二维粗糙度测量系统设计+CAD图纸(3)
(2)触针式测量不能用于软质材料、高速测量，这是因为用针测量轮廓时，针尖必须给表面施加一定的压力，但是这个压力无法找到一个合适的值。即保证测出粗糙度的情况下，又不给零件的表面带来损伤。
因此，在测量高密表面、不允许有划伤表面以及需要在线高速测量表面， 触针式测量方法就显得力不从心了。这就提出了非接触测量表面粗糙度要求，而光学方法则是具有非接触、不划伤被测表面的优点，是一种较理想测量方法。
1.1 目的要求
对高精度的光学检测技术和应用的研究现状进行分析研究，利用基于视觉检测技术和光学干涉测量技术，完成对零件表面形貌以及粗糙度的高精度检测分析。
1.1.1课题的任务内容
在机械零部件的加工制造过程中，需要对有配合要求或高精度表面要求的零件进行表面粗糙度的检测。粗糙度的检测方式很多，包括接触式或非接触式，都具有各自的优缺点。课题任务是利用基于视觉检测技术和光学干涉测量技术，完成对零件表面形貌以及粗糙度的高精度检测分析。课题要求对高精度的光学检测技术和应用的研究现状进行分析研究，确定系统总体方案，进行检测系统和机械结构系统的分析设计并绘制出结构图。
1.1.2原始条件及数据
量程：3×3mm
垂直：9mm
分辨率：0.1nm（测量精度Ra0.005）
检测速度：5min/件
光学仪器的实验室环境使用，温度基本上在22度左右，湿度应在40%以下
1.2课题的重点
1.具有较高加工精度的机械零件基于视觉和光学干涉测量技术的检测方法分析
2.低负载高定位精度机械结构设计和驱动控制系统设计，要求位置精度高特别是调整光学部分。
1.3课程的难点
1.对于计算机处理图像采用精确算法
2.CCD传感器的摄像头的选取，降低其他因素干扰
3.如何保证系统的位置精度以及测量的速度
1.4发展现状
2 方案选择
2.1 光学测量
2.1.1 基于光学散射原理的测量技术
当一束光以一定角度照射到物体表面后，由于表面非理想光滑，会发生散射现象。研究表明:发生散射现象是由于物体表面的粗糙不平引起的，说明表面粗糙度和散射光强度分布存在一定的关系。对于表面粗糙度数值较小的表面，反射光能较强，散射光能较弱:反之，表面粗糙度数值较大的表面，反射光能较弱，散射光能较强。基于光学散射原理实现表面粗糙度测量的研究方法和理论较多。四川联合大学和哈尔滨理工大学相继提出了一种参数Sn，表征被测物体表面上反射光和散射光的离散程度，称之为散射特征值[17]。利用己知表面粗糙度参数值Ra的标准样块测得其散射特征值Sn，建立两者之间的关系曲线，然后可以利用散射特征值得出被测表面的粗糙度参数Ra[17]。
2.1.2 基于光学干涉原理的测量技术
干涉测量法是测量粗糙度和高质量光学表面轮廓的重要技术。在传统的干涉计量技术中，被测信息是以光学强度条纹的形式表征的，信息的提取通过条纹的判读来实现。相干光照射到工件表面同一位置时，由于光波的相互位相关系，使合成光强度发生周期性变化，即产生光波干涉现象。传统的干涉法测量是用相干光照射工件表面，然后与参考光相比较，观察干涉条纹。但在实际测量中，易于获得的条纹图样并不能得到光程差图，而是显示等高图。只有对干涉条纹做适当变换，才能用来定量检测表面粗糙度[17]。
新的干涉计量技术是利用米洛干涉仪原理。参考镜放在试件表面附近,参考光和测量光采用相同的路径。干涉条纹通过阵列二极管或电视摄像头观察,并贮存条纹。所观察的参考光通过压电驱动器可以在轴向轻微地移动,如移动物镜和参考镜K/3距离,摄像机再摄一帧干涉条纹的像,并贮存在计算机内。然后不断的重复,最终目的是在垂直方向的，移动量正好为一个光波长。贮存在计算机内的条纹图像可以给出平面上任何位置的实际高度,这种方法常用于半导体工业检测硅薄片。