LiNuoYao
范文一：文献综述的引言
中国现代文学中的著名小说作品
文献综述的引言:
首先需要标明的是中国现代文学的时间跨度大致为从1919年五四运动开始到1949年中华人民共和国建立为止。从五四新文化运动到1937年抗战爆发为其前半期，从抗战爆发到新中国建立后为后半期。
在整个人类文明史上，能与中华民族如此辉煌灿烂而又持续不断的历史文化相媲美者，确实不多。华夏文明如同一条绵延不断、星光闪烁的长河，令人目不暇接、叹为观止。鸦片战争之后，面对新的世界格局和伴随着帝国主义坚船利炮而来的大规模的西学东渐，在东方相对隔绝的地理、文化环境中发生发展并自成一体的华夏文明开始受到严峻的冲击与挑战。迎接无可回避的冲击与挑战，重新焕发华夏文明的活力与光彩，选择民族文化自新自强的路径，成为摆在近代中国与中华民族面前的重要问题。
自鸦片战争之后，经过几代志士仁人艰苦卓绝的奋斗探索和数十年漫长而急遽的变革，至五四时期，中国文化与文学大致完成了由古典向现代的痛苦蜕变，并以洒脱而坚毅的步伐踏上通往现代的起点。中国现代文学发端于五四运动时期，而鸦片战争之后的近代文学，为其作了奠基和先导。
这一时期是中国历史的一个的特殊时期，民族危机的大环境
下，现代与传统、新思潮与旧意识的斗争愈演愈烈。社会环境决定社会意识，半殖民地半封建的中国，面对外国的压迫和国内的羸弱，人民为求得生存，必须在思想方面有质的突破。因此可以说“五四运动”应用而生。在思想突破层面首先是“白话文运动”引起人们传统的书面交流方式的转变，直接影响当时人们普遍的封建的、腐朽的、落后的思想观念，从此现代文学一汹涌澎湃之势，冲破一切阻碍力量形成一片汪洋。
本课题研究的主要内容是这一历史时期文学作品中的小说作品，这一特定背景下的小说有什么特点，反映着怎样的思想，他们的写作者又有那些不为我们熟悉的情感。这些内容的研究首当其冲的是要阐明这一特殊的历史时间。新文学是1919年五四运动前后兴起和发展的一种新型文学。它是中国现代文学发展的历史起点，也是中国现代文学在形成过程中构建的第一座丰碑。它出现在中国社会转型的20世纪之初，与这一时期出现的新文化一同诞生，也历史地构成了新文化的一个重要组成部分。
在文献综述中先指出这些背景前提，有助于展开研究。现代新文学的思想内容 ，往往以这一时期代表人的发现为中心源泉，致力反映和表现历史和现实中存在的人的命运、意识、情感 ，并在反映和表现人的命运、意识、情感的过程中，直接体现这个时代精神，特别是科学、民主和反封建的精神，反映面对重大社会现实，呼喊出人的解放、个性解放的时代心声。 文献综述的范围:
现代文学主要由小说、散文、诗歌、戏剧四大体裁组成。在这四种体裁方面，不仅有众多杰出的作家、诗人，如鲁迅、郭沫若、朱自清、周作人、冰心等创作了众多优秀的作品，而且还产生了各种不同的流派，如在诗歌领域，就有现实主义诗歌流派和浪漫主义诗歌流派，在小说领域，则有“问题小说”、浪漫派小说、乡土派小说等，它们从不同方面显示了现代新文学的灿烂风貌。
现代文学的作者们在自己的作品中生动地描写了自己的禀性、气质、情感、嗜好、习惯、修养、人生经历和人生哲学，生动地表现自己的思想感情和人格;无情的撕破了道貌岸然的面具，彻底地反对封建主义桎梏，完全摒弃了为圣人解经、为圣人立言的旧思想、旧传统，字里行间充满了民族觉醒和自我解放的诉求。
在现代文学作品中，小说为革命标志，生动反映了作者们有封闭性思维体系向开放型思维体系转变，亦即由自我完善、自我调节、自我延续向面向世界面对新潮面对社会人生的转化。在现代，小说成为文学的正宗，如今小说无论其广度与深度、故事和叙事， 还是篇制、风格，都呈现出多元的趋向。
本课题所选的是研究现代文学作品中的小说作品，主要是解读研究在这一时期主要的作家的一些代表作品，从这些极具代表性的作品中，从小说创作的社会背景、作者表达感情以及小说内
的背景、主人心理历程来谈小说独到之处。如现代文学作品的大家沈从文、鲁迅、郁达夫、矛盾等，他们的小说带给读者的是不同的体验。鲁迅的短片小说语言犀利，郁达夫的小说契合了五四反封建的时代思潮，大胆地呼喊出了个性解放的心声，以主观的、不加掩饰的青春的热情和自我暴露，冲毁了封建卫道者设置的人性的樊篱。在叙述中蕴含着深厚难遣的在情感和心灵深处,透着阵阵的流露着淡淡感情。也可以说小说侧重于感觉描写。
中国现代文学的发生是现代知识分子从事社会革命受挫之后向文学的转移，以1902年梁启超创办《新民丛报》、《新小说》，提倡“诗界革命”、“小说界革命”为标志，现代文学开始一次现代之旅。小说由于作者的经历不同，期间中西、新旧、激进与保守的思想差异也必然存在。当无论如何，现代作家将小说赋予生动的内容、深刻的寓意，使其充满思想的光亮，为处在那一时代人们旧观念的转变做出了很大的贡献。
现代文学在参与社会过程中体现出“人的文学”和现代文体的理性精神。启蒙运动的目的是人的解放，使每一个人充分发挥自己的个性，传统的语言文字题材禁锢了人，不能发挥人的个性，同时也消解了人的个性，使人在认 识自我的同时也失去了自我;小说作为中国现代文学中的一部分，它是一种启蒙的文学题材，人们喜爱它，由此它产生的效力是不容忽视的。启蒙是一场平民文化运动，作为一种思想传播的有力方式，小说成为知识分子积
极投入精力和热情的区域，他们用它来表现社会，来表达自己，来引导大众。
正文的标题:中国现代文学中的著名小说作品
正文基本内容摘要:
1、现在对现代文学中小说作品评析，郁达夫和鲁迅作品上聚焦了众多视光。小说就是作家的“自叙传”，郁达夫的小说主张真实表现自我，并且也坚持了这一原则。学者对郁达夫“自我小说”的特征及价值有以下观点:它是20世纪初流行于日本文坛的一种小说形式。“私”在日语中也就是“我”的意思。所以，两者是一回事。郁达夫在留学日本期间，深受日本“私小说”的影响。“私小说”把“我”看作是艺术的基础，强调作家再现自己的生活道路，追求作家的生活与作品的完全合一。郁达夫的“自我小说”，更将这一主张表现得淋漓尽致，他的“自我小说”，也最能代表他小说创作的特色及他的小说所取得的成就。在当时，尤其在五四时期，他的“自我小说”影响极大，既代表着创造社在小说创作方面的最高成就，显示了“自我小说”特殊的魅力，也代表着中国现代文学史中的浪漫主义小说最初的神采。
2、说到“一支笔锋利如刀”的时，人们对鲁迅的作品有“强烈憎恨中复一贯有深刻悲悯浸润流注”的认识。鲁迅创作的背后有他自身对社会的认识，首先当时代的人们对鲁迅本人有很高的评价，如 “他对工作的诚恳，对人的诚恳，有一切素朴无华性
格。”这就很全面了。当时许多人以为鲁迅“偏狭”，就连沈从文亦说他“愤激”、“骂世”云云，后来人们却同时看到了鲁迅的“诚恳”和“素朴无华”，这是高人一等、超越一般情绪的深刻见解。
我们学过鲁迅先生的祝福，其中祥林嫂给我们留下了特殊的体会，这个人物的命运就如一开始的一样注定了悲惨凄苦结局，在旧的时代，个人的命运不由自己把握。尽管祥林嫂在起初努力生活，拼着自己的勤劳梦想着幸福，幸福对于她来说却一波三折难与追寻到。两次的丧夫使得她让人厌恶，最后孤苦伶仃地死在稻草堆中，而封建的一班人马在她死的背后并没有太多的同情，只是认为这样的赃物再留着也是污染社会。鲁迅先生的作品确实字字有其锋利之处。
鲁迅先生贡献实明确而永久。分别说来，有三方面特别值得记忆和敬视:
一、 于古文学的爬梳整理工作，不作章句之儒，能把握大处。 二、 于否定现实社会工作，一支笔锋利如刀，用在杂文方面，能直中民族中虚伪，自大，空疏，堕落，依赖，因循种种弱点的要害。强烈憎恨中复一贯有深刻悲悯浸润流注。
三、于乡土文学的发轫，作为领路者，使新作家群的笔，从教条观念拘束中脱出，贴近土地，挹取滋养，新文学的发展，进入一新的领域，而描写土地人民成为近二十年文学主流。
本篇所选课题从剖析小说中人物的痛与乐，忧与苦来感受那一时代的情感，对时代的认识不在富于表面。所选课题只是对现代文学作品中的某部或几部小说，阐释自己的思想感受。对鲁迅文学作品中的某部分小说题材进行自我赏析，发表自我观点。在最后可能会在总体性上欠缺，却可以通过小说这一题材细致体会鲁迅的思想，由丝如理，来感受这一时代文学作品中的精髓
现在我们年轻的一代都不太愿意看鲁迅的作品，觉得就是骂世愤俗。偶然间细读起来，这位大家的文笔思想都让人叹服。通过这个课题，细细从作者的文章来切身体会，不再只是局限于学者们对这些大家的评述，不再只是道听途说的对他们进行片面的了解。在别人评述他们的时候，我们已有自己脑海中对他们的看法，对他们作品的思考。
相信随着时代的洗刷，最后遗留下来的会是对我们有意义、有价值的语言知识。而这些智慧与追求真、善、美的作品，会起到促进人们思维进步，社会发展的作用。
小说的历史价值:小说契合了旧社会反封建的时代思潮，大胆地呼喊出了个性解放的心声，以主观的、不加掩饰的青春的热
情和自我暴露，冲毁了封建卫道者设置的人性的樊篱，正如郭沫若所说:“他那大胆的自我暴露，对于深藏在千年万年的背甲里面的士大夫的虚伪，完全是一种暴风雨式的闪击，把一些假道学、假才子们震惊得至于狂怒了。为什么,就因为有这样露骨的真率，使他们感受着作假的困难”。同时，将人的本能、人的生命的欲求，清晰地表现于时代与大众面前，以让人吃惊的坦率，反映了当时人们发现、解放人的意识的有意探索。一些小说的这种反映在一定意义上弥补了发现与解放人的意识的缺陷。
小说的美学价值:小说以独特的手法(在中国现代文学史上，这真正是独一无二的)，创造了中国文学史上情感丰富、性格鲜明的知识者形象、“自我形象”，以强烈的主观抒情色彩，涂抹出了一个全新的艺术世界。在这个艺术世界里，那滚烫的情波，震撼人心，彻底冲垮了中国传统文学“文以载道”、“哀而不伤”的美学原则，显示了文学作为人学的本来意义。
[1]《2000年中国现代文学研究状况及趋势》 《淮阴师范学院学报:哲学社会科学版》 2002年01期
[2]《叶圣陶、郁达夫作品比较》 范彬彬 张振台 河南大学学报 2004/3
[3]《白话“近世文学”之语言——论近代白话文运动的“文学”内涵》 袁红涛
开封大学学报 2004/4
[4]《日本新感觉派影响下的中国20年代新感觉文学》 周阳 对外经济贸易大学 [5]《中国现代文学思潮研究》 刘增生 赵福生 杜运通
河南大学出版社
[6]《鲁迅小说中"士绅"形象的隐喻意义和结构功能 》 毕旭龙
东理工大学学报(社会科学版) 2004/6 [7]《现代乡土小说兴起的社会变革意义》 徐美恒 新疆大学学报(哲学社会科学版) 2007年
[8]《现代传媒视野中的中国现代文学》 周海波 2004年
[9]《诗意与悲剧——中国现代小城小说的审美风格》 赵冬梅 南都学坛 2005/4
范文二：文献综述的引言
文献综述的引言：
包括撰写文献综述的原因、意义、文献的范围、正文的标题及基本内容提要；
文献综述的正文：
是文献综述的主要内容，包括某一课题研究的历史 (寻求研究问题的发展历程)、现状、基本内容 (寻求认识的进步)， 研究方法的分析(寻求研究方法的借鉴)，已解决的问题和尚存的问题，重点、详尽地阐述对当前的影响及发展趋势，这样不但可以使研究者确定研究方向，而且便于他人了解该课题研究的起点和切入点，是在他人研究的基础上有所创新；
文献综述的结论：
文献研究的结论，概括指出自己对该课题的研究意见，存在的不同意见和有待解决的问题等；
文献综述的附录：
列出参考文献，说明文献综述所依据的资料，增加综述的可信度，便于读者进一步检索。
一、 文献综述不应是对已有文献的重复、罗列和一般性介绍，
而应是对以往研究的优点、不足和贡献的批判性分析与评论。因此，文献综述应包
括综合提炼和分析评论双重含义。
二、 文献综述要文字简洁，尽量避免大量引用原文，要用自己的语言把作者的观点说清
楚，从原始文献中得出一般性结论。
三、 文献综述不是资料库，要紧紧围绕课题研究的“问题”，确保所述的已有研究成果与
本课题研究直接相关，其内容是围绕课题紧密组织在一起，既能系统全面地反映研究对象的历史、现状和趋势，又能反映研究内容的各个方面。
四、 文献综述的综述要全面、准确、客观，用于评论的观点、论据最好来自一次文献，
尽量避免使用别人对原始文献的解释或综述。
范文三：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
Based on laser speckle method evaluating the metal surface
Abstract
This paper introduces the laser speckle technique application fields of some of the
more mature, and some of the surface analysis techniques at now and analysising of the
state of the metal surface by laser speckle method. Evaluation was developed based on
the predecessors' research inspired surface state of scale,gives a new scale to the
parameters of the detailed content and design, and designed a contrast experiment, has
carried on the experiment to confirmed guess. Speckle interferometry is a method
developed in the 70 s, it has the advantages of non-contact and non-destructive, can be
used in the actual measurement. Due to the measurement of high sensitivity, simple
equipment, according to the analysis technology can be adopted by the given point and
the information, which has wide application, however, laser speckle technique in the field
of surface analysis is not yet comprehensive in-depth research.Due to the intensity of the
reflected light depends on the geometry of the surface microscopic structure and color, so
any changes will lead to different on the surface of the speckle image. On this basis, the
analysis of the parameters of laser speckle images, combining with the surface roughness,
the comprehensive evaluation of metal surface state. The core part of this paper is a
painted metal surface laser cleaning as experimental samples, based on laser speckle
method to assess the state of laser cleaning the surface of the part of the sample.
