腔體內(nèi)表面粗糙度測試方法研究

1、西安工業(yè)大學北方信息工程學院畢業(yè)設計(論文)開題報告題目： 腔體內(nèi)表面粗糙度測試方法研究系 別光電信息系專 業(yè)測控技術與儀器班 級姓 名學 號導 師1. 畢業(yè)設計（論文）綜述（題目背景、研究意義及國內(nèi)外相關研究情況）1.1題目背景和意義腔體內(nèi)部表面粗糙度在某些場合需要測試，但目前測試設備主要是測試物體外表面的粗糙度，還未見對物體內(nèi)腔的測試設備，因此，研究測試方法對解決這一問題，為下一步設計及實現(xiàn)起著重要的指導意義。1.2國內(nèi)外背景1929年，德國人施馬爾茨（G .Schmalz）第一次對表面微觀不平度得高度進行了定量的評價，并在此出版了一本論述表面粗糙度的專著，書中提出了評定參數(shù)和測量基準線的

2、概念。這兩個概念是表面粗糙度研究歷史上的一次質的飛躍，從此開始了對表面粗糙度的數(shù)量化描述。同代人尼古拉(Nicolau)也對測量基準線的建立作出了貢獻。1936年艾博特（）研制成了第一臺車間用表面粗糙度的儀器，這種儀器用測量距離輪廓峰頂?shù)纳疃扰c支撐面積比的關系曲線，即艾博特曲線來表征表面粗糙度。1940年，英國成功研制出了泰勒雪夫（Talysurf）觸針式表面粗糙度測量儀。從此以后，各國也先后研制出了許多測量表面粗糙度的輪廓儀。1951年，聯(lián)邦德國澳普托廠生產(chǎn)出表面粗糙度的干涉顯微鏡；1958年，蘇聯(lián)生產(chǎn)出性能良好的MHH-4型干涉顯微鏡；1975年，泰勒霍布森（Taylor-Hobson）公

3、司研制出Talysurf-5型表面輪廓儀。近年來，掃描電子顯微鏡（SEM）的出現(xiàn)，為表面粗糙度的測量又開拓了一個新的途徑。隨著生產(chǎn)的發(fā)展和工藝水平的提高，對零件的表面質量提出了愈來愈高的要求，特別是超精密加工技術和光學技術的發(fā)展，使得表面粗糙度的測量技術向著納米級的水平發(fā)展。各國紛紛在這方面展開了研究工作。2. 本課題研究的主要內(nèi)容和擬采用的研究方案、研究方法或措施2.1主要研究內(nèi)容：主要研究直徑為30mm，深度為50mm的孔底面表面粗糙度的方法及實現(xiàn)方案，并就設計方案給出每一組成部分的參數(shù)。2.2表面粗糙度的概念及測量方法（1）表面粗糙度概念/h>1000（宏觀）形狀誤差/h =401

4、000波度誤差 /h<40（微觀）表面粗糙度圖1（2）粗糙度的測量表面粗糙度是評定多種工件表面質量的一個重要指標,研究并測試表面粗糙度是生產(chǎn)加工領域一個很重要的研究方向。傳統(tǒng)的表面粗糙度測量方法可分為兩類：接觸式和非接觸式。2.2.1 接觸式測量方法代表產(chǎn)品是觸針式輪廓儀，如圖2所示。當前國內(nèi)外廣泛應用的觸針式粗糙度測量儀器是用一個尖端半徑很小的觸針壓在被測表面上作橫移掃描針跟隨表面輪廓的形狀作垂直位移?？梢哉f是最大可能地再現(xiàn)了工件的表面狀況，然而這種測量方法有很大的缺陷，測試精度不能保證。圖22.2.2 非接觸式測量方法主要依靠光學，激光等技術手段實現(xiàn)表面粗糙度非接觸測量。1）常用的光

5、學方法包括光切法、光干涉法、光學探針法等。（a）光切法利用“光切原理”測量表面粗糙度的方法。光切顯微鏡又稱雙管顯微鏡，如圖3所示。圖3圖4（b）光干涉法利用光波干涉原理來測量表面粗糙度的方法。主要用于測量表面粗糙度Rz和Ry值，可以測到較小的參數(shù)值，通常測量范圍0.031m，常用的測量儀器干涉顯微鏡，如圖4所示。（C）光學探針法光學探針采用輪廓技術，逐點測量表面高度，類似于機械觸針。垂直分辨力可以達到納米級，側向分辨力受照亮點的尺寸確定，該尺寸受繞射的影響。但用這種方法得到的結果，與用傳統(tǒng)的觸針式方法得到的結果的一致性并不太好。2）激光散射法當一束光以一定角度照射到物體表面時，除一部分光被物體

