本文關(guān)鍵詞：超光滑表面特征光學(xué)檢測(cè)的實(shí)驗(yàn)研究

  更多相關(guān)文章： 表面粗糙度 多波長(zhǎng)光纖傳感器 支持向量機(jī) 散斑圖像 微分散射測(cè)量

【摘要】：零件表面的散射特性和表面粗糙度對(duì)產(chǎn)品的性能具有十分重要的影響,本文基于激光散射原理設(shè)計(jì)了用于檢測(cè)表面粗糙度和表面散射特性的多波長(zhǎng)光纖傳感器。光纖傳感器的探頭采用特殊的幾何設(shè)計(jì),用650nm、1310nm和1550nm激光作為光源,選擇2mm的工作距離作為最佳測(cè)量距離,對(duì)不同表面粗糙度的樣品(aR=0.10mm,0.20mm,0.40mm,0.80mm)進(jìn)行了測(cè)試和分析。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明:(1)同一波長(zhǎng)下,隨著表面粗糙度的增大,以外磨樣品為反射面測(cè)得的反射強(qiáng)度減小。在粗糙度相同的條件下,隨著入射波長(zhǎng)的增大,反射強(qiáng)度增大。(2)多波長(zhǎng)光纖傳感器可以精確地測(cè)量表面粗糙度,并能有效地減小系統(tǒng)誤差。系統(tǒng)誤差分析得到傳感器的相對(duì)誤差范圍大約為3.56%~7.43%。(3)通過(guò)測(cè)得的散射強(qiáng)度比值與表面粗糙度的關(guān)系曲線可以看出粗糙面反射的散射強(qiáng)度比值與粗糙度具有良好的線性關(guān)系。(4)多波長(zhǎng)光纖傳感器測(cè)得的表面粗糙度的最小相對(duì)誤差為2.92%,最大相對(duì)誤差為13.4%,平均相對(duì)誤差為7.48%。多波長(zhǎng)光纖表面粗糙度傳感器的測(cè)量精度是單波長(zhǎng)光纖傳感器的兩倍。由于采用多波長(zhǎng)光纖傳感器測(cè)量表面粗糙度時(shí),測(cè)量誤差較大。為了更好地測(cè)量粗糙度,引入了支持向量機(jī)的概念,利用支持向量回歸機(jī)來(lái)預(yù)測(cè)表面粗糙度。實(shí)驗(yàn)中采用的測(cè)試樣本是研磨標(biāo)準(zhǔn)樣品(aR=0.012mm,0.025mm,0.05mm,0.10mm),選擇作為光源的激光器波長(zhǎng)分別為650nm和1310nm,測(cè)量粗糙表面散射強(qiáng)度的最佳工作距離為2.5mm~3.5mm。利用LIBSVM軟件對(duì)測(cè)量數(shù)據(jù)進(jìn)行回歸運(yùn)算來(lái)獲得目標(biāo)值,結(jié)果表明:當(dāng)入射波長(zhǎng)為650nm時(shí),回歸預(yù)測(cè)的均方誤差為6.40444×10-7,相關(guān)系數(shù)為0.999705,預(yù)測(cè)的平均相對(duì)誤差為2.669%。當(dāng)入射波長(zhǎng)為1310nm時(shí),回歸預(yù)測(cè)的均方誤差為6.72513×10-7,相關(guān)系數(shù)為0.999838,預(yù)測(cè)的平均相對(duì)誤差為2.431%。隨著入射波長(zhǎng)的增大,表面粗糙度預(yù)測(cè)的平均誤差減小。采用SVR計(jì)算可以使粗糙度預(yù)測(cè)的誤差小于3%。入射光照射到粗糙表面上會(huì)在散射空間內(nèi)形成散斑圖像,而散斑場(chǎng)攜帶有大量粗糙表面的結(jié)構(gòu)信息,因此,研究粗糙反射面形成的散斑場(chǎng)具有重大的意義。本文采用光束質(zhì)量分析系統(tǒng)采集散斑圖像,使用Matlab軟件對(duì)散斑圖像進(jìn)行處理,通過(guò)空間平均法計(jì)算得到散斑對(duì)比度,利用二次多項(xiàng)式擬合建立散斑對(duì)比度與表面粗糙度的關(guān)系。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明:粗糙度越大,相對(duì)誤差越小,相對(duì)誤差最大值為12.5%;基于激光散斑平均對(duì)比度的表面粗糙度測(cè)量方法是可行的,這種方法具有非接觸、效率高、裝置簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)。綜上所述,采用光纖傳感法、支持向量機(jī)及微分散射法來(lái)測(cè)量表面粗糙度都是可行的。這也為光學(xué)工程中光學(xué)元件的精密測(cè)量提供了很大幫助。
【關(guān)鍵詞】：表面粗糙度 多波長(zhǎng)光纖傳感器 支持向量機(jī) 散斑圖像 微分散射測(cè)量
【學(xué)位授予單位】：煙臺(tái)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：TP212;TG84
【目錄】：

