立式光学计常见故障的判断与排除策略分析

武国新，常万博

（南阳技师学院，河南南阳 473000）

0 引言

光学计是计量部门常用的一种精密计量仪器，由于使用频繁，长时间的使用会让光学计更容易受到外界因素的影响，无论是仪器精密度还是成像质量都会因零件磨损或位置变化而无法继续使用，所以有必要严格按照检定程序逐步排除故障，找出故障产生的原因，从而给出有效的光学计维修方法，确定保养与护理工作的注意事项。

1 立式光学计的产品特点与规格参数

投影立式光学计作为精密的光学长度计量设备，主要采用标准量块和被测件对比的方式，实现对零件外形尺寸的误差测量分析，是目前计量室、车间检定或精密零件制造车间常使用的仪器设备。光学计最主要的使用特点是应用了附加读数放大镜，设备象面更加清晰，且仪器精度很高，能够保持测量数据的稳定性与可靠性。应用光学投影读数方法，使光学计可以直接控制加工尺寸。

立式光学计通常用来检定对精度要求较高的量块，如柱形量块对工件直径、厚度、外螺纹中径等数值进行比较，确保测量的精密度。其规格参数主要有：测量范围通常为0～180 mm；镜管部分的分划板分划值和分划范围分别是0.001 mm 和±0.1 mm，测量力可以达到（2±0.2）N 左右，零位的调节范围在20 格以内；测量杆可以自由升降0.5 mm；测量准确度可以达到0.25 μm，示值的稳定性可以保持在0.1 μm 范围内，仪器重量较轻、只有21 kg，所以使用起来十分便捷[1]。

2 立式光学计故障判断与排除

2.1 标尺部分的故障

2.1.1 标尺像位置不适中

在立式光学计当中，标尺刻线像和投影屏处的指标线的相对位置应当是保持着平行的关系，且标尺刻线像的上下位置应达到适中。也就是说，标尺刻线和指标线的上端应相互对齐，但是分度线像会在光学计测量工作中出现歪斜的故障情况，分度线位置偏高或偏低，且影屏的边缘带出现了黑影。此类故障属于标尺像位置不适中的故障问题。

对于该故障问题进行排查分析，修理时需要调整照明的位置，排除因为照明不当而产生的黑影。将投影屏的外部罩壳取下来，再将螺钉部分松开，充分利用构件与构件之间的空隙，细微地转动影屏外部框架，从而调整分度线和指标线的相对位置，解决标尺像位置不适中的故障问题[2]。

2.1.2 标尺像移动范围不足

这一故障问题主要体现于光学计的标尺像移动范围未达到标准。调整微调鼓轮能够让标尺刻线拥有大致20 格的最大移动范围。但是光学计在测量工作中经常会出现移动范围没有达到20 格的故障，出现这一问题的原因主要有3 个：①微调鼓轮存在传动配合不良的问题，导致传动效果未达到预期要求；②滑板的顶端处弹簧失效；③分划板的下端位置燕尾滑板出现移动不顺畅的问题，导致微调鼓轮无法有效移动，标尺像未达到预期移动范围。对于这类故障，可采取以下修理方法：

（1）针对螺旋处的缺陷问题，需要旋出微调鼓轮，然后将螺母拆卸下来，在螺纹位置涂上足够的油，经过相对研磨之后，使螺旋部分能够顺畅且平滑地进行旋转。

（2）针对弹簧失效的问题，需要将箱体侧部的盖板打开，然后取下弹簧座，查看弹簧零部件的完好程度，如果出现破损或者老化等问题，需要将其拿出并更换新的弹簧。

（3）针对燕尾滑板无法良好滑动的故障问题，需要将光学计的投影物镜小心地取下来，随后在燕尾槽中进行相对研磨，确保滑板在滑动时不会产生晃动，且滑动起来更加顺畅[2]。

2.1.3 标尺像斜向移动

光学计在测量工作中出现标尺像的实际移动方向未与标尺刻线相互垂直的故障，原因主要为测量杆在进行上下移动的时候发生斜向移动，零位调整期间也会发生斜向运动的情况。针对标尺像的斜向移动故障，可以采取以下解决措施：