Involving the experimental samples needed for production is presented in detail, the
experiment part in an orderly way.This study also design a image analysis software, in
order to get the parameters of the speckle images, select matlab software analysis
experiment of speckle image processing. The study for exploratory research, sample
production, the limitations of experimental equipment, speckle image acquisition, the
analysis of the parameters are directly related to the results of the experiment. Metal
surface is assessed based on laser speckle method of research for the on-line
measurement of laser processing technology to provide strong support, at the same time
provide the basis for new scale theory put forward by the paper.
Keywords: laser speckle metal Surface state Speckle analysis
1.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C C D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-D CCD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]。YO
slimura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，Agnieszka J.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：
g1=M3 (1) S3
S是标准差和M3是第三个中心矩:：
1k--3 M3=∑(xi-x)ni (2) Ei=1
K表示许多类的平均值xi和大小ni，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="" |=""><>
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。
K=M4 (3) S4
在M4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K <>
当K > 3，据说是尖峰的分布如图2所示
图3 不同峰态的光强分布
实验中使用的设置采用的方法如图4，激光光束被棱镜分为两束。因此，一
部分光线穿过隔膜，到达标本；另一部分到达光电传感器控制激光器的稳定工作。
标本反射的光被相机记录和分析。
图4 测量系统的原理图
1.2表面形貌分析技术
早期用于表面形貌分析的方法主要是各种显微分析技术 ,如透射电子显微
镜 、 扫描电子显微镜 、场离子显微镜 、扫描隧道显微镜 、 原子力显微镜等
接触式探针测量仪[22]，在一个确定的方向上测得的参数比较直观，操作简单、读
数快捷，并且目前该仪器使用范围很广，参数也被广泛地接受。现代的接触式粗
糙度仪可以与计算机相连，通过对一系列相邻断面的粗糙度的分析和计算，给出
一个“准三维表面形貌”。但通过一个固定半径的触针得到的数值不可避免有不
真实的情况，且有由于触头损坏或材料表面被划伤造成所测数值不准的危险。更
重要的是，该仪器提供的不是表面的特征参数，而是特定方向上的“线参数”。
随着社会的飞速发展，离线检测物体表面状态技术已经满足不了工业需要，
各类实时在线监测系统不断崛起。
1996年,唐荻,王先进由计算机、改进的光学显微镜、CCD一摄相机、监视器
与控制器组成了三维表面形貌测量仪[23]。利用该系统测得的三维表面形貌,在使
用中根据需要也可以给出确定方向的、与接触式粗糙度仪相同的“线粗糙度” 。
当然这仅是由于目前大量使用的仍是该参数,三维系统的优势和特点是可以给 出一系列三维的表面信息。 1997年 ,由Y.F.Lu等人研究了准分子激光在铜表面的相互作用时清洁和消融的声波监测[24]。根据声波的振幅取决于激光影响、脉冲数和衬底的表面状况，建立一个振幅和激光基质参数之间的关系,提出了一种计算公式实时监测激光固体交互。1999年，S. Klein, T. Stratoudaki等人在研究激光诱导击穿光谱在线控制激光清洗的砂岩和彩色玻璃时[25]，用等离子体发射光谱研究来确定地壳的元素组成和底层材料。在线实现光谱技术LIBS为清洗过程提供了重要信息和最佳清洗参数艺术品从玻璃和石头为了避免清洗过渡。2000年，J. M. Lee, K. G. Watkins等人研究了基于模糊规则的预测系统的表面损伤激光清洗过程[26]，提出了一种基于模糊规则的专家系统预测在激光清洗时表面的损伤。模糊规则库是用来嵌入声学信息，通过一个宽频带麦克风，提供一个清洁的进展和结果。J.M. Lee等人又在激光清洗的监测技术研究中对激光影响的监测进行了基于神经网络的逻辑通过声谱的识别模式[27]。这些技术可以提供独特的信息描述的过程。
2001年，J. M. Lee在表面激光清洗过程监控中使用了彩色调制技术 ，基于彩色灯技术对激光清洗流程开发了一个进程内表面监测系统[28]。三色的彩色监控系统由光电探测器、光纤和基于PC的数据采集和处理系统。为了演示它的实用性和通用性,该系统用于表面监测激光清洁纸和石头。结果表明，不仅来源于彩色光谱参数检测提供一个明确的指引，而且表面清洁和表面损伤也有其独特的表面彩色信息特征。它也显示如何使用彩色调制技术在激光清洗过程中作为一种快速、可靠的方法监测表面状态。
2003年，Paraskevi Pouli等人在激光清洗无机结垢的出土文物:多光谱成像的方法评价清洗效果中提出多光谱成像系统来实时监控清洗过程[29]。Marta Jankowska等人在低成本传感器在线监测激光清洗系统中[30],提出了低成本传感器的替代方法，使用一个简单的光电二极管检测散射光的照射区域。在许多情况下,这个信号包含多个层和被删除的信息。光电二极管的散射辐射检测来源于激光等离子体以及反射的激光辐射，可以用于闭环控制或在线监测。
2005年，T. Kim, J.M. Lee等人研究了声发射监测激光冲击过程中硅片的
清洗[31]，为了描述激光冲击清洗过程，在冲击过程中产生的声波由宽带实时测量，发现声强度与激波强度密切相关。从声学分析,发现声强度随着入射激光功率密度增加而增加。M Strli，V.S. Selih等人研究优化和在线声学监测激光清洗脏的纸课题时[32]，声学监测为在线控制提供了一个可能性。
当前在线测试和测量技术似乎正向着正确方向迈进。不断增多的自动化，强调操作环境的清洁度和对越来越多的各种特性的监控，都预兆着将来的需要能够得到满足。将来工艺控制数据的实时直接反馈，允许在工业上能够真正有效地利用工艺控制技术。实时反馈可能且应该在小的工序中进行。更为广泛的应用将由工艺模拟构成。今天我们所需要的某些重要的控制，正是由于我们确定工艺的方法缺少灵活性的结果。通过模型的更灵活的使用，在使某些具体参数能在较通常所允许的更广泛的范围内变化的同时，我们能保持工艺的平衡。
对表面和界面的研究和利用，是改进工艺、提高性能、发展新型材料和器件有着重要的意义，各种在线检测表面状态系统相继被提出并研究，部分已投入到了生产线当中，对于这些检测系统可谓各有千秋。光学测量是无接触的，所以精确度很高，无任何虚假因素，而且得到的参数是来自整个表面，排除了任何偶然因素的影响，所得的表面信息量很大，有利于系统地进行摩擦学和表面形貌的研究。激光测量技术具有快速、非接触、无损特点，因此显得倍受青睐。
近年来，激光散斑技术越发成熟的应用于各个领域，就本次课题《基于激光散斑法分析金属表面状态》而言，作为评估表面状态的重要参数，表面粗糙度，一直是研究的焦点。激光散斑法测表面粗糙度近年来也不断被深入研究，然而针对表面形貌分析却没有提出更为全面客观的研究主题。就2008年，Agnieszka J.Klemm 等人在《应用激光散斑分析和评估进行激光清洗的胶结表面》提出了侧面评估参数。
基于激光散斑法评估激光清洗的有效性，并没有提出表面分析的具体参数，而是把结论分为了三个区域，从客观参数来评估清洁的表面，正好给了启发。就多元方程相似的原理，一个主观的结论，却可以来源于多个因素，这便失去了所谓的唯一，即在精准度上有一定的缺陷。当我们选定了一组特定因素加上主观结论，这无疑是提高结果的精准度。
因而基于激光散斑法分析金属的表面状态，结合前人的研究结果提出新的研
究标尺，以实时监测为目标，基于激光散斑法更加精准的定义金属表面的状态。
2.基于激光散斑法分析金属表面状态的原理
激光散斑法是利用激光相干性当激光照射一漫反射的物体时，由表面漫反射
出来的光、互相发生干涉，在物体的表面及前面的空间 就形成无数的亮斑点和
黑斑点。这即为散斑。
2.1 定义金属表面的新标尺
金属表面状态的评估是一个相当大的研究对象，为了有方向的进行本次研
究，在进行研究之前应确立好金属表面状态的研究尺标。源于2008年，Agnieszka
J.Klemm 等人在《应用激光散斑分析和评估进行激光清洗的胶结表面》的研究提
出，由于反射光的强度取决于样品的几何微观结构和颜色，表面的任何变化将导
致不同的散斑图像，由此启发，初步建立了评估金属表面状态的理论标尺，以表
面粗糙度为主，激光散斑图像的部分参数为辅，拉开了本次研究的序幕。本次研
究提出的新标尺的具体参数 ：
（1）表面粗糙度：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。是研究表面状态的一个主观的参数，在表面
状态的评估中是相当重要的参数。
（2）反射光的平均光强：反射光的平均光强是通过获得的散斑图像分析获得的
客观参数，平均光强主要取决于表面的颜色。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)。
（3）偏度：偏度是指次数分布非对称的偏态方向程度。为了精确测定次数分布
的偏斜状况，统计上采用偏斜度指标。计算偏斜度有不同的方法，现介绍其中比
较简单的一种方法。
由前述介绍可知，在对称分布条件下，=Me=M0；在偏态分布条件下，三
与M0分居两边，因此，偏者存在数量（位置）差异。其中，Me居于中间，
态可用与M0的绝对差额（距离）来表示，即
偏态=X-M0 (4)
与M0的绝对差额越大，表明偏斜程度越大；
