表面粗糙度作为表征工件表面微观不平整度的重要技术指标,对其进行准确高效的测量尤为重要。现有接触式表面粗糙度测量方法存在检测速度较慢且易划伤被测表面等问题,近年来,光谱共焦测量技术以其可以实现非接触式测量,测量精度高等优点在粗糙度测量领域表现出良好的应用前景。本文基于光谱共焦原理,提出了一种基于白光LED光源的光纤式光谱共焦测量方法,实现了对被测物体表面粗糙度的非接触式测量。本文的主要研究内容如下:对几种常见的表面粗糙度测量方法进行了分析,为实现高精度、非接触式表面粗糙度的测量,设计了光谱共焦测量系统方案。开展了基于光谱共焦原理的表面粗糙度测量方法研究,在论述光谱共焦测量原理的基础上,对系统性能进行了分析。设计了光纤式光谱共焦测量系统结构,并利用ZEMAX光学设计软件完成了共焦光学系统及光谱测量系统的设计。在共焦光学结构的设计过程中,色散物镜的工作波段为400nm-700nm,轴向色散达到1.705mm,像差衍射到达极限。同时对色散物镜的成像情况进行分析,选择数值孔径为0.22的Y型光纤。在光谱测量系统的设计过程中,对系统各部件进行分析,同时设计了基于光栅和光电阵列探测器CCD的系统结构,光谱测量系统的分辨率可达0.5nm。设计了光谱信息处理算法,该算法包括光谱信息预处理、滤波去噪算法、峰值波长提取算法及数据拟合算法,消除了预处理过程中暗信号和噪声信号造成的影响,并解决了峰值波长与聚焦点距离之间的非线性拟合问题。依据光谱信号特点,采用中值滤波算法对随机噪声进行消除,为了确保准确寻峰,采用高斯算法完成峰值波长的提取。设计了全局最优分段拟合的方法,消除数据拟合过程中的病态问题,有效提高了数据拟合精度。最后,搭建并调试表面粗糙度测量系统,完成了光谱仪标定和系统标定,并选取粗糙度标称值为6.3μm端铣加工的比较样块进行检测。根据表面粗糙度评定方法,计算得到表面粗糙度参数Ra值为6.29μm,Rz值为29.52μm。