基于光切显微镜的表面粗糙度参数的测量与研究
题目基于光切显微镜的表面粗糙度参数的测量与研究学生姓名学号
所在学院机械工程学院
专业班级测控082 班
指导教师
完成地点陕西理工学院（北区）
2011年5 月 20 日
基于光切显微镜的表面粗糙度参数的测量与研究
（陕理工机械工程学院测控技术与仪器082，陕西汉中 723003）
指导教师：
[摘要]基于光切法测量为基础原理,选用光切显微镜、CCD摄像系统、虚拟仪器及数字图像处理开发了表面粗糙度检测系统。详述了系统的硬件构成原理和核心器件CCD 的选用方法;应用虚拟仪器开发平台LabVIEW及其视觉应用功能开发出检测系统的软件程序,运用图像处理技术从光切显微图像中提取出表面轮廓信号计算粗糙度评定参数。
[关键词]表面粗糙度;光切显微镜;CCD摄像头；图像处理;
Measurement and study of surface light roughness
parameters based on
（Grade08,Class2，Shaanxi University of Technology，Hanzhong 723003，Shaanxi）
Tutor:
Abstract:light cut measurement based on the principle, optical microscope, CCD camera system, virtual instrument and digital image processing development of the detection system of surface roughness. Describes the selection method of principle and the core components of the CCD system hardware; the application of virtual instrument development platform LabVIEW and visual function developed detection system software program, using the image processing technology from the light section microscope image to extract surface profile signal computing roughness parameters.
Keyword:surface roughness; light microscope; CCD camera; image processing;
目录
引言 (1)
1 绪论 (1)
1.1 选题的目的及研究意义 (1)
1.2 课题的研究方法 (1)
2 表面粗糙度测量 (2)
2.1 20世纪以前表面粗糙度的测量技术 (2)
2.2 20世纪以后粗糙度的测量和发展 (3)
2.3表面粗糙度测量技术的发展方向 (4)
2.3.1在线检测 (4)
2.3.2新的检测方法 (4)
3 光切显微镜 (6)
3.1 9J光切显微镜简介 (6)
3.2测量原理 (6)
3.3 光切法显微镜使用方法 (8)
3.3.1 物镜的合理选择和安装 (9)
3.3.2 光带的正确调整 (9)
3.3.3 测量方向的确定 (10)
3.3.4 合理的定度与取值 (10)
3.3.5 轮廓平面度的测量 (10)
3.4 光切法显微镜维修和保养 (11)
3.5 取样长度与评定长度的选取 (11)
3.5.1 取样长度简介 (11)
3.5.2 取样长度与评定长度在实际加工过程中的体现 (12)
3.5.3 取样长度与评定长度在测量仪器中的实施 (13)
4 图像采集 (14)
4.1 CCD的基本介绍 (14)
4.2 CCD结构及工作原理 (14)
4.2.1 微型镜头 (15)
4.2.2 分色滤色片 (15)
4.2.3 感光层 (16)
4.3 CCD的选择原理 (17)
5 数字图像处理 (19)
5.1 发展概况 (19)
5.2 主要目的 (20)
5.3 虚拟仪器 (20)
5.3.1 虚拟仪器的优点 (21)
5.3.2 虚拟仪器的硬件系统 (21)
5.3.3 虚拟仪器的软件系统 (22)
5.4 LabVIEW (23)
