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一種制造表面粗糙度影響激光測(cè)量性能的試驗(yàn)裝置及方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種制造表面粗糙度影響激光測(cè)量性能試驗(yàn)裝置及方法，本裝置利用標(biāo)準(zhǔn)80m長導(dǎo)軌來實(shí)現(xiàn)大距離測(cè)量，由激光干涉儀定位系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)激光與物質(zhì)表面的距離定位，光源為多波段可調(diào)，可為單色光源，亦可為多色光源，可滿足不同波段以及調(diào)頻連續(xù)波激光對(duì)表面散射特性影響研究的需要，光源后放置激光聚焦系統(tǒng)，可調(diào)整激光聚焦光斑直徑大小，來滿足激光光斑大小對(duì)散射光影響研究的需要，放置目標(biāo)的雙軸旋轉(zhuǎn)系統(tǒng)及夾具采用防誤差設(shè)計(jì)，能提高測(cè)量效率及測(cè)量精度，放置接收探測(cè)器的四分之一圓弧導(dǎo)軌設(shè)計(jì)能實(shí)現(xiàn)反射接收角的變化。該系統(tǒng)測(cè)量功能廣泛，測(cè)量精度高、效率高，能實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離測(cè)量，對(duì)激光與物質(zhì)表面相互作用影響的研究具有重要意義。
【專利說明】一種制造表面粗糙度影響激光測(cè)量性能的試驗(yàn)裝置及方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及光輻射測(cè)量裝置，尤其涉及一種制造表面粗糙度影響激光測(cè)量性能的試驗(yàn)裝置及方法。
【背景技術(shù)】
[0002]在實(shí)際工程應(yīng)用中，被測(cè)目標(biāo)表面通常都是非理想朗伯表面，即表面發(fā)生漫反射，需要考慮復(fù)雜的多次反射現(xiàn)象，因此研究目標(biāo)表面的散射特性顯得尤為重要，例如:若已知光譜雙向反射分布函數(shù)，則可以推導(dǎo)出方向光譜吸收率及方向光譜反射率，因此，光譜雙向反射分布函數(shù)是體現(xiàn)物質(zhì)表面輻射傳遞的重要參數(shù)，在很多領(lǐng)域得到應(yīng)用，如在航天遙感領(lǐng)域、工業(yè)測(cè)量領(lǐng)域、地質(zhì)測(cè)量以及目標(biāo)的仿真和模擬領(lǐng)域，均需要進(jìn)行表面材料散射特性的檢測(cè)，實(shí)現(xiàn)對(duì)目標(biāo)表面散射特性的精確測(cè)量是眾多研究領(lǐng)域的重要研究基礎(chǔ)。
[0003]在遙感探測(cè)領(lǐng)域，可利用目標(biāo)對(duì)光的散射來分析識(shí)別目標(biāo)的形態(tài)及特征；激光雷達(dá)回波中包含了很多目標(biāo)及背景信息，人們可以從獲得的復(fù)雜信息中提取有用信息；在工業(yè)測(cè)量領(lǐng)域，隨著大空間精密坐標(biāo)測(cè)量方面日益增長的重大需求，實(shí)現(xiàn)無合作目標(biāo)非接觸式測(cè)量，已成為一個(gè)重要研究課題，傳統(tǒng)的干涉法和由其衍生出的激光跟蹤測(cè)量方式雖然精度高，但需要反射棱鏡或者貓眼等合作目標(biāo)輔助，經(jīng)常在現(xiàn)場(chǎng)無法實(shí)現(xiàn)；近年來發(fā)展起來的連續(xù)激光調(diào)頻測(cè)距技術(shù)是一種新型激光測(cè)距技術(shù)，可進(jìn)行無合作目標(biāo)測(cè)量、測(cè)量范圍大、精度高，具有顯著的優(yōu)點(diǎn)，但該方法目前還不成熟，一些關(guān)鍵瓶頸尚未解決，其中一個(gè)關(guān)鍵問題便是激光直接入射到被測(cè)制造表面后，表面對(duì)激光測(cè)量性能的影響。