明偏斜程度越小。当与M0的绝对差额越小，则表 ，说明偏斜的方向为右（正）偏；当 偏斜的方向为左（负）偏。 由于偏态是以绝对数表示的，具有原数列的计量单位，因此不能直接比较不 同数列的偏态程度。为了使不同数列的偏态值可比，可计算偏态的相对值，即偏 斜度（α）又称为偏态系数，就是将偏态的绝对数用其标准差除之。公式为： α=X-M0=3(X-M0) (5) σσσ 偏斜度是以标准差为单位的算术平均数与众数的离差，故其取值范围一般在 0与±3之间。α为0表示对称分布，α为+3与-3分别表示极右偏态和极左偏态。 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： g1=M3 (6) S3 S是标准差和M3是第三个中心矩： 1k--3 M3=∑(xi-x)ni (7) Ei=1 K表示许多类的平均值xi和大小ni，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="" |=""><> 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[10]。 (4) 峰度：峰度是指次数分布曲线顶峰的尖平程度，是次数分布的又一重要特征。 统计上，常以正态分布曲线为标准，来观察比较某一次数分布曲线的顶端正党风 尖顶或平顶以及尖平程度的大小。 根据变量值的集中与分散程度，峰度一般可表现为三种形态：尖顶峰度、平 顶峰度和标准峰度。当变量值的次数在众数周围分布比较集中，使次数分布曲线 比正态分布曲线顶峰更为隆起尖峭，称为尖顶峰度；当变量值的次数在众数周围 分布较为分散，使次数分布曲线较正态分布曲线更为平缓，称为平顶峰度。可见， 尖顶峰度或平顶峰度都是相对正态分布曲线的标准峰度而言的。 峰度的测定，一般是采用统计动差方法，即以四阶中心动差V4为测定依据，将 V4除以其标准差的四次方σ4，以消除单位量纲的影响，便于不同次数分布曲线 的峰度比较，从而得到以无名数表示的相对数，即为峰度测定值（β）是衡量“尖 峰”强度的柱状图。计算公式为： β=V4 σ4(X-X)=f4f/σ4 (8) 由统计计算分析可知，当次数分布为正态分布曲线时，β=3，以此为标准就 可比较分析各种次数分布曲线的峰度。当β>3时，表示分布曲线呈尖顶峰度， 为尖顶曲线，说明变量值的次数较为密集地分布在众数的周围，β值越大于3， 分布曲线的顶端越尖峭。当β<> 说明变量值的次数分布比较均匀地分散在众数的两侧，β值越小于3，则分布曲 线的顶峰就越平缓如图5所示。 图5 不同峰态的光强分布 一般当β值接近于1.8时，分布曲线呈水平矩形分布形态，说明各组变量值 的次数相同。当β值小于1.8时，次数分布曲线趋向“U”型分布。 结合以上参数的特点，我们可以很好的评估金属表面的色泽，利用峰度和偏 态的分析客观反应金属表面的结构状态，加上主观反映表面状态的参数表面粗糙 度，使得表面状态的评估结果更加细腻化。 2.2 散斑图像的获取 当单色的高度相干光，如激光定向到金属表面，被金属表面反射的光之间产 生了相移，这样的相干相移干涉波产生干涉图样被称为激光散斑。下面图5显示 了与粗糙表面交互的激光束和激光散斑图： 图5 (a) 粗糙表面的反射光 (b) 粗糙表面反射光的散斑图像 散斑图像的获取是整个研究的核心操作，也是最终结果的直接来源，而激光 散斑却不是那么容易获得的，它不仅仅受外界条件影响，材料自身和激光光束的 能量都会影响获得的激光散斑图像，所以为了获得较为精确的散斑图像，在图像 获取过程中，我们应尽量减少外界光的影响，实验所需样品应尽量制作精巧，特 别是激光光束的能量，要是过强在CCD上就会完全曝光，所以调解好激光光束 能量是获取完善激光散斑图像之中最不能有失误的操作，至于CCD的位置，应 在样品反射光路上选择较为合适的位置固定。散斑图像的获取直接影响到本次研 究的结果，细致的操作和规划，是走向真理的唯一道路。 2.3 散斑图像的分析 本次实验采用了Matlab数字图像处理系统来处理获得的散斑图像， MATLAB（矩阵实验室）是MATrix LABoratory的缩写，是一款由美国The MathWorks公司出品的商业数学软件。MATLAB是一种用于算法开发、数据可 视化、数据分析以及数值计算的高级技术计算语言和交互式环境。除了矩阵运算、 绘制函数/数据图像等常用功能外，MATLAB还可以用来创建用户界面及与调用 其它语言（包括C，C++和FORTRAN）编写的程序。 MATLAB是matrix和laboratory两个词的组合，意为矩阵工厂（矩阵实验室）。 是由美国mathworks公司发布的主要面对科学计算、可视化以及交互式程序设计 的高科技计算环境。它将数值分析、矩阵计算、科学数据可视化以及非线性动态 系统的建模和仿真等诸多强大功能集成在一个易于使用的视窗环境中，为科学研 究、工程设计以及必须进行有效数值计算的众多科学领域提供了一种全面的解决 方案，并在很大程度上摆脱了传统非交互式程序设计语言（如C、Fortran）的编 辑模式，代表了当今国际科学计算软件的先进水平。 MATLAB和Mathematica、Maple并称为三大数学软件。它在数学类科技应 用软件中在数值计算方面首屈一指。MATLAB可以进行矩阵运算、绘制函数和 数据、实现算法、创建用户界面、连接其他编程语言的程序等，主要应用于工程 计算、控制设计、信号处理与通讯、图像处理、信号检测、金融建模设计与分析 等领域。 Matlab是一款强大的数字图像处理系统，分析激光散斑图像主要放眼于平均 反射光强，峰度和偏态这三个参数，图像处理的一些主要操作如下： (1).图像的读取 A=imread(FILENAME,FMT) FILENAME 指定图像文件的完整路径和文件名。如果在work工作目录下 只需提供文件名。FMT为图像文件的格式对应的标准扩展名。 (2) 图像的写入 imwrite(A，FILENAME,FMT) FILENAME参数指定文件名。FMT为保存文件采用的格式。 (3) 图像的显示 imshow(I,[low high]) I为要显示的图像矩阵。[low high]为指定显示灰度图像的灰度范围。 高于high的像素被显示成白色；低于low的像素被显示成黑色；介于 High和low之间的像素被按比例拉伸后显示为各种等级的灰色。 (4) 图像的格式转换 im2bw(I,LEVEL); 阈值法从灰度图、RGB图创建二值图。LEVEL为指定的阈值；（0,1）。 (5) 图像直方图 灰度直方图描述了一副图像的灰度级统计信息，主要应用于图像分 割和图像灰度变换等处理过程中。从数学角度来说，图像直方图描述图 像各个灰度级的统计特性，它是图像灰度值的函数，统计一幅图像中各 个灰度级出现的次数或概率。归一化直方图可以直接反映不同灰度级出 现的比率。横坐标为图像中各个像素点的灰度级别，纵坐标表示具有各 个灰度级别的像素在图像中出现的次数或概率。 I=imread(‘red.bmp’);%读入图像 figure;%打开新窗口 [M,N]=size(I);%计算图像大小 [counts,x]=imhist(I,32);%计算有32个小区间的灰度直方图 counts=counts/M/N;%计算归一化灰度直方图各区间的值 stem(x,counts);%绘制归一化直方图 (6) 灰度的线性变换 DB=f(DA)=fADA+fB Fa>1时，输出图像的对比度将增大；Fa<> Fa=1且Fb非零时，所有像素的灰度值上移或下移，使整个图像更暗或 更亮。Fa<> 3. 实验说明 （1）以实验为依据，证实提出的新标尺的有效性 （2）以新标尺为评判依据，基于激光散斑法评估金属表面的状态 3.2 样品的制作 本次实验采用了两组实验样品进行了对比实验，选择两个标准粗糙度的金属 板作为第一组对比实验样品，第二组实验选择了粗糙度均匀的一块铝板和一块铜 板，铝板和铜板喷上黑漆，为了实验的结果更加精确，黑漆一定要喷着均匀，将 喷有黑漆的样品放于实验室干燥一天一夜，然后根据表1所给参数进行激光清 洗。 表1 激光清洗参数 由于本次实验采用的是正交实验原理，在样品制作中确立好临界参数至关重 要，当临界参数确定以后选择与之相邻的两个参数如上表所示，进行激光清洗。 表二 实验样品清洗参数正交表 打开控制激光的电脑程序，将样品放在指示灯所指示的位置，然后选择激光 清洗参数，点击软件中清洗操作，清洗激光打在样品板上，这样就得到了一块激 光清洗的样品区域，重复清洗操作直到得到了正交实验所需的9个样品区域，样 品清洗参数选择如表二正交表所示，然后干燥封存避免清洗区域再次被氧化影响 实验结果。本次实验采用的是两组对比实验，所以在样品制作时要注意两块样品 板上清洗的区域相对应的部分，清洗参数一定要保持一致，两块板上的九个清洗 区域要一一对应。 3.3 实验说明 由于实验需要和实验设备的局限，本次实验采用了两组阔束装置第一组扩束 装置采用了焦距分别为f=6.2mm和焦距f=225mm的两个透镜,第二组扩束装置采用了焦距分别为f=15mm和f=150mm的两个透镜，理论扩束360倍，得到了实验所需的激光光束。激光器发出的激光经过第一组扩束装置后直接进入第二组阔束装置，由于阔束光斑比较大，选择在第二次阔装置中间放置一个小孔，使得最终得到的光束大小不超过激光清洗的样品的尺寸。当激光经过重重扩束到达样品上，经样品反射的光由CCD记录，得到所需的激光散斑图像 ，实验装置如图6所示。 图6 实验光路图 本次实验以对比实验为主，标准样板的自身对比，由于本次研究提出，表面评估标准参数，即以表面粗糙度评估表面状态太过片面，为了证实这个说法，采取了标准样板的自身对比实验，利用激光散斑法测得标准样板的散斑图像，分析散斑参数说明同一粗糙度的表面拥有不同的散斑结构。选择两块标准粗糙度不同的样板对比，可以证实本文提出的利用激光散斑图像来分析金属表面新标尺的合理性。基于激光散斑法评估激光清洗样品的表面状态是本次研究的核心实验，是基于激光散斑法评估金属表面状态的实践。样品分为九个清洗部分，由于每个部分的激光清洗参数的不同，导致每个部分的粗糙度及散斑图像都有很大的差别，利用此次提出的新标尺评估激光清洗的程度是此次研究的重点内容。 本次研究中提出了表面状态的新标尺，但对具体参数的代表意义没能做出实 验说明，只是通过对比实验说明了他们用于表面状态评估的有效性，至于能不能像表面粗糙度一样用于定义金属表面状态还未深入研究。用于评估激光清洗金属表面的状态，只是观察了这些参数的变化，根据参数变化来说明激光清洗的程度，本次实验属于探究性实验，并没有预期的实验结果，所以实验操作部分一定要精确无比。本次提出的新标尺，就像没有坐标的经纬线，可以衡量位置变化，却给不出具体的位置，寻找这把标尺的零坐标作为本次研究的待续内容。 4. 实验结果与分析 4.1 标准粗糙度板的实验结果与分析 本次实验采用了标准粗糙度分别为15.7u"Ra"0.40umRa和125.6 u"Ra3.19umRa。样品和对应的散斑图像如图7所示，对同一标准粗糙度的样板，选择了三个区域来作为实验的样品区域，每个区域获得的散斑图像分别进行了分析。 图7 两块标准板的样品与对应的散斑图像 基于matlab的数字图像处理系统，依次对上面获得的散斑图像进行分析，分析采用了如下的程序： img=imread('F:\4.png');%图像的读入 p=rgb2gray(img); %彩色图像转换为灰度图像 h=imhist(p);%灰度直方图 h1=h(1:2:256); h2=1:2:256; stem(h2,h1,'r--'); mean1 = mean2(img)%平均灰度值 kurtosis1=kurtosis(h1)%峰度值 skewness1=skewness(h1)%偏度值 figure,imhist(p),mean1,kurtosis1,skewness1; 以第一个散斑图像分析为例，分析可获得图像的灰度直方图如图8所示，同时可以获得所需散斑参数峰度、偏度、平均反射光强度如表三。 表三 分析程序及结果 图8 灰度直方图 根据上面的分析程序可以得出标准样板的对应散斑图像的相关参数，分析参数记录于表四。 表四 对应标准板的散斑图像分析参数 将所得的散斑参数，利用matlab绘制在同一坐标系下，结果如图9所示。曲线拟合的程序如下： clear all x1=[1 2 3 4 5 6] y1=[3.25817 2.99199 3.19682 4.15761 3.92608 4.09504] y2=[0.80426 0.86918 0.96358 0.70867 0.73030 0.76313] y3=[2.5232 2.6238 2.7974 2.3330 2.3778 2.4394] xx=0:0.00001:6; yy1=spline(x1,y1,xx); yy2=spline(x1,y2,xx); yy3=spline(x1,y3,xx); plot(x1,y1,'o',xx,yy1,x1,y2,'o',xx,yy2,x1,y3,'o',xx,yy3) 本组实验的目的是为了给理论提供依据，本文提出的猜想标尺，表明同一粗糙度的平面，散斑参数不一定相同，因而为了更加精确的定义表面粗糙度，所以给出了激光散斑图像参数来补充表面粗糙度的不足。从实验参数分析，参考图9，对应的前三个点可以看出，同一粗糙度表面的散斑图像参数都不完全相同，如反射光的平均强度，峰度，偏度都在一定范围内波动。出现这个结果有两种可能性，第一，实验中的各种误差CCD的位置偏差，人为操作误差，分析误差等，都可 能导致这样的实验结果；第二，本次实验分析结果与猜想不谋而合 ，所以猜想很有可能有一定的正确性。 图9 散斑参数拟合曲线图 本实验要求极为严格，与本次探究性实验挂钩，得到的结果应当认真对待，不能盲目下结论，所以不能排除实验误差的影响。但对比不同表面粗糙度的散斑参数和拟合曲线我们可以发现，不同粗糙度之间的各种参数明显不同，粗糙度越大，反射光的平均光强越强，对应的峰度和偏度越小。由于本次实验的目的是给出激光散斑法评估金属表面状态的一把标尺，然而实验的结果不能盲目的说明标尺的可行性，但却表明粗糙度与散斑图像参数的一定关系，虽然平均光强、峰度，偏度分别受衬底的颜色和结构的影响，不能笼统的表示他们与粗糙度之间的函数关系，但在同一粗糙度下，它们的变化相比不同粗糙度而言明显温和得多，而接下来的实验，基于激光散斑法评估激光清洗样品的有效性，没有了确定的标尺来衡量表面的具体参数情况，但却可以利用散斑图像参数的变化来评估样品清洗的程度。 4.2 基于激光散斑法评估激光清洗样品表面状态的实验结果与分析 4.2.1 激光清洗喷漆铝板样品的散斑图像结果与分析 图10 喷漆铝板激光清洗样品及样品对应的激光散斑图像 实验采用了一块表面均匀的铝板，喷漆后激光清洗获得实验所需的样品区域,对应的清洗区域及相应区域的激光散斑图像如图10 所示。