5.5 LabVIEW 程序结构 (25)
5.5.1 循环结构 (25)
5.5.2 分支结构 (26)
5.5.3 顺序结构 (26)
5.6 图像灰度 (27)
5.6.1 表示方法 (27)
5.7 图像二值化处理 (28)
6 数据对比 (30)
6.1 光切显微镜数据处理 (30)
6.2 图像处理 (30)
6.2.1 图像处理过程 (30)
6.2.2 标定 (30)
结束语 (36)
致谢 (36)
参考文献 (30)
附录
引言
合理地评价表面粗糙度，对于产品质量的评定、机械性能的分析和加工条件的改善都具有重要意义。随着机械加工自动化程度的提高，对表面粗糙度在线测量提出了越来越高的要求。在工业生产的许多领域中，为了节省能源和材料、避免或减少零件在加工过程中的废品率、监测加工过程、提高产品质量等，也都要求对被测表面实行无损检测。目前常用的粗糙度测量仪都是触针式的，虽然其测量灵敏度和横向分辨率较高，但因为存在运动和信号的同步问题，只能对静止的表面进行测量。另外，触针与表面始终保持接触，尽管它对测量力进行了严格控制，但不可避免地会划伤表面和磨损触针。加之它只能对表面进行一维线的测量，进一步影响了其测量效率和测量速度!使之无法满足在线测量的要求。
1 绪论
1.1 选题的目的及研究意义
光切显微镜是用来测量工件表面粗糙度参数的仪器，其原理是通过光的照射将图像成像于目镜分划板上，测量沟槽宽度。但是测量时读数不方便，图像也不明显，只适合作单一参数的测量，并且测量效率低，本设计题目拟利用光切法和摄像头获取光带形成的图像,用计算机软件对图像进行处理,提出一种操作简便,测量效率较高的测量方法。
1.2 课题的研究方法
本课题采用CCD摄像头联接光切显微镜采集工件表面轮廓图像，然后用labvIEW图像处理软件进行图像处理，最后得到工件表面粗糙度的方法进行研究，
2 表面粗糙度测量
表面粗糙度(surfaeeroughness)旧称表面光洁度(surfaeefinish),是评定各种机械零件表面加工质量的一个重要指标。生产实践经验表明,表面粗糙度不仅直接影响机械零件的耐磨性、耐腐蚀性、抗疲劳能力、密封性能以及外表镀层和美观等,而且还对机械设备的装配质量,配合性质,工作性能,
图2.1 工件表面
使用寿命,动力消耗,振动及噪声等也有很大影响。1981年,我国有关部门曾对几家主要拖拉机制造厂所生产的发动机曲轴、气缸体、活塞及连杆等关键零件进行过质量调查,结果发现在不合格的零件中,约有10%是因其表面粗糙度不符合要求而造成的。因此,零件的表面粗糙度问题在工业生产,尤其在精密机械、仪器仪表、滚动轴承等制造业中,一直是个不容马虎的问题。
虽然我国早在周朝时代就会用动物油脂作润滑剂以减少两粗糙表面的摩擦磨损、西汉时期就发明了用研磨及抛光方法制造出表面极其光滑的青铜镜等,但是,人类对零件表面粗糙度进行全面、系统地研究迄今只有一百多年的历史。
2.1 20世纪以前表面粗糙度的测量技术
20世纪以前表面粗糙度的测量技术,可以追朔到新石器时代。在新石器时代,磨制玉器的人们己经知道在加工过程中要沿着晶体的结构、纹理来琢、鉴、轧等。同时还要经过研磨一套成形工艺,这样用手触摸起来才光滑。许慎在《说文解字》中说:“玉者,石之美者……温润而泽,仁之方也。”可见,用眼睛才能观察出它的光泽,用手才能感觉到是否温润。具体温润到什么程度,就没有一个标准来比较了。同时,在新石器时代,随着农业工具的发展,磨制石器的技术也得到了很大的提高,追求光滑与平润,但是否光滑、平润,还是靠手和眼睛来观测。
社会向前发展了一两千年,但对物体表面的形状大多还是用目测法和触摸法。(虽然加工手段出现了抛光处理)。牛顿曾在第九版《大英百科全书》中说过:“……这片玻璃是由伦敦一位工匠按照他们磨制望远镜片的同一方法磨制的,可是,尽管它看起来和一般制造的物镜一样好,但当它镀上水银以后,却发现整片玻璃上有很多地方反射不均匀。……只要是能够将玻璃研磨抛光成正确球形的熟练工匠,就完全可以使这些望远镜片达到相当完美的程度……”由此可见,即使技术发展到17世纪
60、70年代,对表面粗糙度的检验方法依然是观察法(目测法)。
