(红外)非接触式表面粗糙度仪

1993年第3期制造与测试第十四卷④一非接触式表面粗糙度测定仪叫中国科学院上海光机所朱晨●__..-.一提要奉课题是关于研制测量推力轴承彤滚道上的表面粗糙度的专用量仪,采用无损伤表面的非接触法,测量范围从值0.63,<>:0.12,也是8组至13(131—68).本文阐述国内外有关的发展概况,该课题研制方向,工作特性厦*巷结论分析.**章研翩内容和摄述一,研制内容轴承是机械制造中必不可步的组成构件,其精度直接影响到仪器(机床)的*终加工精度,为此机械行业订有六个等级,,,,,,其中对轴承形滚遭粗糙度的测量值也是一项综合指标(见图1).难度主要体现在:(1)形滚道上不规则的轮廓,(2)高精度的表面极易划伤,(3)表面油膜阻碍测量的进行等等.国家*新版布的国标1031—83中规定了粗糙度的14个等级,对低精度的轴承较易测量,我们研制的方向是设计一种高精度测定仪.圈1八十年代勿周内外察看工件光洁糜的办法一般采用癣曦,.即用已曲成.的梓板对照,确定等级,因而误差较大.八十年代中期,首先是日本开始研究较为精密的粗糙度测试仪.美国公司研制成的ⅱ型接触式表面粗糙度测量仪可以测出5～65的各种光洁度和膜厚,其原理是采用一个非常灵敏的传感器,通过触针在工件表面划过,.得到一系列波纹信号,送到一232计算机中处理得出结果,它柏优点在于直观和不受外界干扰,缺点为极易划伤被测件表面及限制于触针的口径尺寸使其有极限值.科学技术的发展到了后期,国际上研制出非接触光洁度测定仪(见图2),由—激光器射出的光束通过二块透镜和被测面,再经过分光镜至光电板采样,处理数据得出结论.优点是非接触,缺点是它不能区分来自反射讯号和散射光斑讯号,也就不能很好地反映正确值,因此在此基础上又制成瞒界角仪(见图3)和波面分割仪,它们都可区分讯号,限于篇幅,下面仅介绍临界角仪.仪器中的关键部件是一块高精度斜角的透射镜,的精度为1弧度.当被测表面起伏不平一(如*高,为公法线上,*低)时,通过激光束射到被测面,在点时8(散射角)=,成为临界全反射.在至段&;,成为垒反射.在至段&;,成为折射,只有一部分光线被反射到光电板上.因此光电板上接受的光电讯号根234据表面起伏程度强弱不等,其中散射讯号即接近角的光线变化显着,采样后通过逻辑处理器可得出值或光洁度值.同样反映在示波器上它的输出波形变化.-激光器腰2田8....激光器射出的光束通过冠斯特棱镜和透镜会**●原理性分析聚到被澳面后,反射讯号(阴影部分)和散通过上述的调研并分析了已经掌握的资射讯号分别通过各自不同的反射方式和反射科,我们得出**种方案(见图4),其中位置被不同的光电管接收,将讯号相除后根1一透镜,2一冠斯特棱镜,3—据不同的值得出相同的光洁度值,即…激光器,4一小透镜,5一光电管.——,其特点是精度较高,但是(1)体积较大,不适合移动作业(2)冠斯特棱镜制作精度高,成本高,(3)机械加工周期长.因此确定**种方案一"光纤式一测定仪.用一根通光口径巾0.5光纤导光,通过耦合,图5取样采出讯号输送到电路中.原理图如下(图5),其中光源采用——激光管,和2分别是两束光纤,夹角0(设计时定为30.),3和4是光电讯号转换器,5是逻辑处理器将垂直被测面的反射光强度定为,0角的散射光强度定为,垂直方向取出柏光讯号为.,则:=/0量纲]其中为表面粗糙度的平均高度值,量纲[]为8方向上的入射光强在垂直方向上的散射分量,与0角的大小和表面粗糙度有关,量纲;/].这套光纤式"测定仪不仅测试精度高,测试范围广,完全符合项目要求,而且对测试面无损伤,效率高,可方便地携带,工作方便.但这套装置成本较高,约需八仟元左右,而且受激光器寿命限制,使用了一段时间后要更换.但总的来说还是比较适合科技发展要求,作为一般工矿企业都可使用.下面分析一下这套装置的精度.捆诃节的,其漂移值不超过封质的谧暖收为恒定测量值,故定为在窭举潮试申【值掬误差超过1%,(盘贰舄成.:.:0+:-0.0141第三章系统精度分析按照系统分析光学密度△:=跨等鲁?由此推断.=+…(1)将(1)式按误差理论,有::×,/△+△矗+△…(2&;公式(2)称为误差分析式瓠公式(2,看,.,,均为常数,而,,均为随机误差.垂直方向的光讯号.是可以控制和≤1.5%.…………………(3)对照(.值.'粗糙度表:8喙凡=玑番8∞'彀=曲.州13暾:9.012下转第黜页到下午二时许,各展台拆下的仪器即开始编号入库,二点半电工为各展台接通电源,到下午4时,展厅内数百术箱已不见影踪.3月8日上午我们到展台时,已不见一点垃圾,走道上全部铺上阔幅的厚地毯,与昨天相比就象换了一个地方.3月11日下午3时半闭馆,仅几小时各展台框架,展品就包装入库,整个展厅被拆得一千二净,几百工人忙而不乱地工作,其速度之快,安排之有条理,使我们大为钦佩.当然在资本主义国家中**是万能的,参观者不买票不得入内,一张参观券是50美金'代装一个电源插头需几百美金,需在木箱外包扎几道塑料带也要化几百美元,因此我们展品的包装,拆箱均由参展人员自行包干,同时对展台借用的设备都特别爱护,处处小心赌钱.展览会四天就闭幕了,但留给我们思考的问题确远不够四天时间,我们要迎台时代发展的规律,以我国自己独有的长处,借鉴国外的经验,弥补我们的短处,使十二亿中国人民在地球上取得应有的地位.(摘自上分报)按(3)式得出渊量**值△-(8)≤0.009△.(1)≤0.0012=(13)≤.0002整个系统相对测量误差—≤1.5…………(4)现对照.值表矗);0.63.(8)=0.5租对误羞=芒100%=20.6》1.5%.(13)=0.016.(13)=0.012相对误差=尝×100=25》1.5%由上所述各级间相对误差均太于1.5,本系统的**测量误差和相对测量误差同时能满足测量要求.上接第18页第四章结论通过一系列的调研,方案比较,理论计算,对成型仪器的实际测试,得出的结果与理论推算与值表数值一致.这台仪器对各种形状的