将获得的散斑图像导入matlab软件，例如第一个散斑图像按表五的程序读入matlab得到了表五右边的结果，散斑图像的灰度直方图如图11所示。 表五 matlab散斑图像分析 图11 激光散斑灰度直方图 根据以上的图像分析方法，分析激光清洗涂漆铝板的9个样品区域的激光散斑图像参数，并记录于表六。 表六 对应样品的激光散斑参数 将分析所得的激光散斑图像的参数用matlab 软件拟合到同一坐标系下，可以得到其参数与样品间的曲线如图12所示。在matlab软件中绘画出各个参数与样品之间的曲线采用了以下的程序： clear all x1=[1 2 3 4 5 6 7 8 9] y1=[8.31021 9.04914 8.40282 6.22153 3.73724 4.95357 3.57776 4.09572 6.11894] y2=[6.7978 5.1457 4.9306 7.7372 8.2938 6.7871 10.6381 11.82 8.8765] y3=[2.1649 1.7074 1.7884 2.4193 2.4305 2.0143 2.8253 2.9965 2.4703] xx=1:0.00001:9; yy1=spline(x1,y1,xx); yy2=spline(x1,y2,xx); yy3=spline(x1,y3,xx); plot(x1,y1,'o',xx,yy1,x1,y2,'o',xx,yy2,x1,y3,'o',xx,yy3) 通过matalb 将散斑图像参数拟合得到的图12所示，可见不同激光清洗参数清洗后的样品，基于激光散斑法得到的激光散斑参数的变化，通过激光散斑图像所获得的参数之间的关系可以分析涂漆样品的清洗程度，反射光强越高的，激光清洗的效果越明显，当散斑所有参数的变化趋于温和，在一定范围内波动变化，我们可以明确的下结论，表明在那个区域对应的样品清洗干净，样品对应的激光清洗参数为有效清洗参数。 。 图12 铝板样品对应激光散斑参数拟合图 但由图12可以明显看出参数之间的变化杂乱无章，样品的排序是按照正交实验表来排序的，为了更好的看出表面的各种变化，我们将上面获得的散斑参数按照反射光的强度从小到大，从新排布样品的编号，新排布参数如表七所示。 表七 激光清洗样品新排序与其对应的散斑参数 按新的样品顺序将样品所对应的散斑参数利用matlab软件拟合到同一坐标系下，结果如图13所示，matalb绘图程序如下： clear all x1=[1 2 3 4 5 6 7 8 9] y1=[3.57776 3.73724 4.09572 4.95357 6.11894 6.22153 8.31021 8.40282 9.04914] y2=[10.6381 8.2938 11.8235 6.7871 8.8765 7.7372 6.7978 4.9306 5.1457] y3=[2.8253 2.4305 2.9965 2.0143 2.4703 2.4193 2.1649 1.7884 1.7074] xx=1:0.00001:9; yy1=spline(x1,y1,xx); yy2=spline(x1,y2,xx); yy3=spline(x1,y3,xx); plot(x1,y1,'o',xx,yy1,x1,y2,'o',xx,yy2,x1,y3,'o',xx,yy3) 图13 按反射光强度顺序排布样品的散斑参数拟合图 由图13可以看出，重新排布的激光散斑参数的变化，新排布样品的7、8、9可以看出平均光强的强度变化和偏度变化逐渐稳定，峰度也在样品8和样品9时趋于稳定，其对应的正交样品顺序分别为1、3、2，而相应样品的清洗参数分别为（30W、5000 mm/s、3次）、（30W、1000mm/s、1次）、（30W、3000mm、2次）。所以可以得到激光清洗效果比较好的一些清洗参数，当然实验中存在很多不可忽视的细节，如图13可以看出样品9对应的平均光强明显高于样品7、8，同样样品7的峰度明显高于样品8、9，但纵观全局，我们可以发现相比于其他的变化，样品7、8、9的变化明显温和得多。就拿第一个实验，对标准粗糙度板的散斑图像分析而言，同一粗糙度表面不同区域获得的散斑图像，分析的结果却得到了不同的散斑参数，但所有的参数都在一定范围内波动。所以上述参数分析出现的小瑕疵，可能是实验操作或者散斑图像分析时产生了一些小误差导致的结果，所以另一组实验采取了相同激光清洗参数清洗涂漆铜板，基于激光散斑法评估激光清洗的有效性。 4.2.2. 激光清洗喷漆铜板样品的散斑图像结果与分析 图14 激光清洗喷漆的铜板样品及其对应的散斑图像 实验采用了一块表面均匀的铜板，喷漆后激光清洗获得实验所需的样品区域，对应的清洗区域及相应区域的激光散斑图像如图14 所示。将获得的散斑图像导入matlab软件，将分析获得的散斑参数记录到表八，导入matlab的分析程序为： clear all; img=imread('F:\19.png'); p=rgb2gray(img); h=imhist(p); h1=h(1:2:256); h2=1:2:256; stem(h2,h1,'r--'); mean1 = mean2(img) kurtosis1=kurtosis(h1) skewness1=skewness(h1) figure,imhist(p),mean1,kurtosis1,skewness1; 表八 铜板样品的散斑图像参数 将分析所得的激光散斑图像的参数用matlab 软件拟合到同一坐标系下，可以得到其参数与样品间的曲线如图15所示。在matlab软件中绘画出各个参数与样品之间的曲线采用了以下的程序： clear all x1=[1 2 3 4 5 6 7 8 9] y1=[7.64269 8.40617 8.50705 3.37589 3.06061 6.57763 3.40480 5.98618 6.94281] y2=[4.0233 6.3121 4.0821 8.9220 8.8651 3.8797 7.7043 4.4224 3.7869] y3=[1.5959 2.0854 1.5686 2.6793 2.6420 1.4616 2.4142 1.7029 1.5454] xx=1:0.00001:9; yy1=spline(x1,y1,xx); yy2=spline(x1,y2,xx); yy3=spline(x1,y3,xx); plot(x1,y1,'o',xx,yy1,x1,y2,'o',xx,yy2,x1,y3,'o',xx,yy3)、 图15 铜板样品的散斑图像参数拟合曲线 通过matalb 将散斑图像拟合得到的图15所示，可见不同激光清洗参数清洗后的样品，基于激光散斑法得到的激光散斑参数的变化，通过激光散斑图像所获得的参数之间的关系可以分析涂漆样品的清洗程度，反射光强越高的，激光清洗的效果越明显，当散斑参数的变化趋于温和，在一定范围内变化是，我们可以明确的下结论，表明在那个区域对应的样品清洗干净，样品对应的激光清洗参数为有效清洗参数。 表九 新排序样品对应的散斑参数表 但由图15可以明显看出参数之间的变化杂乱无章，明显不能观察到变化的趋势，样品的排序是按照正交实验表来排序的，为了更好的看出表面的各种变化，我们将上面获得的散斑参数按照反射光的强度从小到大，从新排布样品的编号，新排布参数如表九所示。按新的样品顺序将样品所对应的散斑参数利用matlab软件拟合到同一坐标系下，结果如图16所示，matalb绘图程序如下： 图16 铜板样品新序排布激光散斑参数拟合曲线 从新排布样品顺序后，可以看到样品的激光散斑图像参数的有序变化，但曲线中可以看出第八个样品的散斑参数的峰度相比在附近即将平稳的峰度而言，明显的产生了波动，相比于激光清洗的铝板样品而言，铜板的变化则没有那么明显的分辨界限。 表十 处理后的样品散斑参数表 为了更好的进行分析，我们人为的选出比较合理的6个散斑图像的参数重新排布顺序，选出的样品及参数记录于表十中，处理样品顺序对应的正交样品排序也列于表中，以明确所对应的样品。将选出的样品按以下程序在matlab中拟合到同一座标系下，如图17 。 Matalb 拟合曲线程序： clear all x1=[1 2 3 4 5 6] y1=[3.06061 3.37589 5.98618 6.94281 7.64269 8.50705] y2=[8.8651 8.9220 4.4224 3.7869 4.0233 4.0821] y3=[2.6420 2.6793 1.7029 1.5454 1.5959 1.5686] xx=1:0.00001:6; yy1=spline(x1,y1,xx); yy2=spline(x1,y2,xx); yy3=spline(x1,y3,xx); plot(x1,y1,'o',xx,yy1,x1,y2,'o',xx,yy2,x1,y3,'o',xx,yy3) 图17 处理参数的曲线拟合图 通过matalb 将处理后的散斑图像参数拟合得到的图17所示，在前三个样品可以看出不论峰度还是偏度，其变化是非常显著的，然而在后三个样品可以明显看出，其对应的散斑参数峰度、偏度都温和的波动在一个小范围内，唯一波动有点大的就是反射光的平均光强即散斑图像的平均灰度值。由于散斑图像的参数表 明了样品表明的状况，样品表面的任意变化将导致不同的散斑结果，而样品的衬底结构的变化会导致峰度和偏度的变化，样品衬底颜色的改变会使得反射光强度的变化，所以由曲线拟合图17分析可知，对应的正交清洗样品9（10W、1000mm/s、 3）、1（30W、5000mm/s、3）、3（30W、1000mm/s、1）我们可以发现峰度和偏度较为温和的波动，表明样品的衬底结构没有较为明显的变化，但对应的反射光的评均光强却有比较显眼的波动，也许是激光清洗过程中过剩的能量导致表面色泽的变化，长期放置的铜片，其表面的色泽也会因为放置的环境影响产生微妙的变化，当然也不可否认是实验中产生误差带来的影响。如果忽略这些影响，我们发现在激光清洗中不同参数对激光清洗带来的影响都是极为巨大的。 5.结论 本次研究围绕激光散斑发评估金属表面状态进行，为了有序的进行本次研究，首先对激光散斑法的相关应用和表面状态的一些评估技术做了相应的了解，并制定了本次研究的表面状态的具体内容，承接前人的启发，结合本次的研究主题，提出了表面状态的评估指标，利用激光散斑参数来补充表面粗糙度的不足，全面定义金属表面状态。当然盲目的运用虚拟的东西并不是科研项目该有的态度，所以在运用这个指标评估金属表面状态之前，我们对指标设计的参数做了实验探究，实验结果虽然很偏向我们这边，但实验的局限性及误差的影响也不能忽视，由实验的结果我们每盲目的下结论，但却从实验的结果我们发现在粗糙度相同的均匀金属板上获得的散斑图像参数分析结果温和的波动在一个小范围内，而不同粗糙度之间散斑图像的变化却有明显的不同，针对这一结果，我们可以得到结论，当激光散斑图像的各个参数温和波动在一个小范围内，我们定义这片区域的表面状态近似对等。于是接下来设计了两个基于激光散斑法评估激光清洗金属样品的表面状态的实验，当激光清洗样品区域对应的激光散斑图像的参数，由于样品的制作参考了正交实验表，所以得到的九个样品中有完全清洗干净的，和部分清洗干净的，当我们将获得的参数按一定的顺序排布，可以发现，当散斑图像参数变化温和时，确定表面基本清洗干净，同时可以把最先区域平衡的点对应的清洗参数定为最佳清洗参数。 但从后面两个实验结果分析发现激光清洗的果有些明显的差异，如铝板的有效清洗样品参数为正交表中1、2、3，的清洗参数，而铜板人为筛选结果显示有效清洗参数是样品9、1、3对应的激光清洗参数，造成这样的原因可能是样品喷漆的厚度有差异，实验误差的影响也不可忽视。本次研究的重点并不是寻找合适的激光清洗参数，而是运用激光散斑法评估金属表面的状态，分析散斑获得的参数从侧面反映了金属表面的结构，运用于评估激光清洗的有效性，很好的运用了激光散斑法来评估金属表面状态的变化。激光散斑法评估金属表面状态，操作简单但稍有不慎就会导致错误的结果，所以在运用激光散斑技术时，一定要谨慎对待。 致谢 本次毕业设计的指导老师是佟燕群导师，在毕业设计初细心的为我们筛选毕 业设计方向，为了让我们更好的投入到毕业设计中去，多次找我们谈谈对毕业设计的想法，当毕业设计的方向落实过后，经常询问我们的设计进度如何，还不时的询问我们设计中遇到的难处，当我们遇到困难时，不辞辛苦的帮我们指导或是帮我们寻求援助。例如当实验设计到的样品，实验室没有时，导师四处寻找，当急需实验样品时，导师在下班后用自己宝贵的时间帮着制作，实验数据分析出现困难时也是悉心指导，才使得本次设计的顺利完成。感谢导师这些年的悉心教诲，和完成毕业设计过程中的耐心指导，同时也感谢毕业设计中其他老师提供的帮助。 参考文献： [1] Z.Y. 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A 81, 943–951 (2005). 