随着机器大工业的发展,人们对机器各方面的问题如摩擦、磨损、刚度、硬度等都有所研究。由于技术水平的限制,对表面形状的研究较少。科学家由于研究的需要,对仪器精度要求较高,对光学元件的加工过程提供了许多革新办法,渐渐地人们对表面的形状和精确度也开始关注起来。德雷格(Dregor)在他所编的《科学论文集》中认为:“夫琅和费(Fraunhfer)所做的望远镜透镜质量非常好,他是第一个采用球形样板来检验表面精确度的人.”然而,法国人戴维(Deve)认为最早使用球形样板的是大约50年前法国的Laurent工厂。无论如何,对表面粗糙度的检测在20世纪以前没有统一的标准,也没有可用的定量的检测仪器和方法。人们在漫长的历史过程中也只是简单采用目测法、比较法、触摸法来定性地检测物体的表面。虽然人们也曾采用了比较显微镜进行对比,但这些测量方法只能对表面微观不平度作出定性的综合评定,没有系统的理论来指导:只有到了20世纪以后,表面粗糙度的测量才逐步系统地发展起来。
2.2 20世纪以后粗糙度的测量和发展
在表面粗糙度和零件加工这两个相互影响的技术领域中,最重要的问题是零件的生产成本直接受表面粗糙度的要求的影响。为了设法弥补根据零件表面功能提出的对表面的技术要求这一环节的欠缺,从20世纪10、20年代开始,人们己着手对用什么样的仪器能最方便和最经济地测量出被测零件的表面形貌进行了研究。
1929年德国人施马尔兹(Schmalz)第一次对表面微观不平度的高度进行了定量的评定,并在此后出版了一本论述表面粗糙度的专著,书中提出了评定参数物叼泥和测量基准线的概念。这两个概念的提出是表面粗糙度研究历史上的一次大的飞跃。从此开始了对表面粗糙度的数量化描述。同代人德国的尼克劳(Ni.olau)也对测量基准线的建立作出了贡献。又过了7年,艾博特(E.j.Abbort)制成了第一台车间用测量表面粗糙度的仪器。(它是现在美国Bendix公司测微计分厂生产的表面轮廓仪的先驱。这种仪器用测量距离轮廓峰项的深度与支承面积比的关系曲线,即艾博特(E.j.Abbort)曲线来表征表面粗糙度)。此后,英国研究成功了泰勒雪夫(Talysurf)触针式表面粗糙度测量仪。从那时以来,各国也先后研制出不同效率的表面粗糙度轮廓仪。这类触针式表面轮廓仪,操作方便,测量迅速,在各部门得到了广泛的应用。但因测量时金刚石触针直接与被测零件表面相接触,特别是经研磨加工后的表面,以及受到触针曲率和仪器放大倍数的影响,测量精度受到了一定的限制:所以,这类触针式表面轮廓仪对轻金属、塑料以及超精加工表面等都不适用。因此又发展了无接触光学式表面粗糙度测量仪。
1951年联邦德国Opton厂生产出测量表面粗糙度的干涉显微镜,后来又出现了光切显微镜.以上这些测量仪器和测量方法一般只能对比较平直的内外表面进行测量,而且都属于静态的被动式测量,不能把加工表面的粗糙度信息及时地反馈给加工系统,且测量精度和测量效率都比较低。从70年代初起出现了一系列新型仪器和测量方法。
1975年Taylor一Hobson公司研制出Talysurf一5型表面轮廓仪。它采用电子计算机进行数据处理,并能对巧个评定参数直接显示出测量结果。用其附件还可进行相关分析和快速傅立叶(Fourier)运算。仪器的分辨率达到了10ˉ3μm。同时,扫描电子显微镜(SEM)的出现,为表面粗糙度的测量开拓了又一新的途径。它与电子触针式轮廓仪相比有极好的分辨率(用电子束扫描直径大约为10μm,而触针尖球状直径则为10μm).它能对超精加工表面和轻金属表面进行无接触测量,不仅能定性
地而且能定量地对工件表面进行评定。
概括起来讲,20世纪以来,测量表面粗糙度的方法主要有两大类,一是用轮廓法测量表面粗糙度:二是用面积法评定表面握糙度。用轮廓法测量的仪器,按其测量原理可分为触针法、光切法和显微镜干涉法,相应使用的仪器有触针式表面粗糙度测量仪、光切显微镜和干涉显微镜。用面积法评定的方法主要有粗糙度比较样板、基于电容器原理的仪器、气动的仪器及基于反射测量
原理的仪器。各种测量方法的一般测量方式和适应被侧对象见表2.1所示。
2.3表面粗糙度测量技术的发展方向
为了使表面粗糙度的测量结果与测量目的更趋于一致,近年来各国正在研究表面粗糙度的光学在线测量仪器和测量方法。从总体上来说,大致有三个发展方向。
2.3.1在线检测
光学技术在机械制造过程中作为表面粗糙度的无损和在线测量的手段,具有很大的潜力。许多光学技术的现状,包括镜面反射、全部累积散射、漫散射、角度散射分布、光斑技术、椭圆对称技术和干涉技术等,目前还没有一种测量工程表面粗糙度的既准确又高速的计量工具。所以,光斑技术作为未来的表面粗糙度测量的在线工具也许具有最大的前途.
