平面度精密測量方法課件

2022/10/26平面度的精密

測量機械工程學院2022/10/21平面度的精密

測量平面度的基本概念傳統(tǒng)平臺平面度檢測原理示意圖

平面度是指基片具有的宏觀凹凸高度相對理想平面的偏差。公差帶是距離為公差值的兩平行平面之間的區(qū)域。

平面度誤差是指被測實際表面對其理想平面的變動量。平面度的基本概念傳統(tǒng)平臺平面度檢測原理示意圖平面度是指平面度的精密測量方法平板測微儀法液平面法水平儀測量法自準直儀測量法激光平面干涉儀測量法等其他精密測量方法平面度的精密測量方法平板測微儀法1、平板測微儀法（指示器法）測量原理：指示器在平板上移動，按實際被測平面上選定的布點測取由指示器示值反映出的各測量點相對于測量基準的數(shù)據(jù)，再經(jīng)過數(shù)據(jù)處理評定出平面度誤差。在整個測量過程中，測量基準固定不動。特點：該方法測量精度低，適合于中小型平面的低精度測量。1、平板測微儀法（指示器法）測量原理：指示器在平板上移動，按2、液平面法測量原理：液面法測量平面度誤差以連通器的工作原理為基礎(chǔ)。由于重力影響，連通器的兩側(cè)液面等高，以液體構(gòu)成的平面作為測量基準，按照提前設(shè)定的布點測量出被測平面上各點相對測量基準的偏移量，經(jīng)過數(shù)據(jù)處理進而獲得平面度誤差。特點：1、適合于測量連續(xù)或者不連續(xù)的大平面的平面度；2、由于工作液體有一定的粘度，測量過程中要使連通器的兩邊的液位保持一定時間，故測量時間較長;3、由于液體對溫度的變化非常敏感，使得實際測量中讀數(shù)不準確，分散性大，故適用于測量精度較低的平面。2、液平面法測量原理：液面法測量平面度誤差以連通器的工作原理2022/10/26

如圖所示，連通器的兩邊A和B用軟管2把液體連通，用傳感器或者液面計高器1測量液面的高度。測量時，首先將連通器的兩邊放在被測平面的同一個位置上，調(diào)整兩個傳感器的零位。然后，將其中一邊固定在該位置上，另一邊逐點移動到選定的測量點進行測量，同時記錄各點示值相對于零位示值的差值。將這些差值分別乘以二，獲得各點相對于測量基準的偏移量，再把這些偏移量進行數(shù)據(jù)處理，用以評定平面的平面度誤差。液平面法測量平面度誤差示意圖2022/10/21如圖所示，連通器的兩邊A和B用軟3、水平儀測量法測量原理：使用水平儀測量，首先要根據(jù)被測平面的實際形狀和尺寸，選擇布點形式，確定各條測量線的分段數(shù)和橋板的跨距。測量時，將水平儀固定在橋板上，橋板置于被測平面上，按照一定的布點形式首尾銜接的移動橋板，測出被測平面上相鄰點相對于測量基準面(自然水平面)的傾斜角，通過數(shù)據(jù)處理求出被測平面的平面度誤差值。3、水平儀測量法測量原理：使用水平儀測量，首先要根據(jù)被測平面DEG電子水平儀特點：1、適用于測量小角度，廣泛用于工件表面的直線度和平面度測量；2、測量精度高、穩(wěn)定性好、體積小、攜帶方便；3、測量時，需要反復挪動儀器的位置，記錄各測點的數(shù)據(jù)，費時、費力，調(diào)整時間長，記錄完數(shù)據(jù)后還要進行繁瑣的數(shù)據(jù)處理。DEG電子水平儀特點：1、適用于測量小角度，廣泛用于工件表面4、自準直儀測量法測量原理：光線通過位于物鏡焦平面的分劃板后，經(jīng)物鏡形成平行光。平行光被垂直于光軸的反射鏡反射回來，再通過物鏡后在焦平面上形成分劃板標線像與標線重合。當反射鏡傾斜一個微小角度α角時，反射回來的光束就傾斜2α角，通過數(shù)據(jù)處理求得被測平面的平面度誤差。分類：光學自準直儀、光電自準直儀、數(shù)字自準直儀。特點：測量簡便、測量尺寸不受限制，但其測量跨距一般不小于100毫米,測點稀，這就難以完整地描述表面形狀。4、自準直儀測量法測量原理：光線通過位于物鏡焦平面的分劃板后1401型平面度檢查儀根據(jù)光學自準直原理設(shè)計，它可以精確地測量平板等的平面度誤差1401型平面度檢查儀根據(jù)光學自準直原理設(shè)計，它可以精確地2022/10/26ELCOMAT系列電子自準直儀ELCOMATHR，世界最高精度的自準直儀，精度±0.01秒2022/10/21ELCOMAT系列電子自準直儀ELCOM5、激光平面干涉儀測量法測量原理：激光平面干涉儀基于等厚干涉原理，光源輸出的光束經(jīng)過擴束準直后成為平行光垂直入射到參考面和被測面，經(jīng)反射后．攜帶各自波面信息的兩束光相遇并產(chǎn)生干涉條紋。通過計算干涉條紋直徑范圍內(nèi)的彎曲量與條紋間隔的比值乘以λ／2(λ為所用光源波長)來確定被測面的平面度。特點：操作簡單，數(shù)據(jù)直觀，主要用于平晶平面度的測量，測試精度有限。在激光平面干涉儀上拍攝的干涉圖5、激光平面干涉儀測量法測量原理：激光平面干涉儀基于等厚干涉美國ZYGOGPIXP/D4激光干涉儀