（1）调整平面反射镜，即改变反射镜的摆动轴方向，让光学计的标尺像可以在示值范围以内对指标线移动量加以控制，使指标线的上下位移运动量被控制在短刻线长度的10%以内。

（2）零位调整的时候会出现斜向运动的故障问题，对此可以将箱体顶处通光隔热玻璃板取下来，然后将分划板位置上的螺钉放松，找出其尾部位置，使用螺丝刀对螺钉尾部进行调整，确保标尺和滑板的方向可以保持平行。在微调的情况下，标尺像指标线随着光学计的使用不会产生明显的垂直移动现象，接着可以使用螺钉紧固分划板座，调整的同时注意标尺像的投影屏上部与下部位置上的对称情况[3]。

2.2 示值误差超差

按照光学计的相关检定要求，在±60 μm 的范围内，要求光学计示值的误差超差不能超出±0.2 μm；如果超过±60 μm，那么示值误差超差就不能超过±0.25 μm。一旦误差超出相应的检定要求则必须对光学计进行调修，防止后续光学计在使用过程中遇到问题。影响示值误差的因素主要是“杠杆比K 值”，这是随着反射镜的摆动半径r 发生改变，摆动半径的调整一般包含垫板螺钉调节与弹簧调整两部分。调整摆动半径之前，需要将底盖部分卸下来，并将固定螺钉松开，在示值达到±100 μm 的时候，使其与量块相互吻合，并对分划板的其他位置校正处理。紧固螺钉之后需要对光学计的示值误差情况再次检定。

如果光学计的示值变动性超差，对于该故障问题应明确这一数值的指标是不能超过0.1 μm 的，引发故障的原因有很多。例如，测头内两条拉簧让反射镜组下部合金片与钢珠接触，提供测量力，如果拉簧作用力没有达到一致，此时示值的变动性就会超差；测量杆与轴套的润滑效果不佳，或其间存在一定的杂质；合金片与钢珠之间的接触部分出现一定程度的磨损，也是造成故障问题的主要原因，需要及时增加润滑，更换磨损的零部件。

2.3 读数系统稳定性较差

读数系统稳定性差故障的原因通常是钢珠松动或变形，应采用规格相同的钢珠代替原有钢珠，使其被铆合在测量杆处。如果钢珠损坏，建议将支持块从测轴的套筒位置取下来，经过支持块背部的小孔取下钢珠，更换新钢珠。要求钢珠和支持块的下表面处于等高的关系。

2.4 指标线和标尺分度刻线不平行

（1）指标线发生倾斜。该故障需要采取以下调修方法：调整指标线的镜筒位置，打开侧盖，重开镜筒和固定套圈凹槽位置的螺钉，转动镜筒，使其在投影屏处观测分析，直到最终指标线和标尺分度刻线之间达到平行的状态，同时分度刻线与指标线第三条虚线的上边缘保持对齐，指标线在运动期间要求横向位移量不能超过分度刻线当中短刻度线长度的10%。

（2）标尺分度刻线出现倾斜问题。可采取以下调修方法：对分划板的位置做出调整，将侧盖打开，随后查看分划板和棱镜是否处于胶合的关系，再松开镜片左侧固定螺钉，调整分划板位于投影屏处的具体成像位置。

（3）指标线和标尺分度刻线都出现倾斜的现象。相应调修方法如下：将指标线的镜筒和分划板之间的相对位置做出调整，然后打开侧盖，松开分划板左侧固定螺钉，调整分度刻线位置，确保其在投影屏内的成像不会出现倾斜的现象。接着，固定分划板，松开指标线镜筒位置的小螺钉，将指标线的位置加以调整，确保指标线和分度刻线的相对位置达到上文所述的要求，然后进行固紧。

2.5 指标线或标尺分度刻线成像模糊

首先，光学计的光源位置存在错误或光学系统有杂物进入，如霉斑的出现会导致设备成像不清晰。对此可采取以下调修方法：调整光源的位置，排除照明引发的成像模糊问题。再采用专用的脱脂棉蘸取酒精擦洗镜片和投影屏零部件，如果情况有所改善则说明故障原因是光学计的外表面进入杂质与灰尘，如果情况没有得到改善，需要进一步清洗光学计的镜片，特别是出现霉斑的地方，这是改善设备成像质量的关键。

