光學實驗平臺的表面粗糙度與平面度詳解

 

    有部分廠家，在光學平臺的指標中，標稱表面粗糙度的概念，往往存在一些誤導。國家標準GB/T3505-2000 中規定了評定表面粗糙度的各種參數，其中常用的是輪廓算術平均偏差Ra。輪廓算術平均偏差Ra 是指在取樣長度內，沿測量方向(z 方向) 的輪廓線上的點與基準線之間距離值的算術平均值。

 

    若只標稱Ra 的數值，但并未公布取樣長度，這樣的數值標稱變得毫無意義，而且有誤導消費者的可能。比如說，標稱表面粗糙度為：0.5 ～ 0.8μm，但若取樣長度分別為10mm、1mm 和0.1mm，實際上表面粗糙度的差別可達百倍！根據GB1031 的推薦值：取樣長度若取0.25mm 時，精密及超精密加工表面的表面粗糙度Ra ＞ 0.02 ～ 0.1μm ；當取樣長度取0.8mm 時，普通精加工表面Ra ＞ 0.1 ～ 2μm。

 

    根據上述說明，取樣長度為0.8mm，表面粗糙度為0.5 ～ 0.8μm 時，表面加工精度屬于一般水平。另外，表面粗糙度通常是評定（小型）零件表面質量的指標，屬于微觀幾何形狀誤差。加工表面的粗糙度是加工過程中多種因素( 機床刀具工件系統、加工方法、切削用量、冷卻潤滑液) 共同作用的結果。這些因素的作用過程相當復雜，而且是不斷變化的。

 

    所以用不同加工方法或在同樣加工方法、同樣加工條件下加工出來的同一批零件，不同表面不同部位其粗糙度值也不*相同。而且同上面介紹的平面度概念一樣，它同光學平臺的隔振效果沒有關系，卓立及國外廠商的光學平臺并未標稱表面粗糙度的指標。

 

二、光學實驗平臺的平面度（Surface Flatness）：

 

    光學實驗平臺的平面度，通常是指單位面積內，被測實際表面相對其理想平面的變動量。通常國外光學平臺的平面度指標為：±0.1mm/600mm×600mm，卓立的光學平臺，通過精密磨削工藝，將平面度指標提高到0.02 ～ 0.05mm/600mm×600mm。

 

    但嚴格意義上來說，光學平臺平面度，對于隔振性能，沒有任何影響，甚至若為了追求高平面度，往往會犧牲掉光學平臺的隔振性能，原因如下：

 

①光學平臺臺面，若為達到高平面度，通常需要反復磨削，在加工過程中，多次磨削容易使材料產生形變，為了減少形變，通常要加厚臺面，但我們通過振動恢復時間的說明已經知道，臺面加厚質量增加，平臺的振動恢復時間往往成倍（甚至幾倍）增加，在很多精密光學實驗中，這是不可接受的；

 

②光學實驗平臺的的磨削是有極限的，這個加工的極限一般是在±0.01mm/600mm×600mm左右，換算成平方米大約為：±0.03mm/m2，但這個平面度，同大理石平臺的平面度相差甚遠。大理石平臺根據平面度指標一般分為：000級（平面度≤3μm/m2）、00級（平面度≤5μm/m2）、0級（平面度≤10μm/m2）。換句話說，平面度的光學平臺，同zui低等級的大理石平臺相比，平面度還差數倍甚至一個數量級，所以若您需要高平面度的臺面，強烈建議您選購大理石平臺；

 

③光學實驗平臺的的平面度在使用時，實際意義不大。我們以平整的臺面（實際上是不可能的）來看，若長×寬×厚為：2000×1000×200mm，通常調整水平時，水平儀的zui小刻度為±30′，若假設實際過程中，水平方向調整精度若為5′，長度方向取2000mm，那么，臺面長度方向兩端的高度差=2000×tan（5′）2.9mm，也就是說，就算平整的臺面，調整水平后，臺面長度方向兩端的高度差很有可能達到3mm，所以實際使用情況中，平面度的指標意義不大；

 

④對于平臺上的光學元件來說，平面度引起的高度差，通常可以忽略不計，若確有必要考慮高度差，則*可以通過卓立精密調整的位移臺來實現。

 

   綜上所述，光學實驗平臺的平面度，同光學平臺的隔振性能不相關，只能做為光學平臺的一個輔助指標，供參考。