CN111721255A - 一种平面度检测方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种平面度检测方法及系统。所述方法包括获取待测平面和标准水平基台；将所述待测平面放置在所述标准水平基台；以所述标准水平基台为xoy平面，利用数据采集器确定所述待测平面上的多个测量点的位置坐标；对多个所述测量点的位置坐标进行数据拟合，确定所述待测平面的回归方程；根据所述回归方程计算所述待测平面的两个互相平行的最小包容平面；根据两个所述互相平行的最小包容平面之间的距离确定所述待测平面的平面度误差。本发明所提供的一种平面度检测方法及系统，提高平面的平面度检测的准确性。

Description

一种平面度检测方法及系统

技术领域

本发明涉及平板的平面度检测领域，特别是涉及一种平面度检测方法及系统。

背景技术

平面度误差是指被测实际表面相对基准平面(理想平面)的变动量，基准平面的位置应符合最小条件，在机加工领域是一个重要的形位公差，平板平面度误差的检定，是通过被测实际表面与理想平面相比较来进行的，一般的，平面度误差的检测方法有以下四种：

三远点法，通过实际被测表面上相距最远的三个点所组成的平面作为判定基准平面，以平行于此基准平面，且具有最小距离的两包容平面之间的距离作为平面度误差值；

对角线法，通过实际被测平面上的一条对角线，且平行于另一条对角线所作的平面作为判定基准平面，平行于此基准面且具有最小距离的两包容平面之间的距离作为平面的误差值；

最小二乘法，以实际被测表面的最小二乘平面作为判定基准面，以平行于其最小二乘平面，且具有最小距离的两包容平面之间的距离作为平面度误差值，其中，最小二乘平面是使实际被测平面上各点与该平面的距离的平方和为最小值的平面；

最小区域法，此方法是以包容实际被测表面的最小包容平面的宽度作为平面度误差，是一种符合平面度误差定义的评定方法。

上述的这四种平面度检测方法是较为标准的检测方法，基于这四种检测方法，工程上较为常用的检测方式有：平晶干涉法、打表测量法、液体平面法、光束平面法、激光平面度测量仪法、百分表法等等。

虽然上述的这四种平面度检测方法属于比较标准的检测方法，但是，这四种方法各自都存在着较大的局限性与缺陷。

三远点法与对角线法都属于较为传统的测量方法，由于人为和量具的原因，这两种方法测得的结果系统误差与随机误差一般都比较大，其测量结果也往往偏大，而且对于大尺寸平板的测量往往不易操作，而且除此之外，三远点法由于选取的三个点不唯一所以其得到的“理想平面”也不唯一，最终导致其测量结果不具有唯一性；对角线法虽然容易选取“理想平面”且测量结果具有唯一性，但所得数值往往偏大，最后，对于观察者而言，这两种方法还存在一个缺陷，即测量结果不直观，无法反映出被测平面的整体情况。

最小区域法虽然是根据最小条件原则提出的测定方法，它要求用两个平行平面包容实际平面，但是如何找到这两个平行平面却较为困难。

最小二乘平面法判定的误差虽然是唯一的，但这种方法在原则上与平面度误差的定义有所差别，其所得到的结果也偏大。

除上述所提及的缺陷外，最小区域法与最小二乘平面法也存在着测量结果不够直观的问题，即无法反映出被测平面的整体情况。

综上，现有技术中亟需一种平面度检测方法及系统，提高平面的平面度检测的准确性。

发明内容

本发明的目的是提供一种平面度检测方法及系统，提高平面的平面度检测的准确性。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