在有合作目標(biāo)的情況下，由于目標(biāo)表面特性是一定且已知的，因此接收到的回波信號(hào)也是穩(wěn)定且可以預(yù)知的，這也是有合作目標(biāo)的測(cè)距系統(tǒng)精度高的重要原因；對(duì)于無合作目標(biāo)的測(cè)距系統(tǒng)而言，激光照射到的目標(biāo)表面未知且千差萬別，被測(cè)制造表面的粗糙度、顏色、紋理等都會(huì)影響接收到的激光的強(qiáng)度、相位、偏振態(tài)等信息，激光入射的角度、激光聚焦光斑大小也會(huì)影響接收的散射信號(hào)。
[0004]雖然在物理界已經(jīng)發(fā)展了一些物理模型來描述粗糙目標(biāo)的散射特性，但均是在將問題簡(jiǎn)化以及將目標(biāo)理想化的前提下進(jìn)行建模，而在實(shí)際應(yīng)用當(dāng)中，基于理想模型的計(jì)算勢(shì)必會(huì)產(chǎn)生誤差，不能滿足高精度要求，而粗糙表面真實(shí)的散射特性卻能反映表面幾何特征之外的唯一特性，每種表面所產(chǎn)生的散射信息是唯一確定的，因此測(cè)量并研究激光與實(shí)際制造粗糙表面的相互作用影響對(duì)測(cè)量設(shè)備的優(yōu)化和測(cè)量精度的提高均具有重要指導(dǎo)意義，也是眾多研究領(lǐng)域的研究基礎(chǔ)。
[0005]傳統(tǒng)的散射測(cè)量裝置功能較單一，均不能滿足研究激光與表面相互作用的多方面測(cè)量的需要，例如現(xiàn)有的雙向反射分布函數(shù)測(cè)量裝置僅能測(cè)量近距離表面的散射特性，對(duì)于大距離，激光在空氣中的能量衰減，以及聚焦光斑直徑大小對(duì)散射的影響等均不能測(cè)量，現(xiàn)有的其他一些表面散射測(cè)量裝置也普遍存在功能單一、測(cè)量距離近、定位精度低、測(cè)量誤差大等缺陷。
【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明提供了一種制造表面粗糙度影響激光測(cè)量性能的試驗(yàn)裝置及方法，本發(fā)明實(shí)現(xiàn)了遠(yuǎn)距離表面的散射特性測(cè)量，提高了測(cè)量精度和測(cè)量周期，詳見下文描述:
[0007]—種制造表面粗糙度影響激光測(cè)量性能的試驗(yàn)裝置，所述試驗(yàn)裝置包括:標(biāo)準(zhǔn)長導(dǎo)軌、光源、激光聚焦系統(tǒng)、載物平臺(tái)、水平旋轉(zhuǎn)臺(tái)、垂直旋轉(zhuǎn)臺(tái)、樣品夾具、連接桿、四分之一圓弧滑動(dòng)導(dǎo)軌、接收探測(cè)器、激光干涉儀發(fā)射端、激光干涉儀接收端和PC機(jī)，
