粗糙度测量装置和方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种粗糙度测量装置和方法，属于粗糙度测量领域。所述粗糙度测量装置包括：不透光箱体、激光源、光强检测单元、动力机构和信号处理单元；不透光箱体的底板用于放置待测物体，激光源设置在箱体内，且激光源的出光方向与底板垂直，光强检测单元与动力机构相连，在动力机构带动下沿预定轨道运动，预定轨道为半圆形，半圆形处在垂直于底板的平面内，半圆形的圆心为激光源发出的激光照射在底板上的光斑的中心；信号处理单元用于获取光强检测单元的检测信号，检测信号包括光强检测单元在不同角度处检测的光强，角度为光斑的中心与光强检测单元的连线与激光间的夹角；根据光强检测单元在不同角度处检测的光强确定待测物体表面的粗糙度。

【技术实现步骤摘要】
粗糙度测量装置和方法
本专利技术涉及粗糙度测量领域，特别涉及一种粗糙度测量装置和方法。
技术介绍
在机械学中，粗糙度指加工表面上具有的较小间距和峰谷所组成的微观几何形状特性。表面粗糙度一般是由材料本身的物理性质和所采用的面加工方法所形成的。由于材料的不同特点及加工方法的不同，造成被加工表面微观几何形状有差别。表面粗糙度与机械零件的配合性质、耐磨性、疲劳强度、接触刚度、振动和噪声等有密切关系，对机械产品的使用寿命和可靠性有重要影响。因此，对物体表面粗糙度的测量在机械加工中有着重要的意义。常见的物体表面粗糙度的测量方法有比较法、印模法、触针法、干涉法、光切法等。在实现本专利技术的过程中，专利技术人发现现有技术至少存在以下问题：现有的表面粗糙度测量方法多有各自的不足，如比较法不够准确，印模法要配合其它测量法才能起作用，触针法和光切法效率较低，干涉法装置较为复杂等。
技术实现思路
为了解决现有技术中各表面粗糙度测量方法存在的问题，本专利技术实施例提供了一种粗糙度测量装置和方法。所述技术方案如下：第一方面，本专利技术实施例提供了一种粗糙度测量装置，所述粗糙度测量装置包括：不透光箱体、激光源、光强检测单元、动力机构和信号处理单元；所述不透光箱体的底板用于放置待测物体，所述激光源设置在所述箱体内，且所述激光源的出光方向与所述底板垂直，所述光强检测单元与所述动力机构相连，在所述动力机构带动下沿预定轨道运动，所述预定轨道为半圆形，所述半圆形处在垂直于所述底板的平面内，所述半圆形的圆心为所述激光源发出的激光照射在所述待测物体上的光斑的中心；所述信号处理单元用于获取所述光强检测单元的检测信号，所述检测信号包括所述光强检测单元在不同角度处检测的光强，所述角度为所述光斑的中心与所述光强检测单元的连线与所述激光间的夹角；根据所述光强检测单元在不同角度处检测的光强确定所述待测物体表面的粗糙度。在本专利技术实施例的一种实现方式中，所述信号处理单元用于采用如下公式计算所述待测物体表面的粗糙度：其中，σ为所述待测物体表面的粗糙度，N为所述光斑内微平面数量，所述光斑内微平面分为n组，第i组微平面的法线角为θi，第i组微平面中微平面的数量为ni；I＝SUM{I1,I2,…,In}，Ii为第i组微平面对应的散射光强，i＝1，2，……n。在本专利技术实施例的另一种实现方式中，所述动力机构包括摇臂和电机，所述电机设置在所述底板上，所述摇臂的一端垂直连接在所述电机的输出轴的侧壁上，所述摇臂的另一端上设有所述光强检测单元。在本专利技术实施例的另一种实现方式中，所述摇臂包括第一连接臂和第二连接臂，所述第一连接臂的一端垂直连接在所述电机的输出轴的侧壁上，所述第一连接臂的另一端与所述第二连接臂的一端垂直连接，所述第二连接臂上设置有所述光强检测单元，所述第二连接臂平行于所述底板；或者，所述摇臂为一弧形摇臂。