光譜共焦在表面粗糙度檢測中的應用

表面粗糙度指的是表面微觀輪廓基本特點。在機械加工、薄膜制備、微納機電系統(tǒng)、光學精密加工等領(lǐng)域中，表面粗糙度是評價產(chǎn)品性能的重要指標之一。表面粗糙度與加工零部件的摩擦磨損性能、耐腐蝕性能、結(jié)合密封性、抗疲勞能力等存在必然聯(lián)系，進而對零件和制造設(shè)備的穩(wěn)定性和可靠性產(chǎn)生重要影響。表面粗糙度也是開展功能結(jié)構(gòu)部件微觀表面形貌評價與表征的重要參數(shù)。那么如何精準的表面粗糙度檢測呢？別著急先跟立儀科技小編先看看光譜共焦的原理。

光譜共焦位移傳感原理圖

通過特殊光學設(shè)計形成的透鏡組將白光光源發(fā)出的多色平行光進行光譜分光，形成一系列波長不同的單色光，同時再將其同軸聚焦，由此在有效量程范圍內(nèi)形成了一個焦點組，每一個焦點的單色光波長都對應著一個軸向位置。測量時通過光譜儀分析光譜峰值結(jié)合峰值提取算法從而確定被測點的高度位置信息。

那么光譜共焦是如何測量表面粗糙度的呢？

(1)待測工件定位。將待測工件平穩(wěn)置于坐標測量機測量平臺上，調(diào)用標準紅寶石測針測量其空間位置和姿態(tài)，為按測量工藝要求確定測量位置提供數(shù)據(jù)。

(2)輪廓掃描。測量機測量臂更換掛載光譜共焦傳感器的光學探頭，驅(qū)動探頭運動至工件測量位置，調(diào)整光源光強、光譜儀曝光時間和采集頻率等參數(shù)以保證傳感器處于較好的工作狀態(tài)，編輯掃描步距、速度等運動參數(shù)后啟動輪廓掃描測量，并在上位機上同步記錄掃描過程中的橫向坐標和傳感器高度信息，映射成為測量區(qū)域的二維微觀輪廓。

(3)表面粗糙度計算與評價。將掃描獲取的二維微觀輪廓數(shù)據(jù)輸入到輪廓處理算法內(nèi)進行計算，按照有關(guān)國際標準選擇合適的截止波長，按高斯輪廓濾波方法對原始輪廓進行濾波處理，得到其表面粗糙度輪廓，并計算出粗糙度輪廓的評價中線，再按照表面粗糙度的相關(guān)評價指標的計算方法得出測量結(jié)果，最后得到被測工件的表面粗糙度信息。

對工件微觀輪廓的掃描和表面粗糙度測量，需在同一平臺上協(xié)調(diào)控制掃描執(zhí)行器和位移傳感器。

基于USB通訊接口和協(xié)議，在上位機LabVIEW開發(fā)環(huán)境下進行了測頭傳感器和運動機構(gòu)的通訊、控制、調(diào)節(jié)和數(shù)據(jù)流傳輸?shù)裙δ艿亩伍_發(fā)，形成了較為完善的測量系統(tǒng)硬件通訊控制架構(gòu)，主體系統(tǒng)控制結(jié)構(gòu)如圖下所示。

系統(tǒng)控制結(jié)構(gòu)圖

為了方便使用和測量，為控制系統(tǒng)開發(fā)了人機交互較為便捷的界面窗口，見下圖，可方便的調(diào)控傳感器相關(guān)參數(shù)指標，并預覽掃描過程中的輪廓信息。還可以預設(shè)和編輯掃描運動策略，調(diào)整存儲數(shù)據(jù)的名稱等功能，并額外的增加了光譜信號展示、集成輪廓濾波與評價方法等功能，可以實現(xiàn)掃描測量后及時的數(shù)據(jù)輸出。

表面粗糙度測量系統(tǒng)控制前面板

經(jīng)過前面的準備調(diào)試，就得出了最后的輪廓（如下圖）：

通過立儀科技小編的介紹，相信大家對光譜共焦是如何表面粗糙度測量有了個大概的了解，立儀光譜共焦位移傳感器廣泛應用于3D玻璃測量、LTCC測厚、螺紋孔測深、膠水測厚方面累積了豐富的經(jīng)驗，3D玻璃測量包括光學鏡頭厚度、各種透明玻璃厚度、手機玻璃測厚、顯示屏厚度測量等；LTCC測厚涵蓋晶圓形貌測量、手機金屬件臺階高度測量、銀漿厚度測量以及新能源電池極片測厚等；更多咨詢歡迎關(guān)注立儀科技。

　　審核編輯：湯梓紅