[0008]所述光源、所述激光聚焦系統(tǒng)及所述激光干涉儀發(fā)射端固定在所述標(biāo)準(zhǔn)長導(dǎo)軌的一端，由所述水平旋轉(zhuǎn)臺(tái)和所述垂直旋轉(zhuǎn)臺(tái)組成雙軸旋轉(zhuǎn)系統(tǒng)、所述接收探測(cè)器及所述激光干涉儀接收端固定在由激光干涉儀控制的所述載物平臺(tái)上，在所述標(biāo)準(zhǔn)長導(dǎo)軌上自由移動(dòng)，所述樣品夾具安裝在所述垂直旋轉(zhuǎn)臺(tái)的軸心上，安裝所述接收探測(cè)器的所述四分之一圓弧滑動(dòng)導(dǎo)軌通過所述連接桿安裝在所述垂直旋轉(zhuǎn)臺(tái)上，隨所述垂直旋轉(zhuǎn)臺(tái)的轉(zhuǎn)動(dòng)而轉(zhuǎn)動(dòng)，所述水平旋轉(zhuǎn)臺(tái)、所述垂直旋轉(zhuǎn)臺(tái)、所述載物平臺(tái)的位移、所述接收探測(cè)器在所述四分之一圓弧滑動(dòng)導(dǎo)軌上的移動(dòng)均由所述PC機(jī)統(tǒng)一控制。
[0009]所述光源為多波段可調(diào)光源，包括:可見光光源400nm?800nm、近紅外光光源800nm?2500nm及紅外光光源2500nm?5000nm。
[0010]所述水平旋轉(zhuǎn)臺(tái)和所述垂直旋轉(zhuǎn)臺(tái)的渦輪為細(xì)節(jié)距渦輪，所述水平旋轉(zhuǎn)臺(tái)和所述垂直旋轉(zhuǎn)臺(tái)上的游標(biāo)尺分辨率為5弧分。
[0011]一種制造表面粗糙度影響激光測(cè)量性能的試驗(yàn)方法，所述方法包括以下步驟:
[0012]I)將樣品放置在樣品夾具中，使樣品表面與樣品夾具的端面貼合；
[0013]2)設(shè)定光源入射角度、入射光斑大小、所述光源與樣品待測(cè)表面的距離及移動(dòng)間距；
[0014]3)保持上述設(shè)定的入射角度，在待測(cè)位置測(cè)量表面空間散射光能量，由垂直旋轉(zhuǎn)臺(tái)在360°范圍內(nèi)的旋轉(zhuǎn)來改變接收方位角，由接收探測(cè)器在四分之一圓弧滑動(dòng)導(dǎo)軌上的移動(dòng)來接收不同反射角的光能量；
[0015]4)測(cè)量完上述待測(cè)位置的光能量后，仍保持所述光源的入射角度不變，按照步驟
2)設(shè)定的移動(dòng)間距移動(dòng)到下一個(gè)位置，按照步驟3)測(cè)量完該位置的光能量，再移動(dòng)到下一個(gè)設(shè)定位置，重復(fù)步驟3)、4)，直至測(cè)量完所有設(shè)定距離的光能量；
[0016]完成上述測(cè)量后，再改變所述光源的入射角度，重復(fù)步驟3)、4)，以完成不同入射角度時(shí)的測(cè)量。
[0017]本發(fā)明提供的技術(shù)方案的有益效果是:本系統(tǒng)利用標(biāo)準(zhǔn)80m長導(dǎo)軌來實(shí)現(xiàn)大距離測(cè)量，利用激光干涉儀定位系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)激光與物質(zhì)表面的距離定位，光源為多波段可調(diào)，可為單色光源，亦可為多色光源，可滿足不同波段以及調(diào)頻連續(xù)波激光對(duì)表面散射特性影響研究的需要，發(fā)射出來的光源經(jīng)過激光聚焦系統(tǒng)，可通過調(diào)節(jié)激光聚焦系統(tǒng)來調(diào)整激光聚焦光斑直徑大小，來滿足激光光斑直徑大小對(duì)散射光影響研究的需要，放置待測(cè)表面的雙軸旋轉(zhuǎn)系統(tǒng)及樣品夾具采用防誤差設(shè)計(jì)，能提高測(cè)量效率及測(cè)量精度，放置接收探測(cè)器的四分之一圓弧導(dǎo)軌設(shè)計(jì)能實(shí)現(xiàn)表面空間散射光的測(cè)量。