2.3.2新的检测方法
为了更好地描述被测量表面的三维形貌,许多新的测试方法和测量仪器己经面世。随着科技的发展,使用电子显微镜测量表面粗糙度是目前以及今后研究的重要课题之一。传统的测量方法和测量设备不能满足生产发展的要求.如干涉显微镜虽然有较高的灵敏度,但是由于对图象的分辨率不高,对于特别细小的线纹也很难测量.电动轮廓仪虽然有很高的深度检测灵敏度,但限于测头的尺寸和压力也不能测量特别小的线纹。因此在进一步改进原有测量方法的同时,必须探索新的测量方法.电子显微镜是今后发展的方向之一会对表面粗糙度测量的发展产生很大的影响。
3 光切显微镜
3.1 9J 光切显微镜简介
图3.1 光切显微镜实物图
9J 光切法显微镜是以光切法测量零件加工表面的微观不平度。其能判别国家标准GB1031-1995所规定测量范围1.0～80微米即原标准▽3-▽9级表面光洁度。对于表面划痕、刻线或某些缺陷的深度也可用来进行测量。 9J 光切法显微镜的特点是在不破坏表面的状况下进行的，是一种间接测量方法。即要经过计算后才能确定纹痕的不平度。
3.2测量原理
采用光切法测量表面微观不平深度的原理见图2.1光源发出的光线通过狭缝和物镜后,形成一束具有平直边缘的狭缝像亮带,并以倾斜45'方向照射在具有齿状不平轮廓的被测表面上。被测表面轮廓的波峰在S 点发生反射,波谷在S'点发生反射,并通过观测显微镜的物镜分别成像在分划板的a 点和a'点,此时在目镜中可观察到与被测表面轮廓对应的齿状亮带。通过目镜分划板和测微器测出a 点到ac 点之间的距离N,则被测表面的微观不平深度h 为 V N h COS45°=2
V N
式中 V——物镜放大倍数
图3.2 光切法测量原理
仪器结构：仪器外形如下图，基座(7)上装有立柱(2)，显微镜的主体通过横臂(5)与立柱联接，转动手轮(6)将横臂沿立柱上下移动，此时显微镜在进行粗调焦，并用悬手(3)将横臂固定在立柱上。显微镜的光学系统压缩在封闭的横臂内，横臂上装有可替换的物镜组(12)、测微目镜(16)等。微调手轮(4)用于显微镜的精细调焦。仪器的坐标工作台(7)利用其螺旋测微器对工件进行坐标测量与调整。对平的工件可直接放在工作台上测量，对圆柱形的工件，可放在仪器工作台的V形块上进行测量。
图3.3 光切显微镜结构图
物镜放大倍数与系数按表面粗糙度进行选取。
表3.1 倍数选择表
3.3 光切法显微镜使用方法
光切法显微镜可用测微目镜测出微观不平度十点高度Rz，按国家标准微观不平度十点高度Rz 与粗糙度Ra的关系如表3.2所示。
在测量时，所测量的表面范围不少于五个波峰。
3.3.1 物镜的合理选择和安装
光切显微镜配备有4对放大倍数不同的物镜,每对物镜都有一定的测量范围。测量前应根据被测零件表面粗糙度的不同,参照表3.1选择合适的物镜,并插到仪器V型槽内。只有物镜选择恰当,才能使仪器表面粗糙度和物镜成像深度相适应,否则就会产生较大的焦距误差。
需要指出的是当测量结果接近高一级放大倍数的物镜测量范围时,应选用高一级放大倍数的物镜进行重测。一般来说,光切显微镜照明物镜和观测物镜是可以互换的,且对测量无影响;但是某些型号的光切显微镜有所不同,其照明物镜和观测物镜的光学参数并不一致,此时应注意按出厂说明书使用。
3.3.2 光带的正确调整
图3.4 光带图
(1)测量前必须接通电源,以防工件顶坏物境。