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 Based on laser speckle method evaluating the metal surface Abstract This paper introduces the laser speckle technique application fields of some of the more mature, and some of the surface analysis techniques at now and analysising of the state of the metal surface by laser speckle method. Evaluation was developed based on the predecessors' research inspired surface state of scale,gives a new scale to the parameters of the detailed content and design, and designed a contrast experiment, has carried on the experiment to confirmed guess. Speckle interferometry is a method developed in the 70 s, it has the advantages of non-contact and non-destructive, can be used in the actual measurement. Due to the measurement of high sensitivity, simple equipment, according to the analysis technology can be adopted by the given point and the information, which has wide application, however, laser speckle technique in the field of surface analysis is not yet comprehensive in-depth research.Due to the intensity of the reflected light depends on the geometry of the surface microscopic structure and color, so any changes will lead to different on the surface of the speckle image. On this basis, the analysis of the parameters of laser speckle images, combining with the surface roughness, the comprehensive evaluation of metal surface state. The core part of this paper is a painted metal surface laser cleaning as experimental samples, based on laser speckle method to assess the state of laser cleaning the surface of the part of the sample. Involving the experimental samples needed for production is presented in detail, the experiment part in an orderly way.This study also design a image analysis software, in order to get the parameters of the speckle images, select matlab software analysis experiment of speckle image processing. The study for exploratory research, sample production, the limitations of experimental equipment, speckle image acquisition, the analysis of the parameters are directly related to the results of the experiment. Metal surface is assessed based on laser speckle method of research for the on-line measurement of laser processing technology to provide strong support, at the same time provide the basis for new scale theory put forward by the paper. Keywords: laser speckle metal Surface state Speckle analysis 1.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[1-4][5-7]度，不仅用于工业测量，在医学、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 [8]激光散斑法测量裂纹尖端张开位移及应力强度因子。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 [9][10]方法。1990年，王建华成功的用激光散斑测量位移。1991年，袁格等人与肖 [11-12]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。1994 [13]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。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][15]。1999年，朱艳英等人用激光散斑法检测金属材料的焊接缺陷。 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 [16]表面粗糙度测量中的应用。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C C D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 [17]方法，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-D CCD 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 [18]种方法。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 [19]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。YO slimura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 [20]粗糙度。2008年，Agnieszka J.Klemm 等人研究了《应用激光散斑分析和评估 [21]进行激光清洗的胶结表面》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: M3g, (1)13S MS是标准差和是第三个中心矩:: 3 k,,13 (2)M,(x,x)n,ii3Ei1, xnK表示许多类的平均值和大小，E是所有元素的数量，x是样本的平均值。ii 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="" |=""><> (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。 M4 (3)K,4S 在第四个中心矩和S是标准偏差 M4 当K = 3，据说是常峰态的分布与引用“正态分布”;当K < 3,据说是低峰态分布，当k=""> 3，据说是尖峰的分布如图2所示 图3 不同峰态的光强分布 实验中使用的设置采用的方法如图4，激光光束被棱镜分为两束。因此，一部分光线穿过隔膜，到达标本;另一部分到达光电传感器控制激光器的稳定工作。标本反射的光被相机记录和分析。 图4 测量系统的原理图 1.2表面形貌分析技术 早期用于表面形貌分析的方法主要是各种显微分析技术 ,如透射电子显微镜 、 扫描电子显微镜 、场离子显微镜 、扫描隧道显微镜 、 原子力显微镜等 [22]接触式探针测量仪，在一个确定的方向上测得的参数比较直观，操作简单、读数快捷，并且目前该仪器使用范围很广，参数也被广泛地接受。现代的接触式粗糙度仪可以与计算机相连，通过对一系列相邻断面的粗糙度的分析和计算，给出一个“准三维表面形貌”。但通过一个固定半径的触针得到的数值不可避免有不真实的情况，且有由于触头损坏或材料表面被划伤造成所测数值不准的危险。更重要的是，该仪器提供的不是表面的特征参数，而是特定方向上的“线参数”。 随着社会的飞速发展，离线检测物体表面状态技术已经满足不了工业需要，各类实时在线监测系统不断崛起。 唐荻,王先进由计算机、改进的光学显微镜、CCD一摄相机、监视1996年, [23]器与控制器组成了三维表面形貌测量仪。利用该系统测得的三维表面形貌,在使用中根据需要也可以给出确定方向的、与接触式粗糙度仪相同的“线粗糙度” 。当然这仅是由于目前大量使用的仍是该参数,三维系统的优势和特点是可以给 出一系列三维的表面信息。 1997年 ,由Y.F.Lu等人研究了准 [24]分子激光在铜表面的相互作用时清洁和消融的声波监测。根据声波的振幅取决于激光影响、脉冲数和衬底的表面状况，建立一个振幅和激光基质参数之间的关系,提出了一种计算公式实时监测激光固体交互。1999年，S. Klein, T. Stratoudaki等人在研究激光诱导击穿光谱在线控制激光清洗的砂岩和彩色玻 [25]璃时，用等离子体发射光谱研究来确定地壳的元素组成和底层材料。在线实现光谱技术LIBS为清洗过程提供了重要信息和最佳清洗参数艺术品从玻璃和石头为了避免清洗过渡。2000年，J. M. Lee, K. G. Watkins等人研究了基于模糊规则的 [26]预测系统的表面损伤激光清洗过程，提出了一种基于模糊规则的专家系统预测在激光清洗时表面的损伤。模糊规则库是用来嵌入声学信息，通过一个宽频带麦克风，提供一个清洁的进展和结果。J.M. Lee等人又在激光清洗的监测技术研 [27]究中对激光影响的监测进行了基于神经网络的逻辑通过声谱的识别模式。这些技术可以提供独特的信息描述的过程。 2001年，J. M. Lee在表面激光清洗过程监控中使用了彩色调制技术 ，基于 [28]彩色灯技术对激光清洗流程开发了一个进程内表面监测系统。三色的彩色监控系统由光电探测器、光纤和基于PC的数据采集和处理系统。为了演示它的实用性和通用性,该系统用于表面监测激光清洁纸和石头。结果表明，不仅来源于彩色光谱参数检测提供一个明确的指引，而且表面清洁和表面损伤也有其独特的表面彩色信息特征。它也显示如何使用彩色调制技术在激光清洗过程中作为一种快速、可靠的方法监测表面状态。 2003年，Paraskevi Pouli等人在激光清洗无机结垢的出土文物:多光谱成像的 [29]方法评价清洗效果中提出多光谱成像系统来实时监控清洗过程。Marta [30]Jankowska等人在低成本传感器在线监测激光清洗系统中,提出了低成本传感器的替代方法，使用一个简单的光电二极管检测散射光的照射区域。在许多情况下,这个信号包含多个层和被删除的信息。光电二极管的散射辐射检测来源于激光等离子体以及反射的激光辐射，可以用于闭环控制或在线监测。 2005年，T. Kim, J.M. Lee等人研究了声发射监测激光冲击过程中硅片的 [31]清洗，为了描述激光冲击清洗过程，在冲击过程中产生的声波由宽带实时测量，发现声强度与激波强度密切相关。从声学分析,发现声强度随着入射激光功率密度增加而增加。M Strli，V.S. Selih等人研究优化和在线声学监测激光清洗脏 [32]的纸课题时，声学监测为在线控制提供了一个可能性。 当前在线测试和测量技术似乎正向着正确方向迈进。不断增多的自动化，强调操作环境的清洁度和对越来越多的各种特性的监控，都预兆着将来的需要能够得到满足。