平面度的测量

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1、平面度测量工作单位：广东技术师范学院机电学院机械精度检测实验室 刘涵章 关键词：平面度 平面度误差 三远点法 三角形准则 对角线准则 对角线法 目录一、什么是平面度二、平面度误差值的各种评定方法三、误差值评定的步骤：四、实验教学中的实验仪器和实验步骤：五、平面度误差值的各种评定方法应用举例六、总结什么是平面度首先谈一谈什么是平面度，平面度就是实际平面相对理想平面的变动量。换句话说，就 是被测平面具有的宏观凹凸高度相对理想平面的偏差。也可以说成是平整程度。平面度公差是实际外表对平面所允许的最大变动量。也就是用以限制实际外表加工误差 所允许的变动范围。这个变动范围可以在图样上给出。可以插入一个图二

2、、平面度误差值的各种评定方法1.最小区域判别准则：由两个平行平面包容实际被测平面S时，S上至少有四个极点分别与这两个平行平面接 触，且满足以下条件之一：1至少有三个高低极点与一个平面接触，有一个低高 极点与另一个平面接触，并且这一个极点的投影落在上述三个极点连成的三角形内三角形 准则；2至少有两个高极点和两个低级点分别与这两个平行平面接触，并且高极点连线 和低极点连线在空间呈交叉状态交叉准则；这两个平行平面之间的区域即为最小区域， 该区域的宽度即为符合定义的平面度误差值。就是最高点与最低点的差值。如以下图所示:2.二远点平面法和对角线平面法：平面度误差值还可以用对角线平面法和三远点法评定。对角

3、线平面法是指以通过实际被 测平面一条对角线两个角点的连线且平行另一条对角线其余两个角点的连线的平面 作为评定基准，取各测点相对于它的偏离值中最大偏离值正值或零与最小偏离值零或 负值之差作为平面误差值。三远点平面法是指以通过被测平面上相距最远的三个点构成的平面作为评定基准，取各 测点相对于它的偏离值中最大偏离值正值或零与最小偏离值零或负值之值差作为平 面度误差值。应当指出，由于从实际被测平面上选取相距最远的三个点有多种可能，因此按 三远点平面法评定的平面度误差值不是唯一的，有时候差异颇大。评定过程就是根据上述判别准则去寻找符合最小条件的理想平面位置的过程。可有多种数据 处理方法，其中旋转法为最基

4、本的方法。此法适用于前述各种测量方法获得的统一坐标值的 数据处理。三、误差值评定的步骤:1）建立零平面：目的是有利于观察。2）选择旋转轴：以使各点数值关系符合判别准则。3）确定旋转量：要使旋转后两目标点的数值相等。4）计算变换后的数值：此时仍未符合判别准则。5）再选旋转轴；6）确定旋转量；7）计算变换后的数值，直至符合准则。四、实验教学中的实验仪器和实验步骤:1实验原理：把被测样板安放在测量平板上，以测量平板为测量基准，按网格位置记录各点 读数值。选择评定法则，评定被测样板的平面度误差合格性。运用千分表读数，实验仪器如 上图所示。2. 实验内容及步骤：1）按3行，3列等距离划分被测样板。2）把

5、被测样板安放在测量平板上，分别测量九点位置的读数值。3）选一种评定方法评定平面度误差。4平面度公差12.5 umo五、平面度误差值的各种评定方法应用举例1、三远点法三远点评定法举例：坐标位置图：（图2-4-1）0 +1+2-77.3-6A1,1A1,2A1,3A2,1A2,2A2,3按其相应位置测量 出的数据TA3,1A3,2A3,3设： A1,1 = A1,3 = A3,2 三点为一平面。 得方程组： 0 = 2X+0Y-6 = 1X+2Y-11解方程得： X = +3 Y = +4把X； Y值代入各相应位置，即:0X+0Y+01X+0Y+12X+0Y+20X+1Y-71X+1Y-2X+1Y

6、-60X+2Y-7000-2.3-3.7-3.3+1.90代入X、 Y的值再整 理得到：求出Al,l = Al,3 = A3,2三点（等值）为一平面后，以此作为基准J平面。平移J 平面到最高点+1.9处为高平面E,平移J平面到最低点-3.7处为低平面I,高平面 E与低平面I um我们在文章的开头有讲到，如果选择不同的三个点，所得到的的误差值是不同的，下面 我们可以尝试一下，选择A12、A31、A33，会得到怎样的结果坐标位置图: （图2-4-1）A1,1A1,2A1,30+1+2A2,1A2,2A2,3按其相应位置测量 出的数据9-7-7.3-6A3,1A3,2A3,3设： A1,2=A3,1

7、=A3,3 三点为一平面。得方程组： 1X+0Y+1=0X+2Y-7.4=0X+0Y+01X+0Y+12X+0Y+20X+1Y-71X+1Y-2X+1Y-60X+2Y-7学习文档把X； Y值代入各相应位置，即:求出A1,2=A3,1=A3,3三点（等值）为一平面后，以此作为基准J平面。平移J平面到 最高点+1.8处为高平面E,平移J平面到最低点-3.25处为低平面I,高平面E与低 平面Ium,得到了不相同的结果，可以了解到，所选择的的三个点不同时，所得到的的误 差结果是不一样的。这是三远点法求平面度误差的特征。2、三角形准则至少有三个高低极点与一个平面接触，有一个低高极点与另一个平面接触，并且

