激光表面粗糙度检测装置

　　激光表面粗糙度检测装置于1991年8月获准为实用新型专利。该实用新型涉及激光和光电技术在表面粗糙度测量中的应用。

　　用光散射原理测量表面粗糙度是一种新方法.其特点是非接触测量、表面采样、测量速度快等。现有的光散射测量方法.多采用He-Ne激光器作光源，用硅光电池接收反射光和散射光.其二者之比与表面糙造度算术平均偏差R“值有一定的对应关系。但这种方法受光强变化和工件材料不同的影响大，同时测量装置较大，使用不方便。

　　1984~ 1986年德国R. Brodmann和U. Thorn等撰文介绍一种光学表面粗糙度测量仪器。原理是当一束光投射到工件表面时，由于表面粗糙度的调制，散射光呈特定的光强度角分布.并近似地服从正态分布，其分布标准差与R“值在一定范围内有确定的函数关系。这样通过测量表面散射光强度角分布的标准差SN.。便可得到R。值。其特点是光路紧凑，对被测工件位置要求不高(位移士2 mm，倾斜士2 ⁰)，但由于采用发光二极管做光源，用透镜准直，导致仪器有以下不足:①发光二极管发光效率低.发散角大，仪器功耗大;②透镜准直效果差，光损失大，致使光信号下降，信噪比低;③光路调整困难，对噪声抑制能力弱。

　　1原理与结构

　　针对上述情况，本实用新型提出一种便携式的激光表面粗糙度检测装置。它采用半导体激光器、光学纤维和更合理的光路结构，具有功耗低、抗干扰能力强、稳定性好、测量范围大、体积小、成本低等特点。其原理为:当一束光入射到粗糙表面时，受表面微观不平度的调制，散射光强度呈特定的空间角分布，当表面较为光滑时。散射角分布正比于表面的功率谱密度，如果表面较为粗糙.则与表面的轮廓角分布成比例。对大多数表面而言.散射光强度角分布为正态型，而且其形状特征与表面材料和入射光强无关。因此表面散射光角分布　　与表面粗糙度具有一一对应的关系。根据这一理论，研制成表面粗糙度检测装置。

　　图1为激光表面粗糙度检测装置结构示意图.图2为激光表面粗糙度检测装置结构原理图。

　激光表面粗糙度检测装置由测量头和电箱两部分组成。测量头包括半导体激光器2、光纤自聚焦透镜3,测量物镜4和聚光镜6等。被测工件表面5和光电三极管阵列7分别位于测量物镜4的物、像方焦平面处。电箱包括激光电源1、前置放大器8, A/D模数转换器9 , MCS-51单片微机10 ,LED显示11和键盘12等。

　　由自稳功率激光电源1提供电能使半"`F体激光器2输出恒定功率的光，经光纤白聚焦透镜3成为平行光.通过测量物镜4聚焦于被测工件表面5.表面的散射光经测量物镜后变为平行光.表面上的光斑相当于系统的光栅，构成远心光路.可减小物镜调焦不准带来的影响，聚光透镜6将散射光聚集于光电气极管阵列7上.其作用是提高接收光的效率.扩大测量范围.阵列将散射光角分布变为电信号，经前置放大器及A/D模数转换器9送入单片微机10进行处理.并由数码管LED显示器1I显示出对应的RaRz:或旧国标的相应级别。对于不同的加工方法.其光学散射特征值召、与x“值的关系不一致，由实验归结为三类表面，测量时由键盘12进行选择。　为使散射光信号稳定，采用自稳功率激光电源。