第三节-表面粗糙度测量新技术.ppt

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4-3表面粗糙度测量新技术,主要内容：

1、光学触针法2、激光法：

激光全息法激光光斑法激光散斑法3外差干涉式轮廓测量,一光学探针法有许多被测件的表面，如光盘、半导体工艺、化学样品等是不允许触针划伤的；另外有一些质地较软的表面，也不可用触针式电动轮廓仪测量。

因此，非接触式表面轮廓探测技术受到重视，并得到发展。

所谓光学探针就是采用透镜聚焦的微小光点取代金钢石针尖，表面轮廓高度的变化通过检测焦点误差来实现。

目前采用的有：

激光三角法探针、光学临界角法探针光学触针法等,（a）三角法探针原理图,1激光三角法探针,探测器是位置敏感探测器（PSD）或电荷耦合器件（CCD），他的输出电压与光斑在探测器上的位置成比例。

（b）三角法粗糙度探头光学原理图,（c）,图（b）为采用三角法探针原理的粗糙度探头。

位置探测器的输出电流随光点位置的不同而连续变化。

这种系统不仅能测量表面突起，还能测量表面的倾斜（一维）。

传感器可达1um的测量精度；测量范围可达毫米量级。

2临界角法探针：

是根据光的全反射原理做成的探针。

探头垂直方向的分辨率1nm，该类型的传感器可用于工艺过程监测、机床上的在线测量。

临界角法探针实际系统图,像散法探针,4、共焦扫描探法：

5、基于光纤的光学针扫描法,4反射法其原理见图4-17。

探测器探测到的光强I1与被测表面的反射率有关，而探测器探测到的光强I2与被测表面位置相关。

二、激光全息法激光全息法的基本原理是以激光照射被测表面，利用相干辐射，拍摄被测表面的全息照片一组表面轮廓的干涉图形，然后用硅光电池测量黑白条纹的强度分布，测出黑白条纹的反差比，从而评定被测表面的粗糙程度。

当激光波长=6328A时，其测量范围是0.050.8m。

如图4-19所示，只要测出全息照片上干涉条纹的反差比R便可知道被测表面的粗糙程度。

三、激光光斑法：

如图所示，由激光照射所得的图谱，随工件表面的光洁度的增高，其反射光斑的光强也愈强，而散射光带的光强则愈弱。

对于不同的工件表面，其反射特性虽有区别，但同一散射角内的总能量不变。

评定方法有以下两种：

一为图谱识别法：

可用与其相同形状的标准样板所得的图谱进行比较的方法，以确定其级别。

另一为数字显示法：

设光斑电压为Vp，光带电压为VB，其比值=Vp/VB，于是表面愈光洁，则值随之增高，粗糙度等级与值之间有一定的对应关系。

四、激光散斑干涉法工作原理：

这种测量方法的工作原理如图4-21所示。

被测表面S由激光器发出的相干平面光波照射，入射角为，为在无限远处记录由表面散射的斑点，把底片P放在一个无象差的傅立叶变换透镜L的焦平面上进行曝光照象。

改变光线投射方向角度，再将底片P进行第二次曝光。

将两次曝光后的底片P置于图4-21b所示的光路中，在透镜L的焦平面上可观察到两次曝光记录在底片上的散斑干涉条纹。

条纹的对比度v与被测表面轮廓的均方根值有如下关系：

v=exp-（2sin/）由于和角已知，因此由狭缝和光电探测器能测量出条纹的对比度v，即可得出值。

该方法适宜（光波长）的工作表面，一般测量范围为130m。

数字散斑干涉技术在测量位移、应变、振动及表面形貌方面具有重要意义。

下图为双波长数字散斑干涉技术三维轮廓测量装置的光路结构。

数字散斑轮廓测量,五、外差干涉式轮廓测量下图是外差干涉式轮廓测量装置光路系统。

该系统在垂直方向分辨率优于1nm。

共光路光学探针,MarSurfTS50Hochgenauesoptisches3DMessgert,