在使用過程中的光散射測量表面粗糙度

1、在使用過程中的光散射UIF佩爾森測量表面粗糙度電光實驗室，信息技術(shù)部，瑞典中部大學(xué)摘要：本文介紹了適用它的儀器在加工過程中測量表面粗糙度在這個過 程中用到了磨削機。在粗糙度0.09/日m 0.016/日m的表面進行第一 次實驗，在粗糙度0.30/ m0.34/日m的表面進行第二次實驗。該儀 器是基于光散射和表面的粗糙度被分類在相同的順序使用觸筆儀器 時。這里介紹的方法是普遍適用的，即更粗糙的表面可以自己測量的 激光，如果適當(dāng)波長和檢測器那敏感的波長選擇。1引言現(xiàn)代加工技術(shù)已增加了需要在加工過程中測量表面粗糙度。鑒于事實 是進程運行無需人員的任何監(jiān)督。自動系統(tǒng)相對表面的測量粗糙度是 必需的。這樣

2、的系統(tǒng)的任務(wù)是提供一個信號時，工件的表面粗糙度已 經(jīng)減少到令人滿意的水平。另一項任務(wù)是預(yù)示當(dāng)加工刀具被磨損。表面紋理的控制是工程行業(yè)的高度關(guān)注，該行業(yè)的粗糙度密切相關(guān) 的表面的功能。在自動化生產(chǎn)強大的流程更復(fù)雜的表面粗糙度測量， 簡明地介紹了表面結(jié)構(gòu)和表面粗糙度的表征和測量可以在達格納爾 的工作中找到。更詳細介紹由托馬斯J提出誰處理過的表面地形，手 寫筆儀器，光學(xué)儀器以及表面形貌和應(yīng)用程序的特性。河畔花邊計量由非同時處理在更一般的術(shù)語房子。格雷森提交經(jīng)修訂的典范在轉(zhuǎn) 動中，實驗預(yù)測表面粗糙度證據(jù)表明，短路方法論主辦的結(jié)果 估計或比現(xiàn)有理論的解決方案更好的表面粗糙度。常用的表面粗糙度參數(shù)弧 被定

3、義為：RaR =Lfl z (x) I dx0被定義為：RqR = | 上 f z 2 (x)dx:0其中，z(x)是從平均線的輪廓和出發(fā)L為取樣長度R =最大峰-谷 L之內(nèi)的高度。手寫筆工具，最常見于表面粗糙度測量。并不適用于在加工過程中測量表面粗糙度在振動是不可避免的，許多光學(xué)方法有哪些適用于表面粗糙內(nèi)斯測量：聚焦光散射。斑點和干涉。光散射的各種應(yīng)用已經(jīng)表明承諾在儀器的發(fā)展過程中的測量表面 粗糙度。一個詳盡介紹光學(xué)技術(shù)用于在線測量表面形貌是由Vorburger和蒂格提供。鏡面反射率，總集成的散射，擴散度，角散射分布，去斑，橢偏儀和干涉全部治療。布羅德曼和圖爾恩提出了一個基于光散射和所使用的

4、參數(shù)的儀器粗糙度的分類被稱為七，SN是一個加權(quán)雜散光分布的二次均值。結(jié)果從上具有20nm的R 2m表面測量進行了介紹和表面被劃分在同一令，手寫筆工具。之間的相關(guān)性的曲線R和Sn取決于所使用的加工過程。不同加工工藝得到不同的表面紋理。這機械加工相關(guān)的質(zhì)地產(chǎn)生不同的光散射，散射圖案。Takeyama等人。我提出了適用的儀器在過程檢測中的加工表面粗糙度。一鹵素?zé)羰枪獾墓庠春凸饫w引導(dǎo)的光在表面上。該方法是基于光學(xué)反射化和表面粗糙為R = 40頃處測得顯示max可喜的成果。這些表面可以進行分類反射輸出在正確的順序。Vorburger等。表面呈現(xiàn)粗糙的政權(quán)， 內(nèi)斯可測量的光散射。表面性能，例如 作為功率譜

5、密度，自相關(guān)函數(shù)，均方根粗糙度和均方根斜率進行處理。R估計只要為R .以0.3為可測量的光散射。 Q其中A是上述照明的波長。作過程中的檢測表面粗糙度的光學(xué)傳感器，提出了由Lonardo和米凱萊蒂。這傳感器是基于橢圓偏振，即被測表面是由偏振紅外光束和偏振光照明的反射波的橢圓是由表面的影響粗糙度。在域R 1.15日山個表面進行測量和測量信號和R之間的相關(guān)性， a接近線性的。在線和過程傳感器是由三井介紹。VOrburger和蒂格和Young等。一個工業(yè)應(yīng)用過程中的測量，提出了由漢堡和Blaszczak。該儀器通過漢堡和Blaszczak設(shè)計是基于光散射。的表面被使用紅外二極管和強度照明系統(tǒng)的散射光4