一种平面度检测方法，包括：

获取待测平面和标准水平基台；所述标准水平基台为基准平面；

将所述待测平面放置在所述标准水平基台；

以所述标准水平基台为xoy平面，利用数据采集器确定所述待测平面上的多个测量点的位置坐标；

对多个所述测量点的位置坐标进行数据拟合，确定所述待测平面的回归方程；

根据所述回归方程计算所述待测平面的两个互相平行的最小包容平面；

根据两个所述互相平行的最小包容平面之间的距离确定所述待测平面的平面度误差。

可选的，所述多个所述测量点的位置坐标采用多项式回归算法、指数逼近法、傅立叶逼近法、高斯逼近法或幂逼近法中的一种或多种方法进行数据拟合。

可选的，所述根据所述回归方程计算所述待测平面的两个互相平行的最小包容平面，具体包括：

根据所述待测平面的回归方程，采用最小条件原则确定所述待测平面的基准平面方程；

根据所述待测平面的回归方程和所述待测平面的基准平面方程确定所述待测平面上的最大值点和最小值点；

根据所述最大值点和所述最小值点确定所述待测平面的两个互相平行的最小包容平面。

可选的，所述根据两个所述互相平行的最小包容平面之间的距离确定所述待测平面的平面度误差，之后还包括：

根据所述待测平面的平面度误差绘制所述待测平面的物理图像。

一种平面度检测系统，包括：

获取模块，用于获取待测平面和标准水平基台；所述标准水平基台为基准平面；

设置模块，用于将所述待测平面放置在所述标准水平基台；

测量点确定模块，用于以所述标准水平基台为xoy平面，利用数据采集器确定所述待测平面上的多个测量点的位置坐标；

拟合模块，用于对多个所述测量点的位置坐标进行数据拟合，确定所述待测平面的回归方程；

最小包容平面确定模块，用于根据所述回归方程计算所述待测平面的两个互相平行的最小包容平面；

待测平面的平面度误差确定模块，用于根据两个所述互相平行的最小包容平面之间的距离确定所述待测平面的平面度误差。

可选的，所述多个所述测量点的位置坐标采用多项式回归算法、指数逼近法、傅立叶逼近法、高斯逼近法或幂逼近法中的一种或多种方法进行数据拟合。

可选的，所述最小包容平面确定模块具体包括：

基准平面方程确定单元，用于根据所述待测平面的回归方程，采用最小条件原则确定所述待测平面的基准平面方程；

值点确定单元，用于根据所述待测平面的回归方程和所述待测平面的基准平面方程确定所述待测平面上的最大值点和最小值点；

最小包容平面确定单元，用于根据所述最大值点和所述最小值点确定所述待测平面的两个互相平行的最小包容平面。

可选的，还包括：

物理图像绘制模块，用于根据所述待测平面的平面度误差绘制所述待测平面的物理图像。

根据本发明提供的具体实施例，本发明公开了以下技术效果：

本发明所提供的一种平面度检测方法及系统，通过以所述标准水平基台为xoy平面，利用数据采集器确定所述待测平面上的多个测量点的位置坐标，对测量点进行拟合得到待测平面的回归方程，再通过回归方程准确的确定所述待测平面的两个互相平行的最小包容平面，解决现有技术中最小包容平面不容易确定的问题。进而再通过最小包容平面确定所述待测平面的平面度误差。进而，提高了平面的平面度检测的准确性。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明所提供的一种平面度检测方法流程示意图；

图2为搭建的检测框架整体结构示意图；

图3为本发明通过多项式回归算法对待测平面拟合的图像；

图4为本发明通过指数逼近法对待测平面拟合的图像；

图5为本发明通过傅里叶逼近法对待测平面拟合的图像；

图6为本发明通过高斯逼近法对待测平面拟合的图像；

图7为本发明通过幂逼近法对待测平面拟合的图像；

图8为本发明标准水平基台的平面示意图；

图9为本发明所提供的一种平面度检测系统结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明的目的是提供一种平面度检测方法及系统，提高平面的平面度检测的准确性。

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

图1为本发明所提供的一种平面度检测方法流程示意图，本发明所提供的一种平面度检测方法，包括：

S101，获取待测平面和标准水平基台；所述标准水平基台为基准平面。

S102，将所述待测平面放置在所述标准水平基台。

S103，以所述标准水平基台为xoy平面，利用数据采集器确定所述待测平面上的多个测量点的位置坐标。

具体的搭建的检测框架整体结构如图2所示，所述检测装置包括标准水平基台1、检测框架2、第一线性模组3、第二线性模组4、第三线性模组5、第四线性模组6和数据采集器7。