• 摘要5-7
• Abstract7-11
• 1 緒論11-19
• 1.1 研究背景和課題意義11-12
• 1.2 表面粗糙度測(cè)量方法的研究現(xiàn)狀12-17
• 1.2.1 接觸式測(cè)量法12-13
• 1.2.2 非接觸式測(cè)量法13-17
• 1.2.2.1 光學(xué)測(cè)量法13-16
• 1.2.2.2 在線測(cè)量方法16-17
• 1.3 課題的研究?jī)?nèi)容與工作安排17-18
• 1.4 本章小結(jié)18-19
• 2 多波長(zhǎng)光纖傳感器的理論分析與設(shè)計(jì)19-29
• 2.1 引言19
• 2.2 多波長(zhǎng)光纖傳感器的理論模型19-26
• 2.2.1 單光纖對(duì)的光強(qiáng)調(diào)制函數(shù)19-22
• 2.2.2 光纖束的光強(qiáng)調(diào)制函數(shù)22-24
• 2.2.3 粗糙表面的光強(qiáng)調(diào)制函數(shù)24-25
• 2.2.4 多波長(zhǎng)光纖表面粗糙度傳感器的理論25-26
• 2.3 多波長(zhǎng)光纖表面粗糙度傳感器的設(shè)計(jì)26-28
• 2.4 本章小結(jié)28-29
• 3 多波長(zhǎng)光纖傳感器測(cè)量表面粗糙度的實(shí)驗(yàn)研究29-40
• 3.1 引言29
• 3.2 多波長(zhǎng)光纖傳感器的測(cè)量系統(tǒng)29-31
• 3.2.1 測(cè)量裝置29-31
• 3.2.2 測(cè)量原理31
• 3.3 表面粗糙度的理論模擬與實(shí)驗(yàn)研究31-36
• 3.3.1 粗糙表面的特征提取32-34
• 3.3.2 最佳測(cè)量距離34-35
• 3.3.3 測(cè)量系統(tǒng)的誤差分析35-36
• 3.4 表面粗糙度的測(cè)量36-39
• 3.4.1 光源對(duì)測(cè)量范圍的影響36-37
• 3.4.2 粗糙度測(cè)量的誤差分析37-39
• 3.5 本章小結(jié)39-40
• 4 基于支持向量機(jī)MWFS表面粗糙度的測(cè)量40-49
• 4.1 支持向量機(jī)的基本理論40-43
• 4.1.1 支持向量回歸機(jī)40-43
• 4.1.2 核函數(shù)43
• 4.2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析43-48
• 4.2.1 取值范圍45-46
• 4.2.2 SVR表面粗糙度的預(yù)測(cè)46-48
• 4.3 本章小結(jié)48-49
• 5 表面粗糙度微分散射測(cè)量法的研究49-62
• 5.1 引言49
• 5.2 微分散射測(cè)量法的理論49-53
• 5.2.1 粗糙面的散射理論49-52
• 5.2.2 表面粗糙度特征值52-53
• 5.3 微分散射法測(cè)量粗糙度的實(shí)驗(yàn)研究53-61
• 5.3.1 實(shí)驗(yàn)裝置與測(cè)量原理53-57
• 5.3.2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析57-61
• 5.3.2.1 圖像處理57-58
• 5.3.2.2 表面粗糙度的特征提取58-60
• 5.3.2.3 結(jié)果與分析60-61
• 5.4 本章小結(jié)61-62
• 6 總結(jié)與展望62-64
• 6.1 總結(jié)62
• 6.2 展望62-64
• 參考文獻(xiàn)64-69
• 致謝69-70
• 攻讀碩士學(xué)位期間發(fā)表的論文目錄70-71

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本文編號(hào)：695236