专利名称：测量粗糙度的非激光核带比法的制作方法
技术领域：
本发明属于物体表面粗糙度的光学测量技术。
用激光作为光源测量物体表面粗糙的“核一带比”方法的原理已有若干论文[见程路，物理学报27，651(1978);程路，物理学报28，470(1979);程路，张炳泉，物理学报29，1570(1980)]。并且在中国已有若干单位根据这一原理研制成功了几种类型的以激光作为光源测量工件表面粗糙度的仪器。“核一带比”方法是中国独有的一种非接触式测量表面粗糙度的光学方法。该方法较之其它国家现有的一些光学方法(均尚处于研究阶段而未形成商品仪器)，如平均衬比度法[见Jour·Opt·Soc·Amer.66，11(1976)]、阵列接收器法[见Appl·Opt·14，872(1975)]等，具有装置简单、成本低廉、操作便捷(1～2秒钟即可测量一件)、对光源稳定性要求不高以及与待测物体的材料无关等优点，并且测量精度不亚于触针式的轮廓仪。
本发明的目的现有的“核一带比”方法测量物体表面粗糙度中的光源为激光光源(如氦氖激光器)，它们一般都有寿命较短、成本较高、不易操作和维修的缺点。为了克服这些缺点，同时由可以保持“核一带比”方法测量物体表面粗糙度的精度和各项优点，特完成了本发明。
本发明的内容将现有的“核一带比”方法中所采用的激光光源改为辉光灯、孤光灯、白炽灯、发光二极管等作为测量光源，并增加一个聚焦透镜装置2(见附图)和滤光片4，测量时，前光电探测器5和后光电探测器7所接收的光功率分别为E1和E2，从E1与E2的比值就可得到待测物体表面粗糙度值Ra。
从统计光学的原理出发可得出用本方法在一维随机起伏的物体表面(如由磨削、精研等方法加工的表面)情况下Ra的关系式Ra=E2E1=W+(1-W)∫0a1f(θ)dθ/∫0π/2f(θ)dθ(1-W)∫a1a1f(θ)dθ/∫0π/2f(θ)dθ(2)]]>同理可得出在二维随机起伏表面(如腐蚀加工的表面)情况下Ra的关系式Ra=E2E1=W+(1-W)∫0a1f(θ)dθ/∫0π/2f(θ)dθ(1-W)∫a1a1f(θ)dθ/∫0π/2f(θ)dθ(2)]]>在以上两式中f(θ)＝(1+cosθ2)cosθ (3)a1=arctgt1d, a2=arctgt2d, (4)]]>
其中t1、t2和d如附
图1所示。(1)式和(2)式中的W为W＝exp[-( (2π)/(5λ) Ra cosγ)2] (5)其中λ为滤光片(附图1，4)的中值波长，γ为入射角(见附图1)待测物体表面的宏观几何形状可以为平面、柱面、球面，以及内、外沟槽等。
由实验测量数据证明了此种方法实施为仪器产品是可行的，仪器的测量精度不低于现有以激光作为光源的“核一带比”方法物体表面粗糙度测量仪的测量精度。
本方法所测的物体表面粗糙度值Ra符合现行国际规定，并给于理论上的论证。
此项发明可用于制造下述两种类型的物体表面粗糙度测量仪器1.传递定标仪器先将一套粗糙度样板送计量部们用现行测量手段-测定它们的粗糙度值Rao，然后将这套标准样板逐一放在本仪器上得出各已知的Ra值所对应的本仪器的“Ra值显示”9所显示的光电输出值，如此获得一条工作曲线，即为本仪器的定标曲线。
2.独立定标仪器对光路进行规整并遮去外界的杂散光，并对本仪器中光电转换的定量关系进行系统测量，即可不用粗糙度标准样板而按公式(1)或(2)直接对仪器进行定标。
本发明具有装置简单、成本低、操作简捷(1～2秒钟即可测量一件)、对光源稳定性要求不高、光源寿命长以及与待测物体材料的表面反射率无关系等优点，对推广应用到工厂的工序间有着较大的意义。本发明的用途非常广泛，例如可以用来测量各种金属或非金属磨削、精研或腐蚀表面的粗糙度，亦可用来测量各种粉末状物质经固化、平整后的表面粗糙度，借以确定粉末的颗粒度。本发明的测量度不低于触针式轮廓仪，是一种实用的物体表面粗糙度的光学测量技术。
仪器原理框图如附图所示，图中1为测量光源，2为透镜，3为待测物体，4为滤光片，5为前光电探测器，6为前光电探测器上的开孔，7为后光电探测器，8为放大及运算电路，9为Ra值显示。d为待测表面3到光电探测器5和7的距离;γ为入射角，α1和α2分别为待测表面3对光电探测器7和5有效光接受面外园的半张角;t1和t2分别为光电探测器7和5有效接受面半径。
参考文献〔1〕程路;物理学报27，651(1978)。
〔2〕程路;物理学报28，470(1979)。
〔3〕程路，张炳泉;物理学报29，1570(1980)。
〔4〕H·Fuji，T·Asakura，Y·Shindo;JOSA66，11(1976)。
〔5〕T·Asakura，J·Ohtsubo;Optik46，19(1976)。
〔6〕E·L·Church，J·M·Zavada;Appl·Opt·14，872(1975)。
〔7〕Dandlikeretal。;美国专利(UnitedStatesPatent)，3922093(1975)。
权利要求
一种测量物体表面粗糙度的“核-带比”方法，其特征在于采用辉光灯、弧光灯、白炽灯、发光二极管等光源作为测量光源。
全文摘要
测量粗糙度的非激光“核—带比”方法。本发明属于表面粗糙度有光学测量技术。测量物体表面粗糙度的“核—带比”方法是一种新方法。本发明是将该方法中的激光光源进一步改为辉光灯、弧光灯、白炽灯、发光二极管普通非激光光源，并给出了相应公式。理论和实测表明其测量精度与用激光光源时一样，不低于现行的触针式轮廓仪。
文档编号G01B11/30GK1033689SQ8710122
公开日1989年7月5日 申请日期1987年12月20日 优先权日1987年12月20日
发明者程路 申请人:南开大学