具体的，选取一块尺寸为2500mm*2500mm的超薄TFT-LCD玻璃基板作为待测平面放置在一标准水平基台1上，在标准水平基台1上方搭建起一个矩形铝型材检测框架，在检测框架上设置四组线性模组，将数据采集器装设在竖直设置地线性模组的滑块上，以使数据采集器，以所述标准水平基台为xoy平面，确定所述待测平面上的多个测量点的位置坐标。

为了随机、均匀的遍布整个待测平面，每隔50mm采集一个测量点。即在X轴方向上线性模组每隔50mm为单位向前移动一次，每移动一次数据采集器都在Y轴方向上以50mm为单位取一个测量点，以此类推，一共可以在2500mm*2500mm的玻璃基板上采集到50*50个数据点。

S104，对多个所述测量点的位置坐标进行数据拟合，确定所述待测平面的回归方程；所述多个所述测量点的位置坐标采用多项式回归算法、指数逼近法、傅立叶逼近法、高斯逼近法或幂逼近法中的一种或多种方法进行数据拟合。

S105，根据所述回归方程计算所述待测平面的两个互相平行的最小包容平面。

根据所述待测平面的回归方程，采用最小条件原则确定所述待测平面的基准平面方程。

根据所述待测平面的回归方程和所述待测平面的基准平面方程确定所述待测平面上的最大值点和最小值点。

根据所述最大值点和所述最小值点确定所述待测平面的两个互相平行的最小包容平面。

S106，根据两个所述互相平行的最小包容平面之间的距离确定所述待测平面的平面度误差。

当数据拟合的方法为多项式回归算法时，具体的过程为：

根据公式z(x,y)＝P₀₀+P₁₀x+P₀₁y+P₁₁xy+...P_ijxⁱy^j和

将测量点的横坐标x_i作为列向量

赋值给变量x；与之相对应的所有数据点的纵坐标y_j作为列向量

赋值给变量y；与之相对应的所有点的真实测量值z_k作为列向量

赋值给变量z，调用上述多项式回归算法对2500组测量点所构成的平面z＝f(x，y)进行拟合，其中，2500组测量点具体如表1：

表1

根据上述2500个测量点得到的回归方程为：

z(x，y)＝p₀₀+p₁₀y+p₂₀x²+p₁₁xy+p₀₂y²+p₃₀x³+p₂₁x²y+p₁₂xy²

+p₀₃y³+p₄₀x⁴+p₃₁x³y+p₂₂x²y²+p₁₃xy³+p₀₄y⁴+p₅₀x⁵+p₄₁x⁴y

+p₃₂x³y²+p₂₃x²y³+p₁₄xy⁴+p₀₅y⁵。

进一步的，利用公式

确定和方差；利用公式

确定均方根。

根据对该模型下，多组结果的和方差、均方根情况，计算得到和方差SSE＝0.02051，均方根RMSE＝0.0287，所以显而易见地，二者均接近于0，这说明拟合数据与原始数据最为接近，拟合的效果较好。

对多组拟合结果进行比对，其最优拟合结果如表2下:

表2

根据所述待测平面的回归方程，采用最小条件原则确定所述待测平面的基准平面方程：

P(x，y)＝-0.01409x+0.006799y+49.99。

根据该基准平面与经过拟合的被测平面可以得到被测平面上的最大值点与最小值点，经过计算易得，其最大值点为N_max(1.5，50，51.0719exp-3)，最小值点为N_min(42.5，50，48.7558exp-3)，显而易见地，被测玻璃基板的平面度误差为平行于基准平面P(x,y)的两最小包容平面之间的距离，经计算，该被测玻璃基板的平面度误差约为0.002mm。

