激光干涉仪在平面度检测中的应用_钟赖

1、收稿日期:2014-08-22;修订日期:2015-09-15摘要:对岩石平板的平面度进行测量,采用激光干涉和电子水平仪为检测工具,用矩形法和对角线法分别测量平面度,通过对两种不同测量工具测量平面度的分析,比较两种工具优势特点,为平面度检测提供测量依据。实验表明,采用双频激光干涉仪测量平面度,具有直观、高精度的测量优势。关键词:激光干涉仪;平面度;电子水平仪;高精度中图分类号:TH7文献标识码:A文章编号:1009-9492(201510-0123-02Appliance of the Laser Interferometer in Flatness TestingZHONG Lai ,SI

2、Wei-zheng ,GUO Wen-bo(Guangzhou Institute of Measurement and Testing ,Guangzhou510030,China Abstract:The advantage of the laser and electronic level which are used to measure flatness of plane with rectangle method and diagonalmethod is compared and analyzed.The result shows that the laser has the a

3、dvantages of high precision,intuitive on flatness measurement.Key words:laser interferometer ;flatness ;electronic level ;high precision激光干涉仪在平面度检测中的应用钟赖,司卫征,郭文波(广州计量检测技术研究院,广东广州5100300引言在几何量测量中,平面度误差是形位误差项目之一,其测量与评定对有平面度公差要求的工件的合格性判定和加工精度均有着重要意义。平面度误差是包容实际平面或实际平面任何一个指定范围,且距离为最小的两个理想平行平面之间的区域1。本文介绍用

4、相同测量原理的激光干涉仪和电子水平仪,测量同一工件的平面度,采用最小二乘法计算测量结果,对工件平面度进行对比分析,从而为获得平面度的最佳测量结果提供依据。1测量原理和方法介绍平面度误差是指被测实际表面对其理想平面的变动量。常用测量方法有:激光干涉仪,电子水平仪,自准直仪,平晶法,打表法等。大中尺寸平面度测量常采用自准直仪、激光干涉仪、电子水平仪;小尺寸平面度测量常用平晶法测量。本文采用角度测量的相对测量方法,利用激光干涉仪和电子水平仪分别测量直线运动过程中的小角度2-3,以最小二乘法计算测量结果,间接得出被测平面的平面度误差。平面度误差的最小二乘法评定方法:以实际被测表面的最小二乘平面作为评定

5、基准面,以平行于最小二乘平面,且具有最小距离的两包容平面间的距离作为平面度误差值。最小二乘平面是使实际被测表面上各点与基准平面的距离的平方和为最小的平面。评定关键在于测量取样点数据拟合出最小而成平面。很多文献采用最小二乘法4-5,如果以误差曲面z =z (x ,y 为研究对象,用均方差误差最小作为度量标准,设规范化最小二乘平面方程为:z =Ax +By +C ,其中A 、B 、C 为待求系数。均方误差Q =y1y Mx 1x N(z (x ,y -Ax -By -C 2d x d y 为最小。其中z (x ,y 为分区域小三角形平面。当(x ,y ij ,ij =ìí

6、38;üýþ(x ,y |x i +1-x i x y +1-x j +x i x x i +1,y j y y i +1时,z (x ,y 由公式(1 来确定:|x y z (x ,y 1x i y j z i ,j 1x i +1y j z i ,j +11x i +1y j +1z i +1,j +11=0(1当(x ,y ij ,ij =ìíîüýþ(x ,y |x i x x i +1-x i x y +1-x j +x i ,y j y y i +1时,z (x ,y 由下式来确定:|x y

7、z (x ,y 1x i y j z i ,j 1x i y j +1z i ,j +11x i +1y j +1z i +1,j +11=0(2那么:Q =j -1M -1i -1N -1éëêi(z (x ,y -Ax -By -C 2d x d y +ùûúij(z (x ,y -Ax -By -C 2d x d y 令Q A =Q B =QC=0,即可求出A 、B 、C 。从而得到基准平面z =Ax +By +C 。实验是将激光采集到数据和水平仪采集到数据分别利用上述原理计算后进行比对。2测量方法应用与结果将调好水平且表面擦拭

8、干净的待检岩石平板(600mm ×400mm 放另一块平板上,激光干涉仪的激光头放置在实验室一块00级岩石平板(1000mm×1600mm 上,如图1。按照平板对角线法和矩形法检测的要求,分别调整光路且使光强满格,进行检测并记录数据。然后用电子水平仪,按对角线法进行检测,并记录数据。通过激光干涉仪检测,用最小二乘法计算,对角线法测得平板平面度为6.1m ,如图2;矩形法测得平板平面度为6.0m ,如图3。利用分度值为0.001mm/m 电子水平仪,按照节距法进行测量平面度。测量时利用桥板,选用合理的跨距,采用对角线25点测量法和矩形测量法进行测量。最后,用最小二乘法计算采集

9、的数据,对角线法测得平板平面度为6.4m ,矩形法测得平板平面度为6.2m 。3结论通过在相同工作环境,同一个检测对象,同样的计算公式下,对不同的检测工具和检测方法进行比较,结果表明:(1同一个检测工具,不同的检测方法,数据结果几乎一样;(2不同的检测工具,相同的检测方法,结果稍有差别,而激光干涉仪基准是光波,数据可实时仿真,因此精度更高,更直观,但总体上数据基本一致;(3检测中型尺寸平板平面度,二种工具等效。参考文献:1GB/T1958-2004.11.产品几何量技术规范(GPS 形状和位置公差检测规定S .导轨直线度检测中的应用J .计量与测试技术,2010,37(6:40-41.3INTERNATIONAL STANDARD ,ISO230-1.Test codefor machine tools-Part 1:Geometric accuracy of machines operating under no-load or quasi-static conditions S .4黄富贵.平面