一種平面度檢測裝置及方法
【專利摘要】本發明是一種平面度檢測裝置及方法，該裝置由標準平晶、調整座、基座、第一測長儀、第一調整座、聯接板、一維移動臺、二維移動臺、第二調整座、第二測長儀、被測件、第三調整座組成；用標準平晶的標準面與被測件的理論平面之間距離作為基準；將兩測長儀的測頭反向安裝，一測頭與標準平晶的平面接觸，另一測頭與被測件被測平面接觸；對標準平晶的平面和被測件的被測平面進行二維掃描測量，對兩測長儀記錄的數據處理，獲得被測件被測平面的平面度；本發明旨在用于消除二維移動臺的直線性對測量的影響，能對各連續平面及非連續平面平面度的測量，能測量二維移動臺的直線性，可測量微透鏡焦點的共面性，拓展標準平晶的高精度平面度檢測方法功能。
【專利說明】一種平面度檢測裝置及方法
【技術領域】
[0001]本發明屬于應用于光學和機械元件高精度平面度檢測、微透鏡焦點共面性檢測領域，涉及一種基于標準平晶的高精度平面度檢測裝置及方法。
【背景技術】
[0002]目前國內對光學和機械件高精度平面度的檢測主要儀靠圓度儀及三坐標測量機及干涉儀；圓度儀只能檢測環帶且非連續平面；高精度檢測中，三坐標測量機的精度不夠，干涉儀只能檢測反射面。
[0003]國外檢測高精度元件主要是運用高精度三坐標測量機及高精度二維移動臺加上高精度測長儀來檢測。
[0004]從國內目前檢測條件來看，無法達到檢測需求，高精度三坐標測量機及高精度二維移動臺國外對我國禁運，或者價格相當昂貴；特別是針對非接觸檢測的，國內尚無精確的檢測方法。
【發明內容】
[0005]為了克服現有二維移動臺檢測平面度時二維移動臺直線度對檢測結果的影響；本發明的目的是提出一種成本低、結構簡單、高精度用于檢測平面度接觸測量及非接觸測量的方法。
[0006]為達成所述目的，本發明第一方面提出一種平面度檢測裝置，該裝置是由標準平晶、調整座、基座、第一測長儀、第一調整座、聯接板、一維移動臺、二維移動臺、第二調整座、第二測長儀、被測件、第三調整座組成；其中基座包括第一基板、第二基板、第三基板和兩根框架，在兩根框架的上、中、下的位置分別固接第一基板、第二基板、第三基板；調整座安裝在第一基座上，將標準平晶通過調整座安裝在第一基座上；第三調整座安裝在第三基座上，被測件通過第三調整座安裝在第三基座上；標準平晶的標準平面與被測件的被測面相互平行放置；將二維移動臺安裝在第二基座上；一維移動臺安裝在二維移動臺上，用于組成三維平移臺；第一調整座安裝在聯接板上面，第二調整座安裝在聯接板下面，第一測長儀的底部置于第一調整座中，第二測長儀的底部置于第二調整座中，第一測長儀通過第一調整座安裝在聯接板上，第二測長儀通過第二調整座安裝在聯接板上，第一測長儀與第二測長儀的測頭反向安裝，第一測長儀的測頭與標準平晶平面接觸，第二測長儀的測頭與被測件的被測平面接觸；一維移動臺的工作面與聯接板的工作面聯接，再由第一測長儀、第二測長儀組成的檢測單元通過聯接板安裝在一維移動臺上；檢測時，由二維移動臺帶著由第一測長儀、第一調整座、聯接板、第二調整座、第二測長儀組成的測量單元，按設定步距對被測件進行二維掃描檢測，并對第一測長儀、第二測長儀自動記錄的示值進行數據分析，得到被測件被測平面的平面度。
[0007]為達成所述目的，本發明第二方面提出一種平面度檢測方法的技術方案是使用所述的平面度檢測裝置，該平面度檢測步驟包括:
[0008]步驟S1:用標準平晶的標準面與被測件的理論平面之間距離作為基準平面，用于消除二維移動臺的直線性對測量的影響；
[0009]步驟S2:將第一測長儀和第二測長儀的各一測頭反向安裝；