ZYGOGPI-XP干涉儀以相干渉術(shù)為原理，采用裴索光路得到干涉條紋。利用三平面互檢法進行數(shù)據(jù)處理可得到被測平面的各項數(shù)據(jù)。測試精度較高，可檢測相互垂直的2個方向上的平面度數(shù)據(jù)并自帶計算程序，也可進行全平面測量。該儀器對環(huán)境變化比較敏感，應(yīng)在密閉空間進行實驗，保持空氣平穩(wěn)減少干擾。美國ZYGOGPIXP/D4激光干涉儀

ZYGOG2022/10/26HP5528A雙頻激光測量系統(tǒng)測平面度測量原理：如圖所示，為雙頻激光器，偏振面相互垂直的兩偏振光f1和f2，經(jīng)渥拉斯頓棱鏡2后，f1f2光分開成夾角θ垂直射向雙面反射鏡3的兩個反射面，并由兩個反射面返回接收器，其中兩反射面的夾角α與θ互補。測量時，雙面反射鏡3固定不動，當棱鏡2隨底座4沿被測表面移動，因各采樣點高低不平而使棱鏡2有上下位移時一，f1光和f2光之間光程差發(fā)生變化，由顯示器便可測得被測表面各采樣點高低不平的數(shù)值。然后通過數(shù)據(jù)處理，最后得到該平面的平面度誤差值。渥拉斯頓棱鏡是一種由天然方解石晶體制成的雙折射偏光器件，入射一束無偏光束，將被分成2個偏振方向互相垂直的線偏振光束。兩束光的分離角相對光軸而言大致是對稱的。2022/10/21HP5528A雙頻激光測量系統(tǒng)測平面度測衍射平面基準法

——精密大平面平面度測量新方法反射式衍射光原理圖光纖準直系統(tǒng)發(fā)出的準直光束垂直入射到光柵上，各衍射級次在空間形成一平面基準，這樣，如果入射光束是穩(wěn)定的，光柵是固定的，那么各衍射級次形成的平面也是穩(wěn)定的，只需挪動光電探測器即可測出被測面上不同點離光束基準平面的距離，通過數(shù)據(jù)處理，即可得到被測平面度。衍射平面基準法

