在使用过程中的光散射测量表面粗糙度

1、在使用过程中的光散射UIF佩尔森测量表面粗糙度电光实验室，信息技术部，瑞典中部大学摘要：本文介绍了适用它的仪器在加工过程中测量表面粗糙度在这个过 程中用到了磨削机。在粗糙度0.09/日m 0.016/日m的表面进行第一 次实验，在粗糙度0.30/ m0.34/日m的表面进行第二次实验。该仪 器是基于光散射和表面的粗糙度被分类在相同的顺序使用触笔仪器 时。这里介绍的方法是普遍适用的，即更粗糙的表面可以自己测量的 激光，如果适当波长和检测器那敏感的波长选择。1引言现代加工技术已增加了需要在加工过程中测量表面粗糙度。鉴于事实 是进程运行无需人员的任何监督。自动系统相对表面的测量粗糙度是 必需的。这样

2、的系统的任务是提供一个信号时，工件的表面粗糙度已 经减少到令人满意的水平。另一项任务是预示当加工刀具被磨损。表面纹理的控制是工程行业的高度关注，该行业的粗糙度密切相关 的表面的功能。在自动化生产强大的流程更复杂的表面粗糙度测量， 简明地介绍了表面结构和表面粗糙度的表征和测量可以在达格纳尔 的工作中找到。更详细介绍由托马斯J提出谁处理过的表面地形，手 写笔仪器，光学仪器以及表面形貌和应用程序的特性。河畔花边计量由非同时处理在更一般的术语房子。格雷森提交经修订的典范在转 动中，实验预测表面粗糙度证据表明，短路方法论主办的结果 估计或比现有理论的解决方案更好的表面粗糙度。常用的表面粗糙度参数弧 被定

3、义为：RaR =Lfl z (x) I dx0被定义为：RqR = | 上 f z 2 (x)dx:0其中，z(x)是从平均线的轮廓和出发L为取样长度R =最大峰-谷 L之内的高度。手写笔工具，最常见于表面粗糙度测量。并不适用于在加工过程中测量表面粗糙度在振动是不可避免的，许多光学方法有哪些适用于表面粗糙内斯测量：聚焦光散射。斑点和干涉。光散射的各种应用已经表明承诺在仪器的发展过程中的测量表面 粗糙度。一个详尽介绍光学技术用于在线测量表面形貌是由Vorburger和蒂格提供。镜面反射率，总集成的散射，扩散度，角散射分布，去斑，椭偏仪和干涉全部治疗。布罗德曼和图尔恩提出了一个基于光散射和所使用的

4、参数的仪器粗糙度的分类被称为七，SN是一个加权杂散光分布的二次均值。结果从上具有20nm的R 2m表面测量进行了介绍和表面被划分在同一令，手写笔工具。之间的相关性的曲线R和Sn取决于所使用的加工过程。不同加工工艺得到不同的表面纹理。这机械加工相关的质地产生不同的光散射，散射图案。Takeyama等人。我提出了适用的仪器在过程检测中的加工表面粗糙度。一卤素灯是光的光源和光纤引导的光在表面上。该方法是基于光学反射化和表面粗糙为R = 40顷处测得显示max可喜的成果。这些表面可以进行分类反射输出在正确的顺序。Vorburger等。表面呈现粗糙的政权， 内斯可测量的光散射。表面性能，例如 作为功率谱

5、密度，自相关函数，均方根粗糙度和均方根斜率进行处理。R估计只要为R .以0.3为可测量的光散射。 Q其中A是上述照明的波长。作过程中的检测表面粗糙度的光学传感器，提出了由Lonardo和米凯莱蒂。这传感器是基于椭圆偏振，即被测表面是由偏振红外光束和偏振光照明的反射波的椭圆是由表面的影响粗糙度。在域R 1.15日山个表面进行测量和测量信号和R之间的相关性， a接近线性的。在线和过程传感器是由三井介绍。VOrburger和蒂格和Young等。一个工业应用过程中的测量，提出了由汉堡和Blaszczak。该仪器通过汉堡和Blaszczak设计是基于光散射。的表面被使用红外二极管和强度照明系统的散射光4