[0010]步驟S3:將一測頭與標準平晶的平面接觸，將另一測頭與被測件的被測平面接觸；
[0011]步驟S4:由二維移動臺帶著由第一調整座、聯接板、第二調整座組成的測量單元，對標準平晶的平面和被測件的被測平面進行二維掃描測量，對第一測長儀和第二測長儀記錄的數據進行分析，獲得到被測件的被測平面的平面度。
[0012]本發明與現有技術相比有如下優點:
[0013]本發明方法簡便，本發明能夠對各連續平面及非連續平面平面度的測量；同時也測量二維移動臺的直線性；也可將被測件換成微透鏡，并與之相關的高精度測長儀換成CCD成像系統，可測量微透鏡焦點的共面性，拓展了標準平晶的高精度平面度檢測裝置的功能。現有技術二維移動臺的直線度為0.005mm以上，本發明解決了現有二維移動臺掃描檢測時二維移動臺的直線度對檢測結果的影響，可實現對150mmX 150mm平面的平面度進行檢測，測量不確定度為0.0005mm ；
【專利附圖】
【附圖說明】
[0014]圖1為本發明基于標準平晶的高精度平面度檢測方法示意圖；
[0015]圖2為本發明中兩測高精度測長儀安裝位置關系示意圖；
[0016]圖3為本發明中種基于標準平晶的非接觸測量微透鏡焦點的共面性檢測裝置示意圖；
[0017]1-標準平晶， 2_平晶調整座，
[0018]3a_第一基板，3b_第二基板，
[0019]3c-第三基板，4-第一測長儀，
[0020]5-第一調整座，6-聯接板，
[0021 ]7- 一維移動臺，8- 二維移動臺，
[0022]9_第二調整座，10_第二度測長儀，
[0023]11_被測件， 12_第二調整座，
[0024]13-安裝座， 14-顯微成像單元，
[0025]15-微透鏡， 16-微透鏡安裝座，
[0026]17-平行光學系統。
【具體實施方式】
[0027]為了使本發明的目的、技術方案和優點更加清楚明白，以下結合具體實施例，并參照附圖，對本發明作進一步詳細說明。
[0028]本發明基于標準平晶的平面度檢測裝置用標準平晶I的標準面與被測件11的理論平面之間距離作為基準，旨在消除二維移動臺8的直線性對測量的影響，能夠對各連續平面及非連續平面平面度的測量。運用一個基準平面和兩個測長儀4、10，用于測量二維移動臺8的直線度。
[0029]如圖1基于標準平晶的平面度檢測裝置由標準平晶1、調整座2、基座、第一測長儀
4、第一調整座5、聯接板6、一維移動臺7、二維移動臺8、第二調整座9、第二測長儀10、被測件11、第三調整座12組成。其中基座包括第一基板3a、第二基板3b、第三基板3c和兩根框架3d，兩根在框架3d的上、中、下的位置分別固接第一基板3a、第二基板3b、第三基板3c，第一度測長儀4和第二測長儀10的精度均為0.0002mm,實現對150mmX 150mm平面的平面度進行檢測，測量不確定度為0.0005mm。
[0030]調整座2安裝在第一基座3a上，將標準平晶I通過調整座2安裝在第一基座3a上；第三調整座12安裝在第三基座3c上，將被測件11通過第三調整座12安裝在第三基座3c上；將標準平晶I的標準平面與被測件11的被測面相互平行放置；將二維移動臺8安裝在第二基座3b上；將一維移動臺7安裝在二維移動臺8上，用于組成三維平移臺；第一調整座5安裝在聯接板6上面，第二調整座9安裝在聯接板6下面，第一測長儀4的底部置于第一調整座5中，第二測長儀10的底部置于第二調整座9中，將第一測長儀4通過第一調整座5安裝在聯接板6上，將第二測長儀10通過第二調整座9安裝在聯接板6上，第一測長儀4與第二測長儀10