JJG 28-2019平晶-（高清版）.pdf

中华人民共和国国家计量检定规程J J G2 82 0 1 9平 晶O p t i c a lF l a t s 2 0 1 9-0 9-2 7发布2 0 2 0-0 3-2 7实施国 家 市 场 监 督 管 理 总 局 发 布平晶检定规程V e r i f i c a t i o nR e g u l a t i o no fO p t i c a lF l a t sJ J G2 82 0 1 9代替J J G2 82 0 0 0 归 口 单 位:全国几何量工程参量计量技术委员会 主要起草单位:湖南省计量检测研究院中国计量科学研究院 参加起草单位:苏州慧利仪器有限责任公司中国兵器工业第2 0 5研究所 本规程委托全国几何量工程参量计量技术委员会负责解释J J G2 82 0 1 9本规程主要起草人:陈 勇(湖南省计量检测研究院)张 恒(中国计量科学研究院)曾 琰(湖南省计量检测研究院)刘丽娟(湖南省计量检测研究院)参加起草人:韩 森(苏州慧利仪器有限责任公司)柏文琦(湖南省计量检测研究院)王生云(中国兵器工业第2 0 5研究所)J J G2 82 0 1 9目 录引言()1 范围(1)2 引用文件(1)3 概述(1)4 计量性能要求(3)4.1 平行度(3)4.2 工作面平面度(3)4.3 非工作面的平面度(4)4.4 稳定性(4)5 通用技术要求(5)5.1 外观及表面质量(5)5.2 外形尺寸(5)5.3 长平晶十字刻线位置(6)5.4 两端面夹角(6)5.5 工作面与圆柱母线的垂直度(7)6 计量器具控制(7)6.1 检定项目和主要检定设备(7)6.2 检定条件(7)6.3 检定方法(9)6.4 检定结果处理(1 2)6.5 检定周期(1 2)附录A 平晶表面疵病的尺寸及数量(1 3)附录B 相移式激光等厚干涉测量法(1 5)附录C 等厚干涉测量法(1 8)附录D 等倾干涉测量法(2 0)附录E 四面互检法检定长平晶数据处理示例(2 2)附录F 长平晶自重变形量(2 5)附录G 检定证书和检定结果通知书内页格式(2 7)J J G2 82 0 1 9引 言 J J F1 0 0 12 0 1 1 通用计量术语及定义、J J F1 0 0 22 0 1 0 国家计量检定规程编写规则、J J F1 0 5 9.12 0 1 2 测量不确定度评定与表示共同构成本规程修订工作的基础性系列技术法规。本规程与J J G2 82 0 0 0 平晶相比,除编辑性修改外,主要技术变化如下:更正了J J G2 82 0 0 0 平晶的印刷错误:J J G2 82 0 0 06.3.8.2 b)中式(6):u2=51 2u1,更正为:ub=51 2ua 见现版式(5);J J G2 82 0 0 0附录C中表C.1的表头第8列:Ei=(Li/Ln)Kn,更正为:Ei=(Li/Ln)Kn(见现版表E.1);J J G2 82 0 0 0附录D中式(D.2):F=d29 6F9 6,更正为:F=d9 62F9 6 见现版式(C.2)。3 1 0mm长平晶两次周期检定平面度之差从0.0 2 0m放宽为0.0 3 0m(见4.4)。依据J J G1 4 62 0 1 1 量块,取消了6等量块,改用5等量块(见6.3.2)。取消了平行平晶平行度在激光平面等厚干涉仪上检定的方法。增加相移式等厚测量装置的结构概述、测量方法(见附录B)等相关内容。增加标准平晶F9 6范围内的平面度计算方法(见附录C)本规程的历次版本发布情况:J J G2 82 0 0 0;J J G2 81 9 9 1;J J G2 81 9 8 0。J J G2 82 0 1 9平晶检定规程1 范围本规程适用于平晶(包括平面平晶、平行平晶和长平晶)的首次检定、后续检定和使用中检查。2 引用文件本规程引用下列文件:G B/T9 0 32 0 1 9 无色光学玻璃J B/T7 4 0 11 9 9 4 平面平晶J B/T7 4 0 21 9 9 4 平行平晶I S O1 4 9 9 9-4:2 0 1 5(E)光学和光子学 光学元件和光学系统的干涉仪测量 第4部分:在I S O1 0 1 1 0中所明确规定的公差说明和评价(O p t i c s a n dp h o t o n i c sI n t e r f e r o-m e t r i cm e a s u r e m e n to fo p t i c a l e l e m e n t sa n do p t i c a l s y s t e m sP a r t 4:I n t e r p r e t a t i o na n de v a l u a t i o no f t o l e r a n c e ss p e c i f i e d i nI S O1 0 1 1 0)凡是注日期的引用文件,仅注日期的版本适用于本规程;凡是不注日期的引用文件,其最新版本(包括所有的修改单)适用于本规程。