浅谈万能工具显微镜测量技术

田奕　张勇　郑金艳

摘 要：万能工具显微镜用途很广，它以影像法轴切法、接触法和干涉法按平面直角坐标，极坐标及圆柱坐标精确地测量长度和角度，并可检验复杂的几何形状，是常用的一种光学计量仪器。通过文章对工具显微镜的测量技术作一简单介绍。

关键词：万能工具显微镜；测量方法；瞄准

引言

万能工具显微镜一般是通过主显微镜瞄准工件影像进行测量的，它以影像法轴切法、接触法和干涉法按平面直角坐标，极坐标及圆柱坐标精确地测量长度和角度，并可检验复杂的几何形状，是常用的一种光学计量仪器。其工作原理是：将测件置于照明系统中，通过带有正象棱镜的中央显微镜，经物镜放大，将影像显于目镜分划板上使与目镜分划板上的各标记进行瞄准定位，最后借助于纵横向读数系统，确定两次定位的坐标位置，从而达到测量的目的。

1 仪器的正确使用及测量前的准备工作

1.1 测量前检查仪器是否处于正常工作状态

1.2 测量方法的选择

分析测量特点。运用测量原理，选择测量基准及瞄准方式，根据适当的测量条件及测量误差的分析而确定测量方法，以保证制造出质量合格的零件及产品。测量方法还得讲究效益、降低成本。

1.3 测件清洗

把测件的基准和被检的点、棱边、面、孔、圆弧等上的毛刺、铁屑及油污清洗干净。

1.4 測件恒温

测件和仪器应同在20℃情况下才能进行测量，应当恒温在20℃±1℃的范围内，否则就有误差。温度不同时，所引起的误差可用下列公式计算：

△L=L〔？琢p（Tp-20）-？琢n（Tn-20）〕

式中：△L为测件与基准件线膨胀系数不同且不同一温度测量而引起的测量误差。

？琢p和Tp为测件的线膨胀系数和温度。

？琢n和Tn为基准件的线膨胀系数和温度。

假如测件与基准件温度相同，则公式可简化成：

△L=L（？琢p-？琢n）（T-20）

也可以根据上述公式反过来确定测件应恒温到什么程度。

1.5 测量需要的专用工具应事先准备好，如芯棒、量棒、刀口尺、平尺、垫铁及各种扳手等。

1.6 选择物镜倍率

1.6.1 按测件制造公差的大小而选用。公差大的选用低倍物镜；公差小的选用高倍物镜。通常选用3倍物镜。

1.6.2 观察范围大的选用低倍物镜；观察范围小的选用高倍物镜。

1.6.3 用螺纹轮廓目镜、光学灵敏杠杆与轴切法测量时需选用3倍物镜。

1.6.4 干涉法测量选用5倍物镜，对于螺距大于3毫米的可选用3倍物镜。

1.6.5 根据圆弧目镜分划板上所规定的物镜倍率选用物镜。

1.6.6 测量角度时选用物镜倍率应使角边轮廓线充满视场。测量螺纹时，当螺距小于0.5毫米的，应选用5倍物镜。这样才能使角边轮廓在视场内较长，瞄准误差较小。螺距大于0.5毫米则应选用3×或1×物镜。

1.7 测件安放原则

1.7.1 安放在方工作台或光学分度台时，尽量做到不加垫辅助基准，同时将工件尽量靠近基准件（标尺），避免增加阿贝误差。

1.7.2 用V形支架支承的细长测件，注意引起弯曲变形。为了减少其弯曲变形，则应当选择白塞尔支承点，支承点到端面距离约为■L。

2 测量中的注意事项

读数时不应盲目追求位数。假如只要求0.01的精度就没有必要作0.001的测量。不管什么精度的测量都要测量得很精密，实际上并不精确。有时还容易引起粗大误差。

一个测点，必须采取三次瞄准。因为一个数不能发现差错，二个数只有差，三个数才有比较。

3 测量方法分类

3.1 按测量坐标分

万能工具显微镜有四种坐标测量。

3.1.1 直角坐标测量：就是把仪器主体的两个相互垂直的运动方向作为X和Y坐标。要确定测件上某点的位置，首先要确定测件上的基准坐标，确定测件基准（点、线、面）在仪器的坐标位置。

3.1.2 极坐标测量：与直角坐标所不同的是测量一个坐标X1或Y1；另一个是与X轴的夹角？琢这样同样能确定某点A的位置，但它必须借助于仪器的附件——光学分度台完成。

3.1.3 圆筒坐标测量：也叫圆柱坐标测量。例如：某测件为圆筒，圆筒上螺旋线上的一点对X轴的转角？琢及这点的某一个坐标X0，同样也能确定这一点的位置。这种测量也必须借助仪器的附件光学分度台完成。

3.1.4 立体坐标测量：在完成X，Y两方向测量后，还得要有第三坐标Z方向的测量（这个测量可借助测高装置来完成），这样就能确定某一点的空间位置。

3.2 按测量方法分

3.2.1 影像法：是利用中央显微镜的标记，对影像进行瞄准定位的测量方法。

3.2.2 轴切法：是利用中央显微镜的标记，对通过测件轴心线并利用测量刀上的刻线进行瞄准定位的测量方法。

3.2.3 接触法：是利用中央显微镜的标记，对和紧靠测件测量点、线、面的光学测孔器的测头连在一起的双刻线进行瞄准定位的测量方法。

4 瞄准

对被定位对象点或其它形状曲线进行定位的过程叫瞄准。它包括调焦和压线。

4.1 调焦

目视式光学计量仪器，在测量时，必须在视场里能同时观察到清晰的分划线和测件影像。分划线和测件影像不在同一焦面上，测量时会感到压线非常困难，造成观察位置的移动，几次读数出现不同数值，从而降低了测量的精密度，使数据发散。

4.1.1 视度调节：视场内观察米字线是否清晰，若不够清晰，可调节目镜。使视度和测量者的视力相适应。

4.1.2 焦距调节：移动中央显微镜（粗动或微动），使视场内的测件影像清晰。对于不同的测件，应用不同的调焦方法进行调整。

4.2 与瞄准精度有关的因素

4.2.1 与视场亮度有关：视场亮度要适中。既不能太暗，也不宜太亮。虽然这由测量者自己决定。但必须遵守下列原则：当光栏直径确定后，视场亮度的调节，只能改变光源的电阻。亮度的调节应当使线压轮廓时，暗的（轮廓）部分要较亮，而亮的（透光）部分要较暗。

4.2.2 与压线方式有关：用虚线压线要比用实线压线精度高。一般线压线的瞄准精度为10"-15"，双线套单线的瞄准精度为7"-10"。

4.2.3 与视场衬度有关：背景一般以淡绿色为好。

4.2.4 与光源、光栏直径、视度和焦距的调节有关。

4.2.5 与物镜的倍率有关，

若用1×物镜，则总放大率为10×，瞄准精度为2.5μm；

若用3×物镜，则总放大率为30×，瞄准精度为0.83μm；

若用5×物镜，则总放大率为50×，瞄准精度为0.5μm。

瞄准准确与否，是直接影响测量精度，所以是非常重要的。