张鹏飞英语翻译

在行进过程中的粗糙度测量黄先生，李先生在香港九龙答Chee大街83号的香港城市大学，它里面的制造工程和工程管理部门在1999年3月26日接收到，从1999年10月25日改进，1999年11月15日被接受。摘要一项新的光学技术，它把光的干涉和衍射效应结合起来利用，被应用到表面粗糙度测量。这篇论文呈现出，这个技术应用到在高速回转速度达到3.7m/s下移动表面的粗糙度。这个技术在加工过程中的应用在外圆磨削过程中得到了充分体现。2000年爱思唯尔的科学有限公司版权所有。关键词:过程中测量、表面粗糙度、测绘1.介绍制造自动化的发展引起了加工测量技术、计算机发展技术、自动加工补偿发展的需要。在这些当中，动态条件下粗糙度的准确测量在许多工厂生产中是重要的。在一次机械加工中，监测已完成工件的粗糙度能够增加加工所需要表面的速度，这样工件表面完成的速度被提高。加工过程中粗糙度的测量可以被看做一种过程控制参数或者对机械加工过程最优化的一种反馈。对于测量表面粗糙度通常的做法是通过一颗探针穿过表面，测量它的运动，这样它的表面轮廓可以被追踪。这项技术已经发展到了很先进的水平。然而，探针头部半径范围限制了测量的精确性。由于维度方向的沟沟壑壑比探针的头部还小，所以追踪到的轮廓比真是的尺寸还小。换句话说，表面的一些信息被过滤掉。更甚的是，这项技术不是很适合与软的表面，由于它与自然界直接接触，容易受环境的干扰。而且，粗糙度的测量沿表面成一条线，如果需要整个表面的形状信息，那么需要追踪许多这样的线，所以它是一个很慢的过程。因此，它并不适合与进行程测量的使用。相比这探针方法，一种光学的方法常常提及，因为它不需要接触，这个过程对任何表面都是非破坏性的。光学方法的原理主要依赖于聚焦、干涉、散射、斑点和反射光线的位置变化概念。能够获得表面粗糙度的一些方法在移动表面已经得到展示。然而，他们不可避免需要先进的光电和控制元件应用。目前，作者最近发展了一种新的光学技术，被称作黑：明亮比的方法，这种方法利用反射图像中明暗区域的尺寸大小来解释被给表面的粗糙度。在获得表面粗糙度数据中这种新技术的可靠性被提升到线速度0.107m/s。这种新技术所需要的装置是非常简单。因此，它有很大的潜力应用到加工过程中的测量。这篇论文报导了关于粗糙度的测量，还对外圆磨削用明暗比率的方法加以考虑。应用在较高速度下这项技术的可靠性也得到了证明。2.实验和结果2.1新的技术明暗比率法靠发射一束相干光到粗糙的表面，反射像的形成是由于光的干涉和散射结合。环绕轴的方向反射强度由于散射效应被减弱。仅仅一小部分反射投射到观察屏幕，这样呈现在屏幕上的图像的全部强度缩减。反射图像的强度依赖于表面粗糙度，这种关系已经被用在表面粗糙度测量很长时间了。图2描述了在不同强度的光照下，粗糙度范围在0.05-1.6微米内不同扁钢的六次反射强度的平均值变化。正常的平均强度是一个像平均强度和最小0.05微米粗糙度的比率。可以合理的看到表面越粗糙，反射的全部强度越黑。对于小粗糙度范围，这曲线的倾斜程度是陡的。当粗糙度比0.4um大时，曲线的倾斜程度是平缓的。因此，如果像的平均强度被用在解释表面粗糙度，测量范围0.05-0.4um是非常狭窄的。图3表明了来自一个表面反射典型的像。最近，王先生发表声明说如果明暗区域尺寸被使用而不是用于全部的强度的话，测量范围可以被提升。两个灰色的水平选择的黑暗和明亮的点的分类阳离子。有一个灰点水平小于暗阈值分类为黑，而那些大于明亮阈值是明亮的。黑暗与光明的数目和样本总数的比率分别称为黑暗比率D和明亮比率B。黑暗和明亮的阈值的选择，和光源的初始强度将会影响粗糙度的测量范围。随着试样表面粗糙度增加D的增加、而B减小。反射像的全部强度如图2所示，这是用新技术进行了分析。图4表明了随着粗糙度的不同，B和D的变化。不同的黑暗和明亮的阈值尝试和研究结果表明，D小于等于70，B大于160黑暗和明亮的限值分别为敏感的关系D，B，而且粗糙度也能够获得。对于糙度值小于0.3的很平的表面，明亮的比率比暗比提供了一个更好的的灵敏度。对于粗糙度大于0.3的，暗比更好些。对于粗糙度大于0.3，黑暗比优先。随着D、B阀值和初始强度恰当的选择，该技术可应用于大型粗糙度测量范围。为了验证动态应用技术，34毫米直径的二不同表面粗糙度的四个圆筒形钢试样进行了测试，一个简单的结构示意图如图5所示。光源是一个10兆瓦的他±氖激光与632.8nm的波长和强度可以手动调整。