李 雪，宋秀敏

(中國電子科技集團(tuán)公司第四十五研究所，北京 101601)

萬能工具顯微鏡（以下簡稱萬工顯）是機(jī)械制造行業(yè)常用的一種大型和復(fù)雜的光學(xué)測量儀器。它主要以影相法和軸切法為瞄準(zhǔn)方法，按照直角坐標(biāo)或極坐標(biāo)來精確地測量零件的長度、角度。影像法是直接依靠顯微鏡將影像放大來瞄準(zhǔn)讀數(shù)，軸切法是為了在輪廓對準(zhǔn)上克服因衍射現(xiàn)象帶來的測量誤差，利用所配附件測量刀上的刻線代替被測表面輪廓來完成瞄準(zhǔn)。萬工顯可以測量如扁平、圓柱、錐體、螺紋等各種形狀零件的參數(shù)，包括刀具的輪廓角、樣板和模具的幾何形狀、凸輪的坐標(biāo)尺寸、圓弧半徑、孔徑和孔間距等都可以測量。這種儀器配有多種附件，具有精度高、操作方便、適用性廣等特點(diǎn)。

盡管萬工顯具有很多優(yōu)點(diǎn)，但如果測量工件時(shí)操作不當(dāng)，就會(huì)引入一系列系統(tǒng)誤差，從而降低測量的精度。下面根據(jù)萬工顯光學(xué)系統(tǒng)的特性，論述一下在操作過程中如何提高測量精度及其原理。

1 調(diào)焦原則

在萬工顯上進(jìn)行測量時(shí)，為了保證測量的正確性，必須要求物像和米字線分劃線的像在同一聚焦面上，這就必須按照正確的調(diào)焦原則進(jìn)行操作。

把被測工件放在工作臺(tái)上用頂針頂緊后，首先從目鏡視野內(nèi)仔細(xì)觀察米字刻線是否清晰，如果不夠清晰，應(yīng)調(diào)節(jié)目鏡筒上的滾花圈，使視度和測量者視力相適應(yīng)，在視野內(nèi)得到清晰的米字線像，然后移動(dòng)顯微鏡懸臂或焦距微調(diào)環(huán)，使視野內(nèi)物像輪廓清晰，并移動(dòng)縱橫滑板使米字線和被測工件影像輪廓邊緣互相重疊。為了檢驗(yàn)調(diào)焦位置的正確性，測量者的眼睛可在目鏡的任一位置移動(dòng)觀察，如果觀察視野內(nèi)物像和米字線刻線所壓的輪廓無相對移動(dòng)，就說明被測件成像平面正確的落在米字線的分劃板上，這時(shí)就可以測量了。反之如果觀察視野內(nèi)物像和米字線刻線所壓的輪廓有相對移動(dòng)，則說明物像平面沒落在米字線分劃板上，這時(shí)必須轉(zhuǎn)動(dòng)焦距微動(dòng)調(diào)整環(huán)調(diào)整顯微鏡和被測工件間的距離，直到無相對移動(dòng)為止。需要注意的是如果操作者在測量工件時(shí)僅靠移動(dòng)顯微鏡懸臂上的手輪進(jìn)行調(diào)焦，使工件在視野內(nèi)成像清晰，而忽略了同時(shí)使目鏡筒內(nèi)米字刻線成像清晰，則被測物的像和米字刻線的像就沒有落在同一聚焦面上。在測量時(shí)壓線就比較困難，每壓一次線，由于觀察位置的移動(dòng)，就會(huì)有不同的數(shù)值，這樣就使儀器讀數(shù)存在了視差，降低了測量準(zhǔn)確度。