的測頭反向安裝，第一測長儀4的測頭與標準平晶平面接觸，第二測長儀10的測頭與被測件11的被測平面接觸；一維移動臺7的工作面與聯接板6的工作面聯接，再將由第一測長儀4、第二測長儀10組成的檢測單元通過聯接板6安裝在一維移動臺7上；檢測時，由二維移動臺8帶著由第一測長儀4、第一調整座5、聯接板6、第二調整座9、第二測長儀10組成的測量單元，按設定步距對被測件11進行二維掃描檢測，并對第一測長儀4、第二測長儀10自動記錄的示值進行數據分析，得到被測件11被測平面的平面度。第一測長儀4、第二測長儀10的位置關系為測桿測長方向遵循阿貝原則。第一基板3a、第二基板3b、第三基板3c相互平行，且安置于兩根框架3d中。第一第一度測長儀4和第二測長儀10的精度為0.0002mm，實現對150mmX 150mm平面的平面度進行檢測，測量不確定度為
0.0005mm。
[0031]如圖2，第一測長儀4、第一調整座5、聯接板6，、第二調整座9、第二測長儀10的位置關系，第一測長儀4和第二測長儀10應反向安裝，兩測長儀測頭的同軸度應在Imm以內。
[0032]如圖3示出本發明基于標準平晶的平面度檢測裝置進行非接觸檢測時，當只要將第二測長儀10是顯微成像單元，被測件11是微透鏡時，微透鏡的物面與平行光學系統13的平行安放；檢測時，將顯微成像單元通過一維移動臺7及二維移動臺8能清晰地看到星點像，記下第一測長儀4的示值；通過二維移動臺8將顯微成像單元移到成下一個微透鏡的位置，再通過一維移動臺7使顯微成像單元能看到清晰的星點像，再記下第一測長儀4的示值，依次進行掃描檢測；最后經數據處后得到微透鏡焦點的共面性。
[0033]本發明的檢測裝置是測量標準平晶I的標準面與被測件11的理論平面之間距離的變化值，與帶動第一測長儀測長儀4、第二測長儀10掃描測量的二維移動臺在測量方向的直線性無關；兩掃描方向的直線性不影響檢測結果；二維移動臺8的角晃對測量結果影響相當小；取標準平晶I和標準平晶I與被測件11的理論平面之間距離為1000mm，目前國內的二維移動臺8的角晃做到30"是相當容易的，則影響的測量結果為1000* (1-cos (30"))=0.0001mm;綜合各項不確定度，基于標準平晶I的平面度檢測方法的測量不確度為
0.0005mm。
[0034]用標準平晶I和標準平晶I的標準面與被測件11的理論平面之間距離作為基準，旨在消除二維移動臺8的直線性對測量的影響，能夠對各連續平面及非連續平面平面度的測量。
[0035]本發明平面度檢測方法是使用所述的平面度檢測裝置，該平面度檢測步驟包括:
[0036]步驟S1:用標準平晶I的標準面與被測件11的理論平面之間距離作為基準平面，用于消除二維移動臺8的直線性對測量的影響；
[0037]步驟S2:將第一測長儀4和第二測長儀10的各一測頭反向安裝；
[0038]步驟S3:將一測頭與標準平晶I的平面接觸，將另一測頭與被測件11的被測平面接觸；
[0039]步驟S4:由二維移動臺8帶著由、第一調整座5、聯接板6、第二調整座9組成的測量單元，對標準平晶I的平面和被測件11的被測平面進行二維掃描測量，對第一測長儀4第二測長儀10記錄的數據進行分析，獲得到被測件11的被測平面的平面度。被測平面是連續平面及非連續平面。運用一個基準平面、第一測長儀4和第二測長儀10，用于測量二維移動臺的直線度。被測件11是微透鏡。第一測長儀4和第二測長儀10為C⑶成像單元，用于對微透鏡焦點的共面性進行非接觸測量。