3 概述平晶是以光波干涉法测量平面度、直线度、研合性以及平行度的计量器具,包括平面平晶、平行平晶和长平晶。平面平晶按工作面数可分为单工作面平晶和双工作面平晶,其外形示意见图1;按用途又可分为标准平晶和工作平晶两大类,标准平晶分为一、二等,工作平晶分为一、二级。1J J G2 82 0 1 9图1 平面平晶示意图D直径;t倒角厚度;H厚度;b宽度平行平晶按尺寸分为4个系列,每个系列中尺寸相邻的4块可组成1套,其外形示意见图2。长平晶按尺寸分别为2 1 0mm和3 1 0mm2种,其外形示意见图3。图2 平行平晶示意图2J J G2 82 0 1 9图3 长平晶示意图L长度;H厚度;b宽度4 计量性能要求4.1 平行度平行平晶两工作面的平行度要求见表1。表1 平行平晶两工作面的平行度系列两工作面的平行度/m,0.60.81.04.2 工作面平面度4.2.1 平面平晶工作面的平面度一级、二级平面平晶工作面的平面度见表2。表2 工作平面平晶工作面的平面度规格mm有效直径(d)mm平面度/m一级二级d范围内(2/3)d范围内d范围内(2/3)d范围内3 02 50.0 3 0.1 00.0 54 53 90.0 3 0.1 00.0 56 05 40.0 3 0.1 00.0 58 07 20.0 50.0 30.1 00.0 51 0 09 20.0 50.0 30.1 00.0 53J J G2 82 0 1 9表2(续)规格mm有效直径(d)mm平面度/m一级二级d范围内(2/3)d范围内d范围内(2/3)d范围内1 5 01 4 00.0 50.0 30.1 00.0 52 0 01 8 80.0 80.0 50.1 20.0 6 注:1(2/3)d指直径为有效直径d的2/3,且在平晶的中心部位区域。2 工作平晶在有效直径外允许塌边。一等标准平晶在d内的平面度不大于0.0 3m,任意两相互垂直截面方向的平面度之差不大于0.0 1 5m,(2/3)d内的平面度不大于0.0 1 5m;二等标准平晶在d内的平面度不大于0.0 5m,任意两个相互垂直截面平面度之差不大于0.0 3m,(2/3)d内的平面度不大于0.0 3m。标准平晶在(2/3)d内的平面度应与总偏差方向一致,两相互垂直截面方向上的偏差方向也应一致。标准平晶的规格尺寸应不小于D1 5 0mm。4.2.2 平行平晶工作面的平面度平行平晶工作面的平面度不大于0.1m(在有效直径外允许塌边),中间(2/3)d范围内的平面度不大于0.0 5m。4.2.3 长平晶工作面的平面度长平晶工作面的平面度见表3。表3 长平晶工作面的平面度规格mm平面度/m在工作长度内(在无自重变形时)在横向4 0mm内2 1 0-0.3 000.1 03 1 0-0.4 5-0.1 50.1 0 注:“-”表示凹。注:依据测量状态,对新制造或修理后的长平晶有时还应测量其自重变形量,测量方法和要求见附录F。4.3 非工作面的平面度4.3.1 平面平晶非工作面的平面度平面平晶非工作面的平面度3.0m。4.3.2 长平晶非工作面的平面度长平晶非工作面的平面度1.0m(在任意1 0 0mm内)。4.4 稳定性一等标准平晶两次检定周期的平面度之差不大于0.0 1 0m,二等标准平晶和4J J G2 82 0 1 92 1 0mm长平晶两次检定周期的平面度之差不大于0.0 2 0m,3 1 0mm长平晶两次检定周期的平面度之差不大于0.0 3 0m。5 通用技术要求5.1 外观及表面质量平晶非工作面上应标有制造厂厂名(或厂标)、出厂编号,长平晶非工作面上还应刻有受检点位置的十字刻线,刻字、刻线应清晰。平晶表面应无破损,玻璃材质应透明,无明显的气泡和条纹,对于新制造的和修理后的平晶表面疵病的尺寸和数量见附录A。使用中的平晶工作面允许有不影响准确度和不损伤被测量具工作面的划痕和破损。