高精度平面度测量方法的研究

　　1　引言

　　中等尺寸以上平面的高精度平面度测量,是目前几何量测量中的一个难点。铸铁平板及岩石平板国家标准(GB 4986-85和GB 4987-85)均规定有000级精度等级的平板,但平板国家检定规程目前只有00级精度等级以下的(JJG 117-91),而没有000级平板的。此外,国内也未见有关于000级平板的测量方法及其测量不确定度等问题的报导,为此本文进行了这方面的讨论研究。

　　2　平面度测量方法的评价指标

　　国内某些研究以直线度测量的技术指标作为评价平面度测量的指标,如给出某平面度测量方法的不确定度为2·5×106L(μm),显然,这是不恰当的,因为平面度测量的误差传递及其综合远较直线度测量复杂。

　　平板检定规程(JJG 117-91)给出了两项比较确切反映平面度测量方法的评价指标:首先根据被测平板的精度等级及其平面度公差值,规定了平面度检定方法的不确定度值;其次根据目前多数平面度测量方法的特点,又规定了被测截面重复检定点偏差值的重合度,该两项指标的允许值如表1所示,表中T为被检平板平面度公差值。

　　对于000级平板,因目前尚无检定规程,故其检定方法的Δf及Δc值没有统一规定,根据表1的数值作者建议采用如表2所示的允许值。

　　3　高精度平面度测量

　　3·1　研究对象及技术要求

　　本文以400 mm×400 mm~1 000 mm×1 000 mm的中等尺寸000级平板为研究对象,该尺寸段000级平板的平面度公差值国家标准规定如表3所示: 表3

　　若实际测量以000级平板700 mm×700 mm为例,则由表3及表2,其检定方法应满足:

　　3·2　测量原理及方法

　　分度值为0·2″或0·001 mm/m的电子水平仪或自准直仪是目前生产实际中应用最普遍的高精度平面度测量器具,同时它们也是检定规程规定的检定00级平板的检定工具。现采用HP 5528A双频激光测量系统的直线度测量部件进行平面度测量。

　　如图1所示。1为双频激光器,偏振面相互垂直的两偏振光f1f2经渥拉斯顿棱镜2后,f1f2光分开成夹角θ垂直射向双面反射镜3的两个反射面,并由两个反射面返回接收器,其中两反射面的夹角α与θ互补。测量时,双面反射镜3固定不动,当棱镜2随底座4沿被测表面移动,因各采样点高低不平而使棱镜2有上下位移时,f1光和f2光之间光程差发生变化,由显示器便可测得被测表面各采样点高低不平的数值。测量在1 500 mm×3 000 mm岩石平板的700 mm×700 mm区域内进行。按检定规程规定,取封闭米字线布线,测8个截面(Ⅰ、Ⅱ、…、Ⅷ),如图2所示,对每一个测量截面,渥拉斯顿棱镜沿直尺R导向移动,每个截面测5个点,共检25点(a1…a5、…、e1…e5),然后通过数据处理,最后得到该平面的平面度误差值。