2 可變光闌的調(diào)整原則

當(dāng)物像及米字刻線調(diào)整清晰后還要進(jìn)行可變光闌的調(diào)整，如果可變光闌的大小調(diào)整不當(dāng)將造成較大的測量誤差，光闌直徑的大小與被測工件的形狀和大小有關(guān)。對扁平工件，可變光闌的調(diào)整無一定數(shù)值要求，只要能看見清晰的像和明亮均勻的視場即可，對光滑或帶螺紋的圓柱體工件，需要按照被測軸徑選用最合適的光闌直徑，如果光闌直徑選用不合適，會(huì)使測得的軸徑尺寸偏大或偏小。這是由于儀器照明光路采用遠(yuǎn)心光路，照射工件的光束為一組平行光束。由于照明的燈絲有一定的長度，不是理想的點(diǎn)光源，燈絲的每一點(diǎn)射出的光束經(jīng)過透鏡后各自成一束平行光，這些平行光束間有一定的夾角，光闌大時(shí)，由光闌邊緣點(diǎn)射出的光線與中心點(diǎn)射出的光線通過透鏡后的夾角也會(huì)更大，反之亦然。從圖1中可看出，當(dāng)測同一圓柱直徑時(shí)，光闌的大小對測量數(shù)值的大小影響很大。當(dāng)光闌大時(shí)，由光闌下邊緣C點(diǎn)射出的光線C1與顯微鏡物鏡軸線之間的夾角U1就大，由于它在圓柱面上反射的結(jié)果，使工件的半徑影像尺寸（即陰影輪廓）減小a1，而光闌收小一些時(shí)，由光闌下邊緣C點(diǎn)射出的光線與顯微鏡物鏡軸線之間的夾角由U1變小到U，它在工件上反射的結(jié)果，使工件影像的減小數(shù)值由a1變?yōu)閍，看起來好像縮小了測量誤差，但實(shí)際上光闌直徑太小會(huì)由于光線衍射的影響而使被測工件影像尺寸變大，產(chǎn)生正誤差。在測量螺紋工件時(shí)，光闌的大小不但與螺紋中徑尺寸有關(guān)，而且與螺紋牙型半角有關(guān)，因?yàn)槁菁y表面是一個(gè)大曲面，這曲面上的曲率變化情況與半角有關(guān)，它對測量數(shù)值影響的規(guī)律與圓柱形工件基本相似，因此測量圓柱形和有螺紋的工件時(shí)必須對可變光闌進(jìn)行正確的調(diào)整。

圖1 可變光闌與測量誤差的關(guān)系

對于光滑圓柱體測量時(shí)，可變光闌直徑可用公式（1）計(jì)算：

對于螺紋工件測量時(shí)，可變光闌可用公式（2）計(jì)算：

式中：D和D1為測量時(shí)所用光闌直徑；F為萬工顯照明光源準(zhǔn)直透鏡焦距；d為被測量工件的直徑；dcp為被測量螺紋的中徑為螺紋輪廓半角

在測量時(shí)不僅要考慮光闌直徑與工件的關(guān)系，還要知道調(diào)整光闌的正確方法。因?yàn)楣怅@的葉片反向旋轉(zhuǎn)時(shí)產(chǎn)生回程空程非常大，假如光闌直徑從20mm的位置反調(diào)到10mm時(shí)，必須把光闌先回到零位，再從零位方向旋轉(zhuǎn)調(diào)整到這次測量所需要的位置。

3 測量工件的壓線方法

使用萬工顯進(jìn)行測量時(shí)，壓線問題也是影響測量精度一個(gè)很重要的因素之一。壓線方法分為兩種類型：一種是測量角度時(shí)的壓線方法，一種是測量長度時(shí)的壓線方法。測量角度采用狹縫壓線法，也就是在角度測量時(shí)把米字線其中的一條和被測角邊緣輪廓引入視野內(nèi)相靠時(shí)，不要采用和影像邊緣重疊的方法，而是讓米字線和被測角邊緣輪廓保持一條狹窄的光隙，測量者以光隙寬度的均勻性來判別米字線和影像邊緣對線的準(zhǔn)確度，這樣就大大減小了壓線的散發(fā)誤差，如圖2所示。

圖2 錯(cuò)誤與正確的壓線比較

在長度測量時(shí)，不能采用狹縫壓線法，因?yàn)槲覀儫o法準(zhǔn)確知道狹縫的寬度，這樣就為長度的測量結(jié)果引入了新的誤差。因此在長度測量時(shí)要采用半寬壓線法。也就是把米字線的虛線正壓在輪廓的邊緣上，使虛線的像一半在影像之內(nèi)，一半在影像之外，以米字線的中心點(diǎn)上的虛線作為測量位置的主要依據(jù)，以其延長部分作為參考，這樣其實(shí)就提高了人眼對比識(shí)別的靈敏度，是無任何對比下的測量誤差1/6～1/3。

總之，在使用萬工顯測量工件時(shí)，只有遵循正確的操作原則,按照正確的測量方法和合理的數(shù)據(jù)處理，才能得到準(zhǔn)確、可靠的測量結(jié)果。

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[1]黑龍江省標(biāo)準(zhǔn)計(jì)量管理局和哈爾濱工業(yè)大學(xué)編，長度計(jì)量手冊[M].北京：科學(xué)出版社，1979.

[2]李 麗.在萬工顯上測量凸輪樣板的找正方法[J].計(jì)量技術(shù)，2004(11)：58.