散斑法應用於含油膜之冷軋鋼板的表面粗糙度量測模式

Light Scattering Speckle Measurement of Surface Roughness of the Cold Rolled Steel with Oil Film Coating

林昱宏(Yuh-Horng Lin)

指導教授 ： 徐澤志 ； 邵清安

元智大學/工程學院/機械工程學系/碩士(1995年)

摘要

本研究係以光散射斑點法的散斑為基礎應用於冷軋鋼板製程中 的線上直
接量測。由於製程中的鋼板附有油膜，更進一步運用 影像處理的方式去
除油膜的影響，使此法能真正地付諸於線上 使用。散射斑點（speckle）
現象的形成係因物體表面的高度 隨機地起伏，經由高相干的雷射照射時
，其表面產生散射致使 投射到屏幕的雷射光相位隨機地調變，波面互相
干涉所形成的 明暗斑點。本研究所建立的光學粗度儀即是將此包含粗糙
度訊 息的散斑轉換成實際的粗糙度物理量。這是一種真正非接觸 式、
非破壞式的量測模式。但冷軋鋼板製程中所需使用的潤滑 油膜卻造成了
光學量測法在線上執行中的干擾。此油膜不但扭 曲了散斑的分佈，也造
成部份粗糙度訊息的流失。由於對含有 油膜的表面粗糙度量測是建立在
散斑分佈與表面高度起伏關係 的基礎上，因此維護散斑在受油膜影響後
的完整性是最重要的 問題。而雷射光在油膜內的行為，除了全反射、佈
儒斯特角兩 個現象需要避免外，本研究主要將其歸納成兩個部份。當雷
射 光入射有油膜披覆的鋼板，在光到達油膜外表面時，一部份反 射產生
所謂的亮點干擾，它完全未包含任何有關鋼板粗糙度的 訊息。而一部份
光折射進入油膜再經由鋼板本身粗糙度散射， 形成可供統計的斑點訊息
，而這散斑卻也因為兩介質折射率的 不同造成了各個散射角不同程度的
扭曲。所以我們想藉由處理 數位化影像的方式將不含粗糙度訊息的亮點
去除；再根據折射 定律作為取樣散斑影像的基礎，將受油膜影響的散斑
還原，經 由此散斑分佈獲得鋼板的粗糙度。

關鍵字

光散射斑點法 ； 表面粗糙度 ； 影像處理

並列摘要

A non-contact optical technique is developed for
measuring roughness of cold rolled products with oil
film coating in real-time. The technique is based upon
the laser scattering speckle pattern which is formed at
an observing plane due to the random wave- front plane, and
transformed into the specific configuration of the
surface roughness by using optical statistical theory.
Furthmore using image processing to eliminate the
influence from the oil film coating is adopted. The
influence involves the bright spot which is caused by
the incident light reflected directly from outer surface
of oil coating, and tortuous speckle which is caused by
refraction. The former disortion is solved by filterring
spot directly and filling the new value being available
from average gray around the spot, the latter distortion
is corrected by simulating the path of light
incident into oil film.

並列關鍵字

Light scattering speckle ； surface roughness ； laser speckle