本發(fā)明測(cè)量精度高、效率高，能實(shí)現(xiàn)大距離測(cè)量，測(cè)量功能多，能完成待測(cè)表面半球空間光散射的測(cè)量及激光聚焦光斑大小對(duì)表面散射的影響測(cè)量，入射光遠(yuǎn)距離傳輸后的能量衰減也可以由本裝置測(cè)得，本發(fā)明可廣泛應(yīng)用于需要研究激光與表面相互作用影響的材料特性與目標(biāo)仿真領(lǐng)域、遙感探測(cè)領(lǐng)域、地質(zhì)測(cè)量領(lǐng)域、工業(yè)大尺寸無合作目標(biāo)測(cè)量等領(lǐng)域。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0018]圖1為制造表面粗糙度影響激光測(cè)量性能的試驗(yàn)裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0019]圖2為制造表面粗糙度影響激光測(cè)量性能的試驗(yàn)裝置的框圖；
[0020]圖3為樣品夾具設(shè)計(jì)圖；
[0021]圖4為測(cè)量過程示意圖；
[0022]圖5為粗糙度樣塊空間散射光能量分布(Rfl = 0.8μηι，Θ.= 30°, =0.);
[0023]圖6為粗糙度樣塊空間散射光能量分布(?^ = 0_8μηι，= 30°, (Pi =90。)。
[0024]附圖中，各標(biāo)號(hào)所代表的部件列表如下:
[0025]l-80m標(biāo)準(zhǔn)長導(dǎo)軌，2_光源，3_激光聚焦系統(tǒng)，4_載物平臺(tái)，5_水平旋轉(zhuǎn)臺(tái)，6_垂直旋轉(zhuǎn)臺(tái)，7-樣品夾具，8-連接桿，9-四分之一圓弧滑動(dòng)導(dǎo)軌，10-接收探測(cè)器，11-激光干涉儀發(fā)射端，12-激光干涉儀接收端,13-PC機(jī)；A-發(fā)射模塊、B-載物平臺(tái)模塊、C-接收模塊及D-電控模塊。
【具體實(shí)施方式】 [0026]為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚，下面對(duì)本發(fā)明實(shí)施方式作進(jìn)一步地詳細(xì)描述。
[0027]參見圖1和圖2，該制造表面粗糙度影響激光測(cè)量性能的試驗(yàn)裝置包括:標(biāo)準(zhǔn)長導(dǎo)軌1、光源2、激光聚焦系統(tǒng)3、載物平臺(tái)4、水平旋轉(zhuǎn)臺(tái)5、垂直旋轉(zhuǎn)臺(tái)6、樣品夾具7、連接桿8、四分之一圓弧滑動(dòng)導(dǎo)軌9、接收探測(cè)器10、激光干涉儀發(fā)射端11、激光干涉儀接收端12，
[0028]光源2、激光聚焦系統(tǒng)3及激光干涉儀發(fā)射端11固定在標(biāo)準(zhǔn)長導(dǎo)軌I的一端，由水平旋轉(zhuǎn)臺(tái)5和垂直旋轉(zhuǎn)臺(tái)6組成雙軸旋轉(zhuǎn)系統(tǒng)、接收探測(cè)器10及激光干涉儀接收端12固定在由激光干涉儀控制的載物平臺(tái)4上，可在標(biāo)準(zhǔn)長導(dǎo)軌I上自由移動(dòng)，樣品夾具7安裝在垂直旋轉(zhuǎn)臺(tái)6的軸心上，安裝接收探測(cè)器10的四分之一圓弧滑動(dòng)導(dǎo)軌9通過連接桿8安裝在垂直旋轉(zhuǎn)臺(tái)6上，隨垂直旋轉(zhuǎn)臺(tái)6的轉(zhuǎn)動(dòng)而轉(zhuǎn)動(dòng)，水平旋轉(zhuǎn)臺(tái)5、垂直旋轉(zhuǎn)臺(tái)6、載物平臺(tái)4的位移、接收探測(cè)器10在四分之一圓弧滑動(dòng)導(dǎo)軌9上的移動(dòng)均由PC機(jī)13統(tǒng)一控制。
