折光系数与浓(机械密封故障分析—平面平直度检查和判断)

密封端面平面度的检测，通常是利用光波的十涉效应来测量。可以用质量非常高的激光干涉仪或光学平晶来进行测量，前者属非接触量法，后者属接触量法。光学平晶货源充足，价格便宜，因而被广泛采用。

以下介绍用光学平品检测平面度的基本原理.

一、平面平晶

平晶是利用派利克斯玻璃、熔凝水晶或折光系数为1.516的光学玻璃制造，使之成为具有平直工作端面的透明圆柱体。按直径大小有60、80、100、150、200、250mm六种。平晶由于制造较困难，其尺寸都不太大。它的精度为1级和2级两种;工作面的平面性很高，其偏差不超过0.03um和0.1um。通常采用1级平晶测里密封环端面的平面度，平晶的直径应大于被测工件的外径。若密封环的外径超过250mm,或者是非金属材料制作的密封环(反光度差)，可采用涂色法检查，即在被测表面涂以红丹,在零级平板上对研，环的接触痕迹必须连续，不能间断，接触连续面积大于总面积80%的为合格。

二、光源

由于单色光源所产生的干涉图形较为清晰，常被光波干涉测量法采用作为光源。来自太阳的白光实际上是由七种颜色组成，每一种代表一个不同波长的电磁波。当白光通过平晶射向被检表面发生光波干涉后，在被检表面的不同位置上显示出几种不同颜色的于涉条纹，由于各色光线混杂，干涉条纹的亮度和清晰度大为减弱，所以图像不够清晰。使用单色光源，具有单一的波长，图像是明暗相间的亮带和暗带，非常清晰，可以看清较多的干涉带，读数较准确。单色光需要单色光源，如钠光灯;也可用自然光通过滤色镜得到。图比13一31所示为自制的平面度检测仪及所使用的钠光灯。

三、光波干涉测法的原理

干涉条纹的形成，是由发自同一光源的两组或几组光束经过不同的路程以后，又重新汇聚在空间某一点而发生亮度增强和减弱的结果，这种光束亮度的加强和减弱就是光波干涉。当采用单色光源时，波幅相同的两个波相位相同，同时投射在一点上，则振幅增大，也就是光的亮度加强并出现亮带;当这两个波的相位相差半个波长(差180度），两光波相遇后，振幅大小相等方向相反，所以实际振幅为零，从而导致光的完全消失并出现暗带。图13一32是量块表面形成干涉带的过程。将平晶放在被测体上，打开钠光灯，光束从光源O发出，沿箭头的方向射入平晶。这条光束到达A点后，一部分从平晶的下面反射回来，通过平晶到达观测处，它的路程为AEE’F；另一部分射向被测量表面，然后从量块表面反射回来，并通过平晶到达观测处，它的路程是ABCDG。结果光束月ABCDG比光束AEE’F走的路程多了两倍的h（即空气膜的厚度)。另外，光束AEE‘F由空气到平晶并在平晶表面反射出来以后，要比经ABCDG的光束差半个波长。这样，当空气膜h等于半个波长的整数倍时，这两束光线的相位总是差半个波长，于是光线相互减弱，平晶表面就出现了暗色干涉带。所以，每条干涉带相当于平晶与被测表面间有半个波长的距离。

被测工件平面出现弯曲的干涉条纹，理论上平面度的偏差太小可用下式计算:

四、判别方法

在测量密封端面平面度前，必须先获得能具有折射光线的表面，通常是将被测表面进行研磨后，再进行抛光，才能进行检验。检测时，将被测平面紧贴于平晶。两个表面都必须仔细擦净，使两表面之间可以形成一层极薄的空气膜，单色光源透过空气膜，就会产生明暗相间的干涉条纹。如果使用白光(自然光)作为光源，则显示几种不同颜色的干涉条纹。检测时，应当用彩色条纹中最清楚的条纹来读数。白光可随时取得，不需附属装置。

一个光干涉带等于光波的半个波长，可用干涉条纹发现试件的平面偏差。有关干涉条纹的识别和读数，可用图例说明。

1）直带

图13一33(a)所示的干涉条纹为直带，表明被测件的平面度非常高，接近理想平面，平面度偏差小于0. 029um。光带或条纹的间距不是平面度偏差，仅表明空气膜厚度的不同。

2）同心圆干涉带

图13-33(b)所示的于涉条纹呈同心圆状。这表明被测表面有微小的曲率，不是中凸便是中凹。一条干涉条纹平面度偏差在0.29um之间，两条干涉条纹偏差在0.58um之内，以此类推。判断被测表面是中凸还是中凹，可用手指在平晶边缘轻轻加压，光干涉条纹向外周“移”即为中凸，反之中凹。前者称为光圈高，后者称为光圈低。

3）弯曲的干涉条纹

当被测平面出现弯曲的干涉条纹时，若用目测，则需经过目测读数练习后，才能较精确地估计出应有的读数(a和b的值)。

在实际的测量中，当出现几条弯曲的干涉条纹时，可通过一条假想的直线与曲率最大部位的干涉系统相切来测量。如果这条切线仅与一条干涉条纹相交，那么，被测件的平面度偏差就在一条干涉条纹以内;当切线与两条或更多条的弯曲条纹相交时，平面度偏差则为相交数乘以0.29。例如，切线与三条光干涉条纹相交，其平面度偏差为0. 87um。

图13一33（c）所示，假想的AB线与一条暗条纹相交，表明平面度在一个光干涉条纹之内，其外侧条纹朝着外周弯曲，这是抛光过程中在外周出现了微小的塌边。

图13一33(d)所示，干涉条纹朝一边弯曲，表明平面度为三条光干涉带。因为AB线与三条光干涉条纹相交。

图13一33(e)所示，AB线对称相交两条干涉条纹;A\'B\'线也相交两条干涉条纹，所交的曲线的干涉条纹朝相反方向弯曲，呈椭圆形。这表明平面度在2条半光带之内。

图1一33(f)所示，平面度为一个鞍形的3条光带。图13一7(g)所示的也是，个鞍形的干涉条纹，平面度为6条光带。图13 -33（h）所示的是一筒圆形的干涉条纹，其平面度为3条干涉条纹。

五、测量注意事项

①测量时，平晶和工件需要在相同的温度厂才能得到正确的结果:;

②当使用钠光灯时，通电后3一5min预热，钠光灯才能正常工作。

③平晶是精密的量具，它的硬度低.使用中容易磨损和划伤，因此应在.无尘条件下使用。若附着脏物，可用无色航空汽油或无水洒精清洗，用鹿皮或绸布擦拭。使用中不可用平晶检查粗糙的平面。以免擦伤:.使用完毕须妥善保管。

④用平晶检测平面度，有时看不见干涉条纹，这可能因为被测平面不光洁或平面度很差、被测平面不清洁或有毛刺、被测工件为非金属材料时，表面折光不好或有毛刺未能很好的贴合等原因造成。