[0040]以上所述，僅為本發明中的【具體實施方式】，但本發明的保護范圍并不局限于此，任何熟悉該技術的人在本發明所揭露的技術范圍內，可理解想到的變換或替換，都應涵蓋在本發明的包含范圍之內。
【權利要求】
1.一種平面度檢測裝置，其特征在于:由標準平晶、調整座、基座、第一測長儀、第一調整座、聯接板、一維移動臺、二維移動臺、第二調整座、第二測長儀、被測件、第三調整座組成；其中基座包括第一基板、第二基板、第三基板和兩根框架，在兩根框架的上、中、下的位置分別固接第一基板、第二基板、第三基板；調整座安裝在第一基座上，標準平晶通過調整座安裝在第一基座上；第三調整座安裝在第三基座上，被測件通過第三調整座安裝在第三基座上；標準平晶的標準平面與被測件的被測面相互平行放置；二維移動臺安裝在第二基座上；一維移動臺安裝在二維移動臺上，用于組成三維平移臺；第一調整座安裝在聯接板上面，第二調整座安裝在聯接板下面，第一測長儀的底部置于第一調整座中，第二測長儀的底部置于第二調整座中，將第一測長儀通過第一調整座安裝在聯接板上，將第二測長儀通過第二調整座安裝在聯接板上，第一測長儀與第二測長儀的測頭反向安裝，第一測長儀的測頭與標準平晶平面接觸，第二測長儀的測頭與被測件的被測平面接觸；一維移動臺的工作面與聯接板的工作面聯接，再將由第一測長儀、第二測長儀組成的檢測單元通過聯接板安裝在一維移動臺上；檢測時，由二維移動臺帶著由第一測長儀、第一調整座、聯接板、第二調整座、第二測長儀組成的測量單元，按設定步距對被測件進行二維掃描檢測，并對第一測長儀、第二測長儀自動記錄的示值進行數據分析，得到被測件被測平面的平面度。
2.根據權利要求1所述的平面度檢測裝置，其特征在于:第一測長儀、第二測長儀的位置關系為測桿測長方向并循阿貝原則。
3.根據權利要求1所述的平面度檢測裝置，其特征在于:第一基板、第二基板、第三基板相互平行，且安置于兩根框架中。
4.根據權利要求1所述的平面度檢測裝置，其特征在于:第一第一度測長儀和第二測長儀的精度為0.0002mm，實現對150mmX 150mm平面的平面度進行檢測，測量不確定度為0.0005mm。
5.一種平面度檢測方法，使用如權利要求1-4所述的平面度檢測裝置，該平面度檢測步驟包括: 步驟S1:用標準平晶的標準面與被測件的理論平面之間距離作為基準平面，用于消除二維移動臺的直線性對測量的影響； 步驟S2:將第一測長儀和第二測長儀的各一測頭反向安裝； 步驟S3:將一測頭與標準平晶的平面接觸，將另一測頭與被測件的被測平面接觸； 步驟S4:由二維移動臺帶著由第一調整座、聯接板、第二調整座組成的測量單元，對標準平晶的平面和被測件的被測平面進行二維掃描測量，對第一測長儀和第二測長儀記錄的數據進行分析，獲得被測件的被測平面的平面度。
6.根據權利要求5所述的平面度檢測方法，其特征在于:第一測長儀和第二測長儀的測桿測長方向遵循阿貝原則。
7.根據權利要求5所述的平面度檢測方法，其特征在于:被測平面是連續平面及非連續平面。
8.根據權利要求5所述的平面度檢測方法，其特征在于:運用測長儀和一個基準平面，用于測量二維移動臺的直線度。
9.根據權利要求5所述的平面度檢測方法，其特征在于:被測件是微透鏡。
10.根據權利要求9所述的平面度檢測方法，其特征在于:測長儀為CCD成像單元，用于對微透鏡焦點的共面性進行非接觸測量。
【文檔編號】G01B11/30GK104236487SQ201410514042
【公開日】2014年12月24日 申請日期:2014年9月29日 優先權日:2014年9月29日
【發明者】楊文志, 吳時彬, 景洪偉, 張鵬 申請人:中國科學院光電技術研究所