如图3所示，是被测玻璃基板表面的微观状况，该待测平面的中间区域较为平整，四周发生了翘边变形，这种特征可能是由玻璃在冷却过程中中心至边缘冷却不均引起的。

当数据拟合的方法为指数逼近法时，具体的过程为：

根据公式z(x，y)＝a*e^bx+c*e^dy+t将测量点的横坐标x_i作为列向量

赋值给变量x；与之相对应的所有数据点的纵坐标y_j作为列向量

赋值给变量y；与之相对应的所有点的真实测量值z_k作为列向量

赋值给变量z。对2500组测量点所构成的平面z＝f(x，y)进行拟合，2500组的测量点具体如表3所示：

根据2500组的测量点，得到的回归方程为：

z(x，y)＝0.01191e^0.07837x+8.206e^0.0005376y+41.53。

进而，得到和方差SSE＝0.02034，均方根RMSE＝0.02855，二者均接近于0，这说明拟合数据与原始数据较为接近，拟合的效果较佳。

根据所述待测平面的回归方程，采用最小条件原则确定所述待测平面的基准平面方程：

P(x，y)＝50.02+0.1455x+0.0371y。

根据标准水平基台与经过拟合的待测平面，可以得到待测平面上的最大值点与最小值点，最大值点为N_max(50,50,54.38exp-3)，最小值点为N_min(1,2,51.71exp-3)，显而易见地，待测平面的平面度误差为平行于标准水平基台P(x,y)的两最小包容平面之间的距离，经计算，该待测平面的平面度误差约为0.002mm。

如图4所示，是待测平面表面的微观状况，由图4可知，待测平面的整体均较为平整，该特征较为理想，被测玻璃基板的平面度较高。

当数据拟合的方法为傅立叶逼近法时，具体的过程为：

利用公式z(x，y)＝a₀+a₁cos(w₁x)+b₁sin(w₂x)+a₂cos(w₃y)+b₂sin(w₄y)测量点的横坐标x_i作为列向量

赋值给变量x；与之相对应的所有数据点的纵坐标y_j作为列向量

赋值给变量y；与之相对应的所有点的真实测量值z_k作为列向量

赋值给变量z。对2500组测量点所构成的平面z＝f(x，y)进行拟合，2500组的测量点具体如表4所示：

表4

根据2500组的测量点，得到的回归方程为：

z(x，y)＝50.01+0.1075cos(-5.292x)+0.0447sin(1.542x)-

0.1603cos(0.2271y)-0.04321sin(-0.8084y)。

进一步的，和方差SSE＝0.02127，均方根RMSE＝0.02919，所以显而易见地，二者均接近于0，这说明拟合数据与原始数据较为接近，拟合的效果较佳。

根据所述待测平面的回归方程，采用最小条件原则确定所述待测平面的基准平面方程：

P(x，y)＝50-0.03356x-0.04625y。

根据标准水平基台与经过拟合的待测平面，可以得到待测平面上的最大值点与最小值点，最大值点为N_max(14.5，19.5，50.2129exp-3)，最小值点为N_min(25.7，8，49.7851exp-3)，显而易见地，待测平面的平面度误差为平行于标准水平面P(x,y)的两最小包容平面之间的距离，经计算，该待测平面的平面度误差约为0.004mm。

