專利名稱：測量粗糙度的非激光核帶比法的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于物體表面粗糙度的光學(xué)測量技術(shù)。
用激光作為光源測量物體表面粗糙的“核一帶比”方法的原理已有若干論文[見程路，物理學(xué)報27，651(1978);程路，物理學(xué)報28，470(1979);程路，張炳泉，物理學(xué)報29，1570(1980)]。并且在中國已有若干單位根據(jù)這一原理研制成功了幾種類型的以激光作為光源測量工件表面粗糙度的儀器。“核一帶比”方法是中國獨有的一種非接觸式測量表面粗糙度的光學(xué)方法。該方法較之其它國家現(xiàn)有的一些光學(xué)方法(均尚處于研究階段而未形成商品儀器)，如平均襯比度法[見Jour·Opt·Soc·Amer.66，11(1976)]、陣列接收器法[見Appl·Opt·14，872(1975)]等，具有裝置簡單、成本低廉、操作便捷(1～2秒鐘即可測量一件)、對光源穩(wěn)定性要求不高以及與待測物體的材料無關(guān)等優(yōu)點，并且測量精度不亞于觸針式的輪廓儀。
本發(fā)明的目的現(xiàn)有的“核一帶比”方法測量物體表面粗糙度中的光源為激光光源(如氦氖激光器)，它們一般都有壽命較短、成本較高、不易操作和維修的缺點。為了克服這些缺點，同時由可以保持“核一帶比”方法測量物體表面粗糙度的精度和各項優(yōu)點，特完成了本發(fā)明。
本發(fā)明的內(nèi)容將現(xiàn)有的“核一帶比”方法中所采用的激光光源改為輝光燈、孤光燈、白熾燈、發(fā)光二極管等作為測量光源，并增加一個聚焦透鏡裝置2(見附圖)和濾光片4，測量時，前光電探測器5和后光電探測器7所接收的光功率分別為E1和E2，從E1與E2的比值就可得到待測物體表面粗糙度值Ra。
從統(tǒng)計光學(xué)的原理出發(fā)可得出用本方法在一維隨機(jī)起伏的物體表面(如由磨削、精研等方法加工的表面)情況下Ra的關(guān)系式Ra=E2E1=W+(1-W)∫0a1f(θ)dθ/∫0π/2f(θ)dθ(1-W)∫a1a1f(θ)dθ/∫0π/2f(θ)dθ(2)]]>同理可得出在二維隨機(jī)起伏表面(如腐蝕加工的表面)情況下Ra的關(guān)系式Ra=E2E1=W+(1-W)∫0a1f(θ)dθ/∫0π/2f(θ)dθ(1-W)∫a1a1f(θ)dθ/∫0π/2f(θ)dθ(2)]]>在以上兩式中f(θ)＝(1+cosθ2)cosθ (3)a1=arctgt1d, a2=arctgt2d, (4)]]>
其中t1、t2和d如附

圖1所示。(1)式和(2)式中的W為W＝exp[-( (2π)/(5λ) Ra cosγ)2] (5)其中λ為濾光片(附圖1，4)的中值波長，γ為入射角(見附圖1)待測物體表面的宏觀幾何形狀可以為平面、柱面、球面，以及內(nèi)、外溝槽等。
由實驗測量數(shù)據(jù)證明了此種方法實施為儀器產(chǎn)品是可行的，儀器的測量精度不低于現(xiàn)有以激光作為光源的“核一帶比”方法物體表面粗糙度測量儀的測量精度。
本方法所測的物體表面粗糙度值Ra符合現(xiàn)行國際規(guī)定，并給于理論上的論證。
此項發(fā)明可用于制造下述兩種類型的物體表面粗糙度測量儀器1.傳遞定標(biāo)儀器先將一套粗糙度樣板送計量部們用現(xiàn)行測量手段-測定它們的粗糙度值Rao，然后將這套標(biāo)準(zhǔn)樣板逐一放在本儀器上得出各已知的Ra值所對應(yīng)的本儀器的“Ra值顯示”9所顯示的光電輸出值，如此獲得一條工作曲線，即為本儀器的定標(biāo)曲線。
2.獨立定標(biāo)儀器對光路進(jìn)行規(guī)整并遮去外界的雜散光，并對本儀器中光電轉(zhuǎn)換的定量關(guān)系進(jìn)行系統(tǒng)測量，即可不用粗糙度標(biāo)準(zhǔn)樣板而按公式(1)或(2)直接對儀器進(jìn)行定標(biāo)。
本發(fā)明具有裝置簡單、成本低、操作簡捷(1～2秒鐘即可測量一件)、對光源穩(wěn)定性要求不高、光源壽命長以及與待測物體材料的表面反射率無關(guān)系等優(yōu)點，對推廣應(yīng)用到工廠的工序間有著較大的意義。本發(fā)明的用途非常廣泛，例如可以用來測量各種金屬或非金屬磨削、精研或腐蝕表面的粗糙度，亦可用來測量各種粉末狀物質(zhì)經(jīng)固化、平整后的表面粗糙度，借以確定粉末的顆粒度。本發(fā)明的測量度不低于觸針式輪廓儀，是一種實用的物體表面粗糙度的光學(xué)測量技術(shù)。
儀器原理框圖如附圖所示，圖中1為測量光源，2為透鏡，3為待測物體，4為濾光片，5為前光電探測器，6為前光電探測器上的開孔，7為后光電探測器，8為放大及運算電路，9為Ra值顯示。d為待測表面3到光電探測器5和7的距離;γ為入射角，α1和α2分別為待測表面3對光電探測器7和5有效光接受面外園的半張角;t1和t2分別為光電探測器7和5有效接受面半徑。
參考文獻(xiàn)〔1〕程路;物理學(xué)報27，651(1978)。
〔2〕程路;物理學(xué)報28，470(1979)。
〔3〕程路，張炳泉;物理學(xué)報29，1570(1980)。
〔4〕H·Fuji，T·Asakura，Y·Shindo;JOSA66，11(1976)。
〔5〕T·Asakura，J·Ohtsubo;Optik46，19(1976)。
〔6〕E·L·Church，J·M·Zavada;Appl·Opt·14，872(1975)。
〔7〕Dandlikeretal。;美國專利(UnitedStatesPatent)，3922093(1975)。
權(quán)利要求
一種測量物體表面粗糙度的“核-帶比”方法，其特征在于采用輝光燈、弧光燈、白熾燈、發(fā)光二極管等光源作為測量光源。
全文摘要
測量粗糙度的非激光“核—帶比”方法。本發(fā)明屬于表面粗糙度有光學(xué)測量技術(shù)。測量物體表面粗糙度的“核—帶比”方法是一種新方法。本發(fā)明是將該方法中的激光光源進(jìn)一步改為輝光燈、弧光燈、白熾燈、發(fā)光二極管普通非激光光源，并給出了相應(yīng)公式。理論和實測表明其測量精度與用激光光源時一樣，不低于現(xiàn)行的觸針式輪廓儀。
文檔編號G01B11/30GK1033689SQ8710122
公開日1989年7月5日 申請日期1987年12月20日 優(yōu)先權(quán)日1987年12月20日
發(fā)明者程路 申請人:南開大學(xué)