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光纤式表面粗糙度的测量 摘要：本文根据表面轮廓粗糙度调制原理，采用计算机控制的淡漠光线探针扫描技术及相应的信号处理电路，提出了智能化光线探针式轮廓仪，文中对一起构成原理的想、有关理论基础及关键技术进行了介绍，最后利用本测量技术进行了实验测量，给出了实验结果及误差分析。介绍了一种基于光纤传感技术的光学针描法粗糙度测量技术．它根据微观表面轮廓对光信号的调制原理，采用计算机技术进行测量控制、数据采集与处理，从而实现对表面粗糙度各常用参数的测量，并给出被测表面的轮廓图形．文中对有关测量原理及其关键技术进行了介绍，给出了实验结果及误差分析1.光纤式表面粗糙度测量国内外现状、结论 1.1 表面粗糙度的概念 表面粗糙度，是指加工表面具有的较小间距和微小峰谷不平度。其两波峰或两波谷之间的距离（波距）很小（在1mm以下），用肉眼是难以区别的，因此它属于微观几何形状误差。表面粗糙度越小，则表面越光滑。表面粗糙度的大小，对机械零件的使用性能有很大的影响。 1.2表面粗糙度发展状况 为研究表面粗糙度对零件性能的影响和度量表面微观不平度的需要，从20年代末到30年代，德国、美国和英国等国的一些专家设计制作了轮廓记录仪、轮廓仪，同时也产生出了光切式显微镜和干涉显微镜等用光学方法来测量表面微观不平度的仪器，给从数值上定量评定表面粗糙度创造了条件。表面粗糙度仪 　　从30年代起，已对表面粗糙度定量评定参数进行了研究，如美国的Abbott就提出了用距表面轮廓峰顶的深度和支承长度率曲线来表征表面粗糙度。1936年出版了Schmaltz论述表面粗糙度的专著，对表面粗糙度的评定参数和数值的标准化提出了建议。但粗糙度评定参数及其数值的使用，真正成为一个被广泛接受的标准还是从40年代各国相应的国家标准发布以后开始的。 　　首先是美国在1940年发布了ASA B46.1国家标准，之后又经过几次修订，成为现行标准ANSI/ASME B46.1-1988《表面结构表面粗糙度、表面波纹度和加工纹理》，该标准采用中线制，并将Ra作为主参数；接着前苏联在1945年发布了GOCT2789-1945《表面光洁度、表面微观几何形状、分级和表示法》国家标准，而后经过了3次修订成为GOCT2789-1973《表面粗糙度参数和特征》，该标准也采用中线制，并规定了包括轮廓均方根偏差即现在的Rq在内的6个评定参数及其相应的参数值。另外，其它工业发达国家的标准大多是在50年代制定的，如联邦德国在1952年2月发布了DIN4760和DIN4762有关表面粗糙度的评定参数和术语等方面的标准等。 　　以上各国的国家标准中都采用了中线制作为表面粗糙度参数的计算制，具体参数千差万别，但其定义的主要参数依然是Ra或Rq，这也是国际间交流使用最广泛的一个参数。 1.3光纤式光散射法表面粗糙度测量 对平面和一般圆柱形外表面的粗糙度，一可用触钊一式仪器很力一便地进行测量。然而对于内孔、凹槽、沟槽，尤其对一些形状复杂的零件表面，如塑料成型模具，轮机卜片及精密机构的某些零件等，因为它们的表面是由三维曲面组成的，而且对一表而粗糙度要求很高，甚至要求加工成镜面，触针式仪器由于固有的特性，无法对其进行测量。 　　随着光纤技术的飞速发展，光纤传感技术应运而生。光纤用于传感是光电子技术的新结晶，它具有常规检测技术不可比拟的诸多优点，而且能实现“传”和“感”的合二为一。光导纤维不仅抗电磁干扰能力强、灵敏度高，透光性、电绝缘性以及无感应性好等优点，而且还具有径细、量轻，可挠曲、柔软性好，在实际使用中，光纤几乎不受弯曲效应的影响等的独特优点，从而能够实现此前难以实现的异型表面特定部位的测量以及大型工件表面的测量;此外，光纤传播的光能损失主要是端面反射与光纤吸收损失，而光线在光纤中传播没有反射损失。因此，光纤是低损耗的光学传输器件，此独特优点也是其它技术所无法比拟的。光纤传感器具有不受磁场干扰、传播信号安全、可实现非接触测量、可适应恶劣环境的使用以及灵敏度高、精度高、快速测量、使用简便等特点。利用光散射理论测量表面粗糙度，最常用的光纤传感器结构有随机型和同轴型光纤传感器。这两种光纤传感器结构的主要缺陷是工作距离和环境光变化都会使测量产生误差。当光纤传感器的测量头到被测表面距离发生变化时，由于工作距离的变化使接收功率积分区间发生变化，进入接收光线的光通量也发生变化，从而导致输出信号随着工作距离的变化而发生变化，最终引起测量结果户二生误差;此外，由于光纤散射法测量表而粗糙度的实质即是测量表面反射场中的一部分光通量，而_巳测量装鸳上的测头与测量环境是非封闭的，故而测量环境照明光线的明暗变化必然会造成一部分光线进入光纤而引起输出信号的变化，从而引起测量结果产生误差。 　　范围内的光线经过透镜后才能进入光纤端而，而从透镜边框与被测表面之间