(2)应首先将横臂缓降使物镜接近工件被测表面,然后慢慢上升支臂,同时用眼睛观察目镜视场,直至视场中央出现清晰的光带为止,拧紧紧固螺钉,再用微调将光带调至最狭窄且以下边缘最清晰为准(因为光带两边缘不同时位于同一物平面,不可能同时清晰)。若出现光带亮度不一致,应调整灯泡位置,即将灯泡在照明管中移动,使灯丝与光带像平行。
(3)若光带位移,应将2个调焦轮向相反方向拧紧,加以消除。这是因为调焦机构的齿轮条自锁不好,
使光管下沉,焦距改变,致使光带不能向某一方向移动(俗称光下沉)。
(4)若光带像残缺不全,则应卸下物镜重新安装调整,或调整摆动螺丝旁的螺丝,以使照明管和观测管2条轴线在同一垂直平面内。
(5)对于圆柱体和圆锥体工件,应在最高母线上对焦。若焦点偏离最高母线,则工件曲率半径越小或偏离值越大,其测量误差也就越大。其表现在横向移动工作台焦距变小,目镜视场内的光带向下移。此时应微调物镜使之上升,使光带回到中心位置,再横向移动工作台,直至光带不再向下移时,说明已在最高母线上对焦。对于球形工件,应纵向移动工作台寻找球形最高点,使弯曲光带和目镜水平线相切于视场中央,横向移动工作台和微调升降臂架,使光带最清晰。
3.3.3 测量方向的确定
根据光切原理,工件加工痕迹必须和光带垂直,才能测得Rz 最大值。若加工的痕迹无规则,则应选几个方向进行测量,取其最大值作为测量结果。具体调整时应转动工件而不是旋转工作台,太小的工件则应放在辅助工作台上,便于操作。
3.3.4 合理的定度与取值
仪器生产中的加工和装校误差以及仪器在使用过程中可能产生的变动,致使物镜的实际倍率与表3.2所列之值有些差别;故仪器在投入使用及经过较长时间使用时,或经过调修重新安装之后,均需用微分刻度尺(仪器专用附件)对目镜读数刻度进行/定度(即确定1刻度所代表的被测不平度高度的实际数值).
(1)由于低倍物镜标尺易找到,所以先定低倍物镜,用橡皮泥将其固定在工作台上,然后换高倍物镜仔细调焦即可,不必再找标准尺。
(2)应在不同部位测量3次以上的a1-a2值,取其平均值。操作过程中应尽量使十字线交叉点移动轨迹平行于光带,以减小误差。
(3)在读数时,若看不清目镜的数字,可微调机构(光带调节机构),使光带在视野内向上移,看清数字后再使光带回到原来的位置。
(4)仪器定度时,对任意物镜要用标准刻度(刻度值为0.01 mm)读取。千分尺鼓轮移动值a1-a2相应包含标准刻度尺个数n,由下式确定千分尺读数鼓轮的刻度值,即仪器常数。
2
101.0a a n C -= （1） 精确的读数及计算。
3.3.5 轮廓平面度的测量
采用目估法,将目镜十字分划板水平线尽量调整至光带中线位置上,并使其在整个视野范围内与光带的总趋势一致,同时观察轮廓峰(谷)的图像形貌,以此判断出轮廓峰高点与轮廓谷低点,然后进行瞄准读数。当仪器目镜视场内不是1个取样长度或1个评定长度时,应移动工作台,使被测工件测量
部位顺次移入视场进行测量。测量Rz 时,应使目镜十字分划板水平线和轮廓像边缘留有一定的空隙(约等于水平线宽度的1/2),同时与几个波峰或波谷相切,以免读数不准确。
为测量表面轮廓平面度，需使狭缝平行的分划水平线与狭缝清晰边缘（下面边）最高点相切，然后记上在目镜分划板与测微鼓上的读数，再使十字线的水平线与狭缝隙清晰边缘最低点相切，第二次记下分划板与鼓轮的读数，两次读数之差为：
Rz=Rp+Rv=H1E-H2E （2） Rz n
Rzn Rz ++=...1 （3） 为求出平面度平均高度值Rz ，要求取被测轮廓的五个最高点（峰）和五个最低点（谷）之间的平均读数H 平均，再按式（3）计算出h ，即表面粗糙度RZ 。
3.4 光切法显微镜维修和保养