8、这一个极点的投影落在上述三个极点连成的三角形内三角形准则；我们来观察以上数 据的结果：+18（ Al,3-205（A2,3）+09（A3,3）0（Al,l）09 （ Al,2）一2.75（a2,i） 一3.25 02,2） +9（A3,l）-01（A3,2我们可以看出最高点1.8没有包括在三个0.9的数据所形成的三角形之内。因此，不符 合三角形准则，这就需要对各点的坐标再一次地进行旋转。现在选择A13、A33、A31作为 三个最高点，对各点坐标进行旋转。0X+0Y+01X+0Y+2X+0Y0X+1Y 1X+1Y-2X+1Y-0X+2Y1X+2Y2X+2Y2X+0Y+18=0X+2Y+09=2X

9、+2Y解的X=o, Y=0.45，代入以上各个点的方程之中，可以得到以下的结果:0一230一28+1.63、对角线法使用以下这组数据作为例子：0+1+2-7-7.3-6Al,lA1,2A1,3A2,1A2,2A2,3A3,1A3,2A3,3各个点的下标：0X+0Y+01X+0Y+12X+0Y+20X+1Y-71X+1Y-2X+1Y-60X+2Y-7对角线相等，所以 OX+OY+O 二，0X+2Y-7.4 = 2X+0Y+2,解得 x=0.55, Y=4.15, 将 X、Y 代回以上各个方程中，获得最终的结果：m。4、交叉准则+5Al,l)一3Al,2)+8Al,3)【旋转轴数值不变】【+-07

10、5【+一15一1A2,l)-2(A2,2)一4A2,3)【+0.75】【旋转轴数值不变】+ 一075+5A3,l)+4A3,2)一1A3,3)【+15】【+075】【旋转轴数值不变】以上一组的数据为例，先以Al,lA3,3为旋转轴，得到如下数据+5Al,l)一375 “)+65ai,3)一025a2,i)-2A2,2)-4.75 显,3)+65a3,i)+4.75a3,2)-1A3,3)再进行旋转，以 A3,l Al,3 为轴进行旋转，+5Al,l)-3.75 亦2)+65(Al,3)+-1【+-05【旋转轴数据不变】一025 a2,i)-2A2,2)-4.75 显,3)+ 一05【旋转轴数据

11、不变】【+05】+65a3,i)+475 a3,2)-1A3,3)【旋转轴数据不变】【+文档】又供参考【+1】得到如下数据：+4(A1,1)-4.25(ai,2+65缶,3一075 1a2,i)-2(A2,2)-425(A2,3+65a3,i)+525a3,2)0(A3,3由以上数据可知，A12=A23，由这两个最低点所确定直线与两个最高点A31=A13 一卩 m。接下来，我们来看某个平面上一组五行五列的数据。单位：um0-6-3-27-361918-1018-1710-9-18-198-17-54-2301-36-31-101001先将平面上所有的数值都减去19,得到第二个表格的读数。2如下

12、图，以0-9为旋转轴，旋转后得到第三个表格的数据。.3 -込讥-19-25-22-46、O-37-29-37-3S-38、76-55、X-19h-is、辿J丄 i-ia+9+6+30-70为旋转轴，旋转得到最后的表格。如下图，以-46-2835. 5-34-59.5-70-4.5-43-36.5-46-46.5-9-29.5- 40-42.5-33-31. 5-70-40. 5-19-19.5-46-42.5-23-4.5-164可以看到，两个最低点的数值为-4.5，两个最高点的数值为-70，因此，该平面 的平面度的误差=-4.5 -70=65.5六总结无论是取点多，还是取点少，都可以列方程计

13、算出旋转量，如果是五行五列，甚至是更 多的行列，有可能就要进行多次的旋转。因为，旋转一两次，不一定就能符合判别准则。最 后，总结一些平面度的实验方法：1、平晶干预法：用光学平晶的工作面表达理想平面，直接以干预条纹的弯曲程度确定 被测外表的平面度误差值。主要用于测量小平面，如量规的工作面和千分尺测头测量面的平 面度误差。平面是由直线组成的，因此直线度测量中直尺法、光学准直法、光学自准直法、重力法 等也适用于测量平面度误差。测量平面度时，先测出假设干截面的直线度，再把各测点的量 值按平面度公差带定义（见形位公差）利用图解法或计算法进行数据处理即可得出平面度误 差。也有利用光波干预法和平板涂色法测量平面误差的。光波干预法常利用平晶进行，图为测量所得的不同干预条纹。图中a的干预条纹是直的，而且间距相等,只在周边上稍有弯曲。这说明被检验外表是平 的，但与光学平晶不平行，而在圆周部分有微小的偏差。图中b的干预条纹弯曲而且间隔不相等，说明被检验外表是球形的，平晶有微小倾斜。 条纹弯曲度约为条纹间距的1.5倍，表示平面度误差Xuumo图中c的干预条纹呈圆形，同样说明被检验外表是球形外表。将条纹数目乘以所用光束 Xyym。图中d的干预条纹成椭圆形排列，说明被检验外