对象。其中：
[0027] +1级衍射光斑7-2的衍射角为：Λ -肌;tan I , +1级衍射光斑7-2与0 '7 级衍射光斑7-3的距离；
[0028] -1级衍射光斑7-4的衍射角为：A ? + arcui" I，L为级衍射光斑7-4与 J 〇级衍射光斑7-3的距离；
[0029] +2级衍射光斑7-1的衍射角为：爲=從-arctan ,，: 1^为+2级衍射光斑7-1与0 级衍射光斑7-3的距离；
[0030] -2级衍射光斑7-5的衍射角为：A2 = ? + arctan t，L 2为-2级衍射光斑7-5与 〇级衍射光斑7-3的距离；
[0031] 步骤五：为了得到各级衍射光斑的能量大小，将CCD相机9采集的衍射光斑图像转 化为灰度图，从灰度图中读取各级衍射光斑能量的大小；
[0032] 步骤六：利用光栅方程η λ = d(sin α 土sin β )和矢量光学理论，计算出表面微观 形貌的大小。
[0033] 上述方法是通过以下测量原理实现的：激光器1输出激光束2,该激光束2具有单 色性好、相干性好、准直性好的特点；激光束2的光强分布为高斯型，能量主要集中在光斑 的中心位置，当激光束2通过线性衰减片3后，强度会减弱；小孔光阑4对激光束进行滤波， 只有强度均匀的中心区域光斑通过；被调制的激光束2作为入射光，照射在工件5的表面 上，由于工件5表面具有刀具切削后残留的纹理结构，它起到衍射光栅的作用，激光束2发 生衍射现象，产生衍射光斑7。衍射光斑7按照不同级次分布开，通过透镜8后，被调整为平 行光束；CCD相机9采集衍射光斑图像，得到各级衍射光斑的强度和位置关系，再利用光栅 方程]1人=(1(8；[11€[±8；[110)，其中11为光谱级次，11 = 〇，±1，±2，*";当衍射光线和入射 光线在光栅法线同侧时，为+;当衍射光线和入射光线在光栅法线两侧时，为λ为入射光 波长，d为光栅常数，α为入射角，β为衍射角，计算出表面三维微观形貌的大小。
【主权项】
1. 一种基于激光束衍射光斑特性的超精密车削加工表面=维微观形貌测量方法，其特 征在于所述测量方法步骤如下： 步骤一：将激光器、线性衰减片、小孔光阔、透镜、CCD相机调整在同一高度，并调整透 镜的焦距、CCD相机与透镜的距离，保证衍射光斑成像在CCD相机的感光元件上； 步骤二：将激光器预热30-60分钟； 步骤=:将工件安装在回转工作台上，打开激光器，激光器输出的激光束依次经线性衰 减片和小孔光阔后照射到工件表面，转动回转工作台W调整激光束的入射角度； 步骤四：激光束在工件表面发生衍射现象，产生衍射光斑，衍射光斑按照不同级次分布 开，通过透镜后，被调整为平行光束； 步骤五：CCD相机采集衍射光斑图像，得到各级衍射光斑的能量和位置关系，再利用光 栅方程nA=d(sina±sinP)，其中n为光谱级次，A为入射光波长，d为光栅常数，a为 入射角，P为衍射角，计算出表面=维微观形貌的大小。2. 根据权利要求1所述的基于激光束衍射光斑特性的超精密车削加工表面=维微观 形貌测量方法，其特征在于所述激光束的波长范围为405-650nm。3. 根据权利要求1所述的基于激光束衍射光斑特性的超精密车削加工表面=维微观 形貌测量方法，其特征在于所述入射角度为30° -60°范围内。4. 根据权利要求1所述的基于激光束衍射光斑特性的超精密车削加工表面=维微观 形貌测量方法，其特征在于所述激光束在工件表面发生衍射后，各级衍射光斑会按照不同 的衍射角度展开，W+1级衍射光斑、-1级衍射光斑、+2级衍射光斑、-2级衍射光斑作为被 测对象。5. 根据权利要求4所述的基于激光束衍射光斑特性的超精密车削加工表面=维微观 形貌测量方法，其特征在于所述+1级衍射光斑的衍射角为：A- ，Li为+1级 衍射光斑与0级衍射光斑的距离。6. 根据权利要求4所述的基于激光束衍射光斑特性的超精密车削加工表面=维微观 形貌测量方法，其特征在于所述-1级衍射光斑的衍射角为：震1 = ? +arctan^，L1为-1级 衍射光斑与0级衍射光斑的距离。7. 根据权利要求4所述的基于激光束衍射光斑特性的超精密车削加工表面=维微观 形貌测量方法，其特征在于所述巧级衍射光斑的衍射角为：鷄=a-arcta" ^，L2为巧级 衍射光斑与0级衍射光斑的距离。8. 根据权利要求4所述的基于激光束衍射光斑特性的超精密车削加工表面=维微观 形貌测量方法，其特征在于所述-2级衍射光斑的衍射角为：获2 = ，L2为-2 级衍射光斑与0级衍射光斑的距离。9. 根据权利要求1所述的基于激光束衍射光斑特性的超精密车削加工表面=维微观 形貌测量方法，其特征在于为了得到各级衍射光斑的能量大小，将CCD相机采集的衍射光 斑图像转化为灰度图，从灰度图中读取各级衍射光斑能量的大小。
【专利摘要】一种基于激光束衍射光斑特性的超精密车削加工表面三维微观形貌测量方法，其步骤如下：一、将激光器预热；二、将激光器、线性衰减片、小孔光阑、透镜、CCD相机调整在同一高度；三、将工件安装在回转工作台上，打开激光器，激光器输出的激光束依次经线性衰减片和小孔光阑后照射到工件表面，转动回转工作台以调整激光束的入射角度；四、激光束在工件表面发生衍射现象，产生衍射光斑，衍射光斑按照不同级次分布开，通过透镜后，被调整为平行光束；五、CCD相机采集衍射光斑图像，得到各级衍射光斑的强度和位置关系，再利用光栅方程计算出表面三维微观形貌的大小。本发明光路系统调整简单，对测量环境要求不严格，可以在加工现场使用该方法。
【IPC分类】G01B11/30
【公开号】CN105004286
【申请号】CN201510255809
【发明人】王波, 吴东旭, 张鹏, 乔政, 王会茗
【申请人】哈尔滨工业大学
【公开日】2015年10月28日
【申请日】2015年5月19日