腔体内表面粗糙度测试方法研究

1、西安工业大学北方信息工程学院毕业设计(论文)开题报告题目： 腔体内表面粗糙度测试方法研究系 别光电信息系专 业测控技术与仪器班 级姓 名学 号导 师1. 毕业设计（论文）综述（题目背景、研究意义及国内外相关研究情况）1.1题目背景和意义腔体内部表面粗糙度在某些场合需要测试，但目前测试设备主要是测试物体外表面的粗糙度，还未见对物体内腔的测试设备，因此，研究测试方法对解决这一问题，为下一步设计及实现起着重要的指导意义。1.2国内外背景1929年，德国人施马尔茨（G .Schmalz）第一次对表面微观不平度得高度进行了定量的评价，并在此出版了一本论述表面粗糙度的专著，书中提出了评定参数和测量基准线的

2、概念。这两个概念是表面粗糙度研究历史上的一次质的飞跃，从此开始了对表面粗糙度的数量化描述。同代人尼古拉(Nicolau)也对测量基准线的建立作出了贡献。1936年艾博特（）研制成了第一台车间用表面粗糙度的仪器，这种仪器用测量距离轮廓峰顶的深度与支撑面积比的关系曲线，即艾博特曲线来表征表面粗糙度。1940年，英国成功研制出了泰勒雪夫（Talysurf）触针式表面粗糙度测量仪。从此以后，各国也先后研制出了许多测量表面粗糙度的轮廓仪。1951年，联邦德国澳普托厂生产出表面粗糙度的干涉显微镜；1958年，苏联生产出性能良好的MHH-4型干涉显微镜；1975年，泰勒霍布森（Taylor-Hobson）公

3、司研制出Talysurf-5型表面轮廓仪。近年来，扫描电子显微镜（SEM）的出现，为表面粗糙度的测量又开拓了一个新的途径。随着生产的发展和工艺水平的提高，对零件的表面质量提出了愈来愈高的要求，特别是超精密加工技术和光学技术的发展，使得表面粗糙度的测量技术向着纳米级的水平发展。各国纷纷在这方面展开了研究工作。2. 本课题研究的主要内容和拟采用的研究方案、研究方法或措施2.1主要研究内容：主要研究直径为30mm，深度为50mm的孔底面表面粗糙度的方法及实现方案，并就设计方案给出每一组成部分的参数。2.2表面粗糙度的概念及测量方法（1）表面粗糙度概念/h>1000（宏观）形状误差/h =401

4、000波度误差 /h<40（微观）表面粗糙度图1（2）粗糙度的测量表面粗糙度是评定多种工件表面质量的一个重要指标,研究并测试表面粗糙度是生产加工领域一个很重要的研究方向。传统的表面粗糙度测量方法可分为两类：接触式和非接触式。2.2.1 接触式测量方法代表产品是触针式轮廓仪，如图2所示。当前国内外广泛应用的触针式粗糙度测量仪器是用一个尖端半径很小的触针压在被测表面上作横移扫描针跟随表面轮廓的形状作垂直位移。可以说是最大可能地再现了工件的表面状况，然而这种测量方法有很大的缺陷，测试精度不能保证。图22.2.2 非接触式测量方法主要依靠光学，激光等技术手段实现表面粗糙度非接触测量。1）常用的光

5、学方法包括光切法、光干涉法、光学探针法等。（a）光切法利用“光切原理”测量表面粗糙度的方法。光切显微镜又称双管显微镜，如图3所示。图3图4（b）光干涉法利用光波干涉原理来测量表面粗糙度的方法。主要用于测量表面粗糙度Rz和Ry值，可以测到较小的参数值，通常测量范围0.031m，常用的测量仪器干涉显微镜，如图4所示。（C）光学探针法光学探针采用轮廓技术，逐点测量表面高度，类似于机械触针。垂直分辨力可以达到纳米级，侧向分辨力受照亮点的尺寸确定，该尺寸受绕射的影响。但用这种方法得到的结果，与用传统的触针式方法得到的结果的一致性并不太好。2）激光散射法当一束光以一定角度照射到物体表面时，除一部分光被物体

