激光干涉儀在平面度檢測(cè)中的應(yīng)用_鐘賴(lài)

1、收稿日期:2014-08-22;修訂日期:2015-09-15摘要:對(duì)巖石平板的平面度進(jìn)行測(cè)量,采用激光干涉和電子水平儀為檢測(cè)工具,用矩形法和對(duì)角線(xiàn)法分別測(cè)量平面度,通過(guò)對(duì)兩種不同測(cè)量工具測(cè)量平面度的分析,比較兩種工具優(yōu)勢(shì)特點(diǎn),為平面度檢測(cè)提供測(cè)量依據(jù)。實(shí)驗(yàn)表明,采用雙頻激光干涉儀測(cè)量平面度,具有直觀(guān)、高精度的測(cè)量?jī)?yōu)勢(shì)。關(guān)鍵詞:激光干涉儀;平面度;電子水平儀;高精度中圖分類(lèi)號(hào):TH7文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A文章編號(hào):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激光干涉儀在平面度檢測(cè)中的應(yīng)用鐘賴(lài),司衛(wèi)征,郭文波(廣州計(jì)量檢測(cè)技術(shù)研究院,廣東廣州5100300引言在幾何量測(cè)量中,平面度誤差是形位誤差項(xiàng)目之一,其測(cè)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

4、相同測(cè)量原理的激光干涉儀和電子水平儀,測(cè)量同一工件的平面度,采用最小二乘法計(jì)算測(cè)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(cè)量結(jié)果提供依據(jù)。1測(cè)量原理和方法介紹平面度誤差是指被測(cè)實(shí)際表面對(duì)其理想平面的變動(dòng)量。常用測(cè)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(cè)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(cè)量常用平晶法測(cè)量。本文采用角度測(cè)量的相對(duì)測(cè)量方法,利用激光干涉儀和電子水平儀分別測(cè)量直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)過(guò)程中的小角度2-3,以最小二乘法計(jì)算測(cè)量結(jié)果,間接得出被測(cè)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(cè)表面的最小二乘平面作為評(píng)定

5、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(cè)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(cè)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Q =y1y Mx 1x N(z (x ,y -Ax -By -C 2d x d y 為最小。其中z (x ,y 為分區(qū)域小三角形平面。當(dāng)(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時(shí),z (x ,y 由公式(1 來(lái)確定:|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當(dāng)(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時(shí),z (x ,y 由下式來(lái)確定:|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 。從而得到基準(zhǔn)平面z =Ax +By +C 。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(cè)量方法應(yīng)用與結(jié)果將調(diào)好水平且表面擦拭

8、干凈的待檢巖石平板(600mm ×400mm 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(1000mm×1600mm 上,如圖1。按照平板對(duì)角線(xiàn)法和矩形法檢測(cè)的要求,分別調(diào)整光路且使光強(qiáng)滿(mǎn)格,進(jìn)行檢測(cè)并記錄數(shù)據(jù)。然后用電子水平儀,按對(duì)角線(xiàn)法進(jìn)行檢測(cè),并記錄數(shù)據(jù)。通過(guò)激光干涉儀檢測(cè),用最小二乘法計(jì)算,對(duì)角線(xiàn)法測(cè)得平板平面度為6.1m ,如圖2;矩形法測(cè)得平板平面度為6.0m ,如圖3。利用分度值為0.001mm/m 電子水平儀,按照節(jié)距法進(jìn)行測(cè)量平面度。測(cè)量時(shí)利用橋板,選用合理的跨距,采用對(duì)角線(xiàn)25點(diǎn)測(cè)量法和矩形測(cè)量法進(jìn)行測(cè)量。最后,用最小二乘法計(jì)算采集

9、的數(shù)據(jù),對(duì)角線(xiàn)法測(cè)得平板平面度為6.4m ,矩形法測(cè)得平板平面度為6.2m 。3結(jié)論通過(guò)在相同工作環(huán)境,同一個(gè)檢測(cè)對(duì)象,同樣的計(jì)算公式下,對(duì)不同的檢測(cè)工具和檢測(cè)方法進(jìn)行比較,結(jié)果表明:(1同一個(gè)檢測(cè)工具,不同的檢測(cè)方法,數(shù)據(jù)結(jié)果幾乎一樣;(2不同的檢測(cè)工具,相同的檢測(cè)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(guān),但總體上數(shù)據(jù)基本一致;(3檢測(cè)中型尺寸平板平面度,二種工具等效。參考文獻(xiàn):狀和位置公差檢測(cè)規(guī)定S .2司衛(wèi)征,何夢(mèng)佳,林建榮.激光干涉儀在10米測(cè)長(zhǎng)機(jī)導(dǎo)軌直線(xiàn)度檢測(cè)中的應(yīng)用J .計(jì)量與測(cè)試技術(shù),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黃富貴.平面度