CN102607474A - 一种基于液面法的高精度大平面平面度检测方法 - Google Patents

一种基于液面法的高精度大平面平面度检测方法 Download PDF

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邹鲲
戴惠良
方波
闫如忠
杨延竹
毛剑峰
温锦华
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Abstract

本发明提供了一种基于液面法的高精度大平面平面度检测方法，其特征在于：步骤为：准备测量系统；布置若干测点及若干系统测点；将容器放置在测量平台上，利用激光回馈干涉仪测量所有系统测点的系统偏差值；移走容器，将被测物放置在测量平台上，利用位移传感器对被测物的待测面上所有测点进行测量，得到每个测点的偏差值；将测点的偏差值减去对应点的系统偏差值，得到测点的平面度偏差值，按照一定的评定方法计算后，即可得到被测物的待测面的平面度误差值。本发明提供的方法不但实现了大平面的高精度测量，而且同时可以扫描整个平面的三维形貌。

Description

一种基于液面法的高精度大平面平面度检测方法
技术领域
本发明涉及一种结合液面法和误差分离思想对大平面的平面度进行检测的方法，属于平面度测量技术领域。
背景技术
平面度是衡量零件形状精度的重要指标之一，其大小可能会严重影响零部件的工作性能。目前大平面的平面度测量方法很多，但要想达到高精度则比较困难，主要有水平仪法、自准直仪法、光轴法、多测头误差分离法，还有干涉条纹拼接法、衍射平面基准法、三坐标机测量法等方法。目前，应用最广和商品化最成功的是水平仪法和自准直仪法，但精度不够高，测量速度慢。光轴法是以光束绕轴旋转而得到的平面为基准，该法精度也不够高，且建立高精度的光学平面基准也较难。多测头误差分离法已能达到0.1um的高精度，且测量速度快，但使用的传感器太多，结构复杂，需要处理的数据量大。三坐标机测量法不但精度不高，且价格昂贵。衍射平面基准法目前还难以实现高精度测量。干涉条纹拼接法测量平面度误差可达λ/20，但是拼接几十或者几百个条纹图形是相当困难的，而且有些大工件如花岗石等是做不出来干涉条纹图的。
液面法是利用液面作为一种绝对基准来进行测量的方法。该法可以分为两类，第一类是利用光干涉原理，第二类是利用连通器原理。第一类液面法是将被测件放在液面上方，利用干涉仪得到被测面的干涉条纹，该法的准确度可达到λ/50的水平。1981年，德国D.Malacara利用面积为1m×1m液体表面作基准平面，以连通器的工作原理为基础(即第二类液面法)，对450mmx200mm面积上分布的14个点进行测量，测得值的标准偏差小于0.2um。两类液面法虽然能达到高精度，但各自还存在一定的局限与缺点。第一类液面法主要用于光学玻璃等透明器件，受光径大小的限制，被测件的尺寸一般不超过300mm。第二类液面法效率低，因为在每个测点需等待液面稳定后才可以测量。
发明内容
本发明的目的是提供一种精度高、可逐点扫描的大平面度测量的方法。
为了达到上述目的，本发明的技术方案是提供了一种基于液面法的高精度大平面平面度检测方法，其特征在于：步骤为：
步骤1、准备测量平台，在测量平台上放置测量框架，测量框架在测量平台上可移动，在测量框架上安装激光回馈式干涉仪及位移传感器；
步骤2、准备一盛有高粘度液体的容器，液体的液面面积不小于被测物的待测面的面积，在被测物的待测面上布置若干测点，同时，在液体液面与该测点相应位置处设定若干系统测点；
步骤3、将容器放置在测量平台上，从第一个系统测点开始利用激光回馈干涉仪测量所有系统测点的系统偏差值，对于第i个系统测点而言，其具体步骤为：将测量框架移动至第i个系统测点的上方，待激光回馈干涉仪热稳定且液面稳定后，使用激光回馈干涉仪对液面进行测量，读取激光回馈干涉仪的输出信号V1i，该输出信号V1i即为第i个系统测点的系统偏差值δi；
步骤4、移走容器，将被测物放置在测量平台上，从第一个测点开始利用位移传感器对被测物的待测面上所有测点进行测量，得到每个测点的平面度偏差值，对于第i个测点而言，其具体步骤为：将测量框架移动至第i个测点的上方，使用位移传感器对该测点进行测量，读取位移传感器的输出信号V2i，则第i个测点的平面度偏差值hi＝V2i-V1i，其中，V1i为通过激光回馈干涉仪读取的与第i个测点相对应的第i个系统测点的输出信号；
步骤5、将所有测点的平面度偏差值按照一定的评定方法计算后，即可得到被测物的待测面的平面度误差值。
优选地，所述测量平台为花岗岩平台。
优选地，所述测量框架为花岗岩框架。
优选地，所述测量框架通过气浮垫置于所述测量平台上，测量框架移动前，气浮垫充气，气浮垫充气完毕后，将测量框架移动至指定位置，随后，气浮垫放气，使得测量框架重又落在所述测量平台上。
本发明提供的方法前后两次测量虽间隔了一段时间，这段时间内可能环境温度有一定的变化而引入误差，由仿真推导可知，前后两次测量期间，即使一小时内环境温升5℃，对此种方法的影响也很小。
本发明提供的方法不但摒弃了传统平面度测量所需要的高精度导轨、丝杆或光学平面，而且测量效率也比水平仪法、光轴法、液面法(连通器原理)等方法高，算法上也比多测头误差分离法简单，而且也很容易获取稳定的液体平面。
附图说明
图1为本发明所使用的一种测量系统的简图；
图2为本发明测量液面时的示意图；
图3为本发明测量被测物时的示意图。
具体实施方式
为使本发明更明显易懂，兹以一优选实施例，并配合附图作详细说明如下。
本发明提供了一种基于液面法的高精度大平面平面度检测方法，其步骤为：
步骤1、构建如图1所示的测量系统，该测量系统包括花岗岩平台1，花岗岩框架3通过气浮垫2放置在花岗岩平台1，花岗岩框架3通过气浮垫2在花岗岩平台1上可移动，在花岗岩框架3上安装激光回馈干涉仪4及位移传感器5。
步骤2、准备一盛有高粘度液体的容器，液体的液面面积不小于被测物6的待测面的面积，在被测物6的待测面上布置若干测点，同时，在液体液面与该测点相应位置处设定若干系统测点。测点及系统测点的布置位置及数量采用已有方法确定。
步骤3、将容器放置在花岗岩平台1上，从第一个系统测点开始利用激光回馈干涉仪4测量所有系统测点的系统偏差值。结合图2，对于第i个系统测点而言，其具体步骤为：气浮垫2充气，随后花岗岩框架3在气浮垫2的带动下移动至第i个系统测点的上方，气浮垫2放气，使得花岗岩框架3重新落在花岗岩平台1上。待激光回馈干涉仪4热稳定且液面稳定后，使用激光回馈干涉仪4对液面进行测量，读取激光回馈干涉仪4的输出信号V1i，该输出信号V1i即为第i个系统测点的系统偏差值δi。
步骤4、移走容器，将被测物6放置在花岗岩平台1上，从第一个测点开始利用位移传感器5对被测物6的待测面上所有测点进行测量，得到每个测点的平面度偏差值。结合图3，对于第i个测点而言，其具体步骤为：浮垫2充气，随后花岗岩框架3在气浮垫2的带动下移动至第i个测点的上方，气浮垫2放气，使得花岗岩框架3重新落在花岗岩平台1上。使用位移传感器5对该测点进行测量，读取位移传感器5的输出信号V2i，则第i个测点的平面度偏差值hi＝V2i-δi＝V2i-V1i，其中，V1i为通过激光回馈干涉仪4读取的与第i个测点相对应的第i个系统测点的输出信号。
步骤5、将所有测点的平面度偏差值按照一定的评定方法计算后，即可得到被测物6的待测面的平面度误差值。评定方法采用已有算法。

