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

1、申請(qǐng)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(cè)在線檢測(cè)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(cè)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(yè)基于激光激光散射的散射的在線檢測(cè)表面特性參數(shù)的理論分析和實(shí)驗(yàn)研究在線檢測(cè)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(guò)程中實(shí)時(shí)檢測(cè)工件表面的質(zhì)量情況，并及時(shí)反饋給控制系統(tǒng)，通過(guò)閉環(huán)系統(tǒng)完全控制整個(gè)加工過(guò)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(cè)提供了新的理論與技術(shù)。然而，加工過(guò)程中冷卻液的使用，使得工件表面的光學(xué)實(shí)時(shí)檢測(cè)變得非常困難。本文針對(duì)這一問(wèn)題，提出了激光在線檢測(cè)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(duì)基于各種原理的表面粗糙度測(cè)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(jué)技術(shù)的特點(diǎn)，以及在線測(cè)量的要求，提出了在線檢測(cè)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(cè)工件表面上方創(chuàng)造出一塊透明測(cè)量區(qū)域，使得測(cè)量光束通過(guò)透明介質(zhì)層到達(dá)工件表面實(shí)現(xiàn)測(cè)量?！巴该鞔啊狈椒ǖ氖褂?，使得被測(cè)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(duì)該問(wèn)題，以Beckmann散射理論為基礎(chǔ)，分析激光束通過(guò)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(cè)量間的定量關(guān)系。在流體層中的流體流動(dòng)時(shí)，研究激光束通過(guò)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(dòng)引起的光束偏移為105μm數(shù)量級(jí)，得到了流體的流動(dòng)對(duì)光學(xué)檢測(cè)的影響可以忽略的結(jié)論?；谏鲜龅睦碚摲治?，提出了表面特性參數(shù)光學(xué)在線檢測(cè)的單一參數(shù)評(píng)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