工件的表面粗糙度是評定工件表面質(zhì)量的***個(gè)重要指標，它是決定工件性能和質(zhì)量的重要參數?？茖W(xué)技術(shù)的日新月異，加工精度的不斷提高，新技術(shù)、 新材料、新工藝的出現對工件表面粗糙度的檢測提出了越來(lái)越高的要求。同時(shí)摩擦與磨損過(guò)程的研究、工藝過(guò)程的分析、面接觸狀態(tài)的探討等，都要求對表面微觀(guān)幾何形狀給出定量的描述。傳統的接觸式測量方法容易劃傷工件表面，測量速度低，而且受測針半徑限制影響其測量范圍，不適合在線(xiàn)檢測。

而采用光學(xué)非接觸的測量方法可以彌補觸針式測量?jì)x器的不足，常見(jiàn)的光學(xué)測量方法有光散射法、光學(xué)散斑法、聚焦法、干涉測量法等。光學(xué)法測量表面粗糙度以被測表面的光學(xué)效應為基礎，光源發(fā)射的光波通過(guò)光學(xué)系統平行或發(fā)散或會(huì )聚入射到被測件表面，被測件表面的反射光波反映了被測件的表面形狀，反射光波的光學(xué)信息由各種類(lèi)型的光電傳感器和后處理電路予以接收、轉換、運算、顯示、記錄等。本文采用基于激光散射原理的表面粗糙度測量方法，可實(shí)現對高精度零件表面粗糙度的無(wú)損檢測和非接觸在線(xiàn)快速檢測，具有較高的經(jīng)濟價(jià)值。

1.1光在粗糙表面的散射現象

當***束光以***定的角度入射到粗糙物體表面時(shí)，根據光的幾何原理，光線(xiàn)會(huì )被物體散射和反射， 散射光和反射光的強弱與物體的表面粗糙程度有關(guān)。反射光集中在***個(gè)很小的面積上，形成***個(gè)光斑；散射光分布在反射光斑的周?chē)?，形成由許多光點(diǎn)組成的光帶。若物體表面比較光滑，反射光斑的光能比較強，散射光帶比較窄；反之，若物體表面比較粗糙，反射光斑的光能比較弱，散射光帶則比較寬。這***現象定性地說(shuō)明了散射光能的強弱和物體表面的粗糙程度有關(guān)。本文通過(guò)研究散射光的光能分布定量地得到物體表面粗糙度的信息。

1.2表面粗糙度特征值 Sn

理論和實(shí)踐都證明，散射光分布曲線(xiàn)的形狀與表面粗糙度有關(guān)。以光散射理論為基礎，利用光散射特征值法測量表面粗糙度。其原理是由于物體表面不是理想的光滑表面，所以當***束光照射到物體表面上時(shí)，除***部分光被反射外，另***部分光被散射， 形成***束離散光。研究表明，由被測物體表面反射、散射的離散光的強度呈高斯分布，其概率分布函數

式中,φ為散射角，I(φ)為散射角所對應的散射光強度。分布曲線(xiàn)的方差 S 為

式中，φ 為平均值

在實(shí)際測量系統中，是用 PMT接收散射光信號。由于測量孔徑的限制，實(shí)際測量系統不可能也沒(méi)必要接收整個(gè)空間（-Π/2，Π/2）的散射光，同時(shí)光電接收器陣列的各光敏單元也是離散的。這時(shí) S 值應該用離散的散射光特征值 Sn 來(lái)表示

Sn 用于描述被測表面的散射光分布情況，稱(chēng)為 “光散射特征值”，可作為光散射法測量表面粗糙度 Ra 的數學(xué)模型。用已知表面粗糙度參數的試件作為 表面粗糙度標準樣塊，測得對應的 Sn 值，即可建立 光散射特征值和表面粗糙度（Sn- Ra）關(guān)系曲線(xiàn)，從 而實(shí)現利用光散射特征值法測量工件表面粗糙度。

1.3散射測量系統介紹

德***IOF散射儀整個(gè)測量系統由光源（紫外到紅外可選）、光學(xué)測量系統、探測器系統和計算機數據處理系統組成。半導體激光器發(fā)出的光束經(jīng)過(guò)準直聚焦后照射到被測工件表面，光束會(huì )發(fā)生反射和散射，用PMT接收工件表面的散射光，計算機采集數據并計算出光散射特征值 Sn，再換算成所需要的表面粗糙度評定參數，通過(guò)顯示儀器顯示出表面粗糙度參數 Ra。

該光路結構簡(jiǎn)單，容易調整，能輕易地調整入射光束的入射角度，在光路中加入擴束鏡還可以方便地調整照在工件上的光斑。MLS5可以測量樣品反射光，透射光，以及散射光分布的測量系統。其特點(diǎn)是對角度的靈敏度高，并且該系統可以測量三維空間中的散射分布。

(文章來(lái)源于儀器網(wǎng))