[0029]其中，標(biāo)準(zhǔn)長導(dǎo)軌I為80m長，載物平臺(tái)4可以在標(biāo)準(zhǔn)長導(dǎo)軌I上自由移動(dòng)，由激光干涉儀進(jìn)行精確定位。
[0030]本發(fā)明實(shí)施例通過將激光干涉儀發(fā)射端11固定在標(biāo)準(zhǔn)長導(dǎo)軌I的一端，將激光干涉儀接收端12固定在載物平臺(tái)4上，即可通過激光干涉儀實(shí)現(xiàn)對(duì)載物平臺(tái)4在標(biāo)準(zhǔn)長導(dǎo)軌I上的精確移動(dòng)定位。
[0031]參見圖2，整體由四個(gè)模塊組成:發(fā)射模塊A、載物平臺(tái)模塊B、接收模塊C及電控模塊D。發(fā)射模塊I由光源2和激光聚焦系統(tǒng)3組成；載物平臺(tái)模塊B由載物平臺(tái)4、標(biāo)準(zhǔn)長導(dǎo)軌I和雙軸旋轉(zhuǎn)系統(tǒng)(水平旋轉(zhuǎn)臺(tái)5和垂直旋轉(zhuǎn)臺(tái)6組成)組成，載物平臺(tái)4作為移動(dòng)平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)待測(cè)表面空間位姿的雙軸旋轉(zhuǎn)系統(tǒng)固定在載物平臺(tái)4上，通過激光干涉儀進(jìn)行定位；接收模塊C由接收探測(cè)器10和四分之一圓弧滑動(dòng)導(dǎo)軌9組成，結(jié)合雙軸旋轉(zhuǎn)系統(tǒng)完成空間光散射能量的測(cè)量，實(shí)現(xiàn)整個(gè)測(cè)量系統(tǒng)自動(dòng)化操作的電控模塊D由PC機(jī)13統(tǒng)一控制。
[0032]具體實(shí)現(xiàn)時(shí)，光源2為多波段可調(diào)光源，包括:可見光光源400nm?800nm、近紅外光光源800nm?2500nm及紅外光光源2500nm?5000nm，此外，光源2亦可為調(diào)頻連續(xù)波光源，可滿足多色光與表面相互作用影響的研究測(cè)量需要。激光聚焦系統(tǒng)3可以有效控制和選擇出射激光光斑直徑的大小，由針孔光闌進(jìn)行調(diào)節(jié)。
[0033]其中，參見圖3，樣品夾具7安裝在垂直旋轉(zhuǎn)臺(tái)6的軸心上，樣品夾具7的端面與水平旋轉(zhuǎn)臺(tái)5的垂直軸線重合，以實(shí)現(xiàn)樣品空間位姿的任意轉(zhuǎn)換。水平旋轉(zhuǎn)臺(tái)5和垂直旋轉(zhuǎn)臺(tái)6的渦輪為細(xì)節(jié)距渦輪，由直流伺服電機(jī)控制蝸桿帶動(dòng)渦輪在360°范圍內(nèi)轉(zhuǎn)動(dòng)，蝸桿與固定在電機(jī)上的減速器軸相連接，水平旋轉(zhuǎn)臺(tái)5和垂直旋轉(zhuǎn)臺(tái)6上的游標(biāo)尺分辨率為5弧分。
[0034]參見圖3，進(jìn)一步地，樣品夾具7采用防誤差設(shè)計(jì)，即樣品槽有一定寬度，可適應(yīng)不同厚度的樣品，測(cè)量時(shí)只需將樣品表面貼合夾具端面，無需其他位置調(diào)整，可保證無論雙軸系統(tǒng)如何旋轉(zhuǎn)，光源2始終入射在樣品中心上，節(jié)省了整體測(cè)量時(shí)間。
[0035]其中，接收探測(cè)器10安裝在四分之一圓弧滑動(dòng)導(dǎo)軌9上，接收探測(cè)器10可以根據(jù)測(cè)量需求進(jìn)行更換，比如可以為光電探測(cè)器、光功率探測(cè)器或光亮度探測(cè)器等。