5.2 外形尺寸5.2.1 平面平晶的外形尺寸平面平晶的外形尺寸见表4,修理后的平晶厚度尺寸H允许比标称尺寸小3mm。5.2.2 平行平晶的外形尺寸平行平晶的外形尺寸见表5的规定。对于修理后的平晶,其外形尺寸应不小于H1,但四块平晶尺寸H的递差必须在0.1 1mm0.1 4mm之间。表4 平面平晶的外形尺寸mm规格D基本尺寸与极限偏差H基本尺寸与极限偏差t基本尺寸与极限偏差b3 03 00.81 01.3 51+0.40684 54 50.81 51.3 51+0.401 06 06 00.9 52 01.6 51+0.401 08 08 00.9 52 01.6 51.5+0.401 01 0 01 0 01.12 51.6 51.5+0.401 01 5 01 5 01.2 53 01.6 52+0.401 02 0 02 0 01.4 54 01.9 53+0.401 0表5 平行平晶的外形尺寸mm尺寸极限偏差规格尺寸系列H0.0 11 5.0 04 0.0 06 5.0 09 0.0 01 5.1 24 0.1 26 5.1 29 0.1 21 5.2 54 0.2 56 5.2 59 0.2 51 5.3 74 0.3 76 5.3 79 0.3 75J J G2 82 0 1 9表5(续)尺寸极限偏差规格尺寸系列H0.0 11 5.5 04 0.5 06 5.5 09 0.5 01 5.6 24 0.6 26 5.6 29 0.6 21 5.7 54 0.7 56 5.7 59 0.7 51 5.8 74 0.8 76 5.8 79 0.8 71 6.0 04 1.0 06 6.0 09 1.0 0D0.83 03 04 05 0b686888H193 45 98 4t1+0.405.2.3 长平晶的外形尺寸长平晶的外形尺寸见表6的规定。两面角倒角为(0.50.1)mm,三面角倒角为(10.1 5)mm。表6 长平晶的外形尺寸mm长平晶长度宽度厚度新制的修理后2 1 014 012 50.52 33 1 014 013 00.52 75.3 长平晶十字刻线位置长平晶的非工作面上有表示受检点位置的十字刻线,对于2 1 0mm长平晶有7个十字刻线,刻线间隔为3 0mm,两端十字刻线距端面为1 5mm;对于3 1 0mm长平晶两端十字刻线距端面为2 0mm,刻线间隔为3 0mm,共有9个间隔,另外在对称中点位置增加1个十字刻线,共1 1个十字刻线。以非工作面向上,厂标刻字顺序为准,左边第1个十字刻线为零位十字刻线,从零位十字刻线至其他各十字刻线的距离对标称尺寸的偏差应不大于0.1mm,两端十字刻线距端面的距离对标称尺寸的偏差应不大于0.2 mm,十字刻线在平晶上的位置应对称。5.4 两端面夹角平面平晶工作面与其对应面夹角为端面夹角,以平晶两面的厚度差表示,其极限值见表7。长平晶工作面与其对应面夹角,在纵向两端厚度差应不大于0.1mm,在横向两端厚度差应在0.1mm0.2mm之间。6J J G2 82 0 1 9表7 平面平晶工作面与其对应面的厚度差平晶规格/mm厚度差/mm3 00.0 90.1 74 50.1 30.2 66 00.1 70.3 58 00.2 30.4 71 0 00.2 90.5 81 5 00.3 10.6 52 0 00.4 10.8 75.5 工作面与圆柱母线的垂直度平行平晶工作面与圆柱母线的垂直度1。6 计量器具控制计量器具控制包括首次检定、后续检定和使用中的检查。6.1 检定项目和主要检定设备检定项目和主要检定设备见表8。6.2 检定条件6.2.1 平面平晶、长平晶检定前必须放置在(2 05)和相对湿度不大于8 0%的检定室内进行等温,等温时间不少于表9规定。6.2.2 平行平晶检定前必须放置在(2 03)和相对湿度不大于8 0%的检定室内进行等温,等温时间不少于1 0h。