一種新型的平面度檢定方法

/ 淮安市計(jì)量測(cè)試所

0 引言

平板是用于工件檢驗(yàn)或劃線的計(jì)量器具，其平面度是確定其準(zhǔn)確度等級(jí)的主要指標(biāo)，目前現(xiàn)有的檢測(cè)工作面平面度的標(biāo)準(zhǔn)器主要是自準(zhǔn)直儀、電子水平儀、合像水平儀、刀口直尺。檢定的方法主要是用節(jié)距法，根據(jù)平板尺寸選擇受檢點(diǎn)數(shù)及受檢點(diǎn)的分布情況，用自準(zhǔn)直儀或其他計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)器測(cè)量其相對(duì)于測(cè)量基準(zhǔn)的傾角變化，再計(jì)算求得被測(cè)截面各測(cè)量點(diǎn)對(duì)兩端點(diǎn)連線的偏差，然后通過構(gòu)建“理想平面”算出各測(cè)量點(diǎn)相對(duì)“理想平面”的相對(duì)偏差，最后相對(duì)偏差的最大值與最小值之差即為工作面平面度。必要時(shí)用“最小條件原則”進(jìn)行“基面轉(zhuǎn)換”，轉(zhuǎn)換所用數(shù)據(jù)為測(cè)量點(diǎn)相對(duì)“理想平面”的相對(duì)偏差。本文提出一種采用傳感器技術(shù)測(cè)量平板平面度的方法，檢測(cè)過程簡(jiǎn)單，數(shù)據(jù)處理簡(jiǎn)化，是值得推廣的一種新型平面度檢測(cè)方法。

1 存在問題的分析

1.1 受檢點(diǎn)數(shù)

節(jié)距法檢定時(shí)受檢點(diǎn)數(shù)見表1。

表1 平板工作面測(cè)量點(diǎn)數(shù)

由表1可知630×400與1 600×1 000的平板受檢點(diǎn)數(shù)可以相同，面積252 000 mm2和1 600 000 mm2的平板用25個(gè)點(diǎn)來衡量其平面度，從數(shù)據(jù)采集方面看似乎不盡合理，也難以使檢測(cè)的平面度都接近真值，改善的辦法是根據(jù)平板尺寸的大小增加受檢點(diǎn)數(shù)。受檢點(diǎn)數(shù)越多，結(jié)果越可靠。

1.2 使用的計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)器具

目前檢測(cè)平板的計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)器具多為自準(zhǔn)直儀、水平儀。檢定時(shí)計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)器在平板上移動(dòng)，盡管可以用配套設(shè)備橋板等輔助，其接觸面也是較大，小面積的平面度超差很難在數(shù)據(jù)上反映出來。必須經(jīng)局部工作面平面度檢查，但局部工作面平面度與平板平面度檢定方法、判斷標(biāo)準(zhǔn)不一樣，不能用局部工作面平面度來修正平面度的結(jié)果。提高數(shù)據(jù)可靠性的方法是減小計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)器與平板的接觸面積。

1.3 處理方法

數(shù)據(jù)的處理方法是求被測(cè)截面的各測(cè)量點(diǎn)對(duì)兩端點(diǎn)連線的偏差，計(jì)算求得工作面各截面測(cè)量點(diǎn)對(duì)“理想平面”的偏差，最大值與最小值之差即為被檢平板工作面平面度，還可以用“最小條件原則”進(jìn)行“基面轉(zhuǎn)換”求平面度，結(jié)果比第一種方法更接近真值。上述方法中“理想平面”的選擇，是通過平板工作面的一條對(duì)角線且平行另一條對(duì)角線的平面。如果平板兩對(duì)角線交點(diǎn)的檢測(cè)數(shù)據(jù)為粗大誤差點(diǎn)，則“理想平面”就變得不理想了。筆者改善處理的方法是避免構(gòu)建“理想平面”，用新的數(shù)學(xué)模型來實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)處理。

2 存在問題的改善

結(jié)合以上三個(gè)問題提出了一種新的平面度檢定方法，該方法從受檢點(diǎn)分布、標(biāo)準(zhǔn)器及數(shù)據(jù)處理三個(gè)方面進(jìn)行改善，從而使平面度檢定方法更簡(jiǎn)單，數(shù)據(jù)處理結(jié)果更直觀。