[0036]四分之一圓弧滑動(dòng)導(dǎo)軌9，采用標(biāo)準(zhǔn)圓弧設(shè)計(jì)，圓心與雙軸旋轉(zhuǎn)系統(tǒng)兩軸線的交點(diǎn)重合，其導(dǎo)軌面為渦輪輪齒型，通過電動(dòng)蝸桿驅(qū)動(dòng)渦輪輪齒轉(zhuǎn)動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)接收探測(cè)器10在四分之一圓弧滑動(dòng)導(dǎo)軌9上的移動(dòng)，以接收不同反射角的光能量，接收探測(cè)器10在四分之一圓弧導(dǎo)軌9上有0°到90°的移動(dòng)范圍。
[0037]連接桿8和四分之一圓弧導(dǎo)軌9與垂直旋轉(zhuǎn)臺(tái)6相連，固定在垂直旋轉(zhuǎn)臺(tái)6上，隨垂直旋轉(zhuǎn)臺(tái)6的轉(zhuǎn)動(dòng)而轉(zhuǎn)動(dòng)，從而改變接收方位角，連接桿8的長度和四分之一圓弧導(dǎo)軌9可以根據(jù)測(cè)量需求進(jìn)行不同的尺寸設(shè)計(jì)，只需固定在垂直旋轉(zhuǎn)臺(tái)6上即可。
[0038]本發(fā)明提供的制造表面粗糙度影響激光測(cè)量性能的試驗(yàn)方法包括以下步驟:
[0039]I)將樣品放置在樣品夾具7中，使樣品表面與樣品夾具7的端面貼合；
[0040]2)設(shè)定光源2入射角度、入射光斑大小、光源2與樣品待測(cè)表面的距離及移動(dòng)間距；
[0041]3)保持上述設(shè)定的入射角度，在待測(cè)位置測(cè)量表面空間散射光能量，由垂直旋轉(zhuǎn)臺(tái)6在360°范圍內(nèi)的旋轉(zhuǎn)來改變接收方位角，由接收探測(cè)器10在四分之一圓弧滑動(dòng)導(dǎo)軌9上的移動(dòng)來接收不同反射角的光能量；
[0042]4)測(cè)量完上述待測(cè)位置的光能量后，仍保持光源2的入射角度不變，按照步驟2設(shè)定的移動(dòng)間距移動(dòng)到下一個(gè)位置，按照步驟3測(cè)量完該位置的光能量，再移動(dòng)到下一個(gè)設(shè)定位置，重復(fù)步驟3)、4)，直至測(cè)量完所有設(shè)定距離的光能量；
[0043]完成上述測(cè)量后，再改變光源2入射角度，這樣可以最大限度的降低由水平旋轉(zhuǎn)臺(tái)5的旋轉(zhuǎn)而引入的徑向跳動(dòng)誤差，從而降低測(cè)量誤差，重復(fù)步驟3)、4)，以完成不同入射角度時(shí)的測(cè)量。
[0044]若需要改變光斑大小，則調(diào)整激光聚焦系統(tǒng)3，令不同直徑大小的光斑入射在被測(cè)表面上，通過雙軸旋轉(zhuǎn)系統(tǒng)的旋轉(zhuǎn)和接收探測(cè)器10在四分之一圓弧滑動(dòng)導(dǎo)軌9上的移動(dòng)來完成空間散射光能量的測(cè)量。
[0045]下面結(jié)合測(cè)量過程示意圖4對(duì)具體的測(cè)量方法做詳細(xì)說明。這里以數(shù)據(jù)采集量最大的變距離空間散射光能量測(cè)量方案為例，其它測(cè)量功能可摘取本測(cè)量方案的部分步驟來實(shí)現(xiàn)。
[0046]I)首先需開啟光源2預(yù)熱20分鐘，將待測(cè)樣品按要求安裝在樣品夾具7中，使樣品表面與樣品夾具7的端面緊密貼合。
[0047]2)設(shè)定激光入射角度、聚焦光斑大小，由PC機(jī)13控制水平旋轉(zhuǎn)臺(tái)5的旋轉(zhuǎn)來改變激光入射角度，本實(shí)施例中初始入射角設(shè)為0°，光源2與待測(cè)樣品表面的距離設(shè)為5m，由激光干涉儀定位系統(tǒng)帶動(dòng)載物平臺(tái)4移動(dòng)到指定位置。