散斑图案是由激光束射在试样表面形成的。出现的光束用一个4倍的显微镜被形成。真正形成的图像投射到CCD图像传感器和监视器上同时显示。这斑纹图被512*512分辨率和256灰度值的像数字化。只有中央300*300像素代表2*2毫米实际尺寸，被选择用于分析，以防止任何边缘的效应。类似的设置和相同的标本使用前证明该技术用于动态测量的可靠性。测试速度可达每分钟60转。所有的表面粗糙度的测量是内发现获得的测量结果的统计不确定性，这是使用手写笔的仪器所致。在目前的工作中，测试速度增加至250转。（相当于线速度0.445m/s）反映图像是以不同的转速被抓住的变化。所有在拍摄的图像测量的黑暗比的变化分别绘于图6。可以看出以不同速度测量表面的黑暗比是一致的，很少有散射。对于粗糙度恰为0.05um表面，黑暗的比例是非常小的（少于1%）。一个小散射测量可能导致粗糙度的显著错误。因此，明亮的比值是首选，其对应的明亮的比率测量也绘制虚线如图6。以不同速度测量的明亮比率是一致的。因此，该技术被证明是在快速移动的表面可靠的测量粗糙度。2.2在加工过程中测量一台数控外圆磨床，SHIGIYAG-20ND，在实验中被使用了。试样车轮是由低碳钢组成。其直径和厚度分别是143毫米和31毫米。初始表面的粗糙度靠回转准备着。表面是使用He±Ne激光器用的632.8毫微米的波长发光的。装置和图5表示的相似。长焦距显微镜使用可以保持光的发出合理远离工件。在研磨过程中，冷却液是应用的。为了防止任何东西喷洒在镜头上，一个塑料屏蔽显微镜研磨作业，它是去除图像时被捕捉。砂轮主轴转速固定在2270转时的转速标本和切削深度，它是根据不同加工阶段需要而变化的。而加工进行的过程中，表面粗糙度是在每次完成切割和研磨后和砂轮是在其行程的结束位置测定的。当图像被拍摄时，砂轮，试样，冷却剂的供给并没有停止。该冷却液的供应是平稳的，冷却形成了在测量点相当恒定的流体膜。由于测量技术是相对的，所以流体膜不会影响它。图七对于一个加工过程来说表示出暗比的变化。所有图7中所示的数据是六次独立测量的平均值。他们的标准偏差也说明了同一图形。试样的初始旋转速度为500rpm。速度被保持一直到完成粗加工阶段。然后，每次切割后速度减少50rpm，直到最后的速度是50转rpm。从图七中可以看出，该暗比在粗加工阶段维持在高值，这说明与大的标准偏差是相符合的。第16次切后，标准偏差下降到一个较低的值。在其后五次切削中，这仍然在相同的500rpm的转速，在黑暗比测量保持相当恒定的值与标准偏差小的值。这些表明粗加工阶段结束。接下来切割速度的降低，随着表面变得越来越光滑暗比下降。试样的初始和最终粗糙度分别为2.79和0.78毫米，测量用等级衡量泰勒霍普森Surtronic3+手写笔工具。3.结论这篇论文的结果表明，这种新方法的应用作为在研磨过程控制粗糙度的一种手段。随着表面的光滑黑暗反射率下降（明亮的反射率增大）。新测量技术利用深色的和明亮的比率，它同时适用于精细和粗糙的表面。为了控制小的表面粗糙度，首选使用明亮的比率。该技术和所需的设置的原理是很简单。它可以用作在自动加工过程的组成部分。测量是瞬时的，数据可以被反馈到数控机床，用于后续处理的调整。致谢作者表达他们对香港的研究部门对该项目的资金帮助的感谢。我们也感谢李先生。我们也感谢K.Cheung和S.L.Chang在采取测量方面对他们的帮助。参考文献：[1].商船三井公司。在制造过程传感器表面粗糙度及其应用，精密工程证书1986，8（4）：212.[2].怀恩特JC。粗糙表面干涉在10.6毫米。光学学报1980;19（11）：1862.[3].布罗德曼R，粗糙度测量，转身开枪喷丸表面的光散射图。暗比7加工过程中的变化。P.L.黄K.Y.李/光学与激光技术31（1999）方法。第三次国际会议论文集计量及性能工程冲浪，1993年共380.[4]4.SirohiRS.散斑计量。纽约：马塞尔·德克尔，1990.[5].DornfeldDA，LemasterRL。分析和建模激光测量系统性能的木材表面。反式ASMEĴEngng工业1990年112:69.[6].王伟，黄PL，雒建斌，张真。一种新的光学技术关于移动的表面粗糙度测量。摩擦诠释1998，31（5）：281.[7]BechmannP，SpizzichinoA的电磁散射波从粗糙表面。牛津大学：佩加蒙出版社，1963.[8]佩尔森U的过程用测量表面粗糙度光散射。1998;215:54.