(紅外)非接觸式表面粗糙度儀

1993年第3期制造與測試第十四卷④一非接觸式表面粗糙度測定儀叫中國科學院上海光機所朱晨●__..-.一提要奉課題是關于研制測量推力軸承彤滾道上的表面粗糙度的專用量儀,采用無損傷表面的非接觸法,測量范圍從值0.63,<>:0.12,也是8組至13(131—68).本文闡述國內外有關的發展概況,該課題研制方向,工作特性廈*巷結論分析.**章研翩內容和攝述一,研制內容軸承是機械制造中必不可步的組成構件,其精度直接影響到儀器(機床)的*終加工精度,為此機械行業訂有六個等級,,,,,,其中對軸承形滾遭粗糙度的測量值也是一項綜合指標(見圖1).難度主要體現在:(1)形滾道上不規則的輪廓,(2)高精度的表面極易劃傷,(3)表面油膜阻礙測量的進行等等.國家*新版布的國標1031—83中規定了粗糙度的14個等級,對低精度的軸承較易測量,我們研制的方向是設計一種高精度測定儀.圈1八十年代勿周內外察看工件光潔糜的辦法一般采用癬曦,.即用已曲成.的梓板對照,確定等級,因而誤差較大.八十年代中期,首先是日本開始研究較為精密的粗糙度測試儀.美國公司研制成的ⅱ型接觸式表面粗糙度測量儀可以測出5～65的各種光潔度和膜厚,其原理是采用一個非常靈敏的傳感器,通過觸針在工件表面劃過,.得到一系列波紋信號,送到一232計算機中處理得出結果,它柏優點在于直觀和不受外界干擾,缺點為極易劃傷被測件表面及限制于觸針的口徑尺寸使其有極限值.科學技術的發展到了后期,國際上研制出非接觸光潔度測定儀(見圖2),由—激光器射出的光束通過二塊透鏡和被測面,再經過分光鏡至光電板采樣,處理數據得出結論.優點是非接觸,缺點是它不能區分來自反射訊號和散射光斑訊號,也就不能很好地反映正確值,因此在此基礎上又制成瞞界角儀(見圖3)和波面分割儀,它們都可區分訊號,限于篇幅,下面僅介紹臨界角儀.儀器中的關鍵部件是一塊高精度斜角的透射鏡,的精度為1弧度.當被測表面起伏不平一(如*高,為公法線上,*低)時,通過激光束射到被測面,在點時8(散射角)=,成為臨界全反射.在至段&;,成為壘反射.在至段&;,成為折射,只有一部分光線被反射到光電板上.因此光電板上接受的光電訊號根234據表面起伏程度強弱不等,其中散射訊號即接近角的光線變化顯著,采樣后通過邏輯處理器可得出值或光潔度值.同樣反映在示波器上它的輸出波形變化.-激光器腰2田8....激光器射出的光束通過冠斯特棱鏡和透鏡會**●原理性分析聚到被澳面后,反射訊號(陰影部分)和散通過上述的調研并分析了已經掌握的資射訊號分別通過各自不同的反射方式和反射科,我們得出**種方案(見圖4),其中位置被不同的光電管接收,將訊號相除后根1一透鏡,2一冠斯特棱鏡,3—據不同的值得出相同的光潔度值,即…激光器,4一小透鏡,5一光電管.——,其特點是精度較高,但是(1)體積較大,不適合移動作業(2)冠斯特棱鏡制作精度高,成本高,(3)機械加工周期長.因此確定**種方案一"光纖式一測定儀.用一根通光口徑巾0.5光纖導光,通過耦合,圖5取樣采出訊號輸送到電路中.原理圖如下(圖5),其中光源采用——激光管,和2分別是兩束光纖,夾角0(設計時定為30.),3和4是光電訊號轉換器,5是邏輯處理器將垂直被測面的反射光強度定為,0角的散射光強度定為,垂直方向取出柏光訊號為.,則:=/0量綱]其中為表面粗糙度的平均高度值,量綱[]為8方向上的入射光強在垂直方向上的散射分量,與0角的大小和表面粗糙度有關,量綱;/].這套光纖式"測定儀不僅測試精度高,測試范圍廣,完全符合項目要求,而且對測試面無損傷,效率高,可方便地攜帶,工作方便.但這套裝置成本較高,約需八仟元左右,而且受激光器壽命限制,使用了一段時間后要更換.但總的來說還是比較適合科技發展要求,作為一般工礦企業都可使用.下面分析一下這套裝置的精度.捆訶節的,其漂移值不超過封質的謐暖收為恒定測量值,故定為在窶舉潮試申【值掬誤差超過1%,(盤貳舄成.:.:0+:-0.0141第三章系統精度分析按照系統分析光學密度△:=跨等魯?由此推斷.=+…(1)將(1)式按誤差理論,有::×,/△+△矗+△…(2&;公式(2)稱為誤差分析式瓠公式(2,看,.,,均為常數,而,,均為隨機誤差.垂直方向的光訊號.是可以控制和≤1.5%.…………………(3)對照(.值.'粗糙度表:8喙凡=璣番8∞'彀=曲.州13暾:9.012下轉第黜頁到下午二時許,各展臺拆下的儀器即開始編號入庫,二點半電工為各展臺接通電源,到下午4時,展廳內數百術箱已不見影蹤.3月8日上午我們到展臺時,已不見一點垃圾,走道上全部鋪上闊幅的厚地毯,與昨天相比就象換了一個地方.3月11日下午3時半閉館,僅幾小時各展臺框架,展品就包裝入庫,整個展廳被拆得一千二凈,幾百工人忙而不亂地工作,其速度之快,安排之有條理,使我們大為欽佩.當然在資本主義國家中**是萬能的,參觀者不買票不得入內,一張參觀券是50美金'代裝一個電源插頭需幾百美金,需在木箱外包扎幾道塑料帶也要化幾百美元,因此我們展品的包裝,拆箱均由參展人員自行包干,同時對展臺借用的設備都特別愛護,處處小心賭錢.展覽會四天就閉幕了,但留給我們思考的問題確遠不夠四天時間,我們要迎臺時代發展的規律,以我國自己獨有的長處,借鑒國外的經驗,彌補我們的短處,使十二億中國人民在地球上取得應有的地位.(摘自上分報)按(3)式得出淵量**值△-(8)≤0.009△.(1)≤0.0012=(13)≤.0002整個系統相對測量誤差—≤1.5…………(4)現對照.值表矗);0.63.(8)=0.5租對誤羞=芒100%=20.6》1.5%.(13)=0.016.(13)=0.012相對誤差=嘗×100=25》1.5%由上所述各級間相對誤差均太于1.5,本系統的**測量誤差和相對測量誤差同時能滿足測量要求.上接第18頁第四章結論通過一系列的調研,方案比較,理論計算,對成型儀器的實際測試,得出的結果與理論推算與值表數值一致.這臺儀器對各種形狀的