6、材料吸收外，大部分光被反射和散射。根據(jù)幾何光學原理，反射光和散射光的強弱與物體的表面粗糙度有關，反射光集中于小面積上，形成由許多光點組成的光斑（稱為光核），散射光則分布于光斑兩側，形成由許多光點組成的光帶。對于表面粗糙度值較小的表面，反射光斑的光能較強，散射光帶寬度較窄；反之，表面粗糙度值較大的表面，反射光斑的光能較弱，而散射光帶則較寬，如圖5所示。這一現(xiàn)象定性說明了被照射物體表面粗糙度值的大小與光能分布之間存在一定的對應關系。如能測出核帶比，就能確定粗糙度。圖52.3本設計擬用方案由于內(nèi)腔的空間比較狹小，用接觸法不是很好實現(xiàn)對其的測量，所以選擇研究非接觸法測直徑為30mm，深度為50mm的孔

7、底面表面粗糙度。主要選擇激光散射法。圖6如圖6，出射激光束通過偏振片8后成為線偏振光，偏振方向平行于紙面。分光鏡3將光束一分為二，其中一束光(測量光束)被平面反射鏡4反射，通過1/2波片5使偏振方向轉過90°(即偏振方向垂直于紙面)，然后由透鏡6(f=40mm,D=30mm)會聚后到達被測工件表面，經(jīng)工件表面反射后形成反射光斑和散射光帶，再通過偏振分光鏡7后到達接收光電二極管陣列(SPD)；另一束光(對準光束)經(jīng)分光鏡3后垂直入射到被測工件表面上，因該光束未經(jīng)過1/2波片，故仍垂直返回，再經(jīng)分光鏡3后照射到SPD上，該光束的作用是實現(xiàn)被測工件的對準。對準光束垂直入射到被測工件表面，通

8、過接收其反射光束，辨別反射光斑中心二極管的輸出最大值，即可實現(xiàn)工件的對準，并可解決回光對激光器的影響并提高光能利用率。在測量光束中加入1/2波片改變其偏振方向后，可使經(jīng)被測工件表面散射后的測量光束因偏振分光鏡的阻攔而無法返回激光器，從而消除了回光的影響。3. 本課題研究的重點及難點，前期已開展工作重點:1）了解各類測表面粗糙度的方法； 2）將各類方法進行比較，選出適合的方案；3）了解1/2波片；4）了解偏振分光鏡；5）了解SPD。難點:1）設計測量狹小內(nèi)腔粗糙度的方法；2）光路圖的實現(xiàn)與核帶比的測量；3）SPD的工作原理。前期準備工作：1）以查閱資料為主，通過對相關文獻，資料的了解，已明確設計

9、任務。2）了解了表面粗糙度的測量方法，并比較接觸式和非接觸式測量的優(yōu)缺點，選定非接觸測量方法來完成課題。3）提出了設計的方案，并已對實現(xiàn)這個課題的方法做了相應的了解，對本課程的工作原理、方式也有了一定認識。4. 完成本課題的工作方案及進度計劃（按周次填寫）設計的基本要求及進度安排（含起始時間、設計地點）： 該題目在校內(nèi)完成設計，時間為2012年11月26日到2013年4月12日。設計的基本要求及進度安排： 第12周 查閱資料，了解表面粗糙度的測試理論。第14周 在充分理解畢業(yè)題目基礎上，初步方案設計，撰寫開題報告。第58周 比較不同設計方案，并撰寫中期報告。第914周 就某一合理方案給出各部分

10、參數(shù)。第1516周 撰寫畢業(yè)論文，準備答辯。5 指導教師意見（對課題的深度、廣度及工作量的意見）指導教師： 年 月 日 6 所在系審查意見： 系主管領導： 年 月 日參考文獻1K.I.Jolic, C.R.Nagarajah and W.Thompson. Non-contact, optically based measurement of surface roughness of ceramicsJ.Measurement science and Technology, 1994,5:671-684. 2陳繼濤.表面粗糙度檢測方法發(fā)展史及研究現(xiàn)狀概述J. 中國科技信息. 2007(17)3

11、李伯奎,劉遠偉.表面粗糙度理論發(fā)展研究J. 工具技術. 2004(01)4 王文卓,李大勇,陳捷.表面粗糙度非接觸式測量技術研究概況J. 機械工程師. 2004(11)5 陳捷.鑄造表面粗糙度.北京機械工業(yè)出版社6 苑惠娟.非接觸式表面粗糙度測量儀哈爾濱科學技術大學學報7姚靈. 觸針式表面粗糙度測量儀整機性能指標的分析與測量J. 上海計量測試. 1995(02)8張?zhí)┎? 光切法測量表面粗糙度的常見問題與消除方法J. 機械工人.冷加工. 2005(03)9 卞小林.粗糙度的計算研究J.通化師范學院學報.2008(08)10四川大學( 成都610065) 邱瑜,秦龍,王世華.用激光散射法非接觸在線檢測表面粗糙度11楊春蘭,浦昭邦,葉會英,阮學文. 新型光觸針式表面粗糙度測量系統(tǒng)J. 宇航計測技術. 1999(05)12盧超，鄔冠華，馬國威航空鈦合金板膠接表面粗糙度的超聲測量J測試技術學報，2008，22（1）：59-65.13Gatabi J R，Gatabi I R. A Novel Doppler Based Ul