環(huán)境溫度對(duì)檢定平晶平面度的影響分析

段麗穎

【摘要】平晶平面度檢定工作屬于較為復(fù)雜的技術(shù)工作之一，在檢定過(guò)程中可能會(huì)受到各種因素影響，進(jìn)而出現(xiàn)檢定誤差。為盡可能提高平晶平面度檢定的精確性，應(yīng)當(dāng)重視對(duì)環(huán)境溫度的控制，并明確其產(chǎn)生的主要影響，探索降低偏差的應(yīng)用措施。本文主要針對(duì)環(huán)境溫度對(duì)平晶平面度檢定的影響進(jìn)行深入研究，以供參考。

【關(guān)鍵詞】環(huán)境溫度;檢定;平晶;平面度

【DOI編碼】10.3969/j.issn.1674-4977.2022.03.031

Influence of Ambient Temperature on Verification of Flatness of Flat Crystal

DUAN Li-ying

（Huludao Testing and Inspection Center，Huludao 125000，China）

Abstract：The verification of flat crystal flatness is one of the more complex technical work. In the verification process，it may be affected by various factors，resulting in verification error. In order to improve the accuracy of flat crystal flatness verification as much as possible，we should pay attention to the control of ambient temperature，clarify its main influence，and explore the application measures to reduce the deviation. In this paper，the influence of ambient temperature on flat crystal flatness verification is deeply studied for

reference.

Key words：ambient temperature;verification;flat crystal;flatness

平晶屬于長(zhǎng)度計(jì)量領(lǐng)域中最常見(jiàn)的計(jì)量器具，已被各企事業(yè)單位廣泛應(yīng)用。平晶在檢定平面度的過(guò)程中，可能會(huì)受到環(huán)境溫度的影響產(chǎn)生一些波動(dòng)。通過(guò)對(duì)平晶概念與檢定細(xì)節(jié)進(jìn)行分析，能夠明確環(huán)境溫度對(duì)平晶平整性檢定的主要影響，可以為后續(xù)進(jìn)一步改進(jìn)相關(guān)檢定環(huán)節(jié)提供技術(shù)支持。因此，本文作者結(jié)合JJG 28—2019《平晶》檢定規(guī)程，明確相關(guān)研究需求，并深入整合概念與檢定活動(dòng)流程，使環(huán)境溫度產(chǎn)生的影響得到充分探究，為未來(lái)開(kāi)展平晶平面度檢定工作提供重要支持。

1平晶概念簡(jiǎn)析

平晶是具有兩個(gè)（或一個(gè)）光學(xué)測(cè)量平面的正圓柱形或長(zhǎng)方形的量規(guī)，其通常由光學(xué)類(lèi)型玻璃材料或石英材料制成。根據(jù)光波干涉等技術(shù)原理，通過(guò)平晶試驗(yàn)件被測(cè)試面與標(biāo)準(zhǔn)化平晶材料之間存在的干涉性條紋，分析被側(cè)面的實(shí)際平行狀態(tài)與平面程度。通常情況下，平面類(lèi)平晶一般可以在檢定量塊實(shí)際研合性級(jí)別、平面級(jí)別等場(chǎng)景下進(jìn)行應(yīng)用。同時(shí)，也可以針對(duì)量具的工作面、測(cè)量面平面級(jí)別進(jìn)行檢定，屬于幾何計(jì)量的關(guān)鍵應(yīng)用工具之一。因此，平晶可以在諸多高精度計(jì)量場(chǎng)合進(jìn)行應(yīng)用，如平面光學(xué)零件處理、高精度工作臺(tái)、密封件制造、平板導(dǎo)軌生產(chǎn)等[1]。通過(guò)對(duì)平晶檢定的細(xì)節(jié)進(jìn)行研究，能夠明確其可能會(huì)受到的影響，有利于提高測(cè)量精確性級(jí)別，為后續(xù)進(jìn)一步應(yīng)用平晶材料夯實(shí)基礎(chǔ)。