[0048]3)開始測(cè)量，由接收探測(cè)器10在四分之一圓弧滑動(dòng)導(dǎo)軌9上的移動(dòng)來接收不同反射角的光能量，測(cè)完后，由PC機(jī)13控制垂直旋轉(zhuǎn)臺(tái)6的旋轉(zhuǎn)來改變接收方位角，本實(shí)施例設(shè)為5°，再由接收探測(cè)器10在四分之一圓弧滑動(dòng)導(dǎo)軌9上的移動(dòng)來接收該方位角下不同反射角的光能量。
[0049]4)重復(fù)步驟3)，直至垂直旋轉(zhuǎn)臺(tái)6轉(zhuǎn)過360°，即測(cè)量完半球空間內(nèi)的散射光能量。
[0050]5)完成步驟4)后，由激光干涉儀上位機(jī)控制軟件設(shè)定下一個(gè)測(cè)量位置，本實(shí)施例為 10m。
[0051]6)重復(fù)步驟3)、4)、5)，直至測(cè)量完所要測(cè)量的距離。改變光源入射角度，由水平旋轉(zhuǎn)臺(tái)5中的上位機(jī)控制軟件設(shè)定角度步進(jìn)為5°。 [0052]7)重復(fù)步驟2)、3)、4)、5)、6)，直至測(cè)量完不同入射角度下、不同距離時(shí)表面的半球空間散射光能量。
[0053]上述測(cè)量中，在改變?nèi)肷渚嚯x時(shí)，保持光源2的入射角度不變，如圖4所示，這樣可以最大限度的降低由水平旋轉(zhuǎn)臺(tái)5的旋轉(zhuǎn)而引入的徑向跳動(dòng)誤差，從而降低測(cè)量誤差。若需要改變光斑大小，則調(diào)整激光聚焦系統(tǒng)3，令不同直徑大小的光斑入射在被測(cè)表面上，選取步驟2)、3)、4)來完成測(cè)量。圖5、圖6為粗糙度樣塊空間散射光能量分布測(cè)量結(jié)果圖。圖中樣塊粗糙度為0.8 μ m，加工方式為刨床，測(cè)量結(jié)果為半球空間內(nèi)的采集數(shù)據(jù)，由于每個(gè)采集點(diǎn)的坐標(biāo)是關(guān)于天頂角和方位角的空間球坐標(biāo)，所以需轉(zhuǎn)換成笛卡爾坐標(biāo)來實(shí)現(xiàn)曲面擬合。圖5為入射角度= ，入射方位角只=()?時(shí)的測(cè)量結(jié)果，圖6為入射角度Qi =
30°，入射方位角奶=90°時(shí)的測(cè)量結(jié)果，從圖中可以看出，當(dāng)入射角度相同，而入射方位角
不同時(shí)會(huì)得到不同的散射光能量分布，散射光峰值位置和能量分布形狀均發(fā)生了變化。
[0054]本發(fā)明實(shí)施例對(duì)各器件的型號(hào)除做特殊說明的以外，其他器件的型號(hào)不做限制，只要能完成上述功能的器件均可。
[0055]本領(lǐng)域技術(shù)人員可以理解附圖只是一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例的示意圖，上述本發(fā)明實(shí)施例序號(hào)僅僅為了描述，不代表實(shí)施例的優(yōu)劣。