Claims (4)

1.一种基于液面法的高精度大平面平面度检测方法，其特征在于：步骤为：
步骤1、准备测量平台，在测量平台上放置测量框架，测量框架在测量平台上可移动，在测量框架上安装激光回馈干涉仪(4)及位移传感器(5)；
步骤2、准备一盛有高粘度液体的容器，液体的液面面积不小于被测物(6)的待测面的面积，在被测物(6)的待测面上布置若干测点，同时，在液体液面与该测点相应位置处设定若干系统测点；
步骤3、将容器放置在测量平台上，从第一个系统测点开始利用激光回馈干涉仪(4)测量所有系统测点的系统偏差值，对于第i个系统测点而言，其具体步骤为：将测量框架移动至第i个系统测点的上方，待激光回馈干涉仪(4)热稳定且液面稳定后，使用激光回馈干涉仪(4)对液面进行测量，读取激光回馈干涉仪(4)的输出信号V1i，该输出信号V1i即为第i个系统测点的系统偏差值δi；
步骤4、移走容器，将被测物(6)放置在测量平台上，从第一个测点开始利用位移传感器(5)对被测物(6)的待测面上所有测点进行测量，得到每个测点的平面度偏差值，对于第i个测点而言，其具体步骤为：将测量框架移动至第i个测点的上方，使用位移传感器(5)对该测点进行测量，读取位移传感器(5)的输出信号V2i，则第i个测点的平面度偏差值hi＝V2i-V1i，其中，V1i为通过激光回馈干涉仪(4)读取的与第i个测点相对应的第i个系统测点的输出信号；
步骤5、将所有测点的平面度偏差值按照一定的评定方法计算后，即可得到被测物(6)的待测面的平面度误差值。
2.如权利要求1所述的一种基于液面法的高精度大平面平面度检测方法，其特征在于：所述测量平台为花岗岩平台(1)。
3.如权利要求1所述的一种基于液面法的高精度大平面平面度检测方法，其特征在于：所述测量框架为花岗岩框架(3)。
4.如权利要求1所述的一种基于液面法的高精度大平面平面度检测方法，其特征在于：所述测量框架通过气浮垫(2)置于所述测量平台上，测量框架移动前，气浮垫(2)充气，气浮垫(2)充气完毕后，将测量框架移动至指定位置，随后，气浮垫(2)放气，使得测量框架重又落在所述测量平台上。
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WD01 Invention patent application deemed withdrawn after publication

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