激光-光学法测量表面粗糙度

在广泛的机械应用中，工件的表面粗糙度测量非常重要。有效地使用粗糙度测量方法可避免对加工表面提出不合理的过高要求，从而降低生产成本。目前加工表面的特征最常用的测量技术是触针法，即在微小测量压力下由一被牵引的钻石测头在被测表面滑动，提供较完整的横截面的测定。 【激光-光学法测量表面粗糙度】 在机械工程领域，表面粗糙度的测量是一项至关重要的任务，因为它直接影响到工件的性能和使用寿命。表面粗糙度的合理评估有助于避免过度加工，从而降低成本。传统的测量方法是触针法，通过在微小压力下让钻石测头在工件表面滑动，获取横截面信息来计算多种标准参数，如Ra、Rz等，这些参数以数值形式表达表面的质量。然而，触针法在测量软表面时可能会引入测量误差。 近年来，非接触式的光学测量方法，尤其是激光-光学法，逐渐成为表面粗糙度测量的新选择。这种方法在近十年里得到了快速发展，尤其是在实验室和生产环境中，旨在提高测量效率和精度。光学测量法最初依赖于干涉条纹对比标准，现在则更注重于实时生产和快速测量。 激光-光学法通常包括以下关键组件： 1. **激光源**：使用如GaAIAs双异质结可见激光半导体二极管作为光源，发射出的激光束能够精确聚焦在被测表面上。 2. **聚焦系统**：由透镜和反射棱镜组成的光学系统确保激光束准确地反射并聚焦在工件表面。聚焦装置通过磁性线圈系统进行微调，保持激光头与被测表面间恒定的距离，以保持最佳焦距。 3. **传感器**：由多个光敏半导体元件构成，当激光束因表面粗糙度变化而发生偏移时，传感器接收到的光量变化，产生电压信号，反馈给控制电路进行调焦。 4. **控制和数据处理**：模拟电压信号通过放大器处理，然后传递给数据处理装置，与标准粗糙度参数进行比较，得出测量结果。此外，激光传感器还能通过检测表面颜色变化产生的电压脉冲进行校正，以消除色彩对测量的影响。 激光-光学法测量的优势在于其非接触特性，避免了对软或易损表面的潜在损害，同时也提高了测量速度和精度。在半导体行业中，例如在晶圆制造和微电子器件的开发中，这种技术对于精细切割和精确测量非常有用，如切割超薄的金属条和导体。 通过比较激光法和触针法的测量结果（如图3和图4所示），可以看到两种方法在测量磨削和车削表面粗糙度时的相似性和差异性。激光法在某些情况下可能提供更为一致和无损的测量，特别是在高速生产和自动化环境中。 激光-光学法测量表面粗糙度是现代制造中一项不可或缺的技术，它提供了高效、精确且对工件无损的测量手段，为优化生产流程和保证产品质量提供了有力支持。随着科技的进步，这类光学测量技术将继续得到改进，以适应更复杂、更高精度的表面测量需求。