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专利名称：一种磁辊表面粗糙度测量系统的制作方法
一种磁辊表面粗糙度测量系统
技术领域：
本发明涉及一种表面粗糙度测量方法，具体设计一种基于激光散射光强二维分布 统计的磁辊表面粗糙度无损非接触式的高精度测量方法
背景技术：
打印机、复印机所用硒鼓磁辊的表面粗糙度对设备打印质量有直接影响，磁辊使 用前均需对此指标进行抽样测量。目前常采用的表面粗糙度方法主要分为接触测量和非接 触测量两大类。接触测量指探测器同被测物体相接触从而获得被测物体外观形貌的测量方法，具 有精度高、测量结果稳定的优点，但是对磁辊表面会造成沾染、损伤或造成磁辊蠕变，也不 能进行在线检测，无法满足自动化水平要求。非接触测量中主要有激光三角法、激光散射法等。激光三角法指由激光发生器发出的激光经光学准直系统照射到物体表面形成光 点并发生反射，反射光随被测物体表面的起伏变化在CCD上的不同位置成像，通过检测光 点在CCD上的位置，经几何变换可以得到光点相对测量基面的起伏变化信息，具有测量精 度高的优点，但测量成本也较高，中小型企业难以承受。激光散射法指用激光作光源，在入射光方向以外，通过检测散射光强度、频移及其 角度依赖等而得到测量基面的起伏变化的方法的统称。目前多以散射光能量的一维分布与 粗糙度参数的对应关系来进行检测，丢失了粗糙表面引起的二维散射信息，没有涉及散射 光强二维分布与粗糙度的关系，也没有涉及散射光分布与表面形貌、起伏分布和聚集态结 构的关系。

发明内容本发明改进了传统粗糙度激光散射测量方法，根据激光在随机表面散射特征，提 出了一种基于激光散射光强二维分布统计的磁辊表面粗糙度测量系统，针对散射光二维分 布引入了三个特征值能量分布径向均值艮，角向方差Da，以及分布纵横比4，得到散射光 的能量二维分布情况，既可测量表面粗糙度的统计参数，又可反映表面纹理的形貌特征，为 实现更为精确的快速非接触表面粗糙度测量提供了一种可行的方法。具体结构如下基于激光散射二维分布统计的磁辊表面粗糙度测量系统，该系统包括光学系统、 磁辊传动系统、光学部件控制系统、数据采集及处理系统。光学系统位于磁辊传动系统上 方，并受光学部件控制系统控制，光学系统形成的包含被测磁辊表面形貌信息的光信号被 数据采集及处理系统采集处理，从而对磁辊表面粗糙度情况进行测量并做出判断。光学系统的功能是使激光器发射的激光通过一系列光学元器件照射被测磁辊表 面，形成包含被测磁辊表面形貌信息的反射和散射光信号。该系统包括半导体激光器、斩 波器、半反半透镜、凸透镜、成像屏、面阵CCD (Charge CoupledDevice，电荷耦合器件)摄像 头。半导体激光器激光发射方向与水平面垂直，该半导体激光器下设置一斩波器，该斩波器与水平面平行，该斩波器下设置一半反半透镜，该半反半透镜与水平面成45°角，该半反半 透镜下设置一凸透镜，该凸透镜主轴与水平面垂直，该凸透镜光心通过由半导体激光器所 发射激光光束的光路中心，在垂直于水平面并与前述半反半透镜成45°处设置一成像屏， 该成像屏用以接收半反半透镜所反射的光线所成的像。面阵CCD摄像头位于成像屏正后 方，用以拍摄成像屏上所成的像。磁辊传动系统的功能是固定被测磁辊并使其绕轴向勻速转动，同时，通过调节高 度，使被测磁辊表面上缘与光学系统中的凸透镜焦平面相切。该系统包括传动装置、支架、 齿轮端护套、可调节水平台、导电端护套。