如图5所示，是待测平面的表面的微观状况，由图5可知，该待测平面的整体均较为平整，该特征较为理想，待测平面的平面度较高。

当数据拟合的方法为高斯逼近法时，具体的过程为：

利用公式

将测量点的横坐标x_i作为列向量

赋值给变量x；与之相对应的所有数据点的纵坐标y_j作为列向量

赋值给变量y；与之相对应的所有点的真实测量值z_k作为列向量

赋值给变量z。对2500组测量点所构成的平面z＝f(x，y)进行拟合，2500组的测量点具体如表5所示：

表5

根据2500组的测量点，得到的回归方程为：

进一步的，和方差SSE＝0.019，均方根RMSE＝0.028，所以显而易见地，二者均接近于0，这说明拟合数据与原始数据较为接近，拟合的效果较佳。

根据所述待测平面的回归方程，采用最小条件原则确定所述待测平面的基准平面方程：

P(x，y)＝50.03-0.01592x-0.02355y。

根据标准水平基台与经过拟合的待测平面，可以得到待测平面上的最大值点与最小值点，最大值点为N_max(27，32，54.91exp-3)，最小值点为N_min(5，2，45.40exp-3)，显而易见地，待测平面的平面度误差为平行于标准水平基台P(x,y)的两最小包容平面之间的距离，经计算，该待测平面的平面度误差约为0.01mm。

如图6所示，是待测平面表面的微观状况，由图6可知，待测平面的整体起伏均匀，该特征可能是受到了玻璃原材料的影响。

当数据拟合的方法为幂逼近法时，具体的过程为：

利用公式z(x，y)＝ax^b+cy^d+t测量点的横坐标x_i作为列向量

赋值给变量x；与之相对应的所有数据点的纵坐标y_j作为列向量

赋值给变量y；与之相对应的所有点的真实测量值z_k作为列向量

赋值给变量z。对2500组测量点所构成的平面z＝f(x，y)进行拟合，2500组的测量点具体如表6所示：

表6

根据2500组的测量点，得到的回归方程为：

z(x，y)＝-28.47x^3.811exp-4-0.03734y^0.4918+78.68。

进一步的，和方差SSE＝0.021，均方根RMSE＝0.03，所以显而易见地，二者均接近于0，这说明拟合数据与原始数据较为接近，拟合的效果较佳。

根据所述待测平面的回归方程，采用最小条件原则确定所述待测平面的基准平面方程：

P(x，y)＝50.04+0.03512x-0.0636y。

根据标准水平基台与经过拟合的待测平面，可以得到待测平面上的最大值点与最小值点，最大值点为N_max(50，1，54.63exp-3)，最小值点为N_min(1，50，48.64exp-3)，显而易见地，待测平面的平面度误差为平行于标准水平面P(x,y)的两最小包容平面之间的距离，经计算，该待测平面的平面度误差约为0.0006mm。

如图7所示，是待测平面的表面的微观状况，由图7可知，该待测平面的平面较为平整，表面特征非常理想，平面度误差非常小。

图8为本发明标准水平基台的平面示意图，如图3-图8所示，将待测平面和标准水平基台的微观状态进行绘制，更加直观的呈现出来。

这种大尺寸、超薄玻璃基板的平面度误差受多方面因素的综合影响，例如，基板自身的厚度、尺寸、支撑方式、制作材料、加工工艺、及其内部应力的分布等等，受不同因素影响的玻璃基板平面特征往往不同，通过合理地选择拟合方法，则有利于提高检测精度。

根据所述待测平面的平面度误差绘制所述待测平面的物理图像。

图9为本发明所提供的一种平面度检测系统结构示意图，如图9所示，本发明所提供的一种平面度检测系统，包括：获取模块901、设置模块902、测量点确定模块903、拟合模块904、最小包容平面确定模块905和待测平面的平面度误差确定模块906。

获取模块901用于获取待测平面和标准水平基台；所述标准水平基台为基准平面；

设置模块902用于将所述待测平面放置在所述标准水平基台；

测量点确定模块903用于以所述标准水平基台为xoy平面，利用数据采集器确定所述待测平面上的多个测量点的位置坐标；

拟合模块904用于对多个所述测量点的位置坐标进行数据拟合，确定所述待测平面的回归方程；所述多个所述测量点的位置坐标采用多项式回归算法、指数逼近法、傅立叶逼近法、高斯逼近法或幂逼近法中的一种或多种方法进行数据拟合。

