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光学实验平台的表面粗糙度与平面度详解
- 2020-02-06-

 一、光学实验平台的表面粗糙度(Surface Roughness):

 

    有部分厂家,在光学平台的指标中,标称表面粗糙度的概念,往往存在一些误导。国家标准GB/T3505-2000 中规定了评定表面粗糙度的各种参数,其中常用的是轮廓算术平均偏差Ra。轮廓算术平均偏差Ra 是指在取样长度内,沿测量方向(z 方向) 的轮廓线上的点与基准线之间距离值的算术平均值。

 

    若只标称Ra 的数值,但并未公布取样长度,这样的数值标称变得毫无意义,而且有误导消费者的可能。比如说,标称表面粗糙度为:0.5 ~ 0.8μm,但若取样长度分别为10mm、1mm 和0.1mm,实际上表面粗糙度的差别可达百倍!根据GB1031 的推荐值:取样长度若取0.25mm 时,精密及超精密加工表面的表面粗糙度Ra > 0.02 ~ 0.1μm ;当取样长度取0.8mm 时,普通精加工表面Ra > 0.1 ~ 2μm。

 

    根据上述说明,取样长度为0.8mm,表面粗糙度为0.5 ~ 0.8μm 时,表面加工精度属于一般水平。另外,表面粗糙度通常是评定(小型)零件表面质量的指标,属于微观几何形状误差。加工表面的粗糙度是加工过程中多种因素( 机床刀具工件系统、加工方法、切削用量、冷却润滑液) 共同作用的结果。这些因素的作用过程相当复杂,而且是不断变化的。

 

    所以用不同加工方法或在同样加工方法、同样加工条件下加工出来的同一批零件,不同表面不同部位其粗糙度值也不完全相同。而且同上面介绍的平面度概念一样,它同光学平台的隔振效果没有关系,卓立及国外厂商的光学平台并未标称表面粗糙度的指标。

 

二、光学实验平台的平面度(Surface Flatness):

 

    光学实验平台的平面度,通常是指单位面积内,被测实际表面相对其理想平面的变动量。通常国外光学平台的平面度指标为:±0.1mm/600mm×600mm,卓立的光学平台,通过精密磨削工艺,将平面度指标提高到0.02 ~ 0.05mm/600mm×600mm。

 

    但严格意义上来说,光学平台平面度,对于隔振性能,没有任何影响,甚至若为了追求高平面度,往往会牺牲掉光学平台的隔振性能,原因如下:

 

①光学平台台面,若为达到高平面度,通常需要反复磨削,在加工过程中,多次磨削容易使材料产生形变,为了减少形变,通常要加厚台面,但我们通过振动恢复时间的说明已经知道,台面加厚质量增加,平台的振动恢复时间往往成倍(甚至几倍)增加,在很多精密光学实验中,这是不可接受的;

 

②光学实验平台的的磨削是有极限的,这个加工的极限一般是在±0.01mm/600mm×600mm左右,换算成平方米大约为:±0.03mm/m2,但这个平面度,同大理石平台的平面度相差甚远。大理石平台根据平面度指标一般分为:000级(平面度≤3μm/m2)、00级(平面度≤5μm/m2)、0级(平面度≤10μm/m2)。换句话说,平面度zui好的光学平台,同zui低等级的大理石平台相比,平面度还差数倍甚至一个数量级,所以若您需要高平面度的台面,强烈建议您选购大理石平台;

 

③光学实验平台的的平面度在使用时,实际意义不大。我们以平整的台面(实际上是不可能的)来看,若长×宽×厚为:2000×1000×200mm,通常调整水平时,水平仪的zui小刻度为±30′,若假设实际过程中,水平方向调整精度若为5′,长度方向取2000mm,那么,台面长度方向两端的高度差=2000×tan(5′)2.9mm,也就是说,就算平整的台面,调整水平后,台面长度方向两端的高度差很有可能达到3mm,所以实际使用情况中,平面度的指标意义不大;

 

④对于平台上的光学元件来说,平面度引起的高度差,通常可以忽略不计,若确有必要考虑高度差,则完全可以通过卓立精密调整的位移台来实现。

 

   综上所述,光学实验平台的平面度,同光学平台的隔振性能不相关,只能做为光学平台的一个辅助指标,供参考。