表8 检定项目和主要检定器具序号检定项目主要检定器具检定类别首次检定后续检定修理后周期检定使用中的检查平行平晶平面平晶长平晶1外观及表面质量放大镜+2外形尺寸游标卡尺MP E:0.0 3mm;立式光学计MP E:0.2 5m;5等量块;测长仪MP E:(1m+51 0-6L)+-7J J G2 82 0 1 9表8(续)序号检定项目主要检定器具检定类别首次检定后续检定修理后周期检定使用中的检查平行平晶平面平晶长平晶3两端面夹角百分表MP E:0.0 2mm;专用台架、表式卡规+-*4十字刻线位置万能工具显微镜MP E:(1m+51 0-5L)+-*5工作面与母线垂直度角度规MP E:2+-*6非工作面平面度二级平面平晶+-*7两工作面的平行度立式光学计MP E:0.0 2m+*8工作面平面度标准平晶MP E:0.0 5m;相移式激光等厚干涉仪:示值误差:/4 0n m,测量重复性P V 1 0/5 0 0n m;平面等厚干涉仪:MP E:0.0 2m;平面等倾干涉仪:U=/5 0m,k=2+9稳定性标准平晶MP E:0.0 5m;相移式激光等厚干涉仪:示值误差:/4 0n m;测量重复性P V 1 0/5 0 0n m;平面等厚干涉仪:MP E:0.0 2m;平面等倾干涉仪:U=/5 0m,k=2-+-*注:1 表中“+”表示应检定,“-”表示可不检定,“”表示该类平晶有此项目,“*”表示该类平晶无此项目。2 MP E表示最大允许误差。8J J G2 82 0 1 9表9 平晶等温时间平晶类别平晶规格/mm等温时间/h平面平晶3 0、4 51 06 01 68 01 81 0 02 01 5 03 02 0 03 5长平晶2 1 01 03 1 01 66.2.3 测量平面度时,平晶在仪器内等温的时间和室温变化见表1 0的规定。表1 0 平晶在仪器内等温的时间和室温变化平晶类别平晶规格mm等温时间h2 4h室温变化1h室温变化平面平晶3 0、4 5、6 00.52.50.58 0、1 0 011.50.21 5 0、2 0 021.00.1平行平晶,系列0.52.50.5,系列12.50.5长平晶2 1 011.00.13 1 01.51.00.16.3 检定方法6.3.1 外观及表面质量以黑色屏幕为背景,在8 W1 5 W日光灯照射下,借助46倍放大镜,目力观察。6.3.2 外形尺寸平行平晶中心长度尺寸H用5等量块在光学计上进行比较测量,也可以用测长仪直接测量。其他外形尺寸用游标卡尺进行测量。6.3.3 长平晶十字刻线位置在万能工具显微镜上测量。6.3.4 两端面夹角平面平晶两端面夹角用百分表和专用台架或表式卡规测量。测量时,在任意直径方向两端的读数差(端面间的厚度)的最大值作为测量结果。长平晶两端面的夹角用分度值为0.0 2mm的游标卡尺测量。9J J G2 82 0 1 96.3.5 工作面与圆柱母线的垂直度用分度值不大于2 的角度规测量。6.3.6 非工作面的平面度平面平晶采用不小于被检平面平晶直径的二级平晶等厚干涉法测量,长平晶用D1 0 0mm二级平晶等厚干涉法测量。6.3.7 平行度用光学计测量时,在4个均匀的直径方向距边缘1mm的8个点上进行测量,每点测量2次取平均值作为该点测得值,在8个测得值中,取其最大差值作为平行度。也可用测量不确定度U0.2m(k=3或p=0.9 9)的其他方法进行测量。6.3.8 工作面的平面度平行平晶及D3 0mmD1 0 0mm工作平晶的平面度用比较测量法和绝对测量法测量。平面平晶的平面度等别在一等以下的一般用比较测量法测量,等别在一等(或二等)及更高精度的平面镜以绝对测量法测量。长平晶的平面度采用多面互检测量法在平面等倾干涉仪上测量。6.3.8.1 比较测量法平晶平面度比较测量可使用以下3种方法:1)相移式等厚干涉测量法;2)平面等厚干涉测量法;3)平面等倾干涉测量法。1)相移式等厚干涉测量法:在相移式激光等厚干涉仪上安装、调整标准平晶与被测平晶,产生等厚干涉条纹,驱动标准平晶移动,从而产生多幅干涉图像,对其进行采集、处理和分析,求出平晶工作面的平面度(P V值和r m s值)。测量步骤:将一等标准平晶或精度优于一等平晶的标准平面镜安装在仪器参考镜镜架位置,被测的二等(或一级)工作平晶安装在被检测镜架(载物台)上,进行比较测量,读取相移式等厚干涉测量的平面度。相移式等厚干涉测量方法详见附录B。2)平面等厚干涉测量法:用二等标准平晶与平面等厚干涉仪组成平面度标准装置,测量尺寸D3 0mmD1 0 0mm工作平面平晶,通过观测计算干涉条纹的弯曲量求出平面度(P V值)。并以同样方法测量平行平晶平面度。等厚干涉测量方法详见附录C。3)平面等倾干涉测量法:用一等标准平晶与平面等倾干涉仪组成平面度标准装置,测量尺寸D1 5 0mm的一级平晶;用二等标准平晶与平面等倾干涉仪组成平面度标准装置,测量尺寸D1 5 0mm的二级平晶。平面度的测量应在两相互垂直的方向上进行(见图4)。计算平面度时,当所测2个截面平面度出现的符号相同时,取其中绝对值最大的为平面度,符号相反时,则取两者绝对值之和为平面度。