2平晶檢定細(xì)節(jié)探究

2.1檢定等級(jí)與設(shè)備檢定條件

平晶本身在工作領(lǐng)域通常被分為1級(jí)或2級(jí)。根據(jù)JJG 28—2019《平晶》細(xì)節(jié)要求，平晶檢定工作需要應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)平晶對(duì)比方式展開(kāi)。通過(guò)將直徑處于30～140mm范圍內(nèi)的工作類(lèi)平晶作為基礎(chǔ)平面，并通過(guò)等厚干涉儀與2級(jí)標(biāo)準(zhǔn)化平晶展開(kāi)比較式檢定，能夠及時(shí)獲得相關(guān)信息，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)理想檢定目標(biāo)。平面等厚干涉裝置主要利用厚光波之間相互干涉的效應(yīng)作為基礎(chǔ)原理，其能夠在測(cè)量目標(biāo)物體表面平整度的過(guò)程中發(fā)揮重要作用，屬于精密光學(xué)計(jì)量手段。在實(shí)際應(yīng)用階段，此類(lèi)檢定設(shè)備可以在光學(xué)零件制造區(qū)域、精密實(shí)驗(yàn)室區(qū)域、高精度計(jì)量區(qū)域進(jìn)行應(yīng)用，因此具有較為重要的應(yīng)用價(jià)值。

按照結(jié)構(gòu)類(lèi)型進(jìn)行劃分，等厚干涉裝置可以分為兩種：第一種采用鈉光作為基礎(chǔ)作用光源，無(wú)需利用標(biāo)準(zhǔn)化平面平晶，屬于平面等厚干涉裝置的類(lèi)型;第二種需要將激光作為基礎(chǔ)作用光源，通過(guò)將標(biāo)準(zhǔn)化平面平晶納入應(yīng)用范圍內(nèi)，能夠?qū)崿F(xiàn)基礎(chǔ)測(cè)量目標(biāo)[2]。目前，較為常用的等厚干涉裝置主要采用鈉單色燈作為核心，其內(nèi)部標(biāo)準(zhǔn)化平晶為2級(jí)，能夠在檢定過(guò)程中得到良好的應(yīng)用。

2.2檢定措施與環(huán)境標(biāo)準(zhǔn)

常規(guī)檢定流程應(yīng)用的基礎(chǔ)方法與環(huán)境條件狀態(tài)會(huì)對(duì)檢定效果產(chǎn)生顯著影響。因此，需要明確相關(guān)應(yīng)用方式與環(huán)境條件，確保檢定流程能夠按照J(rèn)JG 28—2019《平晶》規(guī)定進(jìn)行。在檢定過(guò)程中，需要首先將被檢定的平面平晶放置在等厚干涉裝置工作區(qū)域表面。隨后需要針對(duì)干涉條紋的實(shí)際間隔進(jìn)行調(diào)整，使等待被檢定的區(qū)域能夠出現(xiàn)干涉條紋，通常數(shù)量為3-5條。

在應(yīng)用2級(jí)標(biāo)準(zhǔn)平晶進(jìn)行比較檢定處理的過(guò)程中，應(yīng)將兩者進(jìn)行整合處理，包括平面平晶與標(biāo)準(zhǔn)化平晶。通過(guò)此類(lèi)方式，能夠使被檢定區(qū)域出現(xiàn)干涉條紋，為后續(xù)進(jìn)一步開(kāi)展檢定提供重要基礎(chǔ)。對(duì)平面度進(jìn)行設(shè)定的過(guò)程中，需要結(jié)合通過(guò)直徑位置的極限彎曲與條紋間隔數(shù)進(jìn)行規(guī)劃。通常情況下，合理設(shè)置平面度能夠有效提高檢定精確性，降低不良問(wèn)題出現(xiàn)概率。

