一种基于激光散射法的表面粗糙度测量仪的制作方法

本实用新型涉及测量技术领域、光电技术领域，尤其涉及一种基于激光散射法，适用于对产品成品率的检测，提高检测客观性、精度高、自动化、效率高的表面粗糙度测量仪。

背景技术：

在工业生产中，表面粗糙度是衡量工件表面质量以及工件良品率的一个关键指标。目前工业中常用的表面粗糙度测量方法大概可分为接触式和非接触式两种。接触式的测量方法在测量过程中测量装置会与被测表面接触，容易对测量表面造成损伤。非接触式的测量方法大致可分为超声波、声发射和光学方法等，不会对被测表面产生二次损伤，而且测量精度比接触式高。在众多非接触式方法中，光学技术表现出了良好的测量能力。针对表面粗糙度测量的光学技术大概有干涉法、散射法、激光三角法、机器视觉法等。

在现有的散射法运用中，采用激光束斜射的方式射到被测物体的表面，这种方式使激光在物体表面发生漫反射丢失的光能较多，所采集到的光斑图像不能准确的反映出被测物体表面的粗糙度。

光电技术的不断发展，已经能很好的应用于工业生产制造中，具有测量精度高、结构简单、稳定性好等优点，对提高加工精度以及确定产品质量起着很大的作用。

技术实现要素：

本实用新型的目的是针对现有的粗糙度测量技术存在的问题，激光斜射到被测物体的表面，这种方式使激光在物体表面发生漫反射丢失的光能较多，所采集到的光斑图像不能准确的反映出被测物体表面的粗糙度；为解决上述问题，本实用新型提供了一种采用垂直激光散射法的表面粗糙度测量仪，能够实现非接触式测量以及流水线作业，且增加对产品粗糙度检测的准确性，从而提高整体产品的产品质量，提高生产效率。

为了实现上述功能，本实用新型提供的技术方案为：

一种基于激光散射法的表面粗糙度测量仪，包括激光器、采集屏、数据采集系统和被测物体，还包括分光镜，

激光器与被测物体在一条直线上，该直线与水平面呈90°角垂直，在激光器与被测物体之间的存在一个与水平面成45°角放置的分光镜，采集屏和分光镜高度一致，且采集屏垂直于水平面方向，数据采集系统位于沿着激光束射入采集屏方向采集屏的后方，数据采集系统的高度与采集屏的高度相等；

激光器发出的准直激光束的方向为垂直于水平面竖直向下，经由分光镜折射后激光束方向呈90°垂直射到被测物体表面，由被测物体表面散射后呈与分光镜45°角回到分光镜，再由分光镜水平反射后激光束进入到采集屏中。

进一步地，所述分光镜选用对激光束同时具有透过特性和反射特性的分光镜。

进一步地，所述数据采集系统包括：

拍摄成像单元，用于拍摄采集屏上的光斑图像；

图像处理单元，用于对光斑图像进行处理并提取散射特征参数、亮点比或亮点灰度比中的任意一种；

粗糙度计算单元，用于将提取的散射特征参数、亮点比或亮点灰度比中的任意一种代入相应标准粗糙度数值关系曲线，计算出实测物体的表面粗糙度数值并显示出来。

进一步地，数据采集系统用于拍摄采集屏上的光斑图像，对光斑图像进行处理提取散射特征参数、亮点比或亮点灰度比三个特征参数中的至少一个，并基于每个特征参数分别与相对应的粗糙度数值关系，计算拍摄的散射图像对应的粗糙度数值。

进一步地，激光器、分光镜、采集屏、数据采集系统为一体式的仪器，激光器入射角为垂直于水平面。

进一步地，所述采集屏用于采集携带金属表面粗糙度信息的反射光和散射光的空间位置分布信息。

进一步地，所述粗糙度测量仪可对运动中的物体测量表面粗糙度。

上述技术方案的作用在于，所述的激光器用于发出准直激光束，所述的激光束垂直入射到与水平面成45°角的分光镜上，激光束透过分光镜后垂直入射到被测物体表面；

所述的分光镜用于透过入射光、反射散射光和反射入射光；

所述的采集屏用于采集携带金属表面粗糙度信息的反射和散射光空间分布，位于垂直水平面方向，且高度和与水平面成45°角的分光镜高度一致。

所述的数据采集系统用于拍摄采集屏上的光斑图像，对图像进行处理提取散射特征参数、亮点比或亮点灰度比三个特征参数中的至少一个，并基于每个特征参数分别与相应粗糙度数值的关系，计算拍摄的散射图像对应的粗糙度数值。

