超光滑表面特征光學(xué)檢測(cè)的實(shí)驗(yàn)研究.pdf

1、零件表面的散射特性和表面粗糙度對(duì)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(jì)了用于檢測(cè)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(jì)，用650nm、1310nm和1550nm激光作為光源，選擇2mm的工作距離作為最佳測(cè)量距離，對(duì)不同表面粗糙度的樣品（Ra=0.10μm，0.20μm，0.40μm，0.80μm）進(jìn)行了測(cè)試和分析。實(shí)驗(yàn)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(cè)得的反射強(qiáng)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(qiáng)度增大。
　　(2)多波長光纖傳感器可以精確地測(cè)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(duì)誤差范圍大約為3.56％～7.43%。
　　(3)通過測(cè)得的散射強(qiáng)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(qiáng)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(cè)得的表面粗糙度的最小相對(duì)誤差為2.92%

3、，最大相對(duì)誤差為13.4%，平均相對(duì)誤差為7.48%。多波長光纖表面粗糙度傳感器的測(cè)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(cè)量表面粗糙度時(shí)，測(cè)量誤差較大。為了更好地測(cè)量粗糙度，引入了支持向量機(jī)的概念，利用支持向量回歸機(jī)來預(yù)測(cè)表面粗糙度。實(shí)驗(yàn)中采用的測(cè)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(cè)量粗糙表面散

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

5、R計(jì)算可以使粗糙度預(yù)測(cè)的誤差小于3%。
　　入射光照射到粗糙表面上會(huì)在散射空間內(nèi)形成散斑圖像，而散斑場(chǎng)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(chǎng)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(duì)散斑圖像進(jìn)行處理，通過空間平均法計(jì)算得到散斑對(duì)比度，利用二次多項(xiàng)式擬合建立散斑對(duì)比度與表面粗糙度的關(guān)系。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：粗糙度越大，相對(duì)誤差越小，相對(duì)誤差最大值為12.5%；基于激光散斑平均對(duì)比度