在檢定階段，能夠?qū)z定流程產(chǎn)生影響的環(huán)境因素較多，如濕度、檢定數(shù)值讀取誤差、等厚干涉裝置顯示誤差等。除此之外，溫度也屬于平晶平面度的重要影響因素之一，其會(huì)對(duì)材料的平面度造成影響。在平晶的檢定規(guī)定中明確指出：平面平晶在開(kāi)始進(jìn)行檢定活動(dòng)前，需要放置在合理的環(huán)境溫度范圍內(nèi)，并保證濕度不高于80%，完成等溫處理流程。通常情況下，60 mm的平面平晶等溫處理時(shí)間必須高于16 h。在測(cè)量開(kāi)始前，裝置內(nèi)部等溫時(shí)間應(yīng)當(dāng)大于0.5 h，并保證24 h內(nèi)室溫實(shí)際變化未超過(guò)2.5℃，1 h內(nèi)室溫變化未超過(guò)0.5℃[3]。

除此之外，還需要在開(kāi)始手動(dòng)調(diào)整前，針對(duì)操作人員的體溫進(jìn)行適當(dāng)處理，避免其對(duì)平晶平面度檢定造成不必要的影響。通過(guò)進(jìn)一步探索環(huán)境溫度對(duì)平晶平面度的影響，可以明確相關(guān)處理方式，能夠?yàn)槲磥?lái)進(jìn)一步展開(kāi)檢定工作提供重要參考。

3平晶平面度檢定環(huán)境溫度影響研究

3.1差異溫度條件下平面度測(cè)量分析

在對(duì)平晶平面度進(jìn)行檢定的過(guò)程中，環(huán)境溫度屬于不可忽視的重要影響因素之一。通過(guò)取規(guī)格為45mm、60mm、100 mm的平面平晶作為基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)材料，并將三者放置在20℃、上下浮動(dòng)不超過(guò)5℃的環(huán)境中進(jìn)行測(cè)量分析，能夠明確相關(guān)詳細(xì)數(shù)據(jù)，并為后續(xù)進(jìn)一步研究提供重要參考。在對(duì)溫度數(shù)據(jù)進(jìn)行測(cè)量的過(guò)程中，應(yīng)保證渠道符合兩個(gè)基礎(chǔ)條件：第一，應(yīng)當(dāng)利用指針式溫度計(jì)對(duì)實(shí)驗(yàn)室內(nèi)部整體環(huán)境進(jìn)行測(cè)量，避免在分析過(guò)程中出現(xiàn)偏差，影響環(huán)境溫度探究效果[4]。第二，儀器檢定箱內(nèi)部的溫度需要應(yīng)用工業(yè)式玻璃外殼液體溫度計(jì)進(jìn)行測(cè)量，最大限度降低周邊環(huán)境的干擾，使溫度數(shù)據(jù)精確性能夠符合實(shí)際分析需求。

3.2測(cè)量數(shù)據(jù)探究

通過(guò)對(duì)平面平晶在不同環(huán)境溫度條件下的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，能夠發(fā)現(xiàn)在18.8～20.6℃范圍內(nèi)，平面平晶的平面度基礎(chǔ)變化程度較低，整體穩(wěn)定性好，符合測(cè)量應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)。平面平晶的實(shí)際直徑數(shù)據(jù)越高，其受到溫度影響的變化幅度越明顯，平面度變化程度也愈發(fā)顯著。導(dǎo)致這一問(wèn)題的主要原因與溫度條件變化對(duì)平面平晶度的實(shí)際影響有關(guān)，常規(guī)條件下，平晶外部區(qū)域與核心區(qū)域的折射率存在較為顯著的差別，因此測(cè)量過(guò)程中等厚干涉條紋會(huì)出現(xiàn)不一致的現(xiàn)象。這一現(xiàn)象會(huì)對(duì)測(cè)量結(jié)果產(chǎn)生不可忽視的影響，而基礎(chǔ)折射率又與射入實(shí)際波長(zhǎng)、玻璃材料密度、溫度狀態(tài)、實(shí)際組成結(jié)構(gòu)、折射率存在顯著關(guān)系。對(duì)于單一平面平晶而言，其密度狀態(tài)與玻璃材料的實(shí)際組成在溫度正常的情況下基本處于固定級(jí)別，因此可變化條件僅為溫度與射入波長(zhǎng)。對(duì)于同一平臺(tái)等厚干涉裝置，其需要應(yīng)用鈉燈光進(jìn)行處理，這一光線的入射波長(zhǎng)對(duì)于平面度的影響實(shí)質(zhì)上也處于穩(wěn)定狀態(tài)。因此，可以明確溫度條件變化會(huì)對(duì)平面平晶的平面度產(chǎn)生顯著影響。

