光切法在动态表面粗糙度检测中的应用

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1、光切法在动态表面粗糙度检测中的应用摘要：应用光切显微镜、CCD摄像机、虚拟仪器和图像处理技术开发了表面粗糙度动态检测系统，利用光切法获得运动表面形貌，再使用图像处理技术提取轮廓特征计算评定参数。通过与触针式仪器进行测量对比实验，论证了检测系统能达到较高的精度。应用检测系统进行了动态检测实验，分析了样本表面的振动和运动速度对检测系统的影响。实验证明，在被测表面的振动幅度小于景深的前提下，该图像检测系统能够应用于动态检测表面粗糙度，适用的速度范围可达到：0~2000rpm（3.14m/s）。关键词：表面粗糙度；光切法；在线检测App

2、licationofLight-sectionMethodtoRoughnessMeasurementonDynamicSurfaceAbstract：Adynamicmeasurementsystemofsurfaceroughnesswasdevelopedwhichconsistsoflight-sectionmicroscopeandCCDcameraaswellasimageprocessingsoftware.Thedynamicsurfaceprofilecanbeobtainedbylight-sectionme

3、thod.Theevaluationparameterofroughnesscanbecalculatedaccordingtothesurfaceprofiledetectedwithimageprocesstechnology.Comparingthemeasurementresultswiththatofstylusinstrumentitisprovedthatthesystemhasgoodmeasurementaccuracy.Theeffectofsurfacevibrationandspeedondynamicm

4、easurementwasanalyzedinexperiment.Theresultshowsthatthesystemcanbeappliedtodynamicmeasurementofsurfaceroughnessattherotatespeedrangedfrom0to2000rpm(3.14m/s),whentheamplitudeofsurfacevibrationislessthanthedepthoffieldofmicroscope.Keywords：SurfaceRoughness;Light-sectio

5、nMethod;In-processMeasurement1前言随着机械加工及检测自动化水平的提高，表面粗糙度的在线检测逐渐引起重视。传统的触针式仪器基于机械接触式的测量特点显然不适合用于在线检测，而光学方法具有非接触测量、不损伤被测表面的特点，已成为表面粗糙度测量技术的发展趋势[1]。在众多基于光学原理的表面粗糙度测量方法中[2]，光干涉法和光学探针法对检测环境的振动较敏感，难以应用于在线检测；而间接比较式的测量方法能够实现快速检测，对检测环境的适应性较好，适合应用于在线的动态检测。已有许多学者研究了应用间接比较式的方法动态检

6、测表面粗糙度。李亚非、童敏、孟克等人分别提出了基于光学散射原理的表面粗7糙度在线检测方法[3]-[5]。王文和雒建斌等人提出采用被测表面激光反射图的暗区比和亮区比动态检测表面粗糙度[6][7]。B.Y.Lee研究了被测表面的图像特征参数与表面粗糙度特定参数之间的关系[8][9]，提出了基于机器视觉的表面粗糙度动态检测方法。这些工作均在表面粗糙度在线检测研究方面作了有益的探索，然而，间接比较式测量方法的固有缺陷是无法获得被测表面的轮廓，难以客观、全面、准确地评定表面粗糙度。因此，研究可获得表面形貌的高精度、自动、快速在线检测技术，

7、仍然是今后的一个重要方向。传统光切法具有可获得表面光学轮廓进行测量的特点，本文研究将图像处理技术应用于光切法测量，建立表面粗糙度自动、快速、多参数测量系统，通过与触针式仪器进行测量对比实验，论证其检测精度；并通过动态检测实验分析其动态适应范围。2系统原理及构成2.1光切法测量原理光切法是利用光切原理来测量表面粗糙度的方法[10]。如图1所示，在光切显微镜中一束平行光带以一定角度α（一般α=45º）投射到被测表面上，光带与表面轮廓相交的曲线影像即是被测表面截面轮廓曲线的反映。表面粗糙度轮廓高度h和横向距离S的计算公式为[10]：（

8、1）（2）（a）（b）图1光切原理式中h"、S´分别为显微镜中表面粗糙度轮廓图像的高度和横向距离，V为物镜的放大倍数。2.2系统构成将CCD摄像机固定在9J型光切显微镜的相机接口上，CCD摄像机从显微镜中获取表面粗糙度光切图像的视频信号，通过图像采集卡传入计算机