基于光散射法细杆内表面粗糙度测量技术的研究

论文摘要

表面粗糙度是指工件加工表面的微小的不平整度,是评价工件表面加工质量的重要参数。随着粗糙度测量理论的发展和技术的进步,光学的测量方法特别是光散射的粗糙度测量方法由于其快速、非接触的优点,得到了迅速的发展。本设计的测量对象是细杆内壁的粗糙度数值,由于测量空间的限制,传统的测量方法和测量仪器已经难以满足需求,需要设计一种新的测量装置。首先,本文对比分析了各种主要的粗糙度测量方法,针对细杆内腔空间狭小的特殊性选择了光散射法的测量方法。并根据Beckmann等人的光散射理论模型,进行了理论的推导,得出了适合于本文的光散射理论模型。其次,对系统的硬件、软件进行了设计。在硬件部分,设计了光伏模式下的光电转换电路,实现了散射光强信号到电信号的精密转换,并设计了数据处理及控制电路来实现对光电转换部分的控制以及与上位机的通讯。同时根据硬件设计的需求对测量部分相关机械结构进行了设计,以配合电路部分完成测量的功能。在软件部分完成了控制电路的C语言设计与控制上位机的数据接收及处理VB程序编写。最后,对系统进行了一系列功能验证性实验。其中包括系统的线性度实验,稳定系实验,以及最终的系统总体实验。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题的背景及目的意义
• 1.2 粗糙度测量方法的国内外研究现状
• 1.3 本课题的主要研究内容
• 第2章 细杆内表面粗糙度测量原理分析及总体设计
• 2.1 引言
• 2.2 本研究的方案确定及理论建模
• 2.2.1 测量方法的确定
• 2.2.2 光散射法表面粗糙度测量原理
• 2.3 粗糙度测量系统总体设计
• 2.3.1 相关机械结构总体设计
• 2.3.2 硬件电路部分总体设计
• 2.3.3 软件部分总体设计
• 2.4 本章小结
• 第3章 粗糙度测量系统硬件电路及机械结构设计
• 3.1 引言
• 3.2 光学部分设计
• 3.2.1 光电转换部分器件选择
• 3.2.2 光电转换原理
• 3.3 前置电路设计
• 3.3.1 光电转换及数据调理部分
• 3.3.2 模数转换部分电路设计
• 3.4 数据处理及控制电路设计
• 3.4.1 驱动缓冲及通讯部分
• 3.4.2 数据处理与显示部分设计
• 3.5 相关机械结构设计
• 3.5.1 前端支架与激光器紧固部分设计
• 3.5.2 测量车主体部分设计
• 3.5.3 对外接口部分设计
• 3.5.4 测量车拉动部分设计
• 3.6 本章小结
• 第4章 粗糙度测量系统软件设计
• 4.1 引言
• 4.2 数据处理及控制电路程序设计
• 4.2.1 单片机系统软件构成
• 4.2.2 模数转换部分相关程序设计
• 4.2.3 显示部分相关程序设计
• 4.2.4 上位机通讯相关程序设计
• 4.3 上位机数据处理程序的开发
• 4.3.1 串口数据接收模块
• 4.3.2 标定与数据处理程序设计
• 4.4 本章小结
• 第5章 粗糙度测量系统的实验及分析
• 5.1 引言
• 5.2 粗糙度测量系统性能验证性试验
• 5.2.1 光电转换部分反馈电阻阻值的确定
• 5.2.2 粗糙度测量系统线性度实验
• 5.2.3 粗糙度测量系统重复性实验
• 5.3 粗糙度测量实验
• 5.4 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 附录1
• 附录2
• 致谢