在本专利技术实施例的另一种实现方式中，所述电机为步进电机。在本专利技术实施例的另一种实现方式中，所述不透光箱体还包括顶板和侧壁，所述侧壁与所述顶板为一体化设计，所述侧壁可拆卸安装在所述底板上。在本专利技术实施例的另一种实现方式中，所述底板、顶板和侧壁均采用黑色材料制成。在本专利技术实施例的另一种实现方式中，所述信号处理单元包括模数转换子单元和处理子单元，所述模数转换子单元分别与所述光强检测单元及所述处理子单元连接。第二方面，本专利技术实施例还提供了一种粗糙度测量方法，所述方法基于第一方面提供的粗糙度测量装置实现，所述方法包括：获取所述光强检测单元的检测信号，所述检测信号包括所述光强检测单元在不同角度处检测的光强，所述角度为所述光斑的中心与所述光强检测单元的连线与所述激光间的夹角；根据所述光强检测单元在不同角度处检测的光强确定所述待测物体表面的粗糙度。在本专利技术实施例的一种实现方式中，所述根据所述光强检测单元在不同角度处检测的光强确定所述待测物体表面的粗糙度，包括：采用如下公式计算所述待测物体表面的粗糙度：其中，σ为所述待测物体表面的粗糙度，N为所述光斑内微平面数量，所述光斑内微平面分为n组，第i组微平面的法线角为θi，第i组微平面中微平面的数量为ni；I＝SUM{I1,I2,…,In}，Ii为第i组微平面对应的散射光强，i＝1，2，……n。本专利技术实施例提供的技术方案带来的有益效果是：本专利技术通过在不透光箱体内，采用激光对待测物体进行照射，由于待测物体存在随机分布的微平面，因而会产生散射光，不同角度的微平面产生的散射光的角度不同，同角度上的微平面数量决定这个方向上的散射光的强度，因此，根据光强检测单元在不同角度处检测的光强，即可确定待测物体表面上微平面的取向分布(也即角度分布)，本专利技术采用这种取向分布的一致性作为物体表面的粗糙度。上述测量方法相对于比较法精度更高，无需和其他方法配合使用，测量效率高，且装置简单。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1是本专利技术实施例提供的一种粗糙度测量装置的剖面图；图2是本专利技术实施例提供的一种粗糙度测量装置的剖面图；图3是本专利技术实施例提供的粗糙度测量装置的电路框图；图4A是待测物体表面的示意图；图4B是待测物体表面的反射示意图；图5是本专利技术实施例提供的粗糙度测量方法的流程图。具体实施方式为使本专利技术的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本专利技术实施方式作进一步地详细描述。图1和图2分别是本专利技术实施例提供的一种粗糙度测量装置在两个不同方向上的剖面图，参见图1和图2，粗糙度测量装置包括：不透光箱体10、激光源20、光强检测单元30和动力机构40。图3是本专利技术实施例提供的粗糙度测量装置的电路框图，参见图3，粗糙度测量装置还包括信号处理单元50。不透光箱体10的底板100用于放置待测物体101，激光源20设置在箱体内，且激光源20的出光方向与底板100垂直，光强检测单元30与动力机构相连，在动力机构40带动下沿预定轨道300运动，预定轨道300为半圆形，半圆形处在垂直于底板100的平面内，半圆形的圆心为激光源20发出的激光照射在底板100上的光斑的中心。光斑通常为圆形，光斑的中心即圆心。信号处理单元50用于获取光强检测单元30的检测信号，检测信号包括光强检测单元30在不同角度处检测的光强，角度为光斑的中心与光强检测单元30的连线与激光间的夹角；根据光强检测单元30在不同角度处检测的光强确定待测物体101的表面的粗糙度。