光切法显微镜系精密光学仪器，为维持仪器的原有精度和延长仪器的使用寿命，保证测量工作的顺利进行，故对仪器必须细心的保养和使用。
(1)仪器使用和安放地点须避免灰尘、潮湿、过冷、过热及酸碱性的气体。
(2)仪器使用环境要求：室内温度15-25，湿度45%-85%。
(3)平时仪器不用时，应有保护罩盖住，并放置干燥剂。
(4)透镜表面若有灰尘，应先用软毛笔拭去，方可进行拭擦。
(5)透镜的拭擦采用脱脂的棉花、纱布或透镜纸，透镜表面若有油渍时，可用脱指棉沾以少许酒精和混合液（或）轻轻擦拭。
(6)仪器立柱及未涂漆的其它外表面，要涂以薄层润滑油脂，对机械部分所附油脂，因日久硬化或灰尘积累，必须清洗，然后再擦上少许润滑油脂。
(7)仪器出厂前皆经过慎重校验，为了保持原有精度，除允许移动的部分外，其余部分如必须拆卸修理，应送有关修理部门或专责人员指导下方可进行
3.5 取样长度与评定长度的选取
3.5.1 取样长度简介
GBfT1031一1995《表面粗糙度参数及其数值》给出了取样长度的数值。标准规定取样长度值应从该系列值(0.08、0.25、0.8、2.5、8、25mm)中选取。规定和选择取样长度,是为了限制和减弱表面波纹度对表面粗糙度测量结果的影响,使得到的粗糙度值能正确反映表面的粗糙度特性。一般情况下,可根据表面加工方法和粗糙度参数值大小选用。GB/T1031一1995规定了取样长度推荐值，在测量Rn 、Rz 和Ry 时选用对应的取样值,此时取样长度值的标注在图样上或技术文件中可省略。当有特殊要求时,应给出相应的取样长度值,并在图样上或技术文件中标注出。标准规定,评定粗糙度时必须取
一段能反映加工表面粗糙度特性的最小长度,它包含一个或数个取样长度,这几个取样长度的总和称为评定长度。
图3.5 取样长度与评定长度
评定长度值根据表面加工方法和相应取样长度按GBIT1031一1995选用。由于加工表面的不均匀性,在评定表面粗糙度时,其评定长度应根据不同的加工方法和相应的取样长度来确定。一般加工表面选取评定长度为5个连续的取样长度。如果被测表面加工均匀性较好,测量时可选用小于5个取样长度的评定长度值;对于均匀性较差的表面,则可选用大于5个取样长度的评定长度值。对于微观不平度间距较大的端铣、滚铣及其他大进给走刀量的加工表面,应按标准中规定的取样长度系列选取较大的取样长度值。若图样上或技术文件中己标明评定长度值,则应按图样或技术文件中的规定执行。所谓“加工表面均匀性”是指加工后表面各部位粗糙度数值一致的程度。如果在一个加工表面上按取样长度连续测量几段所得粗糙度值一样,说明加工表面均匀。反之粗糙度值不一样,有时甚至相差很大,则表明加工表面不均匀。
3.5.2 取样长度与评定长度在实际加工过程中的体现
任何表面的粗糙度都是由一系列不伺高度和间距的峰谷组合而成,这些峰谷反映了加工表面微观几何形特性。从外观上或感觉上,这种特性通常带有表面加工过程中所用加工方法的特征。车、铣、包削加工表面往往带有均匀的间距和清晰的刀具痕迹方向,其纹理具有明显的规律性,它所形成的是一个典型的周期轮廓(有时也叠加有不同程度的随机成分),有明显的周期,这一周期反映了进给量是均匀相等的,加工表面均匀性好。磨削加工表面虽有一般的方向性,但间距通常不规则,纹理没有明显的规律;研磨加工表面是通过磨料的往复作用所产生的表面往往没有什么方向性。磨削、研磨分别用砂轮和磨料进行切削抛光,使表面光滑平整。但由于砂轮的磨粒大小、磨料颗粒尺寸形状不规则、切削力不等,加工表面易形成随机轮廓,虽有周期成分,但随机成分是主要的,表面均匀性差。因此,加工表面的粗糙度是加工过程中多种因素(机床一刀具一工件系统、加工方法、切削用量、冷却润滑液)共同作用的结果。这些因素的作用过程相当复杂,而且是不断变化的,所以用不同加工方法或在同样