6、0度的鏡面方向是用于粗糙度參數(shù)的計算的基礎(chǔ)。鏡面反射方向是在其中登記角等于照射角度，即該方問=012，圖1地面表面的0.2/頃R 2.2/頃范圍a進行測定，結(jié)果是有希望的：表面 被歸類于相同的順序用手寫筆工具。本研究的目的是調(diào)查的可能性應(yīng)用光散射相對表面粗糙度在 測量過程。2。理論從一個表面，它得到的散射圖案當(dāng)用激光照射取決于等等因素的表面粗糙度。從散射的改變面作為表面變得更平滑，可以用來測量表面粗糙度。如果粗糙表面被照亮相于光的散射被漫：但是由于表面加工散射會期間變得光滑少漫射。這個改變從漫散射到非漫散射可被用作在一個物理原理表面粗糙度的測量。鏡面反射率的測量已經(jīng)由。等等。坦納和Fahoum

7、 Chinmayaaandam 和西爾文諾伊寧等。鏡面反射是由拉文徹底處理。圖一，散射幾何。圖1是入射面S為散射面。入射光束是沿斜邊入射平面1。和P位于上散射的斜邊平面S。一個模型，給出了散射的普遍看法從一個面作為照明和觀察的角度的函數(shù)。粗糙度，相關(guān)長度和光束寬度被開發(fā)由貝克曼和Spizzichino。貝克曼模型根據(jù)給出的點P的散射遠場（3）式。圖一顯示了散射幾何。造成這種散射表面是先決條件有一維的粗糙度，即Z（X，Y）= Z（x）。rF2T 加寸 gmV2T2、r/ 、 rr*= s2 +旗 exp （t ）exp（g）（3）2 Lm !m 4mm=1其中2L是表面的長度。L為測量的在x方向

8、化。（RR*）是平均分散權(quán)力的比值電源通過在鏡面方向的平滑表面反射。_ sin(y L)F(0 ) = 1 + cos0 cos0 sin 0 sin 0 cos0 1 2 3 TOC o 1-5 h z $丫 1L1212cos 0 (cos 0 + cos 0 )112角0 ,0 ,0在圖1中所定義1232兀八八y = - (sin 0 sin 0 )其中人是上述照明的波長。2兀R八 八g =入 q (cos0 + cos0 )21000!圖2的散射范圍在30納米的表面具有粗糙度20nm七300nm的記作勺的軸定義為表面 的粗糙度。9記為：是根據(jù)圖1中的角L表示強度。300R是包含在參數(shù)g

9、。和g可被視為粗糙度參數(shù)，g1 :表面粗糙式的第一部分。（3）描述了反射鏡面 光，第二部分描述了漫散射光。在光滑的表面，式中的第一項（3）占主導(dǎo)地位 和式（3）可以簡化。對于鏡面反射方向，艮由廣:公式（3）被簡 化為:=exp 成T是相關(guān)距離的量C（T）已經(jīng)降低到為，一 1以下假設(shè)在方程進行：-表面高度服從正態(tài)分布。-所述的表面高度相關(guān)函數(shù)是高斯型的。-表面是局部平滑。-該入射光束是平面波。-電磁場是標(biāo)量。-屏蔽與多重反射被忽略。-表面是理想導(dǎo)體，即，表面反射率等于1。圖2示出的結(jié)果從一個模擬的散從一個表面輻射的基礎(chǔ)上，貝克曼模型。該強度是由式（3）計算。散射強度記為L為0和r的函數(shù)中，n。即

10、l（R ,9 ）的2 qq 2強度。L是對數(shù)，L = lolog ，并與 從一個完全菲亞特表面散射強度是大于0且小于或等于1，這意味著，L = 0為 最大強度可能實現(xiàn)。對于一個完全平坦的表面上:z（x,y）= 0;= L對應(yīng)于L = 0。L= 0時發(fā)生02=0和r = 0時的表面。變得粗糙的最大值降低，為一定的粗糙度達到0 = 0。如圖2可以看出2。一定粗糙度的土散射強度。L減小遠離鏡面反射方向。如果一個固定的角度選擇很明顯，一個粗糙的表面給人以低散射強度比光滑的。在圖2, T =1Rm，L = 1mm?人=0.6 rm，0 = 0 和 0 = 0 。3，實驗研磨機。JUNGNER PLS三百

11、分之六百中，使用在這些實驗中。標(biāo)本制作工具鋼，ENXt00CRMV5 -1。研磨機裝有用拋光輪，聚硫橡膠，由Naxab AB制造。用氦氖激光具有表面被照 亮的632.8毫微米，該研磨機和使用的測量系統(tǒng)的波長示于圖3,研磨臺記為5能在三個方向上自動地移動。試樣通過激光和鏡面反射照明系統(tǒng)反射的光被測量。發(fā)病率和反射角度是在這些實驗中約45 。而進行機械加工表面粗糙度的測量是當(dāng)在其上的試樣安裝臺處于端位置。在這些實驗中使用的檢測器是光二極管。S2281 -01，由濱松制造。該參用于測量表面粗糙度ETER是一種改性的鏡面反射參數(shù)V. V被定義為：LV =Li在那里ly是在鏡面方向測得的強度由探測器和是