平面等倾干涉测量方法详见附录D。6.3.8.2 绝对测量法绝对测量法又称多面互检法,参加互检的平晶的外形尺寸、材料应一致,三面(或四面)互检组合中必须选用一块已知平面度(平面平晶应为一等、二等或同等精度的平面镜)的平 晶 参 加 互 检,若 该 平 晶 此 次 测 量 结 果 与 原 已 知 的 平 面 度 之 差 不 大 于0.0 1 5m,则此次的互检结果有效。平面平晶互检时应注意直径截面方向要一一对应。01J J G2 82 0 1 9三面互检在相移式激光等厚干涉仪或平面等倾干涉仪上进行,四面互检在平面等倾干涉仪上进行,其测量结果为被检平面平晶截面的平面度绝对测量值;全面形三面互检在相移式激光等厚干涉仪上进行,其测量结果为被检平面平晶全面形的平面度绝对测量值。1)三面互检法三面互检法用3个平晶在相移式等厚干涉仪上互检,获得3个平晶绝对形貌,即所有测量点的真实高度。参加互检的平面平晶被检2个截面应与刻字成4 5(见图4),长平晶只检1个截面。图4 刻字位置示意图用三面互检法(见附录D)测量时,每块平晶每点的平面度偏差值由式(1)求出:Ai=(Ta bi+Ta ci-Tb ci)2Bi=(Ta bi+Tb ci-Ta ci)2Ci=(Ta ci+Tb ci-Ta bi)2(1)式中:Ai,Bi,Ci A,B,C三块平晶在i点的平面度偏差值;Ta bi,Ta ci,Tb ci A,B,C三块平晶互检时,在i点的平面度偏差值之和。2)四面互检法一等、二等标准平面平晶及长平晶在等倾干涉仪上用四面互检法(见附录D)测量,四块平晶依次组合六次互检,每块平晶的平面度偏差值按式(2)计算:Ai=2(Ta bi+Ta ci+Ta di)-(Tb ci+Tc di+Tb di)6Bi=2(Ta bi+Tb ci+Tb di)-(Ta ci+Tc di+Ta di)6Ci=2(Ta ci+Tb ci+Tc di)-(Ta bi+Ta di+Tb di)6Di=2(Ta di+Tb di+Tc di)-(Ta bi+Tb ci+Ta ci)6(2)11J J G2 82 0 1 9 并由式(3)计算测量结果的残差:j k i=Ji+Ki-Tj k i(3)式中:j k i 平晶J和K互检时,在i点的残差;J,K A,B,C,D4块平晶中的某2块;Tj k i 互检的某2块平晶在i点的平面度偏差值之和;Ji,Ki 平晶,J,K在i点的平面度偏差值。测量两平晶平面度之和的标准不确定度ua由式(4)计算:ua=2j k i2n(4)式中:2j k i 6n个残差平方之和;n 截面被测点数。对于D1 5 0mm平面平晶,n=5;对于2 1 0mm长平晶,n=7;对于3 1 0mm长平晶,n=1 0。测量每块平晶的平面度的标准不确定度ub可由式(5)求出:ub=51 2ua(5)对于一等平面平晶、2 1 0 mm长平晶,其平面度的测量不确定度U0.0 1 0m(k=3或p=0.9 9);对于二等平面平晶、3 1 0mm长平晶,其平面度的测量不确定度U0.0 2 0m(k=3或p=0.9 9)。四面互检法检定平晶的数据处理示例见附录E。3)全面形三面互检法一等平晶或更高精度的平面镜在相移式激光等厚干涉仪上用全面形三面互检法测量,在仪器的标准测量端和被检测测量端安装有专用旋转装置,其测量方法见附录B。不同测量方法导致检定结果出现争议时,以光波干涉法中移相式干涉测量方法的结果为准。6.3.8.3 长平晶工作面横向4 0mm内平面度用D6 0mm一级平晶等厚干涉法测量。6.3.9 稳定性标准平晶和长平晶的稳定性,以2次周期检定的平面度之差确定。6.4 检定结果处理经检定符合本规程要求的平晶,应出具检定证书,对于一、二等标准平晶和长平晶检定证书中应给出工作面平面度测量结果及其测量不确定度。不符合本规程要求的平晶应发检定结果通知书,并注明不合格项目。其证书格式见附录G。6.5 检定周期工作平晶根据使用情况确定检定周期,最长不超过1年。标准平晶和长平晶检定周期一般为1年,使用5年后可延长至2年。21J J G2 82 0 1 9附录A平晶表面疵病的尺寸及数量A.1 平晶工作面的表面疵病允许值(见表A.1的规定)。A.2 平晶的工作面表面疵病不应密集。对非工作面表面疵病未超过表A.1规定时,在限定D2 0mm范围内,D0.4mmD0.7mm的粗麻点允许3个,宽度为0.0 4mm0.0 7mm的粗擦痕允许2 0mm。