最小包容平面确定模块905用于根据所述回归方程计算所述待测平面的两个互相平行的最小包容平面；

待测平面的平面度误差确定模块906用于根据两个所述互相平行的最小包容平面之间的距离确定所述待测平面的平面度误差。

所述最小包容平面确定模块905具体包括：基准平面方程确定单元、值点确定单元和最小包容平面确定单元。

基准平面方程确定单元用于根据所述待测平面的回归方程，采用最小条件原则确定所述待测平面的基准平面方程；

值点确定单元用于根据所述待测平面的回归方程和所述待测平面的基准平面方程确定所述待测平面上的最大值点和最小值点；

最小包容平面确定单元用于根据所述最大值点和所述最小值点确定所述待测平面的两个互相平行的最小包容平面。

本发明所提供的一种平面度检测系统，还包括：物理图像绘制模块。

物理图像绘制模块用于根据所述待测平面的平面度误差绘制所述待测平面的物理图像。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的系统而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。

本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (8)

1.一种平面度检测方法，其特征在于，包括：

获取待测平面和标准水平基台；所述标准水平基台为基准平面；

将所述待测平面放置在所述标准水平基台；

以所述标准水平基台为xoy平面，利用数据采集器确定所述待测平面上的多个测量点的位置坐标；

对多个所述测量点的位置坐标进行数据拟合，确定所述待测平面的回归方程；

根据所述回归方程计算所述待测平面的两个互相平行的最小包容平面；

根据两个所述互相平行的最小包容平面之间的距离确定所述待测平面的平面度误差。

2.根据权利要求1所述的一种平面度检测方法，其特征在于，所述多个所述测量点的位置坐标采用多项式回归算法、指数逼近法、傅立叶逼近法、高斯逼近法或幂逼近法中的一种或多种方法进行数据拟合。

3.根据权利要求1所述的一种平面度检测方法，其特征在于，所述根据所述回归方程计算所述待测平面的两个互相平行的最小包容平面，具体包括：

根据所述待测平面的回归方程，采用最小条件原则确定所述待测平面的基准平面方程；

根据所述待测平面的回归方程和所述待测平面的基准平面方程确定所述待测平面上的最大值点和最小值点；

根据所述最大值点和所述最小值点确定所述待测平面的两个互相平行的最小包容平面。

4.根据权利要求1所述的一种平面度检测方法，其特征在于，所述根据两个所述互相平行的最小包容平面之间的距离确定所述待测平面的平面度误差，之后还包括：

根据所述待测平面的平面度误差绘制所述待测平面的物理图像。

5.一种平面度检测系统，其特征在于，包括：

获取模块，用于获取待测平面和标准水平基台；所述标准水平基台为基准平面；

设置模块，用于将所述待测平面放置在所述标准水平基台；

测量点确定模块，用于以所述标准水平基台为xoy平面，利用数据采集器确定所述待测平面上的多个测量点的位置坐标；

拟合模块，用于对多个所述测量点的位置坐标进行数据拟合，确定所述待测平面的回归方程；

最小包容平面确定模块，用于根据所述回归方程计算所述待测平面的两个互相平行的最小包容平面；

待测平面的平面度误差确定模块，用于根据两个所述互相平行的最小包容平面之间的距离确定所述待测平面的平面度误差。

6.根据权利要求5所述的一种平面度检测系统，其特征在于，所述多个所述测量点的位置坐标采用多项式回归算法、指数逼近法、傅立叶逼近法、高斯逼近法或幂逼近法中的一种或多种方法进行数据拟合。

7.根据权利要求5所述的一种平面度检测系统，其特征在于，所述最小包容平面确定模块具体包括：

基准平面方程确定单元，用于根据所述待测平面的回归方程，采用最小条件原则确定所述待测平面的基准平面方程；

值点确定单元，用于根据所述待测平面的回归方程和所述待测平面的基准平面方程确定所述待测平面上的最大值点和最小值点；

最小包容平面确定单元，用于根据所述最大值点和所述最小值点确定所述待测平面的两个互相平行的最小包容平面。

8.根据权利要求5所述的一种平面度检测系统，其特征在于，还包括：

物理图像绘制模块，用于根据所述待测平面的平面度误差绘制所述待测平面的物理图像。

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