6、0度的镜面方向是用于粗糙度参数的计算的基础。镜面反射方向是在其中登记角等于照射角度，即该方问=012，图1地面表面的0.2/顷R 2.2/顷范围a进行测定，结果是有希望的：表面 被归类于相同的顺序用手写笔工具。本研究的目的是调查的可能性应用光散射相对表面粗糙度在 测量过程。2。理论从一个表面，它得到的散射图案当用激光照射取决于等等因素的表面粗糙度。从散射的改变面作为表面变得更平滑，可以用来测量表面粗糙度。如果粗糙表面被照亮相于光的散射被漫：但是由于表面加工散射会期间变得光滑少漫射。这个改变从漫散射到非漫散射可被用作在一个物理原理表面粗糙度的测量。镜面反射率的测量已经由。等等。坦纳和Fahoum

7、 Chinmayaaandam 和西尔文诺伊宁等。镜面反射是由拉文彻底处理。图一，散射几何。图1是入射面S为散射面。入射光束是沿斜边入射平面1。和P位于上散射的斜边平面S。一个模型，给出了散射的普遍看法从一个面作为照明和观察的角度的函数。粗糙度，相关长度和光束宽度被开发由贝克曼和Spizzichino。贝克曼模型根据给出的点P的散射远场（3）式。图一显示了散射几何。造成这种散射表面是先决条件有一维的粗糙度，即Z（X，Y）= Z（x）。rF2T 加寸 gmV2T2、r/ 、 rr*= s2 +旗 exp （t ）exp（g）（3）2 Lm !m 4mm=1其中2L是表面的长度。L为测量的在x方向

8、化。（RR*）是平均分散权力的比值电源通过在镜面方向的平滑表面反射。_ sin(y L)F(0 ) = 1 + cos0 cos0 sin 0 sin 0 cos0 1 2 3 TOC o 1-5 h z $丫 1L1212cos 0 (cos 0 + cos 0 )112角0 ,0 ,0在图1中所定义1232兀八八y = - (sin 0 sin 0 )其中人是上述照明的波长。2兀R八 八g =入 q (cos0 + cos0 )21000!图2的散射范围在30纳米的表面具有粗糙度20nm七300nm的记作勺的轴定义为表面 的粗糙度。9记为：是根据图1中的角L表示强度。300R是包含在参数g

9、。和g可被视为粗糙度参数，g1 :表面粗糙式的第一部分。（3）描述了反射镜面 光，第二部分描述了漫散射光。在光滑的表面，式中的第一项（3）占主导地位 和式（3）可以简化。对于镜面反射方向，艮由广:公式（3）被简 化为:=exp 成T是相关距离的量C（T）已经降低到为，一 1以下假设在方程进行：-表面高度服从正态分布。-所述的表面高度相关函数是高斯型的。-表面是局部平滑。-该入射光束是平面波。-电磁场是标量。-屏蔽与多重反射被忽略。-表面是理想导体，即，表面反射率等于1。图2示出的结果从一个模拟的散从一个表面辐射的基础上，贝克曼模型。该强度是由式（3）计算。散射强度记为L为0和r的函数中，n。即

10、l（R ,9 ）的2 qq 2强度。L是对数，L = lolog ，并与 从一个完全菲亚特表面散射强度是大于0且小于或等于1，这意味着，L = 0为 最大强度可能实现。对于一个完全平坦的表面上:z（x,y）= 0;= L对应于L = 0。L= 0时发生02=0和r = 0时的表面。变得粗糙的最大值降低，为一定的粗糙度达到0 = 0。如图2可以看出2。一定粗糙度的土散射强度。L减小远离镜面反射方向。如果一个固定的角度选择很明显，一个粗糙的表面给人以低散射强度比光滑的。在图2, T =1Rm，L = 1mm?人=0.6 rm，0 = 0 和 0 = 0 。3，实验研磨机。JUNGNER PLS三百

11、分之六百中，使用在这些实验中。标本制作工具钢，ENXt00CRMV5 -1。研磨机装有用抛光轮，聚硫橡胶，由Naxab AB制造。用氦氖激光具有表面被照 亮的632.8毫微米，该研磨机和使用的测量系统的波长示于图3,研磨台记为5能在三个方向上自动地移动。试样通过激光和镜面反射照明系统反射的光被测量。发病率和反射角度是在这些实验中约45 。而进行机械加工表面粗糙度的测量是当在其上的试样安装台处于端位置。在这些实验中使用的检测器是光二极管。S2281 -01，由滨松制造。该参用于测量表面粗糙度ETER是一种改性的镜面反射参数V. V被定义为：LV =Li在那里ly是在镜面方向测得的强度由探测器和是