本专利技术通过在不透光箱体内，采用激光对待测物体进行照射，由于待测物体存在随机分布的微平面，因而会产生散射光，不同角度的微平面产生的散射光的角度不同，同角度上的微平面数量决定这个方向上的散射光的强度，因此，根据光强检测单元在不同角度处检测的光强，即可确定待测物体表面上微平面的取向分布(也即角度分布)，本专利技术采用这种取向分布的一致性作为物体表面的粗糙度。上述测量方法相对于比较法精度更高，无需和其他方法配合使用，测量效率高，且装置简单。另外，激光源取单一频率的激光源，以消除色散的不利影响。本专利技术利用了光在粗糙物体表面的散射进行粗糙度的检测。如图4A所示，待测物体粗本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种粗糙度测量装置，其特征在于，所述粗糙度测量装置包括：不透光箱体、激光源、光强检测单元、动力机构和信号处理单元；所述不透光箱体的底板用于放置待测物体，所述激光源设置在所述箱体内，且所述激光源的出光方向与所述底板垂直，所述光强检测单元与所述动力机构相连，在所述动力机构带动下沿预定轨道运动，所述预定轨道为半圆形，所述半圆形处在垂直于所述底板的平面内，所述半圆形的圆心为所述激光源发出的激光照射在所述待测物体上的光斑的中心；所述信号处理单元用于获取所述光强检测单元的检测信号，所述检测信号包括所述光强检测单元在不同角度处检测的光强，所述角度为所述光斑的中心与所述光强检测单元的连线与所述激光间的夹角；根据所述光强检测单元在不同角度处检测的光强确定所述待测物体表面的粗糙度。

【技术特征摘要】
1.一种粗糙度测量装置，其特征在于，所述粗糙度测量装置包括：不透光箱体、激光源、光强检测单元、动力机构和信号处理单元；所述不透光箱体的底板用于放置待测物体，所述激光源设置在所述箱体内，且所述激光源的出光方向与所述底板垂直，所述光强检测单元与所述动力机构相连，在所述动力机构带动下沿预定轨道运动，所述预定轨道为半圆形，所述半圆形处在垂直于所述底板的平面内，所述半圆形的圆心为所述激光源发出的激光照射在所述待测物体上的光斑的中心；所述信号处理单元用于获取所述光强检测单元的检测信号，所述检测信号包括所述光强检测单元在不同角度处检测的光强，所述角度为所述光斑的中心与所述光强检测单元的连线与所述激光间的夹角；根据所述光强检测单元在不同角度处检测的光强确定所述待测物体表面的粗糙度。2.根据权利要求1所述的粗糙度测量装置，其特征在于，所述信号处理单元用于采用如下公式计算所述待测物体表面的粗糙度：其中，σ为所述待测物体表面的粗糙度，N为所述光斑内微平面数量，所述光斑内微平面分为n组，第i组微平面的法线角为θi，第i组微平面中微平面的数量为ni；I＝SUM{I1,I2,…,In}，Ii为第i组微平面对应的散射光强，i＝1，2，……n。3.根据权利要求1或2所述的粗糙度测量装置，其特征在于，所述动力机构包括摇臂和电机，所述电机设置在所述底板上，所述摇臂的一端垂直连接在所述电机的输出轴的侧壁上，所述摇臂的另一端上设有所述光强检测单元。4.根据权利要求3所述的粗糙度测量装置，其特征在于，所述摇臂包括第一连接臂和第二连接臂，所述第一连接臂的一端垂直连接在所述电机的输出轴的侧壁上...

【专利技术属性】
技术研发人员：柯璇，张仕臻，吴山，张纪英，秦工，徐巍，尤啟明，
申请(专利权)人：江汉大学，武汉合盈光电科技有限公司，
类型：发明
国别省市：湖北,42