彩色热图展示机械零件表面平整度分析,突出关键区域的变形和应力分布,适用于精密制造检测。
专业知识

如何测量表面平整度

为什么要测量表面平整度?

在表面计量学中,许多制造零件都规定了表面平整度公差,因为平整度对于许多应用而言至关重要,它能确保技术部件的功能正常。作为一项关键的表面参数,平整度会影响法兰和阀座等密封表面的泄漏情况。在采用光学抛光工艺的精密光学领域,玻璃基板、光学镜片或分光镜等的平整度是最重要的质量指标之一。

但不仅精密机械和光学元件广泛采用平整度公差。在电子行业中,了解印刷电路板(PCB)的平整度是否在规定的公差范围内至关重要,这能确保在通过焊接等工艺安装多个部件时,电气连接的可靠性。对于相互相对运动的表面,表面平整度还会影响组件的噪声水平和声发射。简而言之,平整度公差广泛影响着产品的可靠性、功能性,甚至噪声水平。

3D color-coded surface flatness maps of a sealing surface with 0.35 µm and a cranial implant with 8.23 µm flatness precision.

基于干涉测量法的平面度精密评估

红外光谱仪的比色皿是一个关键组件,由高品质的光学透明材料制成,需要在装配过程中通过高精度机械夹具进行精确定位。TopMap 白光干涉仪不仅可测量比色皿窗口相对于夹具的位置和方向参数,还能测量夹具的表面平整度以及比色皿不同层级之间的垂直台阶高度。

TopMap 这是一款扫描式白光干涉仪(WLI),可对形状、台阶高度和纹理进行非接触式表征,并提供与视场无关的最佳垂直分辨率。单次测量即可覆盖45毫米×34毫米的区域(无需拼接),这些光学轮廓仪仅需几秒钟即可完成整个比色皿的测量。

与在特定测量位置机械接触表面的接触式测量技术相比,对比色皿的光学全场测量包含近百万个测量点。

比色皿表面平整度、角度、平行度及台阶高度测量结果,显示全部指标合格,适用于红外光谱仪校准。
比色皿平整度、角度、台阶高度等的测量结果
红外光谱仪比色皿表面平整度测量,采用白光干涉仪实现高精度非接触式检测,保障光学性能和装配质量。
红外光谱学中的表面平整度测量
近红外光谱仪比色皿表面平整度、角度及台阶高度精密测量,助力超精密定位和对准。
检测近红外光谱仪比色皿的表面平整度、台阶、角度和平行度,以实现超精密对准和定位

ISO平整度及其计算方法

通常,计量学中的几何平整度被定义为两个平行平面在所有记录测量点上的偏差。然而,现有的不同ISO标准在平行平面的计算方法上存在差异。为了比较采用不同测量系统和技术获得的表面平整度测量结果,必须参照特定的ISO标准。

ISO 1101标准规定,在包含所有测量点的前提下,两个平行平面之间的距离应尽可能小。而在ISO 12781标准中,平整度的定义则更为宽泛,即两个平面中最小点与最大点之间的距离,该距离取决于先前施加的形状修正量。

无论采用哪项ISO标准,有效剔除数据集中的异常值都至关重要,以防止单个峰值主导测量结果。

Comparison of surface flatness measurements using ISO 1101 minimum zone and ISO 12781 least squares methods with raw 3D topography data.

大面积表面平整度测量(光学相干扫描)

面式、非接触式平整度测量技术,例如利用 白光干涉法 的相干扫描技术,能够通过单次扫描可靠地覆盖整个样品区域。光学平整度测量能在瞬间采集数百万个测量点,从而在生产早期阶段将有缺陷的零件识别为不合格品(nOK)。

即使是柔软或极薄的部件,也能进行可靠的平整度评估,因为被测表面不会发生变形,而是通过非侵入式方式进行测量。大面积表面平整度测量非常适合用于生产中的质量控制或100%全检。

Laboratory technician in white coat operates Polytec TopMap white-light interferometer for precise surface flatness measurement in an industrial lab.

光学表面平整度测量的优势

平面度测量通常采用接触式轮廓仪或非接触式(光学)方法进行。坐标测量机(CMM)等接触式测量系统常用于大型零件的平面度测量,以及需要表征多维尺寸、几何或位置公差的情况。

然而,由于坐标测量机采用逐点测量方式,测量过程往往耗时较长。为节省测量时间,通常会选择较大的测量点间距。但这种方法意味着局部形状偏差可能会被忽略。

用于合格/不合格分析的自动平整度公差检查

为了确保每个零部件都符合平整度公差要求,从而满足质量标准,可以实施一套用于100%质量控制的测量流程。 定制软件选项可根据具体的测试需求和常规测量进行调整,以便存储和运行简单的测量配方。设置个性化的平整度公差,并立即与测量值进行对比,从而得出合格/不合格的结果。Sa一旦检测到放置位置的微小变化,系统将通过自动图案识别功能自动调整评估结果以适应新位置。这确保了即使在苛刻的环境中也能实现高重复性。

Color-coded surface flatness measurement results of multiple circular parts with numerical pass-fail flatness scores and micron tolerances.

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