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基于白光干涉技术的表面粗糙度测量

唐曦  
【摘要】:三维表面粗糙度测量是从表面轮廓理论发展而来的一种测量方法,在航天、军工以及重大科研项目中都有广泛应用。而相移干涉术是光学测量理论的一种典型技术,它相比其他传统的测量方法而言,系统相对简单、调试相对容易、在线测量速度较快、测量精度更高,而且可以实现无值守测量。本文采用白光干涉相移理论建立测量系统,整个测量过程包括相移干涉、相位提取以及实验数据处理等。 本文首先说明了三维表面粗糙度测量技术研究的意义,介绍了现今三维粗糙度及表面轮廓测量的现状和发展,然后阐述及比较了表面三维粗糙度测量的各种方法。其中,主要提到了两种应用较广泛的相位算法——相位提取和相位解包裹。作为一种精密测量手段,相移技术的最大缺陷就是它对各种误差源的敏感性,包括相移机构必然存在的相移误差、光场当中非正弦性原理误差、系统探测器的自有误差等等,本文也对其分别进行了分析,探讨了对误差的补偿算法。依据提取出来的相位信息,计算出图像各点对应的高度值。然后,利用高斯评定理论建立表面轮廓的中线信息,分离出有用的粗糙度特征。最后,通过对表面粗糙度三维评定参数的研究,选取了有代表性的R a参数进行实物测量,得到了表面各点高度差数据值,综合各种参数值还原三维表面粗糙度轮廓。 实验系统采用宽带白光光源的卤钨灯作为测量光源,CCD传感器为图像采集装置,压电陶瓷晶体作为步进式相移器件,实现了整个测量的相移和数据采集。文中最后给出了实验分析及结果,数据显示文中理论分析基本与测量结果一致。


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