基于激光散射的在線檢測表面特性參數(shù)的理論分析和實(shí)驗(yàn)研究.pdf

1、申請上海交通大學(xué)博士學(xué)位論文基于基于激光激光散射的散射的在線檢測在線檢測表面特性參數(shù)表面特性參數(shù)的理論的理論分析和實(shí)驗(yàn)研究分析和實(shí)驗(yàn)研究專業(yè)：業(yè)：測試計(jì)量技術(shù)及儀器博士生：生：郭瑞鵬導(dǎo)師：師：陶正蘇（教授）上海交通大學(xué)電子信息與電氣工程學(xué)院上海交通大學(xué)電子信息與電氣工程學(xué)院二零一一年二零一一年七月摘要第I頁基于激光激光散射的散射的在線檢測表面特性參數(shù)的理論分析和實(shí)驗(yàn)研究在線檢測表面特性參數(shù)的理論分析和實(shí)驗(yàn)研究摘要現(xiàn)代制造行業(yè)中，工件表面

2、質(zhì)量是決定產(chǎn)品質(zhì)量的關(guān)鍵性因素之一。如果能夠在加工過程中實(shí)時(shí)檢測工件表面的質(zhì)量情況，并及時(shí)反饋給控制系統(tǒng)，通過閉環(huán)系統(tǒng)完全控制整個(gè)加工過程，則能夠極大地提高生產(chǎn)率，保證產(chǎn)品質(zhì)量。光電技術(shù)、激光技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展與廣泛應(yīng)用，為表面質(zhì)量的在線檢測提供了新的理論與技術(shù)。然而，加工過程中冷卻液的使用，使得工件表面的光學(xué)實(shí)時(shí)檢測變得非常困難。本文針對這一問題，提出了激光在線檢測工件表面特性參數(shù)的新理論和新方法。選擇表面粗糙度作為表面質(zhì)量的衡量

3、參數(shù)，在對基于各種原理的表面粗糙度測量方法進(jìn)行綜述的基礎(chǔ)上，結(jié)合機(jī)械加工表面的光學(xué)散射特性和機(jī)器視覺技術(shù)的特點(diǎn)，以及在線測量的要求，提出了在線檢測工件表面特性參數(shù)的光學(xué)方法。借助特制的“透明窗”裝置，在被測工件表面上方創(chuàng)造出一塊透明測量區(qū)域，使得測量光束通過透明介質(zhì)層到達(dá)工件表面實(shí)現(xiàn)測量?！巴该鞔啊狈椒ǖ氖褂茫沟帽粶y表面上方出現(xiàn)了由玻璃層和流體層組成的透明附加層。針對該問題，以Beckmann散射理論為基礎(chǔ)，分析激光束通過多層透明介質(zhì)

4、的反射、折射等光學(xué)現(xiàn)象，建立起透明介質(zhì)層存在時(shí)的表面散射模型，推導(dǎo)出透明流體層中的流體處于靜止?fàn)顟B(tài)時(shí)，光散射強(qiáng)度和表面粗糙度測量間的定量關(guān)系。在流體層中的流體流動時(shí)，研究激光束通過各種形態(tài)流體的傳播特性，發(fā)現(xiàn)流體處于層流狀態(tài)時(shí)，流體流動引起的光束偏移為105μm數(shù)量級，得到了流體的流動對光學(xué)檢測的影響可以忽略的結(jié)論。基于上述的理論分析，提出了表面特性參數(shù)光學(xué)在線檢測的單一參數(shù)評定方案。該方案采集透明附加層存在時(shí)的表面散射圖像，從中提取垂