長度計量基礎知識講座(二十九)

顧耀宗/上海市計量測試技術研究院

第二十九講 工具顯微鏡

1 概 述

工具顯微鏡是一種多用途的光學機械式兩坐標測量儀器。通常采用影像法和軸切法測量精密機械零件的長度和角度。以直角坐標或極坐標方法測量機械零件的形狀誤差。根據其功能和測量范圍，工具顯微鏡分為萬能工具顯微鏡、大型工具顯微鏡和小型工具顯微鏡（以下分別簡稱為萬工顯、大工顯和小工顯）。

工具顯微鏡屬于絕對測量儀器。其長度基準元件：毫米玻璃標尺或光柵尺（對于萬工顯）、精密絲桿和量塊（對于大、小工顯）以及角度基準元件：光學度盤與被測工件相比較，從而確定被測工件的各項參數。

以萬工顯為例介紹其工作原理，由物方遠心照明系統發出的光，照明放置于儀器工作臺上的被測工件，而后通過中央顯微鏡物鏡成像于目鏡分劃板上。分別移動萬工顯縱向或橫向滑座，并利用目鏡分劃板上各標記瞄準定位。最后借助縱向和橫向讀數顯微鏡確定被測工件的坐標位置，從而達到測量目的。 被測工件置于平面工作臺上，用縱橫向滑座移動定位就構成直角坐標測量。如配上附件圓分度臺則可作極坐標測量。再則如把工件安置在萬工顯的附件分度頭上，就可用圓柱坐標進行測量。

萬工顯的縱向滑座上安置頂針座，利用頂針可對螺紋、絲桿、圓柱等帶頂針孔的工件進行測量。根據不同的測量對像和測量要求可選用測量刀裝置進行軸切法測量；利用反射照明器進行反射法測量；利用光學靈敏杠桿進行孔徑測量。

萬工顯中央顯微鏡光學系統采用了遠心成像和遠心照明光學原理以減少由于儀器裝調時產生的偏差和不良照明可能使被測件造成的畸變等影響，對系統的像差、光學參數等也都有嚴格的要求。此外，萬工顯的物鏡可以更換，有1倍、3倍及5倍三種，不同物鏡的視場和孔徑角也不相同，測量時照明光束孔徑要作相應調整。

萬工顯的中央顯微鏡主要起瞄準作用，除此之外還能起輪廓顯微鏡作用。例如裝上螺旋輪廓目鏡或圓弧輪廓目鏡，它就能直接與被測工件相應輪廓作比較測量。儀器根據不同要求，配有四種不同用途的目鏡，分別為測角目鏡（為主目鏡，主要用于瞄準對線和角度測量）；雙像目鏡（主要用于小孔測量）；螺紋目鏡（主要用于螺紋螺距比較測量）以及圓弧輪廓目鏡（主要用于曲率半徑的比較測量）。

測角目鏡實際上也是一個讀數顯微鏡。它采用光學測微形式。為了消除度盤端面跳動等可能產生的測量誤差。光學系統也采用了遠心光路。測角度盤可轉動360°，分度值為1′。目鏡座下面有一個滾花環可使度盤旋轉至所需位置。

大部分萬工顯采用毫米玻璃標尺作為長度基準元件，其分度值為1 mm。縱、橫向測量范圍分別為200 mm和100 mm?？v、橫向讀數裝置均用螺旋形阿基米德測微目鏡。它的分度值為1 μm，可方便地估讀到0.1 μm。現也有采用光柵尺作為長度基準元件，其分辨力為0.1 μm。

2 萬工顯的結構

典型的萬工顯的基本結構主要由底座，縱、橫向滑座，中央顯微鏡，縱、橫向讀數顯微鏡，立柱及其偏擺機構以及頂針座等組成（見圖1）。

底座l是萬工顯的基礎部分，它是一個有許多加強筋的方形箱體安裝在三個可調的支承螺釘上面?？v、橫向滑座是通過精密的直角導軌和高精度滾珠軸承各自放置在底座之上，可以作互相垂直行程分別為200 mm和100 mm的直線運動。底座的前方裝有縱橫向滑座的鎖緊裝置12（圖中橫向鎖緊裝置看不見）和可以使縱、橫向滑座作微小移動的微動手輪13、14。

