淺談萬能工具顯微鏡測量技術(shù)

田奕　張勇　鄭金艷

摘 要：萬能工具顯微鏡用途很廣，它以影像法軸切法、接觸法和干涉法按平面直角坐標(biāo)，極坐標(biāo)及圓柱坐標(biāo)精確地測量長度和角度，并可檢驗復(fù)雜的幾何形狀，是常用的一種光學(xué)計量儀器。通過文章對工具顯微鏡的測量技術(shù)作一簡單介紹。

關(guān)鍵詞：萬能工具顯微鏡；測量方法；瞄準(zhǔn)

引言

萬能工具顯微鏡一般是通過主顯微鏡瞄準(zhǔn)工件影像進(jìn)行測量的，它以影像法軸切法、接觸法和干涉法按平面直角坐標(biāo)，極坐標(biāo)及圓柱坐標(biāo)精確地測量長度和角度，并可檢驗復(fù)雜的幾何形狀，是常用的一種光學(xué)計量儀器。其工作原理是：將測件置于照明系統(tǒng)中，通過帶有正象棱鏡的中央顯微鏡，經(jīng)物鏡放大，將影像顯于目鏡分劃板上使與目鏡分劃板上的各標(biāo)記進(jìn)行瞄準(zhǔn)定位，最后借助于縱橫向讀數(shù)系統(tǒng)，確定兩次定位的坐標(biāo)位置，從而達(dá)到測量的目的。

1 儀器的正確使用及測量前的準(zhǔn)備工作

1.1 測量前檢查儀器是否處于正常工作狀態(tài)

1.2 測量方法的選擇

分析測量特點。運用測量原理，選擇測量基準(zhǔn)及瞄準(zhǔn)方式，根據(jù)適當(dāng)?shù)臏y量條件及測量誤差的分析而確定測量方法，以保證制造出質(zhì)量合格的零件及產(chǎn)品。測量方法還得講究效益、降低成本。

1.3 測件清洗

把測件的基準(zhǔn)和被檢的點、棱邊、面、孔、圓弧等上的毛刺、鐵屑及油污清洗干凈。

1.4 測件恒溫

測件和儀器應(yīng)同在20℃情況下才能進(jìn)行測量，應(yīng)當(dāng)恒溫在20℃±1℃的范圍內(nèi)，否則就有誤差。溫度不同時，所引起的誤差可用下列公式計算：

△L=L〔？琢p（Tp-20）-？琢n（Tn-20）〕

式中：△L為測件與基準(zhǔn)件線膨脹系數(shù)不同且不同一溫度測量而引起的測量誤差。

？琢p和Tp為測件的線膨脹系數(shù)和溫度。

？琢n和Tn為基準(zhǔn)件的線膨脹系數(shù)和溫度。

假如測件與基準(zhǔn)件溫度相同，則公式可簡化成：

△L=L（？琢p-？琢n）（T-20）

也可以根據(jù)上述公式反過來確定測件應(yīng)恒溫到什么程度。

1.5 測量需要的專用工具應(yīng)事先準(zhǔn)備好，如芯棒、量棒、刀口尺、平尺、墊鐵及各種扳手等。

1.6 選擇物鏡倍率

1.6.1 按測件制造公差的大小而選用。公差大的選用低倍物鏡；公差小的選用高倍物鏡。通常選用3倍物鏡。

1.6.2 觀察范圍大的選用低倍物鏡；觀察范圍小的選用高倍物鏡。

1.6.3 用螺紋輪廓目鏡、光學(xué)靈敏杠桿與軸切法測量時需選用3倍物鏡。

1.6.4 干涉法測量選用5倍物鏡，對于螺距大于3毫米的可選用3倍物鏡。

1.6.5 根據(jù)圓弧目鏡分劃板上所規(guī)定的物鏡倍率選用物鏡。

1.6.6 測量角度時選用物鏡倍率應(yīng)使角邊輪廓線充滿視場。測量螺紋時，當(dāng)螺距小于0.5毫米的，應(yīng)選用5倍物鏡。這樣才能使角邊輪廓在視場內(nèi)較長，瞄準(zhǔn)誤差較小。螺距大于0.5毫米則應(yīng)選用3×或1×物鏡。

1.7 測件安放原則

1.7.1 安放在方工作臺或光學(xué)分度臺時，盡量做到不加墊輔助基準(zhǔn)，同時將工件盡量靠近基準(zhǔn)件（標(biāo)尺），避免增加阿貝誤差。

1.7.2 用V形支架支承的細(xì)長測件，注意引起彎曲變形。為了減少其彎曲變形，則應(yīng)當(dāng)選擇白塞爾支承點，支承點到端面距離約為■L。

2 測量中的注意事項

讀數(shù)時不應(yīng)盲目追求位數(shù)。假如只要求0.01的精度就沒有必要作0.001的測量。不管什么精度的測量都要測量得很精密，實際上并不精確。有時還容易引起粗大誤差。

