淺談萬能工具顯微鏡測量技術

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，極坐標及圓柱坐標精確地測量長度和角度，并可檢驗復雜的幾何形狀，是常用的一種光學計量儀器。通過文章對工具顯微鏡的測量技術作一簡單介紹。

關鍵詞：萬能工具顯微鏡；測量方法；瞄準

引言

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

1 儀器的正確使用及測量前的準備工作

1.1 測量前檢查儀器是否處于正常工作狀態

1.2 測量方法的選擇

分析測量特點。運用測量原理，選擇測量基準及瞄準方式，根據適當的測量條件及測量誤差的分析而確定測量方法，以保證制造出質量合格的零件及產品。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

測件和儀器應同在20℃情況下才能進行測量，應當恒溫在20℃±1℃的范圍內，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為測件與基準件線膨脹系數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和溫度。

？琢n和Tn為基準件的線膨脹系數和溫度。

假如測件與基準件溫度相同，則公式可簡化成：

△L=L（？琢p-？琢n）（T-20）

也可以根據上述公式反過來確定測件應恒溫到什么程度。

1.5 測量需要的專用工具應事先準備好，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 根據圓弧目鏡分劃板上所規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使角邊輪廓線充滿視場。測量螺紋時，當螺距小于0.5毫米的，應選用5倍物鏡。這樣才能使角邊輪廓在視場內較長，瞄準誤差較小。螺距大于0.5毫米則應選用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分度臺時，盡量做到不加墊輔助基準，同時將工件盡量靠近基準件（標尺），避免增加阿貝誤差。

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

2 測量中的注意事項

讀數時不應盲目追求位數。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。因為一個數不能發現差錯，二個數只有差，三個數才有比較。

3 測量方法分類

3.1 按測量坐標分

萬能工具顯微鏡有四種坐標測量。

3.1.1 直角坐標測量：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。要確定測件上某點的位置，首先要確定測件上的基準坐標，確定測件基準（點、線、面）在儀器的坐標位置。

3.1.2 極坐標測量：與直角坐標所不同的是測量一個坐標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——光學分度臺完成。

3.1.3 圓筒坐標測量：也叫圓柱坐標測量。例如：某測件為圓筒，圓筒上螺旋線上的一點對X軸的轉角？琢及這點的某一個坐標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分度臺完成。

3.1.4 立體坐標測量：在完成X，Y兩方向測量后，還得要有第三坐標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記，對影像進行瞄準定位的測量方法。

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

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

4 瞄準

對被定位對象點或其它形狀曲線進行定位的過程叫瞄準。它包括調焦和壓線。

4.1 調焦

目視式光學計量儀器，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，幾次讀數出現不同數值，從而降低了測量的精密度，使數據發散。

4.1.1 視度調節：視場內觀察米字線是否清晰，若不夠清晰，可調節目鏡。使視度和測量者的視力相適應。

4.1.2 焦距調節：移動中央顯微鏡（粗動或微動），使視場內的測件影像清晰。對于不同的測件，應用不同的調焦方法進行調整。

4.2 與瞄準精度有關的因素

4.2.1 與視場亮度有關：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：當光欄直徑確定后，視場亮度的調節，只能改變光源的電阻。亮度的調節應當使線壓輪廓時，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：用虛線壓線要比用實線壓線精度高。一般線壓線的瞄準精度為10"-15"，雙線套單線的瞄準精度為7"-10"。

4.2.3 與視場襯度有關：背景一般以淡綠色為好。

4.2.4 與光源、光欄直徑、視度和焦距的調節有關。

4.2.5 與物鏡的倍率有關，

若用1×物鏡，則總放大率為10×，瞄準精度為2.5μm；

若用3×物鏡，則總放大率為30×，瞄準精度為0.83μm；

若用5×物鏡，則總放大率為50×，瞄準精度為0.5μm。

瞄準準確與否，是直接影響測量精度，所以是非常重要的。