文献综述的引言

基于激光散斑法评估金属表面状态摘要本文介绍了当前激光散斑技术的一些比较成熟的应用领域、现今的一些表面分析技术和激光散斑法对金属表面状态的分析，基于前人的研究启发提出了评估表面状态的标尺猜想，给出了新标尺的详细内容和设计到的参数，并设计了对比实验，对猜想进行了实验论证。散斑干涉法是70年代发展起来的一种方法，它具有非接触和无损的优点，可用于实物测量。由于测量灵敏度高、设备简单,根据所采用的分析技术可以给出逐点和全场信息,因而近年来得到了广泛应用，然而激光散斑技术在表面分析领域中尚未有全面深入的研究。由于反射光的强度取决于表面的几何微观结构和颜色，所以表面的任何变化将导致不同的散斑图像。在此基础上，分析激光散斑图像的参数，结合表面粗糙度，综合评定金属表面状态。本论文的核心部分是以激光清洗的涂漆金属表面为实验样品，基于激光散斑法评估样品的激光清洗部分的表面状态。涉及实验所需样品的制作都详细地做了介绍，实验部分有条不紊的进行着。本次研究还设计了一款图像分析软件，为了得到所需的散斑图像参数，选择matlab软件分析处理实验获得的散斑图像。本次研究为探究性研究，样品的制作、实验设备的局限、散斑图像的获取、参数的分析都直接关系到实验的结果。基于激光散斑法评估金属表面状态的研究为激光加工的在线检测等技术提供有力支持，同时对论文提出的新标尺理论进行了探究。关键词：激光散斑金属表面状态散斑分析BasedonlaserspecklemethodevaluatingthemetalsurfaceAbstractThispaperintroducesthelaserspeckletechniqueapplicationfieldsofsomeofthemoremature,andsomeofthesurfaceanalysistechniquesatnowandanalysisingofthestateofthemetalsurfacebylaserspecklemethod.Evaluationwasdevelopedbasedonthepredecessors'researchinspiredsurfacestateofscale,givesanewscaletotheparametersofthedetailedcontentanddesign,anddesignedacontrastexperiment,hascarriedontheexperimenttoconfirmedguess.Speckleinterferometryisamethoddevelopedinthe70s,ithastheadvantagesofnon-contactandnon-destructive,canbeusedintheactualmeasurement.Duetothemeasurementofhighsensitivity,simpleequipment,accordingtotheanalysistechnologycanbeadoptedbythegivenpointandtheinformation,whichhaswideapplication,however,laserspeckletechniqueinthefieldofsurfaceanalysisisnotyetcomprehensivein-depthresearch.Duetotheintensityofthereflectedlightdependsonthegeometryofthesurfacemicroscopicstructureandcolor,soanychangeswillleadtodifferentonthesurfaceofthespeckleimage.Onthisbasis,theanalysisoftheparametersoflaserspeckleimages,combiningwiththesurfaceroughness,thecomprehensiveevaluationofmetalsurfacestate.Thecorepartofthispaperisapaintedmetalsurfacelasercleaningasexperimentalsamples,basedonlaserspecklemethodtoassessthestateoflasercleaningthesurfaceofthepartofthesample.Involvingtheexperimentalsamplesneededforproductionispresentedindetail,theexperimentpartinanorderlyway.Thisstudyalsodesignaimageanalysissoftware,inordertogettheparametersofthespeckleimages,selectmatlabsoftwareanalysisexperimentofspeckleimageprocessing.Thestudyforexploratoryresearch,sampleproduction,thelimitationsofexperimentalequipment,speckleimageacquisition,theanalysisoftheparametersaredirectlyrelatedtotheresultsoftheexperiment.Metalsurfaceisassessedbasedonlaserspecklemethodofresearchfortheon-linemeasurementoflaserprocessingtechnologytoprovidestrongsupport,atthesametimeprovidethebasisfornewscaletheoryputforwardbythepaper.Keywords:laserspecklemetalSurfacestateSpeckleanalysis1.