顧客購買和消費的不是產品而是產品的價值[8]42，顧客價值因此被認為是旅游目的地提升競爭優勢的來源[9]。鄉村旅游產業鏈復雜，涉及特產、農產品、農家樂、節慶等多種旅游產品，鄉村旅游企業要實現成功的營銷戰略，在日益激烈化的競爭中脫穎而出，關鍵是創造高的游客感知價值。張迪[10]最早將顧客價值理論引入鄉村旅游研究，其后，游客感知價值研究在國內興起，鄉村旅游方面，游客感知價值主要應用于游客旅游行為決策[11-12]、感知價值維度測量[13-15]、旅游地滿意度[16]、感知價值影響因素[17]等研究方向。這些研究將游客感知價值置于一個層次，對于感知價值各維度間的層次關系缺乏研究。

帶有中央顯微鏡（包括照明系統）的橫向滑座3，像弓一樣穿過縱向滑座，通過同樣的導軌系統放置在底座上，同樣配有鎖緊機構和微動手輪。這樣各自成系統而互不干涉。圖中12即為縱向移動鎖緊手輪，順時針轉動這個手輪便會擰緊制動桿達到鎖緊滑座目的。只有在鎖緊狀態時，縱橫向轉動微動手輪13、14才能使滑座作微量的移動。

縱向滑座上面是一個圓形導槽。中間部分挖空可以使照明光束從下面通過它照明被測工件。圓形導槽的兩側分別安置左、右頂針座15、16，這兩個頂針座都有軸桿并裝有頂尖。用于安裝有頂針孔的各種圓形被測件。儀器上兩針頂尖聯線嚴格平行于縱向滑座移動方向。

圖1 萬工顯結構圖

在縱向滑座的左上角固定安裝了一根200 mm的玻璃標尺5，縱向讀數顯微鏡6固定在底座上。直接用于讀取縱向滑座的位移量。圓柱形導槽上根據不同使用的要求還可安置V形支架用于測量沒有頂針孔的圓形零件或安置萬工顯的附件光學分度頭，以測量凸輪等作圓柱坐標測量?？v向滑座中間部分有T形槽的兩鏟花平面，即工作臺的支承面。其上可安置平玻璃工作臺或測量刀裝置、光學分度臺等各種附件。

橫向滑座與縱向滑座就其形狀和位置截然不同，但它們的導軌支承、導向系統的結構形式，精密滾珠軸承準確度要求、偏心的調節形式都基本相同。橫向滑座和中央顯微鏡通過偏擺立柱燕尾聯結為一體，立柱的下端裝有照明系統。通過立柱轉軸作同步傾斜。轉動偏擺手輪11，推動立柱2可繞立柱轉軸作左右12°傾斜。轉動偏擺手輪就可以保證在螺紋測量時成像清晰。

立柱燕尾上的中央顯微鏡8，可以用粗調手輪在燕尾導軌9上作較快的上下移動，以對被測工件進行粗調焦。如需要對工件進行細微調焦則可旋轉物鏡座上的調節環，它轉動一圈僅作很微小的移動，能使影像調得很清晰。

1）縱橫向滑座移動的直線度和垂直度（見表1）；

表1 縱橫向滑座移動的直線度和垂直度的技術要求

2）萬工顯的讀數裝置的示值誤差：不大于0.6 μm；

3）萬工顯測角顯微鏡的示值誤差：不大于1′；

4）萬工顯光學分度頭的示值誤差：不大于30″；

5）萬工顯光學分度臺的示值誤差：分度值為30″的不大于30″，分度值為10″的不大于20″；

6）儀器的示值誤差：

a) 萬工顯應不大于（1+L/100）μm；L為被檢分度尺長度（mm）；

b) 大、小工顯的微分筒，其任意兩點間的示值誤差不大于0.003 mm。使用量塊時的示值誤差不大于表2的要求。

表2 大、小工顯使用量塊時的示值誤差要求