[0056]以上所述僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種制造表面粗糙度影響激光測(cè)量性能的試驗(yàn)裝置，其特征在于，所述試驗(yàn)裝置包括:標(biāo)準(zhǔn)長導(dǎo)軌、光源、激光聚焦系統(tǒng)、載物平臺(tái)、水平旋轉(zhuǎn)臺(tái)、垂直旋轉(zhuǎn)臺(tái)、樣品夾具、連接桿、四分之一圓弧滑動(dòng)導(dǎo)軌、接收探測(cè)器、激光干涉儀發(fā)射端、激光干涉儀接收端和PC機(jī)， 所述光源、所述激光聚焦系統(tǒng)及所述激光干涉儀發(fā)射端固定在所述標(biāo)準(zhǔn)長導(dǎo)軌的一端，由所述水平旋轉(zhuǎn)臺(tái)和所述垂直旋轉(zhuǎn)臺(tái)組成雙軸旋轉(zhuǎn)系統(tǒng)、所述接收探測(cè)器及所述激光干涉儀接收端固定在由激光干涉儀控制的所述載物平臺(tái)上，在所述標(biāo)準(zhǔn)長導(dǎo)軌上自由移動(dòng)，所述樣品夾具安裝在所述垂直旋轉(zhuǎn)臺(tái)的軸心上，安裝所述接收探測(cè)器的所述四分之一圓弧滑動(dòng)導(dǎo)軌通過所述連接桿安裝在所述垂直旋轉(zhuǎn)臺(tái)上，隨所述垂直旋轉(zhuǎn)臺(tái)的轉(zhuǎn)動(dòng)而轉(zhuǎn)動(dòng)，所述水平旋轉(zhuǎn)臺(tái)、所述垂直旋轉(zhuǎn)臺(tái)、所述載物平臺(tái)的位移、所述接收探測(cè)器在所述四分之一圓弧滑動(dòng)導(dǎo)軌上的移動(dòng)均由所述PC機(jī)統(tǒng)一控制。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種制造表面粗糙度影響激光測(cè)量性能的試驗(yàn)裝置，其特征在于，所述光源為多波段可調(diào)光源，包括:可見光光源400nm?800nm、近紅外光光源800nm?2500nm及紅外光光源2500nm?5000nm。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種制造表面粗糙度影響激光測(cè)量性能的試驗(yàn)裝置，其特征在于，所述水平旋轉(zhuǎn)臺(tái)和所述垂直旋轉(zhuǎn)臺(tái)的渦輪為細(xì)節(jié)距渦輪，所述水平旋轉(zhuǎn)臺(tái)和所述垂直旋轉(zhuǎn)臺(tái)上的游標(biāo)尺分辨率為5弧分。
4.一種制造表面粗糙度影響激光測(cè)量性能的試驗(yàn)方法，其特征在于，所述方法包括以下步驟: 1)將樣品放置在樣品夾具中，使樣品表面與樣品夾具的端面貼合； 2)設(shè)定光源入射角度、入射光斑大小、所述光源與樣品待測(cè)表面的距離及移動(dòng)間距； 3)保持上述設(shè)定的入射角度，在待測(cè)位置測(cè)量表面空間散射光能量，由垂直旋轉(zhuǎn)臺(tái)在360°范圍內(nèi)的旋轉(zhuǎn)來改變接收方位角，由接收探測(cè)器在四分之一圓弧滑動(dòng)導(dǎo)軌上的移動(dòng)來接收不同反射角的光能量； 4)測(cè)量完上述待測(cè)位置的光能量后，仍保持所述光源的入射角度不變，按照步驟2)設(shè)定的移動(dòng)間距移動(dòng)到下一個(gè)位置，按照步驟3)測(cè)量完該位置的光能量，再移動(dòng)到下一個(gè)設(shè)定位置，重復(fù)步驟3)、4)，直至測(cè)量完所有設(shè)定距離的光能量； 完成上述測(cè)量后，再改變所述光源的入射角度，重復(fù)步驟3)、4)，以完成不同入射角度時(shí)的測(cè)量。
【文檔編號(hào)】G01N21/47GK104034697SQ201410294148
【公開日】2014年9月10日 申請(qǐng)日期:2014年6月25日 優(yōu)先權(quán)日:2014年6月25日
【發(fā)明者】陶會(huì)榮, 張福民, 曲興華 申請(qǐng)人:天津大學(xué)