表A.1 平晶工作面的表面疵病序号名称单位平面平晶/mmD3 0D4 5D6 0D8 0D1 0 0D1 5 0D2 0 0各工作面非工作面各工作面非工作面各工作面非工作面各工作面非工作面各工作面非工作面各工作面非工作面各工作面非工作面平行平晶 1D0.0 1 5m mD0.2mm麻点总数量个2 03 14 35 77 31 1 21 5 02 2 2 2 3 03 82D0.0 1 5m mD0.7mm麻点总数量个2 53 95 47 29 21 4 01 8 83D0.1mmD0.2mm粗麻点(其中)个345791 41 9334 54D0.4mmD0.7mm粗麻点(其中)个345791 41 95宽度为0.0 0 6mm0.0 2mm擦痕总长度mm 5 07 81 0 81 4 21 8 42 8 03 7 65 6 5 6 7 69 631J J G2 82 0 1 9表A.1(续)序号名称单位平面平晶/mmD3 0D4 5D6 0D8 0D1 0 0D1 5 0D2 0 0各工作面非工作面各工作面非工作面各工作面非工作面各工作面非工作面各工作面非工作面各工作面非工作面各工作面非工作面平行平晶 6宽度为0.0 1mm0.0 7mm擦痕总长度mm5 07 81 0 81 4 21 8 42 8 03 7 67宽度为0.0 1mm0.0 2mm粗擦痕(其中)mm 57.81 0.81 4.21 8.72 83 7.65.65.67.6 9.68宽度为0.0 4mm0.0 7mm粗擦痕(其中)mm57.81 0.81 4.21 8.42 83 7.6 注:长平晶表面疵病参照D1 5 0mm平面平晶的表面疵病要求。41J J G2 82 0 1 9附录B相移式激光等厚干涉测量法B.1 相移式激光等厚干涉仪在相移式激光等厚干涉仪中,参考平晶的反射波面与被检平晶的反射波面相干产生了干涉条纹,它每一个测量点(x,y)的条纹相位与其相对应的参考平晶反射面到被检平晶的反射面的距离d的关系式为(x,y)=4 d(x,y),(B.1)式(B.1)中为激光波长。相移式干涉测量方法采用P Z T驱动等手段改变干涉条纹的相位从而得到多幅不同相位的干涉图像,对其分别采集、处理和分析,求出每一个测量点的条纹相位。由式(B.1)就得到参考平晶反射面到被检平晶的反射面每一个测量点的距离d(x,y)。如果参考平晶反射面的形貌已知,被检平晶的形貌即每一个测量点的高度z(x,y)也就可以直接从d(x,y)中获得。然后根据在z(x,y)计算出被检平晶的平面度(P V值和r m s值)。相移式激光等厚干涉仪的示意图见B.1。图B.1 相移式激光等厚干涉仪测量时,H e-N e激光器输出的单频激光被透镜会聚在位于准直物镜焦平面的孔径光阑上。从准直物镜出射的平行光束,一部分激光光束到达参考面后被反射回作为参考光束;另一部分激光光束穿过参考面后至被测平晶表面再反射回作为测试光束。参考光束和测试光束再通过光学系统成像于摄像机上,形成等厚干涉条纹。计算机输出移相指令给P Z T移相器,驱动干涉仪的参考镜产生等间隔的位移从而引入相位调制,摄像机51J J G2 82 0 1 9将经等间隔调制的干涉条纹的光强图像数字化后送入计算机,通过移相算法对数字化的移相干涉图进行处理分析,即得到每一个测量点(x,y)的条纹相位(x,y)。由条纹相位(x,y)就可以得到参考平晶反射面到被检平晶的反射面的距离为d(x,y)=4(x,y)(B.2)假设参考平晶反射面的形貌ZR(x,y)已知,那么被检平晶的形貌及每一个测量点的高度为z(x,y)=C-d(x,y)+ZR(x,y)(B.3)式(B.3)中C为常数,一般取值为C=1Nxyd(x,y)+ZR(x,y)(B.4)式(B.4)中N为测量点数。这里需要强调的是常数C的取值并不重要,这是因为它不会改变被检平晶的形貌,即任何两个测量点的相对高度保持不变。最后,去掉z(x,y)的倾斜面后,被检平晶的平面度(P V值和r m s值)按式(B.5)、式(B.6)计算。P V=m a xz(x,y)-m i nz(x,y)(B.5)r m s=1N-1z(x,y)-zm2(B.6)式(B.6)中,zm为z(x,y)的平均值。B.2 全面型三面互检法全面型三平面互检法用3个平晶在相移式激光等厚干涉仪上互检,获得3个平晶绝对形貌,即所有测量点的真实高度。全面型三平面互检法测量示意图见图B.2。