[实用新型]三维显微光切法表面粗糙度测量仪

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种采用三维显微光切法测量零件表面微观形貌几何参数的表面粗糙度测量仪。

背景技术

机械加工零件表面存在着一定程度宏观和微观几何形状误差，表面粗糙度则是反映微观几何形状误差的一个指标，即微小的峰谷高低程度及其间距状况。表面粗糙度对零件的使用性能有着重要影响，随着机械制造和检测自动化程度的不断提高，表面粗糙度的检测日益引起人们的重视。传统的触针式表面粗糙度测量仪，由于其需要与被测表面接触，容易因机械磨损而导致测量偏差。样板对比法则需要定制标准样，大大增加了使用成本，且使用难度大。

近些年来，新型的测量表面粗糙度的光学方法不断涌现，凭借其非接触、不损伤被测表面的优势，已成为表面粗糙度测量技术发展的重要趋势。目前，常见的用于表面粗糙度测量的光学方法有散射法和散斑法，但它们使用范围受限，且只是一种比较测量方法，不是定量测量，需要与标准样板进行比对后才能得到测量结果。

实用新型内容

本实用新型目的就是为了弥补已有技术的缺陷，提供一种三维显微光切法表面粗糙度测量仪。

本实用新型是通过以下技术方案实现的：

一种三维显微光切法表面粗糙度测量仪，包括有可升降载物台，在可升降载物台上放有待测工件，在待测工件的正上方固定有显微成像系统，所述的显微成像系统从上到下依次包括有工业CCD相机、镜筒透镜和无限远校正显微镜，在待测工件的斜上方转动的安装有半导体激光器。

所述的半导体激光器安装在角度和位置可调的安装座上。

本实用新型的优点是：本实用新型是一种非接触的测量方法，测量稳定性好，易于维护；完成测量仪标定后，可以直接获取表面粗糙度值，无需因材料和加工方式的不同反复执行标定操作；适用于车、铣、刨等加工方式制造的金属零部件的平面或外圆表面；测量速度快，只要拍摄一幅工件表面微观形貌的图像，即可求得表面粗糙度值Ra，易于操作。

附图说明

图1为本实用新型的结构示意图。

图2为本实用新型工作原理示意图。

具体实施方式

如图1所示，一种三维显微光切法表面粗糙度测量仪，包括有可升降载物台，在可升降载物台上放有待测工件1，在待测工件1的正上方固定有显微成像系统2，所述的显微成像系统2从上到下依次包括有工业CCD相机3、镜筒透镜4和无限远校正显微镜5，在待测工件1的斜上方转动的安装有半导体激光器6。

所述的半导体激光器6安装在角度和位置可调的安装座上。

图1中，半导体激光器6将内部激光器发射出的光线首先通过准直镜进行准直，再通过扩束镜进行扩束，然后通过聚焦镜把光斑聚集至10微米以下，焦点位于待测工件1的表面，最后再用非球面扩束镜将光束沿一个方向扩束，从而形成一个长5mm左右和宽小于10μm的激光光条7，并以一定角度照射被测表面，本实施例中为半导体激光器6的安装座设置了角度和位置调整装置，可根据测量需要调节激光光条7的位置。

本实施例中的显微成像系统2由无限远校正显微镜5、镜筒透镜4和工业CCD相机3组成。测量时，激光光束经工件被测表面反射，通过放大倍率20、分辨率小于1μm的无限远校正显微镜5和镜筒透镜4组合对所述激光光条7进行成像，所成的反映表面粗糙度轮廓的图像由工业CCD相机3采集后传输至工控机，再经数字图像处理运算和数学计算，并最终获得被测表面的表面粗糙度值Ra。

所述显微成像系统2的位置固定，而将待测工件1置于可升降载物台，由此来实现高度方向的位置调节。再结合上述半导体激光器6的位姿调节装置，测量前，需进行一系列的角度和位置调整操作，以达到满足光学三角法测量的位姿要求，即获取清晰的被测表面上激光光条7处的微观形貌图像。

参见图2，本实施例中的基于光学三角法的计算表面微观形貌几何参数的基本公式为：

tanθ=h/d                       （1）

其中，θ为入射光与被测表面的夹角，h为表面微观形貌的高度，d为波峰间距。

本实施例需通过标准粗糙度量块来标定系统的θ，即利用显微成像的方式采集标准粗糙度量块的样本图像，并通过数字图像处理运算求得波峰间距d，再以标准粗糙度量块的公称值作为h，代入公式（1），从而求得θ值。一经标定，所述一字线半导体激光器6的位姿将固定，故θ值保持不变，因而可将tanθ作为比例系数用于被测表面的微观形貌高度h＇的计算，即：

h＇=tanθ·d＇                       （2）