共光路偏振光学系统测量表面粗糙度方法研究

摘要

本文通过总结目前已经存在的测量表面粗糙度的方法，分析了它们工作原理的优点和缺点，提出了一种新型非接触高精度表面粗糙度测量方法，它采用共光路偏振干涉光学测量系统，且不需要另外的参考表面。然后依波动光学理论并采用琼斯矩阵论证了测量系统的工作原理，并对该测量系统进行了不确定度分析。利用该系统对一标准粗糙度样块(Ra=0.012μm)进行了测量，仿真模拟了表面粗糙度测量曲线，计算了表面粗糙度值，验证了该系统的可行性。实验证明该系统具有很强的抗外界震动干扰能力，仪器简单，性能稳定，测量灵敏度高。

目录

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声明

第1章绪论

1.1表面粗糙度光学测量方法的意义

1.2课题的国内外研究现状

1.3表面粗糙度测量的发展趋势

1.4本论文选题的意义及方案

第2章表面粗糙度概述

2.1表面粗糙度的定义

2.1.1表面粗糙度

2.1.2表面粗糙度与形状误差、表面波度的关系

2.1.3表面粗糙度的测量意义

2.2表面粗糙度的评定参数

2.2.1与微观不平度高度有关的参数

2.2.2与微观不平度间距有关的参数

2.2.3与微观不平度形状特性有关的参数

2.3表面粗糙度的测量基准

2.4表面粗糙度测量中的一些术语

2.4.1测量方向

2.4.2取样长度

2.4.3评定长度

2.5表面粗糙度测量的基本原则

2.6本章小结

第3章表面粗糙度测量原理及方法

3.1表面粗糙度测量方法分类

3.2表面粗糙度的测量方式

3.3接触式测量

3.4非接触式测量原理及方式

3.4.1光学散射法测量表面粗糙度

3.4.2光学散斑法测量表面粗糙度

3.4.3光学聚焦法测量表面粗糙度

3.4.4光学干涉法测量表面粗糙度

3.5本章小结

第4章共光路偏振光学系统测量表面粗糙度

4.1表面粗糙度测量的光路原理图

4.2系统的测量原理

4.3理论推导

4.3.1相位探测

4.3.2表面微不平值

4.3.3表面粗糙度参数Ra

4.4不确定度分析

4.5本章小结

第5章实验数据及处理

5.1实验装置图

5.2器件的选择与使用

5.2.1光源的选择与使用

5.2.2起偏器的起偏角测定

5.2.3偏振分光镜的选择与使用

5.2.4 Wollaston棱镜的选择与使用

5.2.5平面反射镜、透镜和物镜的选择与使用

5.3实验数据采集与数据处理

5.3.1数据采集

5.3.2数据计算与处理

5.3.3试验结果分析与讨论

5.4本章小结

结论

参考文献

致谢