激光干涉仪在平面度检测中的应用

钟 赖，司卫征，郭文波

（广州计量检测技术研究院，广东广州 510030）

激光干涉仪在平面度检测中的应用

钟 赖，司卫征，郭文波

（广州计量检测技术研究院，广东广州 510030）

对岩石平板的平面度进行测量，采用激光干涉和电子水平仪为检测工具，用矩形法和对角线法分别测量平面度，通过对两种不同测量工具测量平面度的分析，比较两种工具优势特点，为平面度检测提供测量依据。实验表明，采用双频激光干涉仪测量平面度，具有直观、高精度的测量优势。

激光干涉仪；平面度；电子水平仪；高精度

0 引言

在几何量测量中，平面度误差是形位误差项目之一，其测量与评定对有平面度公差要求的工件的合格性判定和加工精度均有着重要意义。

平面度误差是包容实际平面或实际平面任何一个指定范围，且距离为最小的两个理想平行平面之间的区域[1]。本文介绍用相同测量原理的激光干涉仪和电子水平仪，测量同一工件的平面度，采用最小二乘法计算测量结果，对工件平面度进行对比分析，从而为获得平面度的最佳测量结果提供依据。

1 测量原理和方法介绍

平面度误差是指被测实际表面对其理想平面的变动量。常用测量方法有：激光干涉仪，电子水平仪，自准直仪，平晶法，打表法等。大中尺寸平面度测量常采用自准直仪、激光干涉仪、电子水平仪；小尺寸平面度测量常用平晶法测量。

本文采用角度测量的相对测量方法，利用激光干涉仪和电子水平仪分别测量直线运动过程中的小角度[2-3]，以最小二乘法计算测量结果，间接得出被测平面的平面度误差。

平面度误差的最小二乘法评定方法：以实际被测表面的最小二乘平面作为评定基准面，以平行于最小二乘平面，且具有最小距离的两包容平面间的距离作为平面度误差值。最小二乘平面是使实际被测表面上各点与基准平面的距离的平方和为最小的平面。评定关键在于测量取样点数据拟合出最小而成平面。

很多文献采用最小二乘法[4-5]，如果以误差曲面z=z(x,y)为研究对象，用均方差误差最小作为度量标准，设规范化最小二乘平面方程为：z=Ax+By+C，其中A、B、C为待求系数。均方误差为最小。其中z(x,y)为分区域小三角形平面。

当(x,y)∈Ωij,Ωij=时，z(x,y)由公式（1）来确定：

那么：

实验是将激光采集到数据和水平仪采集到数据分别利用上述原理计算后进行比对。

2 测量方法应用与结果

将调好水平且表面擦拭干净的待检岩石平板（600 mm×400 mm）放另一块平板上，激光干涉仪的激光头放置在实验室一块00级岩石平板（1 000 mm×1 600 mm）上，如图1。按照平板对角线法和矩形法检测的要求，分别调整光路且使光强满格，进行检测并记录数据。然后用电子水平仪，按对角线法进行检测，并记录数据。

通过激光干涉仪检测，用最小二乘法计算，对角线法测得平板平面度为6.1μm，如图2；矩形法测得平板平面度为6.0μm，如图3。

利用分度值为0.001 mm/m电子水平仪，按照节距法进行测量平面度。测量时利用桥板，选用合理的跨距，采用对角线25点测量法和矩形测量法进行测量。最后，用最小二乘法计算采集的数据，对角线法测得平板平面度为6.4μm，矩形法测得平板平面度为6.2μm。

图1 测量现场

图2 平面度图

图3 网格图

3 结论

通过在相同工作环境，同一个检测对象，同样的计算公式下，对不同的检测工具和检测方法进行比较，结果表明：（1）同一个检测工具，不同的检测方法，数据结果几乎一样；（2）不同的检测工具，相同的检测方法，结果稍有差别，而激光干涉仪基准是光波，数据可实时仿真，因此精度更高，更直观，但总体上数据基本一致；（3）检测中型尺寸平板平面度，二种工具等效。

［1］GB/T1958-2004.11.产品几何量技术规范（GPS）形状和位置公差检测规定［S］.

［2］司卫征，何梦佳，林建荣.激光干涉仪在10米测长机导轨直线度检测中的应用［J］.计量与测试技术，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］黄富贵.平面度误差各种评定方法的比较［J］.工具技术，2007，08（4）：107-109.

［5］程飞月.几种评定平面度误差的计算方法［J］.机械工程师，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

钟 赖，男，1983年生，广东汕尾人，大学专科。研究领域：计量检定校准检测。

(编辑：王智圣)

2014－08－22；

2015－09－15