——精密大平面平面度測量新方法反射2022/10/26參考文獻1、《平板平面度測試系統(tǒng)的研制》，田緒東，青島科技大學；2、《高精度平面度測量方法的研究》，張之江等，上海大學；3、《平晶平面度測量方法的研究》，張佳媛等，上海市計量測試技術(shù)研究院；4、《精密大平面平面度測量的一種新方法——衍射平面基準法的研究》，施杰等，上海交通大學。2022/10/21參考文獻1、《平板平面度測試系統(tǒng)的研制》2022/10/26平面度的精密

測量機械工程學院2022/10/21平面度的精密

測量平面度的基本概念傳統(tǒng)平臺平面度檢測原理示意圖

平面度是指基片具有的宏觀凹凸高度相對理想平面的偏差。公差帶是距離為公差值的兩平行平面之間的區(qū)域。

平面度誤差是指被測實際表面對其理想平面的變動量。平面度的基本概念傳統(tǒng)平臺平面度檢測原理示意圖平面度是指平面度的精密測量方法平板測微儀法液平面法水平儀測量法自準直儀測量法激光平面干涉儀測量法等其他精密測量方法平面度的精密測量方法平板測微儀法1、平板測微儀法（指示器法）測量原理：指示器在平板上移動，按實際被測平面上選定的布點測取由指示器示值反映出的各測量點相對于測量基準的數(shù)據(jù)，再經(jīng)過數(shù)據(jù)處理評定出平面度誤差。在整個測量過程中，測量基準固定不動。特點：該方法測量精度低，適合于中小型平面的低精度測量。1、平板測微儀法（指示器法）測量原理：指示器在平板上移動，按2、液平面法測量原理：液面法測量平面度誤差以連通器的工作原理為基礎(chǔ)。由于重力影響，連通器的兩側(cè)液面等高，以液體構(gòu)成的平面作為測量基準，按照提前設(shè)定的布點測量出被測平面上各點相對測量基準的偏移量，經(jīng)過數(shù)據(jù)處理進而獲得平面度誤差。特點：1、適合于測量連續(xù)或者不連續(xù)的大平面的平面度；2、由于工作液體有一定的粘度，測量過程中要使連通器的兩邊的液位保持一定時間，故測量時間較長;3、由于液體對溫度的變化非常敏感，使得實際測量中讀數(shù)不準確，分散性大，故適用于測量精度較低的平面。2、液平面法測量原理：液面法測量平面度誤差以連通器的工作原理2022/10/26