将来工艺控制数据的实时直接反馈，允许在工业上能够真正有效地利用工艺控制技术。实时反馈可能且应该在小的工序中进行。更为广泛的应用将由工艺模拟构成。今天我们所需要的某些重要的控制，正是由于我们确定工艺的方法缺少灵活性的结果。通过模型的更灵活的使用，在使某些具体参数能在较通常所允许的更广泛的范围内变化的同时，我们能保持工艺的平衡。 对表面和界面的研究和利用，是改进工艺、提高性能、发展新型材料和器件有着重要的意义，各种在线检测表面状态系统相继被提出并研究，部分已投入到了生产线当中，对于这些检测系统可谓各有千秋。光学测量是无接触的，所以精确度很高，无任何虚假因素，而且得到的参数是来自整个表面，排除了任何偶然因素的影响，所得的表面信息量很大，有利于系统地进行摩擦学和表面形貌的研究。激光测量技术具有快速、非接触、无损特点，因此显得倍受青睐。 近年来，激光散斑技术越发成熟的应用于各个领域，就本次课题《基于激光散斑法分析金属表面状态》而言，作为评估表面状态的重要参数，表面粗糙度，一直是研究的焦点。激光散斑法测表面粗糙度近年来也不断被深入研究，然而针对表面形貌分析却没有提出更为全面客观的研究主题。就2008年，Agnieszka J.Klemm 等人在《应用激光散斑分析和评估进行激光清洗的胶结表面》提出了侧面评估参数。 基于激光散斑法评估激光清洗的有效性，并没有提出表面分析的具体参数，而是把结论分为了三个区域，从客观参数来评估清洁的表面，正好给了启发。就多元方程相似的原理，一个主观的结论，却可以来源于多个因素，这便失去了所谓的唯一，即在精准度上有一定的缺陷。当我们选定了一组特定因素加上主观结论，这无疑是提高结果的精准度。 因而基于激光散斑法分析金属的表面状态，结合前人的研究结果提出新的研究标尺，以实时监测为目标，基于激光散斑法更加精准的定义金属表面的状态。 2.基于激光散斑法分析金属表面状态的原理 激光散斑法是利用激光相干性当激光照射一漫反射的物体时，由表面漫反射出来的光、互相发生干涉，在物体的表面及前面的空间 就形成无数的亮斑点和黑斑点。这即为散斑。 2.1 定义金属表面的新标尺 金属表面状态的评估是一个相当大的研究对象，为了有方向的进行本次研究，在进行研究之前应确立好金属表面状态的研究尺标。源于2008年，Agnieszka J.Klemm 等人在《应用激光散斑分析和评估进行激光清洗的胶结表面》的研究提出，由于反射光的强度取决于样品的几何微观结构和颜色，表面的任何变化将导致不同的散斑图像，由此启发，初步建立了评估金属表面状态的理论标尺，以表面粗糙度为主，激光散斑图像的部分参数为辅，拉开了本次研究的序幕。本次研究提出的新标尺的具体参数 : (1)表面粗糙度: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。是研究表面状态的一个主观的参数，在表面状态的评估中是相当重要的参数。 (2)反射光的平均光强:反射光的平均光强是通过获得的散斑图像分析获得的客观参数，平均光强主要取决于表面的颜色。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)。 (3)偏度:偏度是指次数分布非对称的偏态方向程度。为了精确测定次数分布的偏斜状况，统计上采用偏斜度指标。计算偏斜度有不同的方法，现介绍其中比较简单的一种方法。 =Me=M 由前述介绍可知，在对称分布条件下，;在偏态分布条件下，三0 者存在数量(位置)差异。其中，Me居于中间，与M分居两边，因此，偏0 态可用与M的绝对差额(距离)来表示，即 0 偏态=X,M (4) 0 与M的绝对差额越大，表明偏斜程度越大;与M的绝对差额越小，则表00 明偏斜程度越小。当>M，说明偏斜的方向为右(正)偏;当 由于偏态是以绝对数表示的，具有原数列的计量单位，因此不能直接比较不同数列的偏态程度。为了使不同数列的偏态值可比，可计算偏态的相对值，即偏斜度(α)又称为偏态系数，就是将偏态的绝对数用其标准差除之。公式为: XM30, (5) ,,,(X,M)0,,, 偏斜度是以标准差为单位的算术平均数与众数的离差，故其取值范围一般在0与?3之间。α为0表示对称分布，α为+3与-3分别表示极右偏态和极左偏态。 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: M3 (6)g,13S S是标准差和是第三个中心矩: M3 k,,13 (7)M,(x,x)n,ii3Ei1, K表示许多类的平均值x和大小n，E是所有元素的数量，x是样本的平均值。ii 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="" |=""><> [10]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。 (4) 峰度:峰度是指次数分布曲线顶峰的尖平程度，是次数分布的又一重要特征。统计上，常以正态分布曲线为标准，来观察比较某一次数分布曲线的顶端正党风尖顶或平顶以及尖平程度的大小。 根据变量值的集中与分散程度，峰度一般可表现为三种形态:尖顶峰度、平顶峰度和标准峰度。当变量值的次数在众数周围分布比较集中，使次数分布曲线比正态分布曲线顶峰更为隆起尖峭，称为尖顶峰度;当变量值的次数在众数周围分布较为分散，使次数分布曲线较正态分布曲线更为平缓，称为平顶峰度。可见，尖顶峰度或平顶峰度都是相对正态分布曲线的标准峰度而言的。 峰度的测定，一般是采用统计动差方法，即以四阶中心动差V4为测定依据，将V4除以其标准差的四次方σ4，以消除单位量纲的影响，便于不同次数分布曲线 的峰度比较，从而得到以无名数表示的相对数，即为峰度测定值(β)是衡量“尖峰”强度的柱状图。计算公式为: 4()X,XfV,44,/,,, (8)4f,, 由统计计算分析可知，当次数分布为正态分布曲线时，β=3，以此为标准就可比较分析各种次数分布曲线的峰度。当β>3时，表示分布曲线呈尖顶峰度，为尖顶曲线，说明变量值的次数较为密集地分布在众数的周围，β值越大于3，分布曲线的顶端越尖峭。当β<3时，表示分布曲线呈平顶峰度，为平顶曲线，说明变量值的次数分布比较均匀地分散在众数的两侧，β值越小于3，则分布曲线的顶峰就越平缓如图5所示。> 图5 不同峰态的光强分布 一般当β值接近于1.8时，分布曲线呈水平矩形分布形态，说明各组变量值的次数相同。当β值小于1.8时，次数分布曲线趋向“U”型分布。 结合以上参数的特点，我们可以很好的评估金属表面的色泽，利用峰度和偏态的分析客观反应金属表面的结构状态，加上主观反映表面状态的参数表面粗糙度，使得表面状态的评估结果更加细腻化。 2.2 散斑图像的获取 当单色的高度相干光，如激光定向到金属表面，被金属表面反射的光之间产生了相移，这样的相干相移干涉波产生干涉图样被称为激光散斑。下面图5显示了与粗糙表面交互的激光束和激光散斑图: 图5 (a) 粗糙表面的反射光 (b) 粗糙表面反射光的散斑图像 散斑图像的获取是整个研究的核心操作，也是最终结果的直接来源，而激光散斑却不是那么容易获得的，它不仅仅受外界条件影响，材料自身和激光光束的能量都会影响获得的激光散斑图像，所以为了获得较为精确的散斑图像，在图像获取过程中，我们应尽量减少外界光的影响，实验所需样品应尽量制作精巧，特别是激光光束的能量，要是过强在CCD上就会完全曝光，所以调解好激光光束能量是获取完善激光散斑图像之中最不能有失误的操作，至于CCD的位置，应在样品反射光路上选择较为合适的位置固定。散斑图像的获取直接影响到本次研究的结果，细致的操作和规划，是走向真理的唯一道路。 2.3 散斑图像的分析 本次实验采用了Matlab数字图像处理系统来处理获得的散斑图像，MATLAB(矩阵实验室)是MATrix LABoratory的缩写，是一款由美国The MathWorks公司出品的商业数学软件。MATLAB是一种用于算法开发、数据可视化、数据分析以及数值计算的高级技术计算语言和交互式环境。除了矩阵运算、绘制函数/数据图像等常用功能外，MATLAB还可以用来创建用户界面及与调用其它语言(包括C，C++和FORTRAN)编写的程序。 MATLAB是matrix和laboratory两个词的组合，意为矩阵工厂(矩阵实验室)。是由美国mathworks公司发布的主要面对科学计算、可视化以及交互式程序设计的高科技计算环境。它将数值分析、矩阵计算、科学数据可视化以及非线性动态系统的建模和仿真等诸多强大功能集成在一个易于使用的视窗环境中，为科学研究、工程设计以及必须进行有效数值计算的众多科学领域提供了一种全面的解决方案，并在很大程度上摆脱了传统非交互式程序设计语言(如C、Fortran)的编辑模式，代表了当今国际科学计算软件的先进水平。 MATLAB和Mathematica、Maple并称为三大数学软件。它在数学类科技应用软件中在数值计算方面首屈一指。MATLAB可以进行矩阵运算、绘制函数和数据、实现算法、创建用户界面、连接其他编程语言的程序等，主要应用于工程计算、控制设计、信号处理与通讯、图像处理、信号检测、金融建模设计与分析等领域。 Matlab是一款强大的数字图像处理系统，分析激光散斑图像主要放眼于平均反射光强，峰度和偏态这三个参数，图像处理的一些主要操作如下: (1).图像的读取 A=imread(FILENAME,FMT) FILENAME 指定图像文件的完整路径和文件名。如果在work工作目录下 只需提供文件名。FMT为图像文件的格式对应的标准扩展名。 (2) 图像的写入 imwrite(A，FILENAME,FMT) FILENAME参数指定文件名。FMT为保存文件采用的格式。 (3) 图像的显示 imshow(I,[low high]) I为要显示的图像矩阵。[low high]为指定显示灰度图像的灰度范围。 高于high的像素被显示成白色;低于low的像素被显示成黑色;介于 High和low之间的像素被按比例拉伸后显示为各种等级的灰色。 (4) 图像的格式转换 im2bw(I,LEVEL); 阈值法从灰度图、RGB图创建二值图。LEVEL为指定的阈值;(0,1)。 (5) 图像直方图 灰度直方图描述了一副图像的灰度级统计信息，主要应用于图像分 割和图像灰度变换等处理过程中。从数学角度来说，图像直方图描述图 像各个灰度级的统计特性，它是图像灰度值的函数，统计一幅图像中各 个灰度级出现的次数或概率。归一化直方图可以直接反映不同灰度级出 现的比率。横坐标为图像中各个像素点的灰度级别，纵坐标表示具有各 个灰度级别的像素在图像中出现的次数或概率。 I=imread(‘red.bmp’);%读入图像 figure;%打开新窗口 [M,N]=size(I);%计算图像大小 [counts,x]=imhist(I,32);%计算有32个小区间的灰度直方图 counts=counts/M/N;%计算归一化灰度直方图各区间的值 stem(x,counts);%绘制归一化直方图 (6) 灰度的线性变换 D,f(D),fD，f BAAAB Fa>1时，输出图像的对比度将增大;Fa<> Fa=1且Fb非零时，所有像素的灰度值上移或下移，使整个图像更暗或 更亮。Fa<0，暗区变亮，亮区变暗。> 3. 实验说明 3.1 实验目的 (1)以实验为依据，证实提出的新标尺的有效性 (2)以新标尺为评判依据，基于激光散斑法评估金属表面的状态 3.2 样品的制作 本次实验采用了两组实验样品进行了对比实验，选择两个标准粗糙度的金属板作为第一组对比实验样品，第二组实验选择了粗糙度均匀的一块铝板和一块铜板，铝板和铜板喷上黑漆，为了实验的结果更加精确，黑漆一定要喷着均匀，将喷有黑漆的样品放于实验室干燥一天一夜，然后根据表1所给参数进行激光清洗。 表1 激光清洗参数 激光功率 P 30W 20W 10W 激光清洗速率 v 5000mm/s 3000mm/s 1000mm/s 激光清洗次数 n 3 2 1 固定参数 f=30khz b=0.05mm 样品宽度8mm 由于本次实验采用的是正交实验原理，在样品制作中确立好临界参数至关重要，当临界参数确定以后选择与之相邻的两个参数如上表所示，进行激光清洗。 表二 实验样品清洗参数正交表 编号 激光功率 P 激光清洗速率 v 激光清洗次数 n 1 30 W 5000 mm/s 3 2 30 W 3000 mm/s 2 3 30 W 1000 mm/s 1 4 20 W 5000 mm/s 1 5 20 W 3000 mm/s 3 6 20 W 1000 mm/s 2 7 10 W 5000 mm/s 2 8 10 W 3000 mm/s 1 9 10 W 1000 mm/s 3 打开控制激光的电脑程序，将样品放在指示灯所指示的位置，然后选择激光清洗参数，点击软件中清洗操作，清洗激光打在样品板上，这样就得到了一块激光清洗的样品区域，重复清洗操作直到得到了正交实验所需的9个样品区域，样品清洗参数选择如表二正交表所示，然后干燥封存避免清洗区域再次被氧化影响实验结果。