平面度精密测量方法.ppt

2020 1 1 平面度的精密测量 机械工程学院 平面度的基本概念 传统平台平面度检测原理示意图 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的两平行平面之间的区域 平面度误差是指被测实际表面对其理想平面的变动量 平面度的精密测量方法 平板测微仪法液平面法水平仪测量法自准直仪测量法激光平面干涉仪测量法等其他精密测量方法 1 平板测微仪法 指示器法 测量原理 指示器在平板上移动 按实际被测平面上选定的布点测取由指示器示值反映出的各测量点相对于测量基准的数据 再经过数据处理评定出平面度误差 在整个测量过程中 测量基准固定不动 特点 该方法测量精度低 适合于中小型平面的低精度测量 2 液平面法 测量原理 液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 连通器的两侧液面等高 以液体构成的平面作为测量基准 按照提前设定的布点测量出被测平面上各点相对测量基准的偏移量 经过数据处理进而获得平面度误差 特点 1 适合于测量连续或者不连续的大平面的平面度 2 由于工作液体有一定的粘度 测量过程中要使连通器的两边的液位保持一定时间 故测量时间较长 3 由于液体对温度的变化非常敏感 使得实际测量中读数不准确 分散性大 故适用于测量精度较低的平面 2020 1 1 如图所示 连通器的两边A和B用软管2把液体连通 用传感器或者液面计高器1测量液面的高度 测量时 首先将连通器的两边放在被测平面的同一个位置上 调整两个传感器的零位 然后 将其中一边固定在该位置上 另一边逐点移动到选定的测量点进行测量 同时记录各点示值相对于零位示值的差值 将这些差值分别乘以二 获得各点相对于测量基准的偏移量 再把这些偏移量进行数据处理 用以评定平面的平面度误差 液平面法测量平面度误差示意图 3 水平仪测量法 测量原理 使用水平仪测量 首先要根据被测平面的实际形状和尺寸 选择布点形式 确定各条测量线的分段数和桥板的跨距 测量时 将水平仪固定在桥板上 桥板置于被测平面上 按照一定的布点形式首尾衔接的移动桥板 测出被测平面上相邻点相对于测量基准面 自然水平面 的倾斜角 通过数据处理求出被测平面的平面度误差值 DEG电子水平仪 特点 1 适用于测量小角度 广泛用于工件表面的直线度和平面度测量 2 测量精度高 稳定性好 体积小 携带方便 3 测量时 需要反复挪动仪器的位置 记录各测点的数据 费时 费力 调整时间长 记录完数据后还要进行繁琐的数据处理 4 自准直仪测量法 测量原理 光线通过位于物镜焦平面的分划板后 经物镜形成平行光 平行光被垂直于光轴的反射镜反射回来 再通过物镜后在焦平面上形成分划板标线像与标线重合 当反射镜倾斜一个微小角度 角时 反射回来的光束就倾斜2 角 通过数据处理求得被测平面的平面度误差 分类 光学自准直仪 光电自准直仪 数字自准直仪 特点 测量简便 测量尺寸不受限制 但其测量跨距一般不小于100毫米 测点稀 这就难以完整地描述表面形状 1401型平面度检查仪 根据光学自准直原理设计 它可以精确地测量平板等的平面度误差 2020 1 1 ELCOMAT系列电子自准直仪 ELCOMATHR 世界最高精度的自准直仪 精度 0 01秒 5 激光平面干涉仪测量法 测量原理 激光平面干涉仪基于等厚干涉原理 光源输出的光束经过扩束准直后成为平行光垂直入射到参考面和被测面 经反射后 携带各自波面信息的两束光相遇并产生干涉条纹 通过计算干涉条纹直径范围内的弯曲量与条纹间隔的比值乘以 2 为所用光源波长 来确定被测面的平面度 特点 操作简单 数据直观 主要用于平晶平面度的测量 测试精度有限 在激光平面干涉仪上拍摄的干涉图 美国ZYGOGPIXP D4激光干涉仪 ZYGOGPI XP干涉仪以相干渉术为原理 采用裴索光路得到干涉条纹 利用三平面互检法进行数据处理可得到被测平面的各项数据 测试精度较高 可检测相互垂直的2个方向上的平面度数据并自带计算程序 也可进行全平面测量 该仪器对环境变化比较敏感 应在密闭空间进行实验 保持空气平稳减少干扰 2020 1 1 HP5528A双频激光测量系统测平面度 测量原理 如图所示 为双频激光器 偏振面相互垂直的两偏振光f1和f2 经渥拉斯顿棱镜2后 f1f2光分开成夹角 垂直射向双面反射镜3的两个反射面 并由两个反射面返回接收器 其中两反射面的夹角 与 互补 测量时 双面反射镜3固定不动 当棱镜2随底座4沿被测表面移动 因各采样点高低不平而使棱镜2有上下位移时一 f1光和f2光之间光程差发生变化 由显示器便可测得被测表面各采样点高低不平的数值 然后通过数据处理 最后得到该平面的平面度误差值 渥拉斯顿棱镜是一种由天然方解石晶体制成的双折射偏光器件 入射一束无偏光束 将被分成2个偏振方向互相垂直的线偏振光束 两束光的分离角相对光轴而言大致是对称的 衍射平面基准法 精密大平面平面度测量新方法 反射式衍射光原理图 光纤准直系统发出的准直光束垂直入射到光栅上 各衍射级次在空间形成一平面基准 这样 如果入射光束是稳定的 光栅是固定的 那么各衍射级次形成的平面也是稳定的 只需挪动光电探测器即可测出被测面上不同点离光束基准平面的距离 通过数据处理 即可得到被测平面度 2020 1 1 参考文献 1 平板平面度测试系