12、入射光的強度。iV可見不相同到鏡面反射。在計算鏡面反射鏡面反射強度應(yīng)在相同 的測量直徑為入射光束。從物體的距離到檢測器也必須嚴(yán)格限定。在 相對表面粗糙度的測量兩個V和R （鏡面反射率）是可以想象的分類參數(shù)。圖3用來研究研磨機的，示意圖的光散射在加工過程中改變。所表示的表1：氦氖激光器5可以自動在三個方向上移動。2：檢測器。3：輪。4：樣品5：磨盤。圖4示出結(jié)果從一個加工過程。如可他在圖4中看到的，鏡面反射光的增加表面由光滑。沿十首曲目測量加工過程開始之前的粗糙度給出了以下結(jié)果:R = 01600013頃。后的加工過程完成下述夫，值被達到:aaR = 0.090 0.012日m。參考測量進行了使

13、用手寫筆的儀器Surtronic3+。由制造 排名泰勒霍普森以下規(guī)格:過濾器 2CR(國際標(biāo)準(zhǔn)組織)切斷長度 0.025mm:( r = 0.090土0.012 日m)2.5mm:( R = 3.4 土 0.3 日m)a手寫筆尖端半徑5日m在圖4和t (s)是加工時間。圖5示出了類似的過程，作為在圖4中，主從圖4不同的是，此樣品是更粗糙。前加工進行R = 3.4 土 0.3日m和a后的R = 3.00.3 口m。a兩圖4和5顯示的方法的適用性在本文中對表面粗糙度的測量描述在一個加工過程。它也可以使用光根據(jù)粗糙度散射米表面分類粗如在圖5中，是由于這一事實，即一個表面的捻高度影響的散射圖案。試樣的

14、捻圖5中給出了使用該改變的目標(biāo)散射圖案作為表面以這樣的方式變得更平滑的脊部表面都扯平，但谷主要是不受影響。今天晚上脊給出了更多的非漫散射或更多的鏡面反射，該粗糙度的R或R的條款的粗糙度仍然很高。為了測量表面 a q這種類型的粗糙度R 1，且與無業(yè)外人士 a儀器在本文一 CO激光器，人=10.6日m，儀器描述 2和一個相應(yīng)的檢測器被用來代替He-Ne激光器， 和一個光電二極管，S 2281-01。 it I加工過程中圖4。涂改的光散射IW 1QKb u4 4討論在本文的實驗結(jié)果表明適用性 的光散射，作為控制表面粗糙的方法 岬在研磨過程。鏡面反射光 隨著表面平滑。為適用本 技術(shù)要求泰國主導(dǎo)鏡面反射

15、分量 存在反射光，或者上籃造成反射模式存在這將成為作為河畔更占優(yōu)勢臉變得更順暢。提出的儀器可被用作在自動加工過程中的一個組件。該過程可以繼續(xù)下去，直到散射參數(shù)已經(jīng)實現(xiàn)了編程的值，它然后停止和一個新的試樣是加載。測量范圍可以通過使用擴展激光具有更長的波長。中提出的實驗本文提出了一種He-Ne激光器，人=632.8 nm處，用一個小屋二氧化碳激光。人=10.6 H m可以在特殊情況下是適當(dāng)?shù)?。這個模塊化系統(tǒng)的一個優(yōu)點是易于與它可修改為不同的應(yīng)用。檢測器可以容易地連接到一臺計算機和一個網(wǎng)絡(luò)。光電二極管被連接到一個光傳感器amplitier它可以是連接到A / D板在一臺電腦。計算機是連接到網(wǎng)絡(luò)或CA

16、M系統(tǒng)。如果是小型化所需的纖維可用于引導(dǎo)激光的表面和另外一個光纖引導(dǎo)的光從表面到檢測器。這使得有可能相對表面粗糙度測量內(nèi)，例如，一個管。參考文獻：1:H. Dagnai I，探索表面紋理。排列泰勒霍普森萊斯特。英格蘭。1986: T.R.托馬斯（主編），粗糙表面，朗文，紐約，1982。: D.J.懷特豪斯。手冊表面計量的。物理研究所出版，布里斯托爾，1994。: W. Grzesik。修改后的模型，用于預(yù)測車削表面。穿194（1996）143-148。: K.三井。在過程傳感器的表面粗糙度及其應(yīng)用，精密工程。精密工程8（4）（1986）212-220。: J.M.貝內(nèi)特，L.馬特森。介紹了表面

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