本次实验采用的是两组对比实验，所以在样品制作时要注意两块样品板上清洗的区域相对应的部分，清洗参数一定要保持一致，两块板上的九个清洗区域要一一对应。 3.3 实验说明 由于实验需要和实验设备的局限，本次实验采用了两组阔束装置第一组扩束装置采用了焦距分别为f=6.2mm和焦距f=225mm的两个透镜,第二组扩束装置采用了焦距分别为f=15mm和f=150mm的两个透镜，理论扩束360倍，得到了实验所需的激光光束。激光器发出的激光经过第一组扩束装置后直接进入第二组阔束装置，由于阔束光斑比较大，选择在第二次阔装置中间放置一个小孔，使得最终得到的光束大小不超过激光清洗的样品的尺寸。当激光经过重重扩束到达样品上，经样品反射的光由CCD记录，得到所需的激光散斑图像 ，实验装置如图6所示。 图6 实验光路图 本次实验以对比实验为主，标准样板的自身对比，由于本次研究提出，表面评估标准参数，即以表面粗糙度评估表面状态太过片面，为了证实这个说法，采取了标准样板的自身对比实验，利用激光散斑法测得标准样板的散斑图像，分析散斑参数说明同一粗糙度的表面拥有不同的散斑结构。选择两块标准粗糙度不同的样板对比，可以证实本文提出的利用激光散斑图像来分析金属表面新标尺的合理性。基于激光散斑法评估激光清洗样品的表面状态是本次研究的核心实验，是基于激光散斑法评估金属表面状态的实践。样品分为九个清洗部分，由于每个部分的激光清洗参数的不同，导致每个部分的粗糙度及散斑图像都有很大的差别，利用此次提出的新标尺评估激光清洗的程度是此次研究的重点内容。 本次研究中提出了表面状态的新标尺，但对具体参数的代表意义没能做出实验说明，只是通过对比实验说明了他们用于表面状态评估的有效性，至于能不能像表面粗糙度一样用于定义金属表面状态还未深入研究。用于评估激光清洗金属表面的状态，只是观察了这些参数的变化，根据参数变化来说明激光清洗的程度，本次实验属于探究性实验，并没有预期的实验结果，所以实验操作部分一定要精确无比。本次提出的新标尺，就像没有坐标的经纬线，可以衡量位置变化，却给不出具体的位置，寻找这把标尺的零坐标作为本次研究的待续内容。 4. 实验结果与分析 4.1 标准粗糙度板的实验结果与分析 本次实验采用了标准粗糙度分别为15.7u"Ra"0.40umRa和125.6 u"Ra3.19umRa。样品和对应的散斑图像如图7所示，对同一标准粗糙度的样板，选择了三个区域来作为实验的样品区域，每个区域获得的散斑图像分别进行了分析。 图7 两块标准板的样品与对应的散斑图像 基于matlab的数字图像处理系统，依次对上面获得的散斑图像进行分析，分析采用了如下的程序: img=imread('F:\4.png');%图像的读入 p=rgb2gray(img); %彩色图像转换为灰度图像 h=imhist(p);%灰度直方图 h1=h(1:2:256); h2=1:2:256; stem(h2,h1,'r--'); mean1 = mean2(img)%平均灰度值 kurtosis1=kurtosis(h1)%峰度值 skewness1=skewness(h1)%偏度值 figure,imhist(p),mean1,kurtosis1,skewness1; 以第一个散斑图像分析为例，分析可获得图像的灰度直方图如图8所示，同时可以获得所需散斑参数峰度、偏度、平均反射光强度如表三。 表三 分析程序及结果 Matlab分析的程序 分析的参数结果 img=imread('F:\4.png'); mean1 = 32.5817 p=rgb2gray(img); h=imhist(p); kurtosis1 = 8.0426 h1=h(1:2:256); h2=1:2:256; skewness1 = 2.5232 stem(h2,h1,'r--'); mean1 = mean2(img) mean1 =32.5817 kurtosis1=kurtosis(h1) skewness1=skewness(h1) kurtosis1 =8.0426 figure,imhist(p),mean1,kurto sis1,skewness1; 图8 灰度直方图 根据上面的分析程序可以得出标准样板的对应散斑图像的相关参数，分析参 数记录于表四。 表四 对应标准板的散斑图像分析参数 参数 15.7u"Ra"0.40umRa 125.6 u"Ra3.19umRa mean1 32.5817 29.9199 31.9682 41.5761 39.2608 40.9504 kurtosi 8.0426 8.6918 9.6358 7.0867 7.3030 7.6313 s1 skewne 2.5232 2.6238 2.7974 2.3330 2.3778 2.4394 ss1 将所得的散斑参数，利用matlab绘制在同一坐标系下，结果如图9所示。曲线拟合的程序如下: clear all x1=[1 2 3 4 5 6] y1=[3.25817 2.99199 3.19682 4.15761 3.92608 4.09504] y2=[0.80426 0.86918 0.96358 0.70867 0.73030 0.76313] y3=[2.5232 2.6238 2.7974 2.3330 2.3778 2.4394] xx=0:0.00001:6; yy1=spline(x1,y1,xx); yy2=spline(x1,y2,xx); yy3=spline(x1,y3,xx); plot(x1,y1,'o',xx,yy1,x1,y2,'o',xx,yy2,x1,y3,'o',xx,yy3) 本组实验的目的是为了给理论提供依据，本文提出的猜想标尺，表明同一粗糙度的平面，散斑参数不一定相同，因而为了更加精确的定义表面粗糙度，所以给出了激光散斑图像参数来补充表面粗糙度的不足。从实验参数分析，参考图9，对应的前三个点可以看出，同一粗糙度表面的散斑图像参数都不完全相同，如反射光的平均强度，峰度，偏度都在一定范围内波动。出现这个结果有两种可能性，第一，实验中的各种误差CCD的位置偏差，人为操作误差，分析误差等，都可能导致这样的实验结果;第二，本次实验分析结果与猜想不谋而合 ，所以猜想很有可能有一定的正确性。 图9 散斑参数拟合曲线图 本实验要求极为严格，与本次探究性实验挂钩，得到的结果应当认真对待，不能盲目下结论，所以不能排除实验误差的影响。但对比不同表面粗糙度的散斑参数和拟合曲线我们可以发现，不同粗糙度之间的各种参数明显不同，粗糙度越大，反射光的平均光强越强，对应的峰度和偏度越小。由于本次实验的目的是给出激光散斑法评估金属表面状态的一把标尺，然而实验的结果不能盲目的说明标尺的可行性，但却表明粗糙度与散斑图像参数的一定关系，虽然平均光强、峰度，偏度分别受衬底的颜色和结构的影响，不能笼统的表示他们与粗糙度之间的函数关系，但在同一粗糙度下，它们的变化相比不同粗糙度而言明显温和得多，而接下来的实验，基于激光散斑法评估激光清洗样品的有效性，没有了确定的标尺来衡量表面的具体参数情况，但却可以利用散斑图像参数的变化来评估样品清洗的程度。 4.2 基于激光散斑法评估激光清洗样品表面状态的实验结果与分析 4.2.1 激光清洗喷漆铝板样品的散斑图像结果与分析 图10 喷漆铝板激光清洗样品及样品对应的激光散斑图像 实验采用了一块表面均匀的铝板，喷漆后激光清洗获得实验所需的样品区域, 对应的清洗区域及相应区域的激光散斑图像如图10 所示。将获得的散斑图像导入matlab软件，例如第一个散斑图像按表五的程序读入matlab得到了表五右边的结果，散斑图像的灰度直方图如图11所示。 表五 matlab散斑图像分析 散斑图像的分析编程 散斑图像分析结果 clear all; mean1 = 83.1021 img=imread('F:\10.png'); p=rgb2gray(img); h=imhist(p); kurtosis1 = 6.7978 h1=h(1:2:256); h2=1:2:256; stem(h2,h1,'r--'); skewness1 =2.1649 mean1 = mean2(img) kurtosis1=kurtosis(h1) skewness1=skewness(h1) mean1 = 83.1021 figure,imhist(p),mean1,kurtosis1,s kewness1; kurtosis1 =6.7978 图11 激光散斑灰度直方图 根据以上的图像分析方法，分析激光清洗涂漆铝板的9个样品区域的激光散斑图像参数，并记录于表六。 表六 对应样品的激光散斑参数 样品 1 2 3 4 5 6 7 8 9 参数 Mean1 83.1090.4984.0262.2137.3749.5335.7740.9561.18 21 14 82 53 24 57 76 72 94 kurtosi6.7975.1454.9307.7378.2936.78710.6311.828.876s1 8 7 6 2 8 1 81 35 5 2.419skewn2.1641.7071.7882.4302.0142.8252.9962.470 3 ess1 9 4 4 5 3 3 5 3 将分析所得的激光散斑图像的参数用matlab 软件拟合到同一坐标系下，可以得到其参数与样品间的曲线如图12所示。在matlab软件中绘画出各个参数与样品之间的曲线采用了以下的程序: clear all x1=[1 2 3 4 5 6 7 8 9] y1=[8.31021 9.04914 8.40282 6.22153 3.73724 4.95357 3.57776 4.09572 6.11894] y2=[6.7978 5.1457 4.9306 7.7372 8.2938 6.7871 10.6381 11.82 8.8765] y3=[2.1649 1.7074 1.7884 2.4193 2.4305 2.0143 2.8253 2.9965 2.4703] xx=1:0.00001:9; yy1=spline(x1,y1,xx); yy2=spline(x1,y2,xx); yy3=spline(x1,y3,xx); plot(x1,y1,'o',xx,yy1,x1,y2,'o',xx,yy2,x1,y3,'o',xx,yy3) 通过matalb 将散斑图像参数拟合得到的图12所示，可见不同激光清洗参数清洗后的样品，基于激光散斑法得到的激光散斑参数的变化，通过激光散斑图像 所获得的参数之间的关系可以分析涂漆样品的清洗程度，反射光强越高的，激光清洗的效果越明显，当散斑所有参数的变化趋于温和，在一定范围内波动变化，我们可以明确的下结论，表明在那个区域对应的样品清洗干净，样品对应的激光清洗参数为有效清洗参数。 。 图12 铝板样品对应激光散斑参数拟合图 但由图12可以明显看出参数之间的变化杂乱无章，样品的排序是按照正交实验表来排序的，为了更好的看出表面的各种变化，我们将上面获得的散斑参数按照反射光的强度从小到大，从新排布样品的编号，新排布参数如表七所示。 表七 激光清洗样品新排序与其对应的散斑参数 样品 1 2 3 4 5 6 7 8 9 7 5 8 6 9 4 1 3 2 Mean35.7737.3740.9549.5361.1862.2183.1084.0290.41 76 24 72 57 94 53 21 82 914 kurtos10.638.29311.826.7878.8767.7376.7974.9305.14 is1 81 8 35 1 5 2 8 6 57 2.4193 skew2.8252.4302.9962.0142.4702.1641.7881.70 ness1 3 5 5 3 3 9 4 74 按新的样品顺序将样品所对应的散斑参数利用matlab软件拟合到同一坐标 系下，结果如图13所示，matalb绘图程序如下: clear all x1=[1 2 3 4 5 6 7 8 9] y1=[3.57776 3.73724 4.09572 4.95357 6.11894 6.22153 8.31021 8.40282 9.04914] y2=[10.6381 8.2938 11.8235 6.7871 8.8765 7.7372 6.7978 4.9306 5.1457] y3=[2.8253 2.4305 2.9965 2.0143 2.4703 2.4193 2.1649 1.7884 1.7074] xx=1:0.00001:9; yy1=spline(x1,y1,xx); yy2=spline(x1,y2,xx); yy3=spline(x1,y3,xx); plot(x1,y1,'o',xx,yy1,x1,y2,'o',xx,yy2,x1,y3,'o',xx,yy3) 图13 按反射光强度顺序排布样品的散斑参数拟合图 由图13可以看出，重新排布的激光散斑参数的变化，新排布样品的7、8、9可以看出平均光强的强度变化和偏度变化逐渐稳定，峰度也在样品8和样品9时趋于稳定，其对应的正交样品顺序分别为1、3、2，而相应样品的清洗参数分别为(30W、5000 mm/s、3次)、(30W、1000mm/s、1次)、(30W、3000mm、2次)。