其次，指标线的镜筒和标尺分度刻线分划板双方的安装位置存在不妥当的情况，从而造成成像模糊。调修方法大致如下：松开分划板位置的固定螺钉，前后移动分划板的位置，确保标尺的分度刻线能够在投影屏处成像清晰，再左右移动分划板的位置，将指标线位置摆正，紧固螺钉。松开镜筒在分划板套圈处的螺钉，将其缓慢的前后移动，使指标线可以在投影屏的位置上清晰成像，经过左右转动后，使指标线能够和标尺的分度刻线处于平行的关系。调整完毕之后，将螺钉锁好即可。

2.6 光学计测头零位漂移

（1）光学计测头出现零位漂移的问题。当测头和被测表面相互接触时，需要锁紧部件位置，调节零位微动手轮，确保指标线能够和标尺的分度刻线保持对准的关系。指标线能够在一定时间内产生自主移动，或者操作者使用拨叉去拨动测头的位置，也能造成零值的缓慢移动。对于零位移动的故障问题，需要将固紧螺钉和压圈等部分拆开，由于测量轴处的润滑油缺少，导致表面润滑效果不佳。此时，调修措施大致如下：在其中滴入航空汽油，清晰光学计管测头的内部，推动测量轴，查看此时运动情况是否合理，以及是否出现了停滞的问题。如果依然无法达到故障处理效果，此时还应拆开轴套与轴，将其和钢珠的位置清洗干净，重新涂好润滑油，再安装相应零部件，调整轴与轴套的位置，上下推动测量轴，再次查看是否有缓慢移动或者停滞的问题，装好压圈后，将螺钉重新紧固。

（2）光学计管出现零位漂移的问题。对于这类故障需要先做好位置调整，使用一个量块让零刻线和标尺上的刻度线相互对准，同时在一定时间内出现的零位变化就是零位漂移。如果不及时调整，使用光学计测量时结果将会出现误差。温度变化与实际情况不相符也会产生类似的情况，所以应先排除外界环境变化引发的因素。可采取的修理措施有：拆除光学计横臂的管，立柱处取下横臂，将十字螺钉从光学计的横臂处旋出，此时能看到2个螺钉的尾部位置；将螺钉和制动块取出来并研磨制动块，使其能和立柱之间保持吻合、增加二者之间的接触面。

2.7 仪器工作台不平

光学计工作台不平整也是导致故障发生的重要原因，针对不同的原因调整的方法也有所不同。

（1）工作台表面存在毛刺。调修方法主要有：油石打磨表面的毛刺，再对工作台进行研磨，从中心向外圈用力研磨，使工作台不会凹凸。最后使用Φ100 mm 规格的2 级平晶检查，以此达到中心凸低于1 μm。

（2）工作台倾斜。调修方法主要有：对工作台位置进行调平处理，测量杆处安装Φ8 mm 测帽，放置4 个尺寸为10 mm 的等量块并将其加以调整，确保测帽与量块的工作面相互接触；使仪器的示值位于零位或附近值，借助工作台对螺钉进行调整，使工作台面和测帽的测量面相互平行；采用量块的同一个部位和平面测帽的几个方位相互接触，4 个方位的接触位置应达到直径的1/4，观察当前示值的变化情况并调整读数的差值，要求该数值不得超过0.3 μm。

3 立式光学计的维护保养方法

（1）接通电源，安装光管，避免光管砸伤工作台，防止测头发生损伤。

（2）安装投影屏，锁紧螺母，安装反射镜时不直接接触镜面。

（3）紧固螺钉，调整工作台的高度，防止强行升降而造成工作台脱离原位置。

（4）禁止调整光管处的小螺钉。

（5）不能随意擦拭反光镜和折射镜，如有灰尘可以使用气管轻轻吹开。

（6）对光管检定2 h，超过2 h 的应关闭灯散热0.5 h[5]。

4 总结

作为一种机械式光学测量仪器，立体式光学计在长度计量工作中可以保持较高的准确度，通常会采用比较的方法进行工件长度尺寸的测量分析。通过对光学计使用期间的故障分析，查明故障产生原因，经过故障的有效排查及时解决故障，保障光学计的使用效果。