-
表面粗糙度作为衡量光学元件表面的一个重要指标，是指被加工零件表面具有较小间距和微小峰谷的不平度，它属于微观几个形状误差，表面粗糙度越小，则表面越光滑。表面粗糙度一般是由所采用的加工方法和其他因素所形成，它对零件的使用情况有很大影响。所以对表面粗糙度的测量已经被各国关注，尤其是超光滑表面粗糙度的测量。如今，光散射法、像散法、散斑法、干涉法、光切法作为几种典型的表面粗糙度测量方法，已经成为各国深入研究的测量方法[2]。26355
- 上一篇：精密光测数字图像处理分析技术国内外研究现状
- 下一篇：红外探测搜索系统国内外发展研究现状
1 光散射法
光散射法在测量表面粗糙度时具有两个理论模型:由Beckmann P等学者提出的衍射模型，这个模型主要用于光滑程度中等以上的光学零件的粗糙度测量，其基本原理是统计散射场的散射特征，这个模型是目前应用最广泛的理论；另一个模型是微小镜面模型，其主要适用于对比较粗糙表面的散射建立模型[3]。论文网
以衍射模型为基础的方法主要有镜反射率法、全积分散射法、Fourier谱分析法、核环比法、超声散射法、X射线漫散射法、红外散射法等。
2 像散法
像散法测量表面粗糙度主要是利用被测平面表面成像时横向放大率与纵向放大率的不同,从而造成像点的失真,再对此像散特性通过位置感应元件的测量得出被测依据。基本方案是将通过柱面透镜的投射光束汇聚成一个光点，再聚焦在被测平面上。当汇聚光点与聚焦物镜的距离在光轴方向上改变时，成像位置显然也会改变。我们可以从中间并垂直于光轴的位置观察成像光束，发现光束直径也会改变，利用这一特点，就可以通过测量光束直径的变化量来判断成像位置。接着在聚焦物镜后加入一块柱面透镜，使垂直光轴方向上的成像只可以往前移动，从而使光束会变得发散。然后将光电探测器作为传感器，对光束进行光电转换，经过放大和计算，得到与被测平面粗糙度相对应的精确输出信号。
3 散斑法
散斑法测量平面粗糙度的基本原理是对其散斑图进行研究，由于激光散斑图只反映了照射面的被测情况，所以从中直接获取表面粗糙度数据特的别艰难，尤其是在用单色光照射被侧面时。而且极粗糙的被测面所形成的散斑图并不是只由粗糙度决定的，所以只有在一定的测量条件范围内，才适合用散斑法测量平面粗糙度[3]。
下面给出散斑法的测量原理图及简单介绍：La为单模半导体激光器，由其发射的激光束经过一个正透镜发散，再通过一个分光镜S分成两路:一路用来照射被测表面O；另一路透过S照射到平面反射镜M后原路返回，与经过被侧面反射回来的散射光再次在S出汇合，两者发生干涉，然后用CCD摄像机观察并记录干涉条纹，所得到的图纹可以保存在计算机中。与此同时，与反射镜相连的压电陶瓷PZT是可以由电脑控制的，所以可以对反射镜进行微小位移变化。又因为相位差是与光程差对应的，所以可以通过研究微小位移与干涉条纹的关系来确定被测平面各点的粗糙度。
4 干涉法
光干涉测量平面粗糙度技术可以分为直接相位测量技术和静态图像处理技术[4]。目前又可以将其细分为：相位调制干涉测量技术、差分扫描干涉测量技术、锁相干涉测量技术、波面剪切干涉测量技术、移相干涉测量技术。这类技术的特点是数据处理简单方便，但其对环境要求高且测量范围小(小于二分之一波长)。
光干涉法的基本原理是将被测面与标准镜比较，用等厚干涉原理，将被测物于一个标准平晶形成一定的楔角，从而得到明暗相间的干涉条纹。当被测面比较平滑时，干涉条纹呈直线并彼此平行，如果表面凹凸不平，测干涉条纹呈不规则弯曲状，通过对干涉条纹的弯曲程度的测量即可算出被测面的粗糙度。