一個測點，必須采取三次瞄準(zhǔn)。因為一個數(shù)不能發(fā)現(xiàn)差錯，二個數(shù)只有差，三個數(shù)才有比較。

3 測量方法分類

3.1 按測量坐標(biāo)分

萬能工具顯微鏡有四種坐標(biāo)測量。

3.1.1 直角坐標(biāo)測量：就是把儀器主體的兩個相互垂直的運動方向作為X和Y坐標(biāo)。要確定測件上某點的位置，首先要確定測件上的基準(zhǔn)坐標(biāo)，確定測件基準(zhǔn)（點、線、面）在儀器的坐標(biāo)位置。

3.1.2 極坐標(biāo)測量：與直角坐標(biāo)所不同的是測量一個坐標(biāo)X1或Y1；另一個是與X軸的夾角？琢這樣同樣能確定某點A的位置，但它必須借助于儀器的附件——光學(xué)分度臺完成。

3.1.3 圓筒坐標(biāo)測量：也叫圓柱坐標(biāo)測量。例如：某測件為圓筒，圓筒上螺旋線上的一點對X軸的轉(zhuǎn)角？琢及這點的某一個坐標(biāo)X0，同樣也能確定這一點的位置。這種測量也必須借助儀器的附件光學(xué)分度臺完成。

3.1.4 立體坐標(biāo)測量：在完成X，Y兩方向測量后，還得要有第三坐標(biāo)Z方向的測量（這個測量可借助測高裝置來完成），這樣就能確定某一點的空間位置。

3.2 按測量方法分

3.2.1 影像法：是利用中央顯微鏡的標(biāo)記，對影像進(jìn)行瞄準(zhǔn)定位的測量方法。

3.2.2 軸切法：是利用中央顯微鏡的標(biāo)記，對通過測件軸心線并利用測量刀上的刻線進(jìn)行瞄準(zhǔn)定位的測量方法。

3.2.3 接觸法：是利用中央顯微鏡的標(biāo)記，對和緊靠測件測量點、線、面的光學(xué)測孔器的測頭連在一起的雙刻線進(jìn)行瞄準(zhǔn)定位的測量方法。

4 瞄準(zhǔn)

對被定位對象點或其它形狀曲線進(jìn)行定位的過程叫瞄準(zhǔn)。它包括調(diào)焦和壓線。

4.1 調(diào)焦

目視式光學(xué)計量儀器，在測量時，必須在視場里能同時觀察到清晰的分劃線和測件影像。分劃線和測件影像不在同一焦面上，測量時會感到壓線非常困難，造成觀察位置的移動，幾次讀數(shù)出現(xiàn)不同數(shù)值，從而降低了測量的精密度，使數(shù)據(jù)發(fā)散。

4.1.1 視度調(diào)節(jié)：視場內(nèi)觀察米字線是否清晰，若不夠清晰，可調(diào)節(jié)目鏡。使視度和測量者的視力相適應(yīng)。

4.1.2 焦距調(diào)節(jié)：移動中央顯微鏡（粗動或微動），使視場內(nèi)的測件影像清晰。對于不同的測件，應(yīng)用不同的調(diào)焦方法進(jìn)行調(diào)整。

4.2 與瞄準(zhǔn)精度有關(guān)的因素

4.2.1 與視場亮度有關(guān)：視場亮度要適中。既不能太暗，也不宜太亮。雖然這由測量者自己決定。但必須遵守下列原則：當(dāng)光欄直徑確定后，視場亮度的調(diào)節(jié)，只能改變光源的電阻。亮度的調(diào)節(jié)應(yīng)當(dāng)使線壓輪廓時，暗的（輪廓）部分要較亮，而亮的（透光）部分要較暗。

4.2.2 與壓線方式有關(guān)：用虛線壓線要比用實線壓線精度高。一般線壓線的瞄準(zhǔn)精度為10"-15"，雙線套單線的瞄準(zhǔn)精度為7"-10"。

4.2.3 與視場襯度有關(guān)：背景一般以淡綠色為好。

4.2.4 與光源、光欄直徑、視度和焦距的調(diào)節(jié)有關(guān)。

4.2.5 與物鏡的倍率有關(guān)，

若用1×物鏡，則總放大率為10×，瞄準(zhǔn)精度為2.5μm；

若用3×物鏡，則總放大率為30×，瞄準(zhǔn)精度為0.83μm；

若用5×物鏡，則總放大率為50×，瞄準(zhǔn)精度為0.5μm。

瞄準(zhǔn)準(zhǔn)確與否，是直接影響測量精度，所以是非常重要的。