激光干涉儀在平面度檢測中的應(yīng)用

鐘 賴，司衛(wèi)征，郭文波

（廣州計(jì)量檢測技術(shù)研究院，廣東廣州 510030）

激光干涉儀在平面度檢測中的應(yīng)用

鐘 賴，司衛(wèi)征，郭文波

（廣州計(jì)量檢測技術(shù)研究院，廣東廣州 510030）

對(duì)巖石平板的平面度進(jìn)行測量，采用激光干涉和電子水平儀為檢測工具，用矩形法和對(duì)角線法分別測量平面度，通過對(duì)兩種不同測量工具測量平面度的分析，比較兩種工具優(yōu)勢特點(diǎn)，為平面度檢測提供測量依據(jù)。實(shí)驗(yàn)表明，采用雙頻激光干涉儀測量平面度，具有直觀、高精度的測量優(yōu)勢。

激光干涉儀；平面度；電子水平儀；高精度

0 引言

在幾何量測量中，平面度誤差是形位誤差項(xiàng)目之一，其測量與評(píng)定對(duì)有平面度公差要求的工件的合格性判定和加工精度均有著重要意義。

平面度誤差是包容實(shí)際平面或?qū)嶋H平面任何一個(gè)指定范圍，且距離為最小的兩個(gè)理想平行平面之間的區(qū)域[1]。本文介紹用相同測量原理的激光干涉儀和電子水平儀，測量同一工件的平面度，采用最小二乘法計(jì)算測量結(jié)果，對(duì)工件平面度進(jìn)行對(duì)比分析，從而為獲得平面度的最佳測量結(jié)果提供依據(jù)。

1 測量原理和方法介紹

平面度誤差是指被測實(shí)際表面對(duì)其理想平面的變動(dòng)量。常用測量方法有：激光干涉儀，電子水平儀，自準(zhǔn)直儀，平晶法，打表法等。大中尺寸平面度測量常采用自準(zhǔn)直儀、激光干涉儀、電子水平儀；小尺寸平面度測量常用平晶法測量。

本文采用角度測量的相對(duì)測量方法，利用激光干涉儀和電子水平儀分別測量直線運(yùn)動(dòng)過程中的小角度[2-3]，以最小二乘法計(jì)算測量結(jié)果，間接得出被測平面的平面度誤差。

平面度誤差的最小二乘法評(píng)定方法：以實(shí)際被測表面的最小二乘平面作為評(píng)定基準(zhǔn)面，以平行于最小二乘平面，且具有最小距離的兩包容平面間的距離作為平面度誤差值。最小二乘平面是使實(shí)際被測表面上各點(diǎn)與基準(zhǔn)平面的距離的平方和為最小的平面。評(píng)定關(guān)鍵在于測量取樣點(diǎn)數(shù)據(jù)擬合出最小而成平面。

很多文獻(xiàn)采用最小二乘法[4-5]，如果以誤差曲面z=z(x,y)為研究對(duì)象，用均方差誤差最小作為度量標(biāo)準(zhǔn)，設(shè)規(guī)范化最小二乘平面方程為：z=Ax+By+C，其中A、B、C為待求系數(shù)。均方誤差為最小。其中z(x,y)為分區(qū)域小三角形平面。

當(dāng)(x,y)∈Ωij,Ωij=時(shí)，z(x,y)由公式（1）來確定：

那么：

實(shí)驗(yàn)是將激光采集到數(shù)據(jù)和水平儀采集到數(shù)據(jù)分別利用上述原理計(jì)算后進(jìn)行比對(duì)。

2 測量方法應(yīng)用與結(jié)果

將調(diào)好水平且表面擦拭干凈的待檢巖石平板（600 mm×400 mm）放另一塊平板上，激光干涉儀的激光頭放置在實(shí)驗(yàn)室一塊00級(jí)巖石平板（1 000 mm×1 600 mm）上，如圖1。按照平板對(duì)角線法和矩形法檢測的要求，分別調(diào)整光路且使光強(qiáng)滿格，進(jìn)行檢測并記錄數(shù)據(jù)。然后用電子水平儀，按對(duì)角線法進(jìn)行檢測，并記錄數(shù)據(jù)。

通過激光干涉儀檢測，用最小二乘法計(jì)算，對(duì)角線法測得平板平面度為6.1μm，如圖2；矩形法測得平板平面度為6.0μm，如圖3。

利用分度值為0.001 mm/m電子水平儀，按照節(jié)距法進(jìn)行測量平面度。測量時(shí)利用橋板，選用合理的跨距，采用對(duì)角線25點(diǎn)測量法和矩形測量法進(jìn)行測量。最后，用最小二乘法計(jì)算采集的數(shù)據(jù)，對(duì)角線法測得平板平面度為6.4μm，矩形法測得平板平面度為6.2μm。

圖1 測量現(xiàn)場

圖2 平面度圖

圖3 網(wǎng)格圖

3 結(jié)論

通過在相同工作環(huán)境，同一個(gè)檢測對(duì)象，同樣的計(jì)算公式下，對(duì)不同的檢測工具和檢測方法進(jìn)行比較，結(jié)果表明：（1）同一個(gè)檢測工具，不同的檢測方法，數(shù)據(jù)結(jié)果幾乎一樣；（2）不同的檢測工具，相同的檢測方法，結(jié)果稍有差別，而激光干涉儀基準(zhǔn)是光波，數(shù)據(jù)可實(shí)時(shí)仿真，因此精度更高，更直觀，但總體上數(shù)據(jù)基本一致；（3）檢測中型尺寸平板平面度，二種工具等效。

［1］GB/T1958-2004.11.產(chǎn)品幾何量技術(shù)規(guī)范（GPS）形狀和位置公差檢測規(guī)定［S］.

［2］司衛(wèi)征，何夢佳，林建榮.激光干涉儀在10米測長機(jī)導(dǎo)軌直線度檢測中的應(yīng)用［J］.計(jì)量與測試技術(shù)，2010，37（6）：40-41.

［3］INTERNATIONAL STANDARD，ISO230-1.Test code for machine tools-Part 1： Geometric accuracy of ma?chines operating under no-load or quasi-static conditions［S］.

［4］黃富貴.平面度誤差各種評(píng)定方法的比較［J］.工具技術(shù)，2007，08（4）：107-109.

［5］程飛月.幾種評(píng)定平面度誤差的計(jì)算方法［J］.機(jī)械工程師，2006（7）：124-125.

Appliance of the Laser Interferometer in Flatness Testing

ZHONG Lai，SI Wei-zheng，GUO Wen-bo
（Guangzhou Institute of Measurement and Testing，Guangzhou510030，China）

The advantage of the laser and electronic level which are used to measure flatness of plane with rectangle method and diagonal method is compared and analyzed.The result shows that the laser has the advantages of high precision,intuitive on flatness measurement.

laser interferometer；flatness；electronic level；high precision

TH7

A

1009－9492(2015)10－0123－02

10.3969/j.issn.1009-9492.2015.10.031

鐘 賴，男，1983年生，廣東汕尾人，大學(xué)?？?。研究領(lǐng)域：計(jì)量檢定校準(zhǔn)檢測。

(編輯：王智圣)

2014－08－22；

2015－09－15