6、材料吸收外，大部分光被反射和散射。根据几何光学原理，反射光和散射光的强弱与物体的表面粗糙度有关，反射光集中于小面积上，形成由许多光点组成的光斑（称为光核），散射光则分布于光斑两侧，形成由许多光点组成的光带。对于表面粗糙度值较小的表面，反射光斑的光能较强，散射光带宽度较窄；反之，表面粗糙度值较大的表面，反射光斑的光能较弱，而散射光带则较宽，如图5所示。这一现象定性说明了被照射物体表面粗糙度值的大小与光能分布之间存在一定的对应关系。如能测出核带比，就能确定粗糙度。图52.3本设计拟用方案由于内腔的空间比较狭小，用接触法不是很好实现对其的测量，所以选择研究非接触法测直径为30mm，深度为50mm的孔

7、底面表面粗糙度。主要选择激光散射法。图6如图6，出射激光束通过偏振片8后成为线偏振光，偏振方向平行于纸面。分光镜3将光束一分为二，其中一束光(测量光束)被平面反射镜4反射，通过1/2波片5使偏振方向转过90°(即偏振方向垂直于纸面)，然后由透镜6(f=40mm,D=30mm)会聚后到达被测工件表面，经工件表面反射后形成反射光斑和散射光带，再通过偏振分光镜7后到达接收光电二极管阵列(SPD)；另一束光(对准光束)经分光镜3后垂直入射到被测工件表面上，因该光束未经过1/2波片，故仍垂直返回，再经分光镜3后照射到SPD上，该光束的作用是实现被测工件的对准。对准光束垂直入射到被测工件表面，通

8、过接收其反射光束，辨别反射光斑中心二极管的输出最大值，即可实现工件的对准，并可解决回光对激光器的影响并提高光能利用率。在测量光束中加入1/2波片改变其偏振方向后，可使经被测工件表面散射后的测量光束因偏振分光镜的阻拦而无法返回激光器，从而消除了回光的影响。3. 本课题研究的重点及难点，前期已开展工作重点:1）了解各类测表面粗糙度的方法； 2）将各类方法进行比较，选出适合的方案；3）了解1/2波片；4）了解偏振分光镜；5）了解SPD。难点:1）设计测量狭小内腔粗糙度的方法；2）光路图的实现与核带比的测量；3）SPD的工作原理。前期准备工作：1）以查阅资料为主，通过对相关文献，资料的了解，已明确设计

9、任务。2）了解了表面粗糙度的测量方法，并比较接触式和非接触式测量的优缺点，选定非接触测量方法来完成课题。3）提出了设计的方案，并已对实现这个课题的方法做了相应的了解，对本课程的工作原理、方式也有了一定认识。4. 完成本课题的工作方案及进度计划（按周次填写）设计的基本要求及进度安排（含起始时间、设计地点）： 该题目在校内完成设计，时间为2012年11月26日到2013年4月12日。设计的基本要求及进度安排： 第12周 查阅资料，了解表面粗糙度的测试理论。第14周 在充分理解毕业题目基础上，初步方案设计，撰写开题报告。第58周 比较不同设计方案，并撰写中期报告。第914周 就某一合理方案给出各部分

10、参数。第1516周 撰写毕业论文，准备答辩。5 指导教师意见（对课题的深度、广度及工作量的意见）指导教师： 年 月 日 6 所在系审查意见： 系主管领导： 年 月 日参考文献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陈继涛.表面粗糙度检测方法发展史及研究现状概述J. 中国科技信息. 2007(17)3

11、李伯奎,刘远伟.表面粗糙度理论发展研究J. 工具技术. 2004(01)4 王文卓,李大勇,陈捷.表面粗糙度非接触式测量技术研究概况J. 机械工程师. 2004(11)5 陈捷.铸造表面粗糙度.北京机械工业出版社6 苑惠娟.非接触式表面粗糙度测量仪哈尔滨科学技术大学学报7姚灵. 触针式表面粗糙度测量仪整机性能指标的分析与测量J. 上海计量测试. 1995(02)8张泰昌. 光切法测量表面粗糙度的常见问题与消除方法J. 机械工人.冷加工. 2005(03)9 卞小林.粗糙度的计算研究J.通化师范学院学报.2008(08)10四川大学( 成都610065) 邱瑜,秦龙,王世华.用激光散射法非接触在线检测表面粗糙度11杨春兰,浦昭邦,叶会英,阮学文. 新型光触针式表面粗糙度测量系统J. 宇航计测技术. 1999(05)12卢超，邬冠华，马国威航空钛合金板胶接表面粗糙度的超声测量J测试技术学报，2008，22（1）：59-65.13Gatabi J R，Gatabi I R. A Novel Doppler Based Ul