3.3恒溫條件影響

溫度對(duì)于平面平晶的平面度影響不僅與當(dāng)前級(jí)別存在關(guān)聯(lián)，同時(shí)還與恒溫的基礎(chǔ)時(shí)長(zhǎng)存在密切聯(lián)系。通過(guò)對(duì)不同恒溫條件下的平晶平面度進(jìn)行檢查，能夠發(fā)現(xiàn)首次測(cè)量結(jié)果具有偏小特性。導(dǎo)致這一現(xiàn)象的原因是被檢定平面平晶基礎(chǔ)溫度與標(biāo)準(zhǔn)化平晶、實(shí)驗(yàn)室環(huán)境溫度存在顯著差異，處于相對(duì)較低的狀態(tài)。在這種情況下，快速布置于高溫環(huán)境內(nèi)可能會(huì)導(dǎo)致被檢定平面平晶的外側(cè)表面出現(xiàn)快速升溫，最終導(dǎo)致局部升溫速度過(guò)快，產(chǎn)生熱脹效應(yīng)[5]。核心區(qū)域的溫度會(huì)隨著恒溫時(shí)間的延長(zhǎng)而緩慢增加，熱脹效應(yīng)相對(duì)不明顯。可以認(rèn)為，恒溫時(shí)間會(huì)導(dǎo)致平面平晶度的測(cè)量數(shù)據(jù)相較于真實(shí)數(shù)據(jù)出現(xiàn)偏凹。在環(huán)境溫度穩(wěn)定的情況下，恒溫時(shí)間進(jìn)一步增加會(huì)導(dǎo)致完成恒溫后的平晶凹型級(jí)別不斷減小，最終接近實(shí)際數(shù)據(jù)。溫差會(huì)導(dǎo)致平面位置的形狀出現(xiàn)改變，最終等厚干涉裝置出現(xiàn)條紋彎曲數(shù)據(jù)，影響平晶平面的實(shí)際測(cè)量精準(zhǔn)性。因此，需要在檢定過(guò)程中，確保平面平晶處于恒溫狀態(tài)，使其溫度波動(dòng)范圍能夠貼合規(guī)程要求，避免出現(xiàn)結(jié)果偏差問(wèn)題。

3.4影響分析與輔助檢定方式

在針對(duì)平晶平面度進(jìn)行檢定的過(guò)程中，可以認(rèn)定環(huán)境溫度條件與平面度存在密切相關(guān)。通過(guò)分析能夠發(fā)現(xiàn)，在環(huán)境溫度處于19～21℃的條件下，針對(duì)平面平晶的測(cè)量數(shù)據(jù)具有良好的穩(wěn)定性。通過(guò)將檢定流程的基礎(chǔ)恒溫區(qū)間進(jìn)一步縮小，能夠有效提高檢定穩(wěn)定性，可以增強(qiáng)實(shí)際操作靈活程度，降低基礎(chǔ)投入成本。因此，在平面平晶進(jìn)行檢定的過(guò)程中，應(yīng)當(dāng)保證環(huán)境處于恒溫狀態(tài)，并嚴(yán)格遵循規(guī)程提出的差異規(guī)格恒溫時(shí)間長(zhǎng)度數(shù)據(jù)，避免出現(xiàn)偏差。