如圖所示，連通器的兩邊A和B用軟管2把液體連通，用傳感器或者液面計高器1測量液面的高度。測量時，首先將連通器的兩邊放在被測平面的同一個位置上，調(diào)整兩個傳感器的零位。然后，將其中一邊固定在該位置上，另一邊逐點移動到選定的測量點進行測量，同時記錄各點示值相對于零位示值的差值。將這些差值分別乘以二，獲得各點相對于測量基準的偏移量，再把這些偏移量進行數(shù)據(jù)處理，用以評定平面的平面度誤差。液平面法測量平面度誤差示意圖2022/10/21如圖所示，連通器的兩邊A和B用軟3、水平儀測量法測量原理：使用水平儀測量，首先要根據(jù)被測平面的實際形狀和尺寸，選擇布點形式，確定各條測量線的分段數(shù)和橋板的跨距。測量時，將水平儀固定在橋板上，橋板置于被測平面上，按照一定的布點形式首尾銜接的移動橋板，測出被測平面上相鄰點相對于測量基準面(自然水平面)的傾斜角，通過數(shù)據(jù)處理求出被測平面的平面度誤差值。3、水平儀測量法測量原理：使用水平儀測量，首先要根據(jù)被測平面DEG電子水平儀特點：1、適用于測量小角度，廣泛用于工件表面的直線度和平面度測量；2、測量精度高、穩(wěn)定性好、體積小、攜帶方便；3、測量時，需要反復挪動儀器的位置，記錄各測點的數(shù)據(jù)，費時、費力，調(diào)整時間長，記錄完數(shù)據(jù)后還要進行繁瑣的數(shù)據(jù)處理。DEG電子水平儀特點：1、適用于測量小角度，廣泛用于工件表面4、自準直儀測量法測量原理：光線通過位于物鏡焦平面的分劃板后，經(jīng)物鏡形成平行光。平行光被垂直于光軸的反射鏡反射回來，再通過物鏡后在焦平面上形成分劃板標線像與標線重合。當反射鏡傾斜一個微小角度α角時，反射回來的光束就傾斜2α角，通過數(shù)據(jù)處理求得被測平面的平面度誤差。分類：光學自準直儀、光電自準直儀、數(shù)字自準直儀。特點：測量簡便、測量尺寸不受限制，但其測量跨距一般不小于100毫米,測點稀，這就難以完整地描述表面形狀。4、自準直儀測量法測量原理：光線通過位于物鏡焦平面的分劃板后1401型平面度檢查儀根據(jù)光學自準直原理設(shè)計，它可以精確地測量平板等的平面度誤差1401型平面度檢查儀根據(jù)光學自準直原理設(shè)計，它可以精確地2022/10/26ELCOMAT系列電子自準直儀ELCOMATHR，世界最高精度的自準直儀，精度±0.01秒2022/10/21ELCOMAT系列電子自準直儀ELCOM5、激光平面干涉儀測量法測量原理：激光平面干涉儀基于等厚干涉原理，光源輸出的光束經(jīng)過擴束準直后成為平行光垂直入射到參考面和被測面，經(jīng)反射后．攜帶各自波面信息的兩束光相遇并產(chǎn)生干涉條紋。通過計算干涉條紋直徑范圍內(nèi)的彎曲量與條紋間隔的比值乘以λ／2(λ為所用光源波長)來確定被測面的平面度。特點：操作簡單，數(shù)據(jù)直觀，主要用于平晶平面度的測量，測試精度有限。在激光平面干涉儀上拍攝的干涉圖5、激光平面干涉儀測量法測量原理：激光平面干涉儀基于等厚干涉美國ZYGOGPIXP/D4激光干涉儀

ZYGOGPI-XP干涉儀以相干渉術(shù)為原理，采用裴索光路得到干涉條紋。利用三平面互檢法進行數(shù)據(jù)處理可得到被測平面的各項數(shù)據(jù)。測試精度較高，可檢測相互垂直的2個方向上的平面度數(shù)據(jù)并自帶計算程序，也可進行全平面測量。該儀器對環(huán)境變化比較敏感，應(yīng)在密閉空間進行實驗，保持空氣平穩(wěn)減少干擾。美國ZYGOGPIXP/D4激光干涉儀

ZYGOG2022/10/26HP5528A雙頻激光測量系統(tǒng)測平面度測量原理：如圖所示，為雙頻激光器，偏振面相互垂直的兩偏振光f1和f2，經(jīng)渥拉斯頓棱鏡2后，f1f2光分開成夾角θ垂直射向雙面反射鏡3的兩個反射面，并由兩個反射面返回接收器，其中兩反射面的夾角α與θ互補。測量時，雙面反射鏡3固定不動，當棱鏡2隨底座4沿被測表面移動，因各采樣點高低不平而使棱鏡2有上下位移時一，f1光和f2光之間光程差發(fā)生變化，由顯示器便可測得被測表面各采樣點高低不平的數(shù)值。然后通過數(shù)據(jù)處理，最后得到該平面的平面度誤差值。渥拉斯頓棱鏡是一種由天然方解石晶體制成的雙折射偏光器件，入射一束無偏光束，將被分成2個偏振方向互相垂直的線偏振光束。兩束光的分離角相對光軸而言大致是對稱的。2022/10/21HP5528A雙頻激光測量系統(tǒng)測平面度測衍射平面基準法

——精密大平面平面度測量新方法反射式衍射光原理圖光纖準直系統(tǒng)發(fā)出的準直光束垂直入射到光柵上，各衍射級次在空間形成一平面基準，這樣，如果入射光束是穩(wěn)定