微孔粗糙度检测设计方案..doc

选题依据（包括课题的来源、研究目的、必要性和重要性、意义以及国内外研究的技术现状分析） 一．课题来源、研究目的、必要性和重要性、意义 课题旨在利用现代先进的光电子技术测量大曲率孔内表面的粗糙度值，具体为一种基于漫散射量大曲率表面粗糙度检测系统。 课题来源、必要性、重要性在于：随着现代科学技术的进步和发展，各种超精度加工技术的出现，高质量表面加工得以实现，从而对表面粗糙度侧量提出了越来越高的要求。而且在一些高尖端技术领域，产品越来越多的呈现微型化的发展趋势，其中大曲率器件在机械、仪表、航空、电子、生物医疗和纺织工业的应用越来越广泛。随之而来的问题是如何对大曲率内壁的表面粗糙度的检验，目前的比较常用的方法测量大曲率内壁表面的粗糙度的方法按照测量原理和实现方式的不同，一般可分为比较测量法、机械触针法、电子显微镜法、光学法及其其它一些综合测量方法等。然而在某些领域，比如在航空工业上，大飞机发动机和火箭发动器喷注器小孔直径均在5mm以下，以上方法多少受到限制，比如用机械触针法，很难伸入大曲率孔中，而生产更微型的探针则成本过高等。这些大曲率孔内壁质量直接影响到整个产品的使用性能和寿命，特别是对于运转速度快、装配精度高、密封性要求严且高温作业下的产品，其影响作用表现得更加突出。 课题意义在于，对于现有技术不足，提出一种基于漫散射量的大曲率孔内壁粗糙度的检测方法，实现大曲率孔内壁粗糙度测量的高效，精确的测量，可有效解决大曲率孔内壁粗糙度检测的实际要求。解决目前FOS-RIM型光纤表面粗糙度伸入式传感器所不能伸入的微小孔内壁粗糙度检测要求，并能有效的判断大曲率孔内壁各个位置粗糙度是否符合要求。 二．国内外研究的技术现状分析 多年来，大曲率孔内壁粗糙度的测量的问题始终是实验和理论研究的重要课题之一。特别是上世纪70年代中后期，随着计算机应用的逐步普及和微电子技术、现代光学技术和激光应用技术的发展，大曲率粗糙度测量技术得到了一定的发展。粗糙度的测量方法包括接触式和非接触式两类，由于，曲面和孔内表面的粗糙度测量情况比较复杂和困难，例如：内孔，沟槽，曲面轴孔，内齿轮等零件孔内表面粗糙度的测量，特别是面对微小孔径时，用接触法很难操作且精度低，人为影响大。所以，目前，大曲率孔内表面粗糙度的检验方法，更多的采用非接触类非破坏性测量，其中更趋向于其中的光学测量法。而用非接触式的光学测量法，则因为被测目标内部空间较小，会限制光路的设计和元器件的空间安排，实现起来同样困难重重。因此，长期以来孔内表面粗糙度的测量一直是个难题，也是迫切需要解决的一个问题。目前孔内表面粗糙度非破坏性测量的需求越来越迫切，口益成为发展趋势之一，国内外在这方面的研究可谓方兴未艾。 如前所述，光散射法可以实现非接触式、高分辨率的测量，在孔内表面测量中很有优势。国内电子科技大学的徐彧、张涛等人率先利用光散射原理开展了孔内表面粗糙度测量的研究工作。基于光散射的孔内表面粗糙度测量仪工作原理如图1所示，准直后的光束经全反射棱镜反射到试件孔内表面，从被测表面上反射和散射的光斑及其分布情况由光电二极管阵列接收，将光信号转变为电信号，经后续信号处理，即得到所需的粗糙度评定参数。 图1 孔内表面粗糙度测量仪的结构框图 仪器的测量范围为0.005~1.6um，测量相对误差5%，重复测量不稳定性小于，可对多种机械加工零件的孔内表面进行非接触在线检测。但是其可实现测量的内孔径在100mm左右甚至更大，并不能满足直径不大于5mm大曲率 孔内表面粗糙度测量。 哈尔滨工业大学的孙学斌针对细杆内腔空间狭小的特殊性选择了光散射法 的测量方法。并根据Beckmann等人的光散射理论模型，设计出如图2所示小孔 径孔内表面粗糙度测量系统。接收器接收经粗糙孔内表面调制后的散射光强，而由光散射理论模型得出其与粗糙度表示值线性关系。因此在加工方式相同的情况下，通过标定它们之间的比例系数就可以由接收的散射光强值推导出值。此仪器总长度为182mm，测量处最大外径为14mm，测量范围为11.0~14.7nm，经过实验验证，测量结果能达到较高的精度，所以能实现多种零件孔内表面粗糙度测量。但是由于结构复杂，且要求工件要独立测量，所以测量的孔径必须至少大于14mm，对于大曲率并不适合。 图2测量系统光路设计图 D.Lu，F.Yuan和Z.Chen基于Beckmann的散射模型，提出了一种光斜入射被测表面的孔内表面粗糙度测量光纤传感器，其工作原理如图3所示，激光器5出射的激光束由光纤祸合器4祸合进入光纤3传导，GRIN透镜2对其准直后，经反射镜1反射以约45°入射被测表面8，散射光信号经光纤7传导，最终被光电探测器6接收。结果表明该测量方法适用于均方根粗糙度值 200nm的光