几种大平面平面度测量方法比较

    1 引 言

     目前,精密测试领域中大型工件形位误差的测试已经成为迫切需要解决的问题。而对于需要在测试平台上进行的一类精密测量,就需要更高准确度的大平板作为检验零件的基准平面。因此,高准确度大平面平面度测量方法的研究得到了越来越多的有关生产及科研部门的高度重视。现将可选用的主要几种大平面平面度的测量方法介绍如下。

    2 间接测量法

    图1为间接测量法的测量示意图。这类方法实际上是通过测量被测平面上一系列特定截面的直线度误差来实现的。测量截面的选择和测点的布置与被测平面的形状、尺寸及测量准确度要求有关,如对角线布置法、栅格布置法等。测量过程使用水平仪、自准直仪或电子水平仪,在被测表面预先拟定的若干截面上,以节距法进行测量,再依据不同的评定方法进行数据处理,即可得到平面度误差值。

    目前,00级大平板平面度的测量普遍采用此方法。但这种测量方法,在操作时需要反复挪动测量仪器的位置,费时、费力,调整困难,数据处理繁琐。这也正是驱使人们进一步探索其他测量方法的原因之一。

    3 激光双光束扫描法

    激光双光束扫描法的测量原理见图2。扫描头发出的激光束射向接收靶,转动扫描头,双激光束的对称中心线扫描形成一个测量基准平面。接收靶是两个二象限的光电池,分别接收上下两束光。光电池与传感器测头刚性联接,测头与被测表面相接触。在测量过程中,光电池由步进电机带动作上下扫描,当光电池与两束光处于对称状态时,传感器的读数即为该表面上被测点相对双光束的基准平面距离,即测量值,然后按最小条件法计算平面度误差值。采用自动补偿系统可在一定程度上补偿激光束漂移对测量准确度的影响,并利用微机做自动采样及数据处理,可用于大平面的测量,平面尺寸的线长度范围一般可达3 m~5 m,平面度测量误差达到±2.5×10^-6L。

    影响这种方法测量误差的主要因素有:激光束漂移误差、反射镜面几何误差及轴系运动误差。

    4 激光准直扫射法

    激光准直扫射法是使一稳定的准直激光束沿一轴射向五角棱镜,当五角棱镜随回转轴系转动时,经五角棱镜折射后的出射光就扫射出一个基准光面。通过一套光电接收系统在被测面上移动,将基准光平面与被测平面进行比较,获得被测面上各测点的高度变化量。图3为测量原理示意图。此测量值送入计算机进行数据处理,就可完成大平面平面度测量。在5 m测量范围内:①选CCD为探测器时,最大线量误差为±12.8Lm,理论上的相对误差为±2.6×10-6µ;②选用光电位移探测器时,最大线量误差为±11.8Lm,理论上的相对误差为±2.4×10^-6L。