機器視覺的粗糙度檢測方法有哪些？這個方案效果不錯

在機械零件切削的過程中，刀具或砂輪遺留的刀痕，切屑分離時的塑性變形和機床振動等因素，會使零件的表面形成微小的峰谷。這些微小峰谷的高低程度和間距狀況叫做表面粗糙度, 也稱為微觀不平度, 它是一種微觀幾何形狀誤差。 產(chǎn)品的工作性能、可靠性、壽命在很大程度上取決于主要零件的表面質(zhì)量，因而粗糙度是重要的工業(yè)參數(shù)。

粗糙度儀又叫表面粗糙度儀、表面光潔度儀、表面粗糙度檢測儀、粗糙度測量儀、粗糙度計、粗糙度測試儀等多種名稱。由于表面粗糙度與機械零件的配合性質(zhì)、耐磨性、疲勞強度、接觸剛度、振動和噪聲等有密切關(guān)系，所以粗糙度儀做為測量設(shè)備在工業(yè)上有著廣泛的應(yīng)用。

粗糙度儀從測量原理上主要分為兩大類：接觸式和非接觸式，接觸式粗糙度儀主要是主機和傳感器的形式，非接觸式粗糙度儀主要是光學(xué)原理，例如激光表面粗糙度儀。

應(yīng)用領(lǐng)域

表面質(zhì)量特征是零件重要的特征之一，由于表面粗糙度與機械零件的配合性質(zhì)、耐磨性、疲勞強度、接觸剛度、振動和噪聲等有密切關(guān)系，因而粗糙儀有著廣闊的應(yīng)用領(lǐng)域。

目前粗糙度儀的應(yīng)用領(lǐng)域有：

1. 機械加工制造業(yè)，主要是金屬加工制造。粗糙度儀最初的產(chǎn)生就是為了檢測機械加工零件表面粗糙度而生的。尤其是觸針式粗糙度測量儀比較適用于質(zhì)地比較堅硬的金屬表面的檢測。如：汽車零配件加工制造業(yè)、機械零部件加工制造業(yè)，等等。這些加工制造行業(yè)只要涉及到工件表面質(zhì)量的，對于粗糙度儀的檢測應(yīng)用是必不可少的。

2. 非金屬加工制造業(yè)，隨著科技的進步與發(fā)展，越來越多的新型材料應(yīng)用到加工工藝上，如陶瓷、塑料、聚乙烯，等等，現(xiàn)在有些軸承就是用特殊陶瓷材料加工制作的，還有泵閥等是利用聚乙烯材料加工制成的。這些材料質(zhì)地堅硬，某些應(yīng)用可以替代金屬材料制作工件，在生產(chǎn)加工過程中也需要檢測其表面粗糙度。

3. 隨著粗糙度儀的技術(shù)和功能不斷加強和完善，以及深入的推廣和應(yīng)用，越來越多的行業(yè)被發(fā)現(xiàn)會需求粗糙度的檢測，除機械加工制造外，電力、通訊、電子，如交換機上聯(lián)軸器、集成電路半導(dǎo)體等生產(chǎn)加工過程中也需粗糙度的評定，甚至人們生活中使用的文具、餐具、人的牙齒表面都要用到表面粗糙度的檢驗。

基本原理

非接觸式粗糙度檢測設(shè)備采用激光三角法原理對被測物體表面和激光器之間的距離變化進行測量。該方法提供了通過一臺千兆網(wǎng)工業(yè)相機精確測量某一平面位移值的理論根據(jù)，從而將對工件表面高度變化值的測量轉(zhuǎn)化為對相機成像面上光斑中心位置偏移值的測量。

激光三角法屬于無接觸測量，測量時，由光源發(fā)出的一束激光照射在待測物體平面上，通過反射最后在檢測器上成像。當(dāng)物體表面的位置發(fā)生改變時，其所成的像在檢測器上也發(fā)生相應(yīng)的位移。通過像移和實際位移之間的關(guān)系式，真實的物體位移可以由對像移的檢測和計算得到。

利用直射式三角法進行微位移測量在實際應(yīng)用中必須滿足以下的條件：

1. 必須保證激光束始終和被測量物體表面垂直；

2.要使得被測量物體的運動方向和測量面垂直；

3.要使得測量點盡量在參考零點附近并且始終要在測量范圍之內(nèi)。

利用激光三角法測量原理測量工件表面高度變化的精確度很高， 理論精度可以達到±0.01mm 以下。我國目前將激光三角法應(yīng)用于粗糙度、平面度以及工件高度和三維形狀的檢測技術(shù)方面的研究工作還做的很少，相關(guān)的文獻資料基本上也沒有，無先例可以參考借鑒，而在其他的加工領(lǐng)域，激光三角法已有不少應(yīng)用的先例，如激光切割高度跟隨系統(tǒng)精度在 0.01mm，國產(chǎn)的錫膏測厚儀精度在 0.1μm，激光測厚儀精度在1μm。

系統(tǒng)構(gòu)成

非接觸式粗糙度檢測設(shè)備主要由激光光源系統(tǒng)、工業(yè)相機成像系統(tǒng)、計算機軟件系統(tǒng)和驅(qū)動機構(gòu)組成，如圖所示。計算機系統(tǒng)為核心控制系統(tǒng)，用于控制相機的圖像拍攝和存儲，同時負(fù)責(zé)響應(yīng)操作員發(fā)送的外部命令；

激光光源將光照射在被切割工件表面上；相機系統(tǒng)負(fù)責(zé)攝取圖像信息，并輸入計算機，通過計算機計算得出工件表面高度；驅(qū)動機構(gòu)接收到計算機的指令后，調(diào)節(jié)傳送帶的速度，滿足不同調(diào)節(jié)測量。

搭建該系統(tǒng)需要激光器、照明光源、濾光片、華用科技千兆網(wǎng)工業(yè)相機、工作臺、驅(qū)動裝置、PC機。激光三角測量法將對工件高度變化值的測量轉(zhuǎn)化為對工業(yè)相機成像面上光斑中心位置偏移值的測量。測量的精度很大程度上和光斑在工業(yè)相機成像面上像點能量中心位置的測量準(zhǔn)確度有關(guān)。光斑像點在工業(yè)相機上一般要占據(jù)幾十個到上百個光敏單元，如果光斑本身越小，則像點也越小，光斑的能量中心也越突出， 則光斑的能量中心越容易檢測。同理，光斑的光強越大，光斑的能量中心也越突出，則光斑的能量中心越容易檢測。

方案優(yōu)勢

與傳統(tǒng)的接觸式粗糙度度檢測設(shè)備相比，我們提供的激光非接觸粗糙度檢測設(shè)備具有獨特的優(yōu)勢：

1. 接觸式粗糙度儀測量時需要探針接觸，測尖易磨損和損壞，同時也容易劃傷工件表面。而激光非接觸粗糙度儀避免了對被測物體造成劃痕和磨損，尤其適用于各種柔軟材料、易腐蝕材料和傳統(tǒng)方式無法檢測的表面形態(tài)測量和分析。

2. 接觸式粗糙度儀需要工作過程中多次校準(zhǔn)，而對于特定的測量環(huán)境，激光粗糙度測量儀只需一次性設(shè)置和校準(zhǔn)，節(jié)約維護和再檢定的時間和金錢成本。

3. 傳統(tǒng)的粗糙度測量儀不能安裝在生產(chǎn)線上進行在線連續(xù)動態(tài)測量。激光粗糙度測量儀測量速度是傳統(tǒng)儀器的 10 到 100 倍，可以安裝在產(chǎn)品上進行動態(tài)測量。