引言随着现代社会经济的迅猛发展,对精密工件也提出了更高的要求,如何衡量加工工件表面质量,即表面状态的分析是精密工件加工中至关重要的一环。而大多数的精密工件都是金属，所以本文主要研究重点是激光散斑法对金属表面状态的分析。以前激光散斑技术用来测量振动、位移、应变、流体速度、传热、表面粗糙度[1-4]，不仅用于工业测量，在医学[5-7]、生态学等众多领域也有相当重大的贡献，然而激光散斑技术在表面分析领域中尚未有深入研究。表面粗糙度是对零件加工表而所具有的微小间距和微小峰谷以及微观几何尺寸特性的综合评价，单独作为评估金属表面状态的参数显得太过主观，为了更详细的评定表面状态，结合激光散斑法对表面状态分析，提供了一个客观的分析结果。1.1激光散斑技术1.1.1激光散斑当激光光束投射到能散射光的粗斑表面（平均起伏大于光波波长数量级的表面)时，将会呈现出用普通光见不到的斑点状的图样。其产生是由于激光的高相干性，当激光照射到物体粗糙表面时，面上每一点都可视为一个子波源，它们的散射光相干叠加后在光场中用探测器或眼睛接收时，就能记录到一种杂乱无章的干涉图样，这样的干涉图样被称为激光散斑。起初人们把散斑视为降低成像质量和限制干涉条纹清晰度的光学噪声，但近30年发展起来的散斑摄影术和散斑干涉度量术却形成了一种崭新的光测力学方法，散斑计量学。1.1.2.激光散斑技术的应用随着社会的不断发展，激光散斑技术应用领域不断扩展，1984年，陈华丽用激光散斑法测量裂纹尖端张开位移及应力强度因子[8]。1986年，陈方等人用激光散斑法测量物体的倾角，增加了新的灵敏度调节因子，得到了测量物体倾角的新方法[9]。1990年，王建华成功的用激光散斑测量位移[10]。1991年，袁格等人与肖明海分别研究了激光散斑法在流体中的应用与透明物质的厚度测量[11-12]。1994年，姜守训等人用激光散斑法测定玻璃的线胀系数，提出了简单的测量方法[13]。1998年，梁承姬等人展开了激光散斑法对冻土微裂纹形貌和发展过程的研究，为冻土材料的宏微观力学行为研究及弹塑性断裂韧度测试分析提供了有效的途径[14]。1999年，朱艳英等人用激光散斑法检测金属材料的焊接缺陷[15]。早期激光散斑技术就应用在各个领域且不断被深入研究，应用在表面状态上的研究也是层出不穷，而大部分的研究都着眼于材料的表面粗糙度。在1983年，上海市激光技术研究所的赵哗英与上海交通大学包学诚，提出了激光散斑技术在表面粗糙度测量中的应用[16]。表面粗糙度，是指加工表面具有的较小间距和微小峰谷不平度，是评估表面状态的一个相当重要的参数。根据激光散斑强度分布的统计特性和利用散斑相关技术可以确定表面的粗糙度。这种方法具有非接触，无破坏等特点，并且可以直接得到表面粗糙度的特征参数(如Rq)，是一种很有发展前途的表面粗糙度测量的光学方法。实验采用图1装置,先利用CCD元件测量散斑反差，在利用消相关条件确定表现粗糙度。得出表面粗糙度测量可以利用激光散斑特性，这种测量方法与微处理机结合，可以达到数字化，是一种参数测量法。图1激光散斑法测表面粗糙度的实验装置图1993年，江苏工学院教授提出了一种激光散斑法实时测量表面粗糙度的新方法[17]，根据激光散斑相干性原理与理论，提出了用双达夫枝镜产生两束间距和夹角连续可调的平面光波同时照射粗糙表面，由1-DCCD
采集散射光场的相干涉信号，经过计算机对对比度的处理，能实时测量物体表面粗糙度。测试装置如图2,该方法较现行测试法提高了判读精度，扩大了测量范围。图2双达夫枝镜测量表面粗糙度实验装置图近期国内周晨波等人提出了利用激光散斑技术对表面粗糙度纹理研究的两种方法[18]。介绍了基于灰度共生矩阵和自相关函数的对工件表面粗糙度进行研究的两种激光散斑测量技术。基于灰度共生矩阵和自相函数的激光散斑测量技术，为研究工件表面的粗糙度，提供了一种新的技术途径。激光测量技术具有快速、非接触、无损特点,随着人们对相干激光产生的散斑的认识深入,激光散斑技术作为一种统测量技术,越来越多的人把散斑技术应用到测量表面粗糙度领域。采用激光散斑测量工件表面粗糙度的原理、方法和装置的研究近年来相当活跃，国外尤然。Ohtsubo等人根据衍射散斑强度变化的平均对比度与表而随机起伏的慨率分布有关的特性，提出通过测量对比度平均值，从而检测粗糙度[19]。YOslimura等人用动态散斑图为照明光源，对时间积分求得平均对比度来测量粗糙度[20]。2008年，AgnieszkaJ.Klemm等人研究了《应用激光散斑分析和评估进行激光清洗的胶结表面》[21]这一课题，由于反射光的强度取决于样品的几何微观结构和颜色，所以表面的任何变化将导致不同的散斑图像，借此原理评估激光清洗的有效性，提出了侧面评估表面状态的参数：(1).反射光的平均强度：反射光的平均强度可以通过，一个估计的预期值的所有记录点强度的直方图，或通过使用一个强度图获得。光强度表示的是灰度级(0-225)的意思，相对单位为(r.u)。(2).不对称的偏态：偏态是一个测量强度的柱状图,在一个散斑图像中揭示了亮点和暗点的数量是否相同：331SMg(1)S是标准差和3M是第三个中心矩:：ikiinxxEM313)(1(2)K表示许多类的平均值ix和大小in，E是所有元素的数量，x是样本的平均值。当Sk≥1或≤1，分布高度倾斜；当0.5|Sk|1，分布适度倾斜；当0|Sk|0.5，几乎是对称分布。偏态揭示了在散斑图像中亮点和暗点的数量是否一样。(3).峰度：峰度是衡量“尖峰”的强度的柱状图。它可以由以下方程表示。44SMK(3)在4M第四个中心矩和S是标准偏差当K=3，据说是常峰态的分布与引用“正态分布”；当K3,据说是低峰态分布，当K3，据说是尖峰的分布如图2所示图3不同峰态的光强分布实