支架树立于可调节水平台的两侧，其对应位置分 别安装有齿轮端护套和导电端护套，两护套在同一水平线上，用来嵌套护套的两端。传动装 置和齿轮端护套连接，用来带动护套转动。通过齿轮端护套同传动装置相连接并受其控制， 被测磁辊随之围绕轴向勻速转动，通过调整支架高度，使磁辊表面上缘与光学系统中的凸 透镜焦平面相切，且磁辊轴向在光学部件控制系统的运动平面内。数据采集及处理系统由图像采集卡、计算机组成，图像采集卡与计算机相互连接， 因而可以通过计算机内的程序处理图像采集卡采集到的信号。具体功能是采集光学系统 面阵CCD摄像头拍摄的视频信号，将其转化为数字信号后经计算机处理得到散射光的能量 二维分布情况。光学系统成像屏上所成的像被面阵CCD摄像头实时采集并生成视频信号， 经图像采集卡转为数字信号后输入计算机，利用所建数学模型对采集到的信号进行处理， 得出能量分布径向均值艮，角向方差Da，以及分布纵横比I，得到散射光的能量二维分布情 况，与计算机预先采集录入的磁辊标准件粗糙度特征量表征参数数据库值进行比对，可对 被测磁辊粗糙度情况进行判断，并将判断结果通过计算机显示器显示出来。此外，还可利 用图像处理技术对不合格的被测磁辊测量数据进行处理，产生反映磁辊表面纹理形貌的图 样，为不合格磁辊下一步的重新喷砂再处理提供直观的参考依据。本发明具有成本低、精度高、速度快、自动化程度高、可在线测量、无损非接触式测 量等优点，而且经过改造，可用于测量多种工件表面的粗糙度，具有极大的普适性。

图1是本发明结构示意图。图示说明1.光学系统；2.半导体激光器；3.斩波器；4.半反半透镜；5.凸透镜； 6.成像屏；7.面阵CCD (Charge Coupled Device,电荷耦合器件)摄像头；8.光学部件控制 系统；9.传动装置；10、15.支架；11.齿轮端护套；12.被测磁辊；13.可调节水平台；14.导 电端护套；16.图像采集卡；17.计算机。
具体实施方式以下结合附图就本发明的具体实施方式
进行说明。如图1所示被测磁辊(12)水平放置在由支架(10、15)、齿轮端护套(11)、导电端 护套(14)组成的可调节水平台(13)上，通过齿轮端护套(11)同传动装置(9)相连接并受 其控制，被测磁辊(12)围绕轴向勻速转动，通过调整支架高度，使被测磁辊(12)表面上缘 与光学系统(1)中的凸透镜(5)焦平面相切。光学系统(1)中的半导体激光器(2)发出一 束激光，经过斩波器(3)，通过水平面成45°角放置的半反半透镜(4)，再经凸透镜(5)聚焦到被测磁辊(12)的表面。反射散射光再经过凸透镜(5)变成平行光，被半反半透镜(4)反 射后，在成像屏(6)上成像。与此同时，光学部件控制系统(8)控制光学系统(1)延磁辊轴 向勻速移动，同时传动装置(9)控制磁辊(12)围绕轴向勻速转动。在此过程中，成像屏(6) 上所成的像被面阵CCD摄像头(7)实时采集并生成视频信号，经图像采集卡(16)转为数字 信号后输入计算机(17)，利用所建数学模型对采集到的信号进行处理，得出能量分布径向 均值艮，角向方差Da，以及分布纵横比I，得到散射光的能量二维分布情况，与计算机(17) 预先采集录入的磁辊标准件粗糙度特征量表征参数数据库值进行比对，可对被测磁辊粗糙 度情况进行判断，并将判断结果通过计算机显示器显示出来。此外，还可利用图像处理技术 对不合格的被测磁辊测量数据进行处理，产生反映磁辊表面纹理形貌的图样，为不合格磁 辊下一步的重新喷砂再处理提供直观的参考依据。以下就测量原理进行进一步详细说明。