全面型三平面互检法采用2块平晶B、C和被检平晶A进行4次分离测量。即B+A、B+A旋转9 0、C+A、C+B。从这4个互检的结果即两个标准平晶反射面之间每一个测量点的距离d1(x,y),d2(x,y),d3(x,y)和d4(x,y)中直接由计算机算出3个平晶的绝对形貌ZA(X,Y),ZB(X,Y)和ZC(X,Y)。这3个平晶绝对形貌中的任何一个都可以是相移式激光等厚干涉仪的平晶反射面的形貌ZR(x,y),代入到式(B.3)和式(B.4)中。61J J G2 82 0 1 9(a)光轴垂直(b)光轴水平图B.2 全面型三面互检法测量示意图71J J G2 82 0 1 9附录C等厚干涉测量法C.1 在等厚干涉仪上测量平晶平面度时,应调整干涉条纹的间隔,使测量区域出现3或5条干涉条纹。C.2 平面度F的大小,由通过直径的最大弯曲量b与条纹间隔a的比值乘以/2(为所用光源波长)来确定(见图C.1),即F=ba2(C.1)图C.1 等厚干涉示意图C.3 评估平面度时,当所测2个截面出现的平面度符号相同时,取其中绝对值最大值为平面度,符号相反时,则取两者绝对值之和为平面度(见图C.2)。C.4 工作面呈凸形时,平面度取正号;工作面呈凹形时取负号。符号的判别按下述方法确定:在图C.3的a或b轻轻加压,如果条纹变密,加压处是“接触点”(或低级条纹所处位置);如果条纹变宽,则加压另一端是“接触点”。当条纹的曲率中心与“接触点”同侧,则表明呈凸形,测得值取正号;反之,则表明呈凹形,测得值取负号。81J J G2 82 0 1 9(a)(b)图C.2 等厚干涉示意图图C.3 等厚干涉示意图C.5 测量结果减去标准平晶的平面度,方为被检平晶的平面度。当被检工作平晶直径小于或等于1 0 0mm时,应按下式计算标准平晶在该区域的平面度,即F=d9 62F9 6(C.2)式中:d 被检平晶有效直径;F9 6 标准平晶在9 6mm范围内的平面度。F9 6的确定可根据标准平晶平面度检定结果的中心范围内的三点数据来确定。例如标准平晶的数据:1-2截面为:0,+0.0 2 3m,+0.0 3 5m,+0.0 2 8m,0;3-4截面为:0,+0.0 2 5m,+0.0 4 1m,+0.0 2 9m,0。则:1-2截面F9 6:0.0 3 5-0.0 2 3+0.0 2 82=0.0 1 0(m);3-4截面F9 6:0.0 4 1-0.0 2 5+0.0 2 92=0.0 1 4(m)。则该平晶F9 6为0.0 1 4m(两个截面取最大值)。91J J G2 82 0 1 9附录D等倾干涉测量法D.1 在等倾干涉仪上测量平晶平面度时,D1 5 0mm的平面平晶测量+7 0,+4 8,0,-4 8,-7 05点;D2 0 0mm的平面平晶测量+9 4,+7 0,+4 8,0,-4 8,-7 0,-9 47点;2 1 0mm长平晶测量7点(十字刻线位置);3 1 0mm长平晶测量1 0点(十字刻线位置)。D.2 测量平晶平面度时,将被测平晶(或标准平晶)工作面朝上放在仪器工作台上,在平晶工作面上放置平晶专用支承架(支承架上的钢球直径为3.1 8mm,3个钢球的直径差应小于0.1m),然后将另一块被测平晶工作面朝下放在支承架上,2块平晶由3个钢球支承形成1个平行空气层,它位于等倾干涉仪光路中的聚焦点附近,并与光轴垂直,这时,在干涉仪目镜里可以观察到一组等倾干涉环。a)测量平面平晶平面度时,应放入平面平晶工作台和平面平晶专用支承架。调整专用支承架的3个支承点与工作台支承点相重合,使工作台从一端移至另一端时,两端干涉环的级数变化不超过一环。调整好测量位置,将仪器保温门关好,按要求平衡温度。b)测量长平晶平面度时,应放入长平晶工作台和长平晶专用支承架。调整专用支承架的3个支承点与工作台支承点相重合,使工作台从一端移至另一端时,两端干涉环的级数变化不超过一环。然后将测微目镜取下,装上接长管,重新套上测微目镜,调整目镜焦距(即调整接长管长度),使在目镜视场内能同时见到照明光斑的像和上、下长平晶的十字刻线,调整长平晶使各受检点的十字刻线与长平晶工作台运动方向平行,且通过光斑中心,同时还要保证上、下十字刻线重合,再将零十字刻线调整到光斑中心,然后取下接长管,安上测微目镜,再次检查干涉环变化,直到两端干涉环的变化小于一环为止,将仪器保温门关好,按要求平衡温度。长平晶的支承架也可用量块代替,两块量块尺寸为3.5mm,尺寸差小于0.1m,量块支承需研合在长平晶工作面的两端。