HTML
-
对金属样品做验证性实验,找出与粗糙度值Ra之间存在单调性规律的散射光斑相关参量,并验证系统的可重复性与稳定性,为绝缘材料的测量提供实验数据的支撑,确定系统的可行性。实验中选择平磨和圆磨两种加工方式的标准粗糙度值的金属作为研究对象,其粗糙度值Ra分别为0.1μm,0.2μm,0.4μm,0.8μm,采集到的光斑图像如图 5所示。散射光斑可明显看出:随着粗糙度值的增大,散射光斑的整体光强度呈现减弱的规律。
计算光斑的相关参量,得到与Ra之间的对应关系,其中Ra为表面粗糙度最常用的一种表示方式,表示在取样长度内轮廓偏距绝对值的算术平均值,如表 1和表 2所示。光斑的RRMS, Sd与E都呈现出与Ra的单调性关系。
Ra/μm RRMS Sd E R1 R2 0.1 77.25 66.5 39.31 0.86 1.694 0.2 70.9 61.6 35.10 0.868 1.754 0.4 45.36 40.12 21.16 0.866 1.73 0.8 39.9 34.88 19.37 0.873 1.79 Table 1. Relationship between Ra and characteristic parameters of flat grinding metals samples
Ra/μm RRMS Sd E R1 R2 0.1 30.97 26.08 16.70 0.842 1.56 0.2 24.54 20.58 13.37 0.837 1.53 0.4 19.54 15.88 11.38 0.812 1.39 0.8 12.65 9.5 8.35 0.75 1.14 Table 2. Relationship between Ra and characteristic parameters of external grinding metals samples
对平磨的金属样品测量,改变系统的测量距离、测试点、相机曝光度,其中P1~P4为所做的4组对照实验,分析RRMS, Sd及E这3个参量与Ra的关系,结果分别如图 6所示。其中P1和P2沿着竖直方向微量平移金属块,改变待测金属到分光镜之间的距离的测量结果, 可知在合适范围内微量改变测量的距离不会影响光斑参量与Ra之间的单调性关系; P2和P3沿着水平方向移动待测金属,改变测量点的测量结果,可知参量曲线几乎重合,系统测量的可重复性较好; P3和P4为改变相机曝光时间的测量结果,可知在合适范围内改变系统的曝光时间,各参量与Ra之间仍然保持单调性关系。验证了系统的稳定性及可重复性。
Figure 6. The relationship between the Ra and the parameters of scattering spot of flat grinding metal samples
与上述实验步骤相同,将待测物换成绝缘塑料,如图 7所示。得到散射光斑的RRMS,Sd与E都呈现出与Ra的单调性关系,验证了系统可用于测量绝缘表面。
-
实际测量时,利用标准片定标得到参量与粗糙度值的拟合曲线,本文中是通过三次样条插值的方法得到拟合曲线。在保证实验条件不变的条件下,金属选择了平磨、外磨、刨床和平钳4种不同加工方式的样品,绝缘表面通过不同目数的砂纸机械化打磨了几组不同粗糙度值的样品,对两种材料的粗糙度值进行测量,在GUI界面的功能菜单中选定对应的测量目标,再点击“粗糙度”按钮,即能实现快速的测量功能。利用Sd和E两个参量分别拟合求得的粗糙度值如表 3、表 4和表 5所示。由测量结果可知, 利用这两个参量拟合求得的粗糙度值精度都较高,测量的4种金属相对误差在8%以内,测量的绝缘表面相对误差小于5%,能够实现金属和绝缘材料的粗糙度测量。
samples Ra/μm flat-grinding metal external grinding metal 0.1 0.2 0.4 0.8 0.1 0.2 0.4 0.8 result and error/μm 0.107 0.213 0.428 0.797 0.106 0.198 0.416 0.814 Ra-Sd/% 7 6.5 7 0.375 6 1 4 1.75 result and error/μm 0.108 0.201 0.403 0.805 0.103 0.193 0.404 0.816 Ra-E/% 8 0.5 0.75 0.625 2 3.5 1 2 Table 3. Roughness measurement results and errors of flat-grinding metal and external grinding metal samples
samples Ra/μm planer metal flat pliers metal 0.8 1.6 3.2 6.3 0.8 1.6 3.2 6.3 result and error/μm 0.81 1.54 3.28 6.19 0.78 1.55 3.21 6.31 Ra-Sd/% 1.25 3.75 0.625 1.746 2.5 3.1 0.33 0.16 result and error/μm 0.79 1.57 3.17 6.32 0.80 1.58 3.19 6.29 Ra-E/% 0.125 1.875 0.9375 1.27 0 1.25 0.33 0.16 Table 4. Roughness measurement results and errors of planer metal and flat pliers metal samples
samples Ra/μm 4.76 3.56 2.37 1.22 result and error/μm 4.85 3.67 2.43 1.14 Ra-Sd/% 1.89 3.09 2.53 6.5 result and error/μm 4.95 3.52 2.44 1.21 Ra-E/% 3.99 1.12 2.95 0.82 Table 5. Roughness measurement results and errors of insulating surface