为了获得更为精确的散射光的二维能量分布情况，本发明在光强分布上采用二维 分布统计，并引入三个特征量能量分布径向均值E,，角向方差Da，以及分布纵横比A,，以这 三个特征量表征二维散射光分布，由此得到二维散射测量方法。先确定光能量分布的中心点，无论径向分布还是角向分布都以这一点为参考点。 对光强分布函数进行归一化，该归一化函数就是能量分布随机变量的联合概率密度函数。 设信息采集系统采集到的原图像函数为I (X，y)，对其进行归一化，得到光能量分布密度 光强分布的中心点为(Ex，Ey) 其中 相类地，有 在确定了参考原点后，就可以进一步计算激光能量分布径向均值艮和角向方差D, 以及分布纵横比K参数。
为提高计算速度，纵横比算法采用阈值最大最小比方法，即式(Eq-8)中(xt，yt)与 (xp, yp)分别代表区某一能量密度阈值。参数艮反映散射光能径向分布的离散程度，它与表面不平高度相对应；参数Da同 样反映光能角向分布离散程度，它既与表面粗糙度有关又与表面形貌有关；4反映光能分 布的二维差异，它表明了微观形貌的一致性，K越大，则表面在入射光斑尺度上垂直于最大 散射方向具有刨削纹理，I越接近于1，则表明在入射光斑尺度上表面的各向同性越好。因 此，这三个参数相结合就可以在测量不同表面粗糙度的统计值的同时，反映出粗糙表面的 形貌特征。实际应用中，可对合格的各型号磁辊进行测量，将所测艮、Da和kr参数值建立标准 数据库作为参照，建立被测与数据库参数的函数关系，从而实现基于散射光强二维分布统 计的磁辊表面粗糙度测量。
权利要求
一种磁辊表面粗糙度测量系统，该系统包括光学系统、光学部件控制系统、数据采集及处理系统，其特征在于，该系统还包括磁辊传动系统，光学系统位于磁辊传动系统上方，并受光学部件控制系统控制，光学系统形成的包含被测磁辊表面形貌信息的光信号恰好被数据采集及处理系统采集处理。
2.如权利要求1所述的磁辊表面粗糙度测量系统，其特征在于磁辊传动系统包括传 动装置、支架、齿轮端护套、可调节水平台、导电端护套，支架树立于可调节水平台的两侧， 其对应位置分别安装有齿轮端护套和导电端护套，两护套在同一水平线上，传动装置和齿 轮端护套连接，用来带动齿轮端护套转动。
3.如权利要求1所述的磁辊表面粗糙度测量系统，其特征在于光学系统包括半导体 激光器、斩波器、半反半透镜、凸透镜、成像屏、面阵(XD(Charge Coupled Device，电荷耦合 器件)摄像头，半导体激光器激光发射方向与水平面垂直，该半导体激光器下设置一斩波 器，该斩波器与水平面平行，该斩波器下设置一与水平面成45°角的半反半透镜，半反半透 镜下设置一与水平面垂直的凸透镜，该凸透镜光心通过由半导体激光器所发射激光光束的 光路中心，在垂直于水平面并与前述半反半透镜成45°处设置一成像屏，面阵(XD摄像头 位于成像屏正后方。全文摘要
本发明涉及一种磁辊表面粗糙度测量系统，该系统包括光学系统、光学部件控制系统、磁辊传动系统、数据采集及处理系统。光学系统发射的激光聚焦到被测磁辊表面，反射散射光所成的像被面阵CCD采集，经数据采集及处理系统进行处理，得到能量分布径向均值Er，角向方差Da以及分布纵横比Ar三个特征参量，从而得到散射光的能量二维分布情况，进而可对被测磁辊粗糙度情况进行测量判断。
文档编号G01B11/30GK101865680SQ201010181650
公开日2010年10月20日 申请日期2010年5月25日 优先权日2010年5月25日
发明者马克辛 申请人:富美科技有限公司