作为优选，所述数据采集系统包括：

拍摄成像单元，用于拍摄采集屏上的光斑图像；

图像处理单元，用于对光斑图像进行处理并提取散射特征参数、亮点比或亮点灰度比中的任意一种；

粗糙度计算单元，用于将提取的散射特征参数、亮点比或亮点灰度比中的任意一种代入相应标准粗糙度数值关系曲线，计算出实测物体的表面粗糙度数值并显示出来。

一种基于激光散射法的表面粗糙度测量仪，其工作过程为：

(1)将激光束以垂直于水平面入射到分光镜上；

(2)激光束透过分光镜入射到被测物体表面；

(3)入射光束与反射光束经过分光镜反射到采集屏上形成光斑；

(4)数据采集系统拍摄采集屏上的光斑，提取散射特征参数、亮点比和亮点灰度比，并根据提取到的参数计算出物体表面粗糙度。

本实用新型与现有技术相比，优势在于：

1、本实用新型采用垂直激光照射到被测物体表面，不会因为漫反射丢失过多的光能，使检测结果更加准确。

2、本实用新型采用非接触式测量，不会破坏原有表面，不会造成二次伤害。

3、本实用新型将粗糙度结果量化，可以直接通过数值判定产品是否符合要求，减少人工带入的误差。

4、本实用新型采用光学测量方式，比机械式测量方式精度更高，可用于流水线测量，效率更高。

5、本实用新型结构简单，调试容易，操作方便，测量速度快，可靠性好。

附图说明

图1为测量系统示意图。

图中标记：1-激光器、2-分光镜、3-采集屏、4-数据采集系统、5-被测物体。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型的实施方式作进一步说明。

如图1所示，

一种基于激光散射法的表面粗糙度测量仪，包括激光器1、采集屏3、数据采集系统4和被测物体5，还包括分光镜2，

激光器1与被测物体5在一条直线上，该直线与水平面呈90°角垂直，在激光器1与被测物体5之间的存在一个与水平面成45°角放置的分光镜2，采集屏3和分光镜2高度一致，且采集屏3垂直于水平面方向，数据采集系统4位于沿着激光束射入采集屏3方向采集屏3的后方，数据采集系统4的高度与采集屏3的高度相等；

激光器1发出的准直激光束的方向为垂直于水平面竖直向下，经由分光镜2折射后激光束方向呈90°垂直射到被测物体5表面，由被测物体5表面散射后呈与分光镜45°角回到分光镜2，再由分光镜2水平反射后激光束进入到采集屏3中。

作为一种优选技术方案，所述分光镜2选用对激光束同时具有透过特性和反射特性的分光镜。

作为一种优选技术方案，所述数据采集系统4包括：

拍摄成像单元，用于拍摄采集屏3上的光斑图像；

图像处理单元，用于对光斑图像进行处理并提取散射特征参数、亮点比或亮点灰度比中的任意一种；

粗糙度计算单元，用于将提取的散射特征参数、亮点比或亮点灰度比中的任意一种代入相应标准粗糙度数值关系曲线，计算出实测物体的表面粗糙度数值并显示出来。

作为一种优选技术方案，数据采集系统4用于拍摄采集屏3上的光斑图像，对光斑图像进行处理提取散射特征参数、亮点比或亮点灰度比三个特征参数中的至少一个，并基于每个特征参数分别与相对应的粗糙度数值关系，计算拍摄的散射图像对应的粗糙度数值。

作为一种优选技术方案，激光器1、分光镜2、采集屏3、数据采集系统4为一体式的仪器，激光器入射角为垂直于水平面。

作为一种优选技术方案，所述采集屏3用于采集携带金属表面粗糙度信息的反射光和散射光的空间位置分布信息。

作为一种优选技术方案，所述粗糙度测量仪可对运动中的物体测量表面粗糙度。

本实施例中，一种基于激光散射法的表面粗糙度测量仪主要由激光器1、分光镜2、采集屏3和数据采集系统4组成。

所述的激光器1发出的准直激光束垂直水平面入射到与水平面成45°角的分光镜2上，激光器的波长及功率可调，所述的分光镜2与水平面成45°角的夹角安装，所述的激光束穿过分光镜2后到达工件表面，激光束在工件表面发生反射和散射，反射和散射光经过分光镜2反射，在采集屏3上产生光斑，所述的采集屏3位于垂直水平面方向，且高度和与水平面成45°角的分光镜高度一致。

所述的数据采集系统4包括：拍摄成像单元，用于拍摄采集屏3上的光斑图像；图像处理单元，用于对图像进行处理提取散射特征参数、亮点比和亮点灰度比；粗糙度计算单元，用于将散射特征参数、亮点比和亮点灰度比代入标准粗糙度数值关系曲线，计算出实测物体的表面粗糙度数值并显示出来。

本实施例中，一种基于激光散射法的表面粗糙度测量仪的测量方法是按如下步骤进行：

步骤1，调整激光束以垂直角度入射工件表面；

步骤2，使用数据采集系统4采集光斑图像，将采集到的光斑图像处理后提取特征参数，再根据特征参数计算出工件表面的粗糙度。

所述特征参数为：散射特征参数、亮点比或亮点灰度比。

以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。