械加工过程中其表面粗糙度是否满足指标要求。

本发明采用的技术方案为：一种基于光学散射原理的表面粗糙度检测系统，包括光源、会聚镜组、针孔、准直镜组、可变光阑、待测样品、聚焦镜组、光电探测器、消光陷阱、数据处理系统。光源发出的光波经会聚镜组会聚为细光束，再经过针孔滤波后，准直镜组将经过针孔的光束变换为准直光束，通过可变光阑控制入射到待测样品表面光斑的大小，入射到待测样品表面的光束经待测样品表面调制后向半球空间散射，聚焦镜组将散射到半球空间的部分光束能量收集于光电探测器，光电探测器倾斜一定角度放置，消光陷阱用于收集因光电探测器窗口表面镜面反射产生的光束，进入光电探测器的光能量包含了待测样品表面的粗糙度信息，经数据处理系统获得待测样品的粗糙度。