超光滑表面特征光學(xué)檢測的實驗研究.pdf

1、零件表面的散射特性和表面粗糙度對產(chǎn)品的性能具有十分重要的影響，本文基于激光散射原理設(shè)計了用于檢測表面粗糙度和表面散射特性的多波長光纖傳感器。光纖傳感器的探頭采用特殊的幾何設(shè)計，用650nm、1310nm和1550nm激光作為光源，選擇2mm的工作距離作為最佳測量距離，對不同表面粗糙度的樣品（Ra=0.10μm，0.20μm，0.40μm，0.80μm）進(jìn)行了測試和分析。實驗結(jié)果表明：
　　(1)同一波長下，隨著表面粗糙度的增大，以

2、外磨樣品為反射面測得的反射強度減小。在粗糙度相同的條件下，隨著入射波長的增大，反射強度增大。
　　(2)多波長光纖傳感器可以精確地測量表面粗糙度，并能有效地減小系統(tǒng)誤差。系統(tǒng)誤差分析得到傳感器的相對誤差范圍大約為3.56％～7.43%。
　　(3)通過測得的散射強度比值與表面粗糙度的關(guān)系曲線可以看出粗糙面反射的散射強度比值與粗糙度具有良好的線性關(guān)系。
　　(4)多波長光纖傳感器測得的表面粗糙度的最小相對誤差為2.92%

3、，最大相對誤差為13.4%，平均相對誤差為7.48%。多波長光纖表面粗糙度傳感器的測量精度是單波長光纖傳感器的兩倍。
　　由于采用多波長光纖傳感器測量表面粗糙度時，測量誤差較大。為了更好地測量粗糙度，引入了支持向量機的概念，利用支持向量回歸機來預(yù)測表面粗糙度。實驗中采用的測試樣本是研磨標(biāo)準(zhǔn)樣品（Ra=0.012μm，0.025μm，0.05μm，0.10μm），選擇作為光源的激光器波長分別為650nm和1310nm，測量粗糙表面散

4、射強度的最佳工作距離為2.5mm～3.5mm。利用LIBSVM軟件對測量數(shù)據(jù)進(jìn)行回歸運算來獲得目標(biāo)值，結(jié)果表明：當(dāng)入射波長為650nm時，回歸預(yù)測的均方誤差為6.40444×10-7，相關(guān)系數(shù)為0.999705，預(yù)測的平均相對誤差為2.669%。當(dāng)入射波長為1310nm時，回歸預(yù)測的均方誤差為6.72513×10-7，相關(guān)系數(shù)為0.999838，預(yù)測的平均相對誤差為2.431%。隨著入射波長的增大，表面粗糙度預(yù)測的平均誤差減小。采用SV

5、R計算可以使粗糙度預(yù)測的誤差小于3%。
　　入射光照射到粗糙表面上會在散射空間內(nèi)形成散斑圖像，而散斑場攜帶有大量粗糙表面的結(jié)構(gòu)信息，因此，研究粗糙反射面形成的散斑場具有重大的意義。本文采用光束質(zhì)量分析系統(tǒng)采集散斑圖像，使用Matlab軟件對散斑圖像進(jìn)行處理，通過空間平均法計算得到散斑對比度，利用二次多項式擬合建立散斑對比度與表面粗糙度的關(guān)系。實驗結(jié)果表明：粗糙度越大，相對誤差越小，相對誤差最大值為12.5%；基于激光散斑平均對比度