精密超精密加工作业--平面度测量.ppt

平面度测量,机械工程学院 肖俊 21104153,平面度的概念,平面度是指基片具有的宏观凹凸高度相对理想平面的偏差。公差带是距离为公差值t的两平行平面之间的区域。平面度属于形位误差中的形状误差。 平面度误差是将被测实际表面与理想平面进行比较，两者之间的线值距离即为平面度误差值；或通过测量实际表面上若干点的相对高度差，再换算以线值表示的平面度误差值。,平面度误差测量方法,1、平晶干涉法 2、打表测量法 3、液平面法 4、光束平面法,平晶干涉法,测量原理,平晶是具有两个（或一个）光学测量平面的正圆柱形或长方形的量规。用平晶测量高精度金属平面的平面度是利用光波的干涉现象来进行的。根据波的迭加原理,当两列波同时作用于某一点上时,则该点的振动等于每列波单独作用时所引起的振动的代数和。若波峰与波峰及波谷与波谷相遇则振幅加强而当波峰与波谷相遇时则振幅削弱。当两列光波的频率相同振动方向相同相位相同或有固定的象差时则将产生干涉现象。普通光源发出的光不能直接产生干涉作用。如果利用分光镜将点光源发出的光束分为两条光束,当这两条光束经过不同的路程再相遇时就能产生干涉现象。若光程差为半波长的奇数倍时将产生暗带，若光程差为波长的整数倍时，产生亮带。,平晶干涉法,测量方法,用天然油石打磨被测平面，除去毛刺，以免划伤平晶，使平晶与被测平面接触良好，用脱脂棉蘸汽油清洗被检平面，除去油污。恒温后，手持平晶轻轻在被测平面上稍加移动。当出现光斑时，在平晶边缘的任意点上轻轻加压使在平晶工作面与被检表面间产生微小楔角。这样，在平晶上将出现有规律的彩色千涉条纹。根据条纹形状进行估读和计算，即可得到被测面的平面度误差。,平晶干涉法,平面度误差计算,用平晶测量平面度时，一般将出现三种形式条纹，如图所示。 第一种是平行直线条纹，说明被测平面的平面度很好，干涉条纹数量为零，可不进行计算。 第二种是弯曲条纹，它说明被测平而稍凸或稍凹。 估读干涉条纹及计算平面度的方法是：首先根据楔形角小，条纹变密，楔形角大，条纹变疏宽的规律，适当调整平晶压力点的压力，至被测表面出现3-5条干涉条纹，再选择弯曲度最大的相邻两条千涉条纹之间的距离作为干涉带宽度用a表示，取其中一条干涉条纹的最大弯曲距离b为弯曲量,代入下式即可计算出平面度 =（b/a)(/2) 式中 一平面度 a一干涉带宽度 b一干涉带弯曲度 一光波波长,平晶干涉法,特点及应用范围,仪器简单 操作方便 测量面积小 测量精度高 主要用于测量小平面，如量规的工作面和千分尺测头测量面的平面度误差,打表测量法,测量原理及方法 打表测量法是将被测零件和测微计放在标准平板上，以标准平板作为测量基准面，用测微计沿实际表面逐点或沿几条直线方向进行测量。打表测量法按评定基准面分为三点法和对角线法：三点法是用被测实际表面上相距最远的三点所决定的理想平面作为评定基准面，实测时先将被测实际表面上相距最远的三点调整到与标准平板等高；对角线法实测时先将实际表面上的四个角点按对角线调整到两两等高。然后用测微计进行测量，测微计在整个实际表面上测得的最大变动量即为该实际表面的平面度误差。,打表测量法,特点及应用范围,测量仪器简单 精度低 直观、经济,主要用于中小型平面的低精度测量,液平面法,测量原理,液平面法测量平面度误差以连通器的工作原理为基础。由于重力影响，连通器两侧液面等高，构成测量基准，按照提前设定的布点测量出各点相对测量基准的偏移量，经数据处理后得到平面度误差。,液平面法,测量方法,连通器两边用软管连接，用传感器测量页面高度。测量时首先将连通器两边放在被测平面同一位置上。调整传感器零位。然后将一边固定，另一边逐点移动到选定的测量点进行测量，记录各点相对零位的差值。,液平面法,特点及应用范围,可测不连续的平面 可测大平面 工作液有粘度，测量时间长 对温度变化敏感,适用于测量精度较低的大平面,光束平面法（激光）,测量原理及方法,采用激光的直线性（无挠度）的特性，将一旋转激光发射器放置在被测平面任一角，调整后将其激光扫过一个90度范围的平面，另有一高精度(0.001mm)接受器依次按工艺要求在被测平面的分布点上，读取每一个位置相对于激光平面垂直于平面方向上的偏移量。在主机里将这些数据记录后，按工艺要求选择三点作为基准，其他点的偏差量就会计算出来。测量原理如图所示。,光束平面法,基点的选取,基点的选取主要根据所能利用的工艺为依据，可按照以下几种方法选取： (1)工艺只加垫片，则选最高三点为基准，其余数据全为负值，负多少，则加多少垫片。 (2)工艺只能打磨，则选最低三点基准，其余数据为正值，正多少，则打磨多少。 (3)工艺既可加垫片，又可打磨，则可优化自动选三点基准，使其加工量最小。 (4)关键点在中央区，则可选取中央区为基准。 (5)关键点在边缘区，则可选边缘区为基准。 (6)数据结果有平面度有效值，偏差峰峰值，平均平面，标准等参数供选取。,光束平面法,特点,高精度，该系统可在R40m范围内，保证0.001mm的精度，传统的方式一般在0.01-0.1mm精度。 测量范围大，因激光无挠影响，故可测量R40m的平面。 人为误差小，传统办法测量时，不同操作人员因钢丝松紧、人工读数等人为因素，数据受人为因素影响较大。而激光测量法由仪器自动读取数据，人为误差大大减小。,平面度测量仪器,激光平面干涉仪,PG15-J型激光平面干涉仪是一种使用方便的光学精密计量仪器，主要用于精密测量光学平面度。仪器配有激光光源（波长为6328A）。对于干涉条纹可目视、测量读数、照相留存记录。,平面度测量仪器,水平仪,水平仪是一种测量小角度的常用量具。在机械行业和仪表制造中，用于测量相对于水平位置的倾斜角、机床 类设备导轨的平面度和直线度、设备安装的水平位置和垂直位置等。按水平仪的外形不同可分为：框式水平仪和尺式水平仪两种；按水准器的固定方式又可分为：可调式水平仪和不可调式水平仪。,平面度测量仪器,自准直仪,右图为1X5/1X5c双向精密自准直仪。本仪器可广泛应用于各级计量单位，研究所和大学实验室，及大厂计量室和车间加工现场，对机床、仪器的精密导轨和精密平板作运动直线性和平直度测量，以及角度仪器和器具的角值精度测定。,该仪器采用二维测量的结构原理，可方便地对水平、垂直方向进行角值和线值测量，是一种结构紧凑，携带轻巧、使用方