平晶的特點及使用

鐘嶸

摘 要：平晶是以光波干涉法測量平面的平面度、直線度、研合性以及平行度的計量器具。常用的平晶有平面平晶及平行平晶兩種。

關鍵詞：平晶；平面平晶；平行平晶；平面度；平行度；光波干涉法

1 平面平晶的特點及使用

平面平晶是用光波干涉法檢測精密平面的平面度和狹長平面直線度的量具，還可以用來檢驗量塊測量面的研合性。平面平晶分為單、雙工作面平晶，按用途可分為標準平晶和工作平晶兩大類。一般檢測工作用的平晶分為1，2級，傳遞量值用的標準平晶分為1，2等。

平晶由性能穩定的光學玻璃制造，使用時須用乙醚或乙醚與高純度酒精的混合液仔細清洗干凈，再用綢布輕輕擦干；被測精密平面也要同樣洗、擦干凈，以免劃傷平晶工作面。為減小溫度對檢測的影響，應避免長時間用手直接握持平晶。測量前，須將平晶與被測件一同放在規定環境下長時間等溫，直至平晶在被測面上產生的干涉條紋無明顯變化時，方可進行檢測。

測量時，先使平晶邊緣輕輕與被測表面接觸，沿被測表面切向慢慢推入并沿法向稍加用力，逐漸使整個表面完全接觸，再仔細調整平晶位置，使之與被測表面之間保持一微小角度，直到出現清晰的干涉條紋為止。如果平晶與被測表面上的干涉條紋逐漸變寬且消失，表示兩者之間無異物及毛刺，這時可根據干涉條紋狀態按要求判斷并計算被測表面的平面度。若干涉條紋變細密而無法消失，調整平晶位置之后也不能使干涉條紋的間距加寬，則說明被測表面或平晶上有微塵或其他細小雜物、毛刺等，應按上述清洗方法再次清洗以免劃傷平晶，影響測量結果。

例如，量塊測量面的平面度的檢定，用直徑不小于45mm，厚度不小于11mm的玻璃或石英平晶以技術光波干涉法測量。將平面平晶與量塊測量面之間形成很小的尖劈形空氣層，在白光照明下，當量塊測量面平面度較小時，干涉帶為弧形；當量塊測量面平面度較大時，可根據出現干涉的條紋數及方向來判斷量塊測量面的平面度和凸凹。判斷量塊測量面中部凸凹的簡單方法是，當向平面平晶加壓時，干涉條紋向外移動，則為凸；反之干涉條紋向中心移動則為凹。

2 平行平晶的特點及使用

平行平晶是以光波干涉法檢定千分尺、杠桿千分尺、杠桿式卡規和百分表式卡規等測量面平面度和平行度的計量器具。平行平晶共分4個系列，每個系列尺寸相差為25mm，即被檢千分尺的測量行程長度。每個系列有9個尺寸的平晶，相鄰的4塊可組成一套，每個系列可組成6套。平行平晶的制作材料和使用注意事項與平面平晶基本相同。

用平行平晶測量兩工作面平行度時，如果兩被測面平面度較好，但平行度有誤差，則會出現平行直線的干涉條紋，如果表面不平，則干涉條紋就是弧形的，這兩種情況都以出現的干涉條紋數來計算。檢定時，一般將其一端測量面完全接觸，然后調整另一端工作面的干涉條紋數為最少時來計算；或者用計算兩測量面上的干涉條紋數的總和來確定其平行度。

檢定千分尺時，應按被測千分尺的測量范圍選用平行平晶的系列。測量范圍大于100mm的千分尺，在檢定時可加用量塊，將平行平晶與量塊相研合后使用。每一系列中尺寸相鄰的兩塊平晶尺寸差均為0.12mm或0.13mm，千分尺測微螺桿每轉1/4轉檢定一次，轉1/4轉讀數的增減為0.125mm。每整轉讀數增減為0.5mm，分別檢定工作面的4個位置，故可檢測千分尺兩測量面的平行度。例如，檢定（0～25）mm的千分尺兩工作面的平行度，可取尺寸為15.00mm，15.12mm，15.25mm和15.37mm 4塊平晶，依次將4塊厚度差為1/4螺距的平行平晶放入兩工作面之間，轉動千分尺微分筒，使兩工作面與平行平晶接觸，并輕輕轉動平晶，當兩工作面出現的干涉條紋數減至最少時，分別讀取兩工作面上的干涉條紋數，取兩工作面上的干涉條紋數目之和與所用光的半個波長值的乘積作為兩工作面的平行度誤差值。利用平行平晶中每一塊平晶按上述方法分別進行檢定，取其中最大的平行度誤差值作為被測千分尺兩工作面平行度的檢定結果。

注意不能將平晶直接壓在被測表面上硬推或將兩塊平晶相互研合，以免損壞平晶的工作面。平晶使用完畢，應再次擦洗干凈，妥善收放。

參考文獻

[1]劉建邦，夏生杰.平晶型激光錯位干涉儀及其應用[J].中國激光，1980，（4）：154.

[2]宮美望，李巖.平晶表面形狀加壓分析判斷法的原理與應用探討[J].上海計量測試，2009，36（4）：19-22.

（作者單位：大連市計量檢測研究院）