該方法所用計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)器具由精密光學(xué)測(cè)頭、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)組成[1]。測(cè)量裝置置于平板外側(cè)，檢定前調(diào)整：測(cè)頭測(cè)量所經(jīng)過平面平行于平板工作面。過程主要是測(cè)頭由平板一側(cè)走到另一側(cè)即結(jié)束測(cè)量。數(shù)據(jù)采集后由處理系統(tǒng)生成函數(shù)曲線，顯示測(cè)量結(jié)果。該方法有幾方面區(qū)別于平板檢定規(guī)程。

2.1 受檢點(diǎn)數(shù)選擇

該標(biāo)準(zhǔn)測(cè)頭間距為80～300 mm，采樣間距50～300 mm，測(cè)量誤差0.2 μm。測(cè)量時(shí)根據(jù)平板尺寸、準(zhǔn)確度等級(jí)選擇測(cè)頭間距及采樣間距（即確定受檢點(diǎn)數(shù)）。比如平板尺寸大、準(zhǔn)確度高，受檢點(diǎn)就密集一點(diǎn)。具體數(shù)據(jù)選擇建議見表2、表3。

表2 平板不采點(diǎn)邊緣區(qū)

表3 平板工作面測(cè)量點(diǎn)數(shù)

2.2 數(shù)據(jù)處理

該方法對(duì)尺寸大、準(zhǔn)確度等級(jí)高的平板采樣點(diǎn)數(shù)較多，用人工計(jì)算較繁瑣，所以數(shù)據(jù)處理過程由計(jì)算機(jī)完成。下文簡(jiǎn)要介紹處理方法。

采樣點(diǎn)測(cè)量的數(shù)據(jù)為平板工作面受檢點(diǎn)到測(cè)頭距離，如圖1所示。

采樣前調(diào)整測(cè)頭使測(cè)頭所走平面Z1與平板工作面平行，數(shù)據(jù)清零。選擇測(cè)頭間距為l1,采樣間距為l2，采樣點(diǎn)數(shù)據(jù)xi存入數(shù)組

平面度分析方法：

數(shù)據(jù)中xi為受檢點(diǎn)到測(cè)頭所走平面的距離，將數(shù)據(jù)按數(shù)值大小分類匯總，匯總后生成函數(shù)曲線如圖2所示。

圖1 檢測(cè)點(diǎn)分布圖

圖2 平面度曲線

X軸為受檢點(diǎn)到平面Z1距離，Y軸為數(shù)組中該數(shù)值的個(gè)數(shù)?？芍和ㄟ^x0點(diǎn)平行于Z1平面即為平板的“理想平面”，平面度即為xn-x1。該函數(shù)不僅可以求出平面度，也能綜合分析平板平面度質(zhì)量。圖像寬度越小，峰值越高，則平板平面度越好。

圖像還能很直觀顯示劣勢(shì)點(diǎn)（貼近X軸且離x0較遠(yuǎn)的點(diǎn)），離x0較遠(yuǎn)且貼近X軸的劣勢(shì)點(diǎn)可認(rèn)為是測(cè)量粗大誤差點(diǎn)。

圖像還可以算出不同可忽略度的平面度值。比如需要看95%的優(yōu)勢(shì)點(diǎn)平面度可以通過下式求得：

將矩陣中數(shù)值減去理想平面數(shù)值x0則得出新數(shù)組，通過三維直觀圖可以模擬平板工作面立體圖，對(duì)工作面質(zhì)量有清晰直觀的認(rèn)識(shí)，有助于指導(dǎo)平板的修理。

3 結(jié)語

新方法所用數(shù)據(jù)處理模型基礎(chǔ)程序已實(shí)現(xiàn)，但函數(shù)曲線與平板質(zhì)量評(píng)價(jià)有千絲萬縷的聯(lián)系，尚待進(jìn)一步探討。

[1]祝世平, 房建成, 周銳, 等.基于測(cè)量平臺(tái)的一種新型光電式平面度測(cè)量儀[J].測(cè)控技術(shù), 1999, 10：17-20.