[发明专利]粗糙度测量装置和方法

说明书

技术领域

本发明涉及粗糙度测量领域，特别涉及一种粗糙度测量装置和方法。

背景技术

在机械学中，粗糙度指加工表面上具有的较小间距和峰谷所组成的微观几何形状特性。表面粗糙度一般是由材料本身的物理性质和所采用的面加工方法所形成的。由于材料的不同特点及加工方法的不同，造成被加工表面微观几何形状有差别。表面粗糙度与机械零件的配合性质、耐磨性、疲劳强度、接触刚度、振动和噪声等有密切关系，对机械产品的使用寿命和可靠性有重要影响。因此，对物体表面粗糙度的测量在机械加工中有着重要的意义。

常见的物体表面粗糙度的测量方法有比较法、印模法、触针法、干涉法、光切法等。

在实现本发明的过程中，发明人发现现有技术至少存在以下问题：

现有的表面粗糙度测量方法多有各自的不足，如比较法不够准确，印模法要配合其它测量法才能起作用，触针法和光切法效率较低，干涉法装置较为复杂等。

发明内容

为了解决现有技术中各表面粗糙度测量方法存在的问题，本发明实施例提供了一种粗糙度测量装置和方法。所述技术方案如下：

第一方面，本发明实施例提供了一种粗糙度测量装置，所述粗糙度测量装置包括：不透光箱体、激光源、光强检测单元、动力机构和信号处理单元；

所述不透光箱体的底板用于放置待测物体，所述激光源设置在所述箱体内，且所述激光源的出光方向与所述底板垂直，所述光强检测单元与所述动力机构相连，在所述动力机构带动下沿预定轨道运动，所述预定轨道为半圆形，所述半圆形处在垂直于所述底板的平面内，所述半圆形的圆心为所述激光源发出的激光照射在所述待测物体上的光斑的中心；

所述信号处理单元用于获取所述光强检测单元的检测信号，所述检测信号包括所述光强检测单元在不同角度处检测的光强，所述角度为所述光斑的中心与所述光强检测单元的连线与所述激光间的夹角；根据所述光强检测单元在不同角度处检测的光强确定所述待测物体表面的粗糙度。

在本发明实施例的一种实现方式中，所述信号处理单元用于采用如下公式计算所述待测物体表面的粗糙度：

其中，

σ为所述待测物体表面的粗糙度，N为所述光斑内微平面数量，所述光斑内微平面分为n组，第i组微平面的法线角为θ_i，第i组微平面中微平面的数量为n_i；

I＝SUM{I₁,I₂,…,I_n}，I_i为第i组微平面对应的散射光强，i＝1，2，……n。

在本发明实施例的另一种实现方式中，所述动力机构包括摇臂和电机，所述电机设置在所述底板上，所述摇臂的一端垂直连接在所述电机的输出轴的侧壁上，所述摇臂的另一端上设有所述光强检测单元。

在本发明实施例的另一种实现方式中，所述摇臂包括第一连接臂和第二连接臂，所述第一连接臂的一端垂直连接在所述电机的输出轴的侧壁上，所述第一连接臂的另一端与所述第二连接臂的一端垂直连接，所述第二连接臂上设置有所述光强检测单元，所述第二连接臂平行于所述底板；

或者，所述摇臂为一弧形摇臂。

在本发明实施例的另一种实现方式中，所述电机为步进电机。

在本发明实施例的另一种实现方式中，所述不透光箱体还包括顶板和侧壁，所述侧壁与所述顶板为一体化设计，所述侧壁可拆卸安装在所述底板上。

在本发明实施例的另一种实现方式中，所述底板、顶板和侧壁均采用黑色材料制成。

在本发明实施例的另一种实现方式中，所述信号处理单元包括模数转换子单元和处理子单元，所述模数转换子单元分别与所述光强检测单元及所述处理子单元连接。

第二方面，本发明实施例还提供了一种粗糙度测量方法，所述方法基于第一方面提供的粗糙度测量装置实现，所述方法包括：

获取所述光强检测单元的检测信号，所述检测信号包括所述光强检测单元在不同角度处检测的光强，所述角度为所述光斑的中心与所述光强检测单元的连线与所述激光间的夹角；

根据所述光强检测单元在不同角度处检测的光强确定所述待测物体表面的粗糙度。

在本发明实施例的一种实现方式中，所述根据所述光强检测单元在不同角度处检测的光强确定所述待测物体表面的粗糙度，包括：

采用如下公式计算所述待测物体表面的粗糙度：

其中，