D.3 用等倾干涉仪测量平面度,实际上是测量空气层厚度的变化,设各点空气层的厚度为H0,H1,H2,Hi+1,Hn-1,Hn等,则某一点i对两端点连线的偏差Fi为:Fi=1-LiLn H0+LiLnHn-Hi(D.1)式中:Fi i点对0点与n点连线的偏差;H0,Hi,Hn 0点,i点,n点空气层厚度;Li i点到0点的距离;Ln n点到0点的距离。设0点的空气层厚度H0=K0+K0,K0为0点空气层厚度中干涉级数的整数部02J J G2 82 0 1 9分,K0为其干涉级数的小数部分,其他各点Hi=Ki+K0,Ki为i点空气层厚度减去K0而剩下的干涉级数,若用干涉级数表示平面度偏差值,则Fi=1-LiLn K0+LiLnKn-Ki(D.2)当视场中干涉环直径增大时表明空气层厚度增大,当干涉环增大至中心又产生一新环时,则干涉环的整数部分增加一级;反之,当干涉环直径缩小表明空气层厚度减小,若干涉环收缩至中心消失一个干涉环时,则干涉环的整数部分减少一级,0级干涉条纹可以任意选定,一般在0点选K0为0级条纹,若K0/2大于H0,则最里面的干涉环的级序为0级;若K0/2小于H0,则最里面的干涉环的级序为-1级,在0级环外第一环为-1级,0级环外第二环为-2级;在0级环内第一环为+1级,0级环内第二环为+2级,依此类推。0级环的确定应使K0的绝对值小于0.5,一旦0级环选定后,其余各环的级序也就确定,在测量过程中一定要记下干涉环的级序,某一点的干涉级数可用下式求出:Ki=DiD0 2+Ni(D.3)式中:Ki i点的干涉级数;Di i点所测干涉环直径;D0 标准干涉环直径(干涉环级数为整数时,最里环直径);Ni i点被测干涉环的级序,在0级环内为正,在0级环外为负。标准干涉环直径D0是根据空气层厚度确定的仪器常数,由仪器出厂及周期检定时提供,也可以通过实测确定,可由下式求出:D0=D2i+1-D2i(D.4)式中:Di+1,Di 相邻两环的直径。D.4 各截面的平面度由所测截面各点的最大值与最小值之差确定。工作平晶平面度的评定参照C.3。12J J G2 82 0 1 9附录E四面互检法检定长平晶数据处理示例表E.1 原始记录及数据处理检定位置mm干涉环级序N1干涉环直径/mmd1d2D1=d1-d2干涉环级数(Ki)Ki=Ki-K0Ei=(Li/Ln)Kni=Ei-KiFi=i/2温度备注006.1 03.2 32.8 70.5 2 500003 0+15.7 53.6 02.1 51.2 9 50.7 7 00.0 1 6-0.7 5 4-0.2 2 26 0+16.3 33.0 53.2 81.6 8 61.1 6 10.0 3 2-1.1 2 9-0.3 3 39 0+16.4 82.9 03.5 81.8 1 71.2 9 20.0 4 8-1.2 4 4-0.3 6 71 2 0+16.4 02.9 83.4 21.7 4 61.2 2 10.0 6 4-1.1 5 7-0.3 4 11 5 0+15.9 23.5 52.3 71.3 5 80.8 3 30.0 8 0-0.7 5 3-0.2 2 21 8 006.2 93.1 73.1 20.6 2 10.0 9 60.0 9 6001 9.5AB组合006.0 23.4 62.5 60.4 1 800003 006.7 52.6 14.1 41.0 9 30.6 7 50.0 3 2-0.6 4 3-0.1 9 06 0+16.1 53.3 02.8 51.5 1 81.1 0 00.0 6 5-1.0 3 5-0.3 0 59 0+16.3 83.0 13.3 71.7 2 41.3 0 60.0 9 8-1.2 0 8-0.3 5 61 2 0+16.2 23.2 92.9 31.5 4 71.1 2 90.1 3 0-0.9 9 9-0.2 9 51 5 0+15.5 33.9 31.6 01.1 6 30.7 4 50.1 6 2-0.5 8 3-0.1 7 21 8 006.3 23.2 23.1 00.6 1 30.1 9 50.1 9 5001 9.8AC组合006.2 03.3 32.8 70.5 2 500003 006.8 42.6 14.2 31.1 4 10.6 1 6-0.0 3 0-0.6 4 6-0.1 9 16 0+16.1 73.3 82.7 91.4 9 60.9 7 1-0.0 6