所以可以得到激光清洗效果比较好的一些清洗参数，当然实验中存在很多不可忽视的细节，如图13可以看出样品9对应的平均光强明显高于样品7、8，同样样品7的峰度明显高于样品8、9，但纵观全局，我们可以发现相比于其他的变化，样品7、8、9的变化明显温和得多。就拿第一个实验，对标准粗糙度板的散斑图像分析而言，同一粗糙度表面不同区域获得的散斑图像，分析的结果却得到了不同的散斑参数，但所有的参数都在一定范围内波动。所以上述参数分析出现的小瑕疵，可能是实验操作或者散斑图像分析时产生了一些小误差导致的结果，所以另一组实验采取了相同激光清洗参数清洗涂漆铜板，基于激光散斑法评估激光清洗的有效性。 4.2.2. 激光清洗喷漆铜板样品的散斑图像结果与分析 图14 激光清洗喷漆的铜板样品及其对应的散斑图像 实验采用了一块表面均匀的铜板，喷漆后激光清洗获得实验所需的样品区 域，对应的清洗区域及相应区域的激光散斑图像如图14 所示。将获得的散斑图 像导入matlab软件，将分析获得的散斑参数记录到表八，导入matlab的分析程 序为: clear all; img=imread('F:\19.png'); p=rgb2gray(img); h=imhist(p); h1=h(1:2:256); h2=1:2:256; stem(h2,h1,'r--'); mean1 = mean2(img) kurtosis1=kurtosis(h1) skewness1=skewness(h1) figure,imhist(p),mean1,kurtosis1,skewness1; 表八 铜板样品的散斑图像参数 样品 1 2 3 4 5 6 7 8 9 mean76.484.085.033.730.665.734.059.869.41 269 617 705 589 051 763 480 618 281 kurtos4.026.314.088.928.863.877.704.423.78is1 33 21 21 20 51 97 43 24 69 skewn1.592.081.562.672.641.462.411.701.54 ess1 59 54 86 93 20 16 42 29 54 将分析所得的激光散斑图像的参数用matlab 软件拟合到同一坐标系下，可 以得到其参数与样品间的曲线如图15所示。在matlab软件中绘画出各个参数与 样品之间的曲线采用了以下的程序: clear all x1=[1 2 3 4 5 6 7 8 9] y1=[7.64269 8.40617 8.50705 3.37589 3.06061 6.57763 3.40480 5.98618 6.94281] y2=[4.0233 6.3121 4.0821 8.9220 8.8651 3.8797 7.7043 4.4224 3.7869] y3=[1.5959 2.0854 1.5686 2.6793 2.6420 1.4616 2.4142 1.7029 1.5454] xx=1:0.00001:9; yy1=spline(x1,y1,xx); yy2=spline(x1,y2,xx); yy3=spline(x1,y3,xx); plot(x1,y1,'o',xx,yy1,x1,y2,'o',xx,yy2,x1,y3,'o',xx,yy3)、 图15 铜板样品的散斑图像参数拟合曲线 通过matalb 将散斑图像拟合得到的图15所示，可见不同激光清洗参数清洗后的样品，基于激光散斑法得到的激光散斑参数的变化，通过激光散斑图像所获得的参数之间的关系可以分析涂漆样品的清洗程度，反射光强越高的，激光清洗的效果越明显，当散斑参数的变化趋于温和，在一定范围内变化是，我们可以明确的下结论，表明在那个区域对应的样品清洗干净，样品对应的激光清洗参数为有效清洗参数。 表九 新排序样品对应的散斑参数表 样 1 2 3 4 5 6 7 8 9 品 5 4 7 8 6 9 1 2 3 mean30.633.734.059.865.769.476.484.085.0 1 051 589 480 618 763 281 269 617 705 kurto8.868.927.704.423.873.784.026.314.08 sis1 51 20 43 24 97 69 33 21 21 skew2.642.672.411.701.461.541.592.081.56 ness1 20 93 42 29 16 54 59 54 86 但由图15可以明显看出参数之间的变化杂乱无章，明显不能观察到变化的趋势，样品的排序是按照正交实验表来排序的，为了更好的看出表面的各种变化， 我们将上面获得的散斑参数按照反射光的强度从小到大，从新排布样品的编号，新排布参数如表九所示。按新的样品顺序将样品所对应的散斑参数利用matlab软件拟合到同一坐标系下，结果如图16所示，matalb绘图程序如下: 图16 铜板样品新序排布激光散斑参数拟合曲线 从新排布样品顺序后，可以看到样品的激光散斑图像参数的有序变化，但曲线中可以看出第八个样品的散斑参数的峰度相比在附近即将平稳的峰度而言，明显的产生了波动，相比于激光清洗的铝板样品而言，铜板的变化则没有那么明显的分辨界限。 表十 处理后的样品散斑参数表 1-5 2-4 3-8 4-9 5-1 6-3 样品 mean1 30.6051 33.7589 59.8618 69.4281 76.4269 85.0705 kurtosis1 8.8651 8.9220 4.4224 3.7869 4.0233 4.0821 skewness1 2.6420 2.6793 1.7029 1.5454 1.5959 1.5686 为了更好的进行分析，我们人为的选出比较合理的6个散斑图像的参数重新 排布顺序，选出的样品及参数记录于表十中，处理样品顺序对应的正交样品排序也列于表中，以明确所对应的样品。将选出的样品按以下程序在matlab中拟合到同一座标系下，如图17 。 Matalb 拟合曲线程序: clear all x1=[1 2 3 4 5 6] y1=[3.06061 3.37589 5.98618 6.94281 7.64269 8.50705] y2=[8.8651 8.9220 4.4224 3.7869 4.0233 4.0821] y3=[2.6420 2.6793 1.7029 1.5454 1.5959 1.5686] xx=1:0.00001:6; yy1=spline(x1,y1,xx); yy2=spline(x1,y2,xx); yy3=spline(x1,y3,xx); plot(x1,y1,'o',xx,yy1,x1,y2,'o',xx,yy2,x1,y3,'o',xx,yy3) 图17 处理参数的曲线拟合图 通过matalb 将处理后的散斑图像参数拟合得到的图17所示，在前三个样品可以看出不论峰度还是偏度，其变化是非常显著的，然而在后三个样品可以明显看出，其对应的散斑参数峰度、偏度都温和的波动在一个小范围内，唯一波动有点大的就是反射光的平均光强即散斑图像的平均灰度值。由于散斑图像的参数表明了样品表明的状况，样品表面的任意变化将导致不同的散斑结果，而样品的衬底结构的变化会导致峰度和偏度的变化，样品衬底颜色的改变会使得反射光强度的变化，所以由曲线拟合图17分析可知，对应的正交清洗样品9(10W、1000mm/s、3)、1(30W、5000mm/s、3)、3(30W、1000mm/s、1)我们可以发现峰度和偏度较为温和的波动，表明样品的衬底结构没有较为明显的变化，但对应的反射光的评均光强却有比较显眼的波动，也许是激光清洗过程中过剩的能量导致表面色泽的变化，长期放置的铜片，其表面的色泽也会因为放置的环境影响产生微妙的变化，当然也不可否认是实验中产生误差带来的影响。如果忽略这些影响，我们发现在激光清洗中不同参数对激光清洗带来的影响都是极为巨大的。 5.结论 本次研究围绕激光散斑发评估金属表面状态进行，为了有序的进行本次研究，首先对激光散斑法的相关应用和表面状态的一些评估技术做了相应的了解，并制定了本次研究的表面状态的具体内容，承接前人的启发，结合本次的研究主题，提出了表面状态的评估指标，利用激光散斑参数来补充表面粗糙度的不足，全面定义金属表面状态。当然盲目的运用虚拟的东西并不是科研项目该有的态度，所以在运用这个指标评估金属表面状态之前，我们对指标设计的参数做了实验探究，实验结果虽然很偏向我们这边，但实验的局限性及误差的影响也不能忽视，由实验的结果我们每盲目的下结论，但却从实验的结果我们发现在粗糙度相同的均匀金属板上获得的散斑图像参数分析结果温和的波动在一个小范围内，而不同粗糙度之间散斑图像的变化却有明显的不同，针对这一结果，我们可以得到结论，当激光散斑图像的各个参数温和波动在一个小范围内，我们定义这片区域的表面状态近似对等。于是接下来设计了两个基于激光散斑法评估激光清洗金属样品的表面状态的实验，当激光清洗样品区域对应的激光散斑图像的参数，由于 样品的制作参考了正交实验表，所以得到的九个样品中有完全清洗干净的，和部分清洗干净的，当我们将获得的参数按一定的顺序排布，可以发现，当散斑图像参数变化温和时，确定表面基本清洗干净，同时可以把最先区域平衡的点对应的清洗参数定为最佳清洗参数。 但从后面两个实验结果分析发现激光清洗的果有些明显的差异，如铝板的有效清洗样品参数为正交表中1、2、3，的清洗参数，而铜板人为筛选结果显示有效清洗参数是样品9、1、3对应的激光清洗参数，造成这样的原因可能是样品喷漆的厚度有差异，实验误差的影响也不可忽视。本次研究的重点并不是寻找合适的激光清洗参数，而是运用激光散斑法评估金属表面的状态，分析散斑获得的参数从侧面反映了金属表面的结构，运用于评估激光清洗的有效性，很好的运用了激光散斑法来评估金属表面状态的变化。激光散斑法评估金属表面状态，操作简单但稍有不慎就会导致错误的结果，所以在运用激光散斑技术时，一定要谨慎对待。 致谢 本次毕业设计的指导老师是佟燕群导师，在毕业设计初细心的为我们筛选毕业设计方向，为了让我们更好的投入到毕业设计中去，多次找我们谈谈对毕业设计的想法，当毕业设计的方向落实过后，经常询问我们的设计进度如何，还不时的询问我们设计中遇到的难处，当我们遇到困难时，不辞辛苦的帮我们指导或是帮我们寻求援助。例如当实验设计到的样品，实验室没有时，导师四处寻找，当急需实验样品时，导师在下班后用自己宝贵的时间帮着制作，实验数据分析出现困难时也是悉心指导，才使得本次设计的顺利完成。感谢导师这些年的悉心教诲，和完成毕业设计过程中的耐心指导，同时也感谢毕业设计中其他老师提供的帮助。 参考文献: [1] Z.Y. 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A 81, 943–951 (2005). 发表论文引言及引言中文献综述的写法 （请务必认真研读、学会!） 范例： 村级社会管理机制存在的问题及对策 ——以湖南省岳阳县为例 一、引言 随着社会主义新农村建设的稳步推进，农村经济得到快速发展。与此同时，农村的社会矛盾也在不断增加，反映在社会管理方面的生产安全、食品安全、土地规划、环境卫生、治安防范等一系列问题随之而来。农村社会矛盾问题的不断增多，对村级社会管理机制提出了更大的挑战。加强村级社会管理机制的研究，就是为了不断推动广大农村社会管理的和谐发展，进而推动我国社会的稳定发展，从而为构建社会主义和谐社会奠定牢固的战略基础。国外学者的相关研究更加关注公共服务的提供、政策的科学制定以及环境的生态文明管理。例如，David K. Leonard 和Gerald Bloom等人提出“穷人比大众更了解公共服务提供的水平，而社会机构更多地帮助解决这种公共服务不对称问题”[1]????1。Judith Kamotoa和Graham Clarksonb等人则提出“地方政府要充分参与到政策的制定和实施，并且要澄清所有利益相关者的目标和共同理解”[2]?3?3?1。Chaolin 和Liya 等提出“中国农村在城市化的过程中出现了环境污染、交通堵塞等众多问题，公共政策的制定也面临着一些体制性的阻碍，中国农村的发展需要进一步加强管理” [3]1?1?1??。国内学者则更注重管理模式、法治以及管理理念的创新。例如对“吉林省农安县‘1+X+Y’基层党建模式” [4]112?16、“四川省双流县村级社会管理筹资模式创新” [5]18?16、“温州的社区重建” [6]18?10等村级管理模式的探究。部分国内学者关注村级管理的法治，例如杨建顺提出“行政法在社会管理的创新发展” [7]19?15，还有部分学者关注到了村级社会管理理念创新的重要性，提出“村民本位 [8111?13观指导村级社会管理理念创新”。本文主要以岳阳县为案例进行深入调查分 析，通过具体案例解析村级社会管理机制存在的突出问题，并有针对性地提出相应的完善对策。 范文四：[工作]文献综述的引言
范文五：发表论文引言及引言中文献综述的写法