12、入射光的强度。iV可见不相同到镜面反射。在计算镜面反射镜面反射强度应在相同 的测量直径为入射光束。从物体的距离到检测器也必须严格限定。在 相对表面粗糙度的测量两个V和R （镜面反射率）是可以想象的分类参数。图3用来研究研磨机的，示意图的光散射在加工过程中改变。所表示的表1：氦氖激光器5可以自动在三个方向上移动。2：检测器。3：轮。4：样品5：磨盘。图4示出结果从一个加工过程。如可他在图4中看到的，镜面反射光的增加表面由光滑。沿十首曲目测量加工过程开始之前的粗糙度给出了以下结果:R = 01600013顷。后的加工过程完成下述夫，值被达到:aaR = 0.090 0.012日m。参考测量进行了使

13、用手写笔的仪器Surtronic3+。由制造 排名泰勒霍普森以下规格:过滤器 2CR(国际标准组织)切断长度 0.025mm:( r = 0.090土0.012 日m)2.5mm:( R = 3.4 土 0.3 日m)a手写笔尖端半径5日m在图4和t (s)是加工时间。图5示出了类似的过程，作为在图4中，主从图4不同的是，此样品是更粗糙。前加工进行R = 3.4 土 0.3日m和a后的R = 3.00.3 口m。a两图4和5显示的方法的适用性在本文中对表面粗糙度的测量描述在一个加工过程。它也可以使用光根据粗糙度散射米表面分类粗如在图5中，是由于这一事实，即一个表面的捻高度影响的散射图案。试样的

14、捻图5中给出了使用该改变的目标散射图案作为表面以这样的方式变得更平滑的脊部表面都扯平，但谷主要是不受影响。今天晚上脊给出了更多的非漫散射或更多的镜面反射，该粗糙度的R或R的条款的粗糙度仍然很高。为了测量表面 a q这种类型的粗糙度R 1，且与无业外人士 a仪器在本文一 CO激光器，人=10.6日m，仪器描述 2和一个相应的检测器被用来代替He-Ne激光器， 和一个光电二极管，S 2281-01。 it I加工过程中图4。涂改的光散射IW 1QKb u4 4讨论在本文的实验结果表明适用性 的光散射，作为控制表面粗糙的方法 岬在研磨过程。镜面反射光 随着表面平滑。为适用本 技术要求泰国主导镜面反射

15、分量 存在反射光，或者上篮造成反射模式存在这将成为作为河畔更占优势脸变得更顺畅。提出的仪器可被用作在自动加工过程中的一个组件。该过程可以继续下去，直到散射参数已经实现了编程的值，它然后停止和一个新的试样是加载。测量范围可以通过使用扩展激光具有更长的波长。中提出的实验本文提出了一种He-Ne激光器，人=632.8 nm处，用一个小屋二氧化碳激光。人=10.6 H m可以在特殊情况下是适当的。这个模块化系统的一个优点是易于与它可修改为不同的应用。检测器可以容易地连接到一台计算机和一个网络。光电二极管被连接到一个光传感器amplitier它可以是连接到A / D板在一台电脑。计算机是连接到网络或CA

16、M系统。如果是小型化所需的纤维可用于引导激光的表面和另外一个光纤引导的光从表面到检测器。这使得有可能相对表面粗糙度测量内，例如，一个管。参考文献：1:H. Dagnai I，探索表面纹理。排列泰勒霍普森莱斯特。英格兰。1986: T.R.托马斯（主编），粗糙表面，朗文，纽约，1982。: D.J.怀特豪斯。手册表面计量的。物理研究所出版，布里斯托尔，1994。: W. Grzesik。修改后的模型，用于预测车削表面。穿194（1996）143-148。: K.三井。在过程传感器的表面粗糙度及其应用，精密工程。精密工程8（4）（1986）212-220。: J.M.贝内特，L.马特森。介绍了表面

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