在針對(duì)等厚干涉條紋進(jìn)行調(diào)節(jié)的過(guò)程中，應(yīng)當(dāng)設(shè)置完善的隔熱處理措施，避免人員自身體溫對(duì)測(cè)量結(jié)果造成干擾，保障平晶平面的檢定數(shù)據(jù)具有有效性。在實(shí)際檢定過(guò)程中，可以采取輔助應(yīng)用方式，使檢定流程能夠順利進(jìn)行，降低環(huán)境溫度對(duì)結(jié)果產(chǎn)生的偏差影響。例如，可以采用試測(cè)分析判斷方式。該方式的理論基礎(chǔ)為熱脹冷縮，與常規(guī)加壓分析措施存在差異，其需要在多個(gè)溫度條件下進(jìn)行針對(duì)性分析，最終獲得準(zhǔn)確的檢定數(shù)據(jù)，能夠?qū)ζ骄П砻嫘螤钸M(jìn)行科學(xué)判斷。該方式在溫差較小的情況下可能無(wú)法進(jìn)行準(zhǔn)確判斷，因此僅能夠發(fā)揮輔助效果，為常規(guī)方式提供重要數(shù)據(jù)支持。

除此之外，還可以采用另一種輔助測(cè)量措施，即短時(shí)間局部外圍升溫方式。此輔助方式同樣基于熱脹冷縮理論，其需要針對(duì)實(shí)驗(yàn)室環(huán)境下的溫度條件、恒溫條件、溫度變動(dòng)狀態(tài)進(jìn)行全面規(guī)劃，使其變動(dòng)程度能夠符合檢定流程需求，盡可能降低出現(xiàn)問(wèn)題的概率。同時(shí)，還需要針對(duì)干涉條紋進(jìn)行調(diào)整，使其能夠處于3-5條的狀態(tài)，并記錄當(dāng)前彎曲程度與條紋的實(shí)際彎曲方向[6]。結(jié)束后，應(yīng)當(dāng)用手靠近被檢定平晶周邊，使其能夠產(chǎn)生局部升溫效應(yīng)。需要注意的是，局部升溫應(yīng)當(dāng)避免直接碰觸平晶，防止對(duì)后續(xù)檢定產(chǎn)生干擾。在局部升溫持續(xù)一段時(shí)間后，再次檢查干涉條紋，若其彎曲量出現(xiàn)減小或變直趨勢(shì)，即可判定平晶表面的基礎(chǔ)形狀處于凸面狀態(tài);若干涉條紋的彎曲量出現(xiàn)增加趨勢(shì)，同時(shí)其彎曲方向未出現(xiàn)變化，則可認(rèn)定平晶表面形狀處于凹面狀態(tài)。

此類(lèi)輔助檢定方案適用于1級(jí)或2級(jí)平晶，平面度大小對(duì)實(shí)際判斷流程不存在顯著影響，能夠降低環(huán)境溫度對(duì)平面平晶檢定產(chǎn)生的干擾，可以作為輔助方式展開(kāi)相關(guān)檢定流程。在實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中，需要結(jié)合檢定環(huán)境條件，采取有效的輔助測(cè)量措施，確保檢定效果能夠達(dá)到理想標(biāo)準(zhǔn)，最大限度降低偏差問(wèn)題出現(xiàn)可能性，使平面平晶檢定工作能夠正常進(jìn)行，為后續(xù)進(jìn)一步應(yīng)用或測(cè)量提供幫助。

4結(jié)論

綜上所述，在檢定平晶平面度的過(guò)程中，環(huán)境溫度對(duì)于相關(guān)數(shù)據(jù)具有較為顯著的影響。通過(guò)分析其實(shí)際影響，并探索輔助應(yīng)用措施，能夠最大限度提高平晶平面度檢定可靠性，為未來(lái)展開(kāi)相關(guān)工作提供重要支持，具有正面影響意義。

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