加工方法、同样切削条件下切削出来的同一批零件,不同表面不同部位其粗糙度值也不完全相同。
3.5.3 取样长度与评定长度在测量仪器中的实施
光切显微镜通常用来测量粗糙度Rz 、Ry 参数值。测量时应按规定确定取样长度、评定长度。对粗糙度Rz 而言,在仪器示场中取样长度内,测出5个最高点5个最低点数值计算粗糙度Rz 值,在评定长度内测出数个连续取样长度上的粗糙度Rz 值,取其平均值作为测量结果。如果仪器视场直径不足一个取样长度或一个评定长度,以及测量圆弧曲面时不大可能按定义取点计算,在这种情况下,必须在一次测量中移动工作台,使被测部位顺次移入视场。建议采用下述方法计算:把选定的取样长度L 分成5个相等的分量,在每个取样长度分量上各测一个最大峰谷高得h1h2、……h5,计算得到: 5
54321h h h h h R ++++= 需指出,各取样长度分量之间必须是连续的。为保证有5个相等的分量,应均匀移动工作台,使工作台移动量相等,同时从目镜视场中注意观察被测表面轮廓移动情况,以免重复测量同一长度轮廓曲线。对粗糙度Ry 而言,如果仪器视场直径小于一个规定取样长度时,可取视场直径为取样长度,在观测范围内取最大峰谷值,然后在相邻视场中再测出一个轮廓最大高度,取两读数中大者作为一个取样长度的测量值。严格地说,按上述方法求得的粗糙度Rz 、Ry 值是近似值。
4 图像采集
4.1 CCD的基本介绍
图4.1 CCD摄像头外观图
CCD，英文全称：Charge-coupled Device，中文全称：电荷耦合元件。可以称为CCD图像传感器。CCD是一种半导体器件，能够把光学影像转化为数字信号。 CCD上植入的微小光敏物质称作像素（Pixel）。一块CCD上包含的像素数越多，其提供的画面分辨率也就越高。CCD的作用就像胶片一样，但它是把光信号转换成电荷信号。CCD上有许多排列整齐的光电二极管，能感应光线，并将光信号转变成电信号，经外部采样放大及模数转换电路转换成数字图像信号。此外，CCD还是蜂群崩溃混乱症的简称。
4.2 CCD结构及工作原理
CCD结构包含感光二极管、并行信号积存器、并行信号寄存器、信号放大器、模数转换器等项目，将分别叙述如下；
(1)感光二极管（Photodiode）。
(2)并行信号积存器（Shift Register）：用于暂时储存感光后产生的电荷。
(3)并行信号寄存器（Transfer Register）：用于暂时储存并行积存器的模拟信号并将电荷转移放大。
(4)信号放大器：用于放大微弱电信号。
(5)模数转换器：将放大的电信号转换成数字信号。
CCD的工作原理由微型镜头、分色滤色片、感光层等三层，将分别叙述如下；
4.2.1 微型镜头
图4.2 微型镜头
微型镜头为CCD的第一层，我们知道，数码相机成像的关键是在于其感光层，为了扩展CCD的采光率，必须扩展单一像素的受光面积。但是提高采光率的办法也容易使画质下降。这一层“微型镜头”就等于在感光层前面加上一副眼镜。因此感光面积不再因为传感器的开口面积而决定，而改由微型镜片的表面积来决定。
4.2.2 分色滤色片
图4.3 滤色片
分色滤色片为CCD的第二层，目前有两种分色方式，一是RGB原色分色法，另一个则是CMYK补