萬能工具顯微鏡的基本原理和測量方法

段偉飛 穆亞娟

摘要：萬能工具顯微鏡能精確測量各種工件尺寸、角度、形狀和位置，以及螺紋制件的各種參數，本文主要介紹萬能工具顯微鏡的原理和測量方法，在測量工件時，關鍵點在于能否理解萬能工具顯微鏡的各部件的作用和操作技巧。下文圍繞這一關鍵點進行了分析。

Abstract： Universal tool microscope can accurate measurement of workpiece size， angle， shape and position， and the various parameters of the screw thread parts. This paper mainly introduces the principle and measuring method of universal tool microscope， when measuring the workpiece， the key lies in whether to understand the function of various parts of the universal tool microscope and operation skills. Below on the key points are analyzed.

關鍵詞：萬能工具顯微鏡；基本原理；測量方法

Key words： universal tool microscope；the basic principle；measurement methods

中圖分類號：TH742 文獻標識碼：A 文章編號：1006-4311（2018）17-0239-02

0 引言

萬能工具顯微鏡是采用光柵細分和數字化技術的一種高效率的光學計量儀器，具有讀數直觀、簡便和提高工作效率等特點，廣泛地應用于各企業的計量檢測、各級檢測和校準試驗室以及其他科學研究等部門的計量檢測工作。

儀器可用影像法、軸切法或接觸法按直角坐標或極坐標對機械工具和零部件的長度、角度和形狀進行精密測量。主要測量對象有：刀具、量具、模具、樣板、螺紋和齒輪類工件及其它小型精密機械零件。

1 基本原理

萬能工具顯微鏡主要采用的是光學原理系統，本儀器（19JPC-V型）主要包括兩部分：瞄準顯微鏡系統和光柵讀數系統。

1.1 瞄準顯微鏡系統主要是通過儀器照明光源，通過聚光鏡，可變光欄，濾色片和反射鏡照明置于玻璃工作臺上的被測件，瞄準顯微鏡的物鏡經棱鏡的轉折將被測件清晰地成像在米字線分劃板上。最后用目鏡瞄準。

1.2 光柵讀數系統：例如X坐標的標尺光柵與指標光柵所產生的莫爾條紋信號，被光電接收元件接收，然后通過電子學的數據處理，將X坐標的移動量，轉換成相應位置的數字量，即實現了X坐標的自動記數。

①讀數頭的原理。

主要由三部分組成，分別為準直系統、光柵系統和光電轉換系統。

從光源S發出的光，經聚光鏡L，變成平行光束，照射指標光柵G1和標尺光柵G2，在G2面上就形成莫爾條紋。當明暗變化的莫爾條紋，經過光電元件P轉換后，條紋的移動量便轉化為相應數量的電信號，將這些電信號經過電路處理，得到的脈沖數，換算后就是所需測量的長度。當工作臺帶動標尺光柵移動時，近似正弦變化的光電信號，經硅光電池接收，送給光柵數顯表。由于讀數頭輸出信號幅值比較小，所以必須將該信號送至數顯表內進行放大，并經過細分、辨向電路，送往可逆計數器，計數器的加減與工作臺的移動位置相對應，最后結果直接有數碼管或顯示屏顯示出來。

2 測量方法和維護保養

2.1 影像法調焦原則

在萬工顯上進行測量時，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焦原則進行操作。把被測工件放在工作臺上用頂針頂緊后，首先從目鏡視野內仔細觀察米字刻線是否清晰，如果不夠清晰，應調節目鏡筒上的滾花圈，使視度和測量者視力相適應，在視野內得到清晰的米字線像，然后移動顯微鏡懸臂或焦距微調環，使視野內物像輪廓清晰，并移動縱橫滑板使米字線和被測工件影像輪廓邊緣互相重疊。為了檢驗調焦位置的正確性，測量者的眼睛可在目鏡的任一位置移動觀察，如果觀察視野內物像和米字線刻線所壓的輪廓無相對移動，就說明被測件成像平面正確的落在米字線的分劃板上，這時就可以測量了。反之，如果觀察視野內物像和米字線刻線所壓的輪廓有相對移動，則說明物像平面沒落在米字線分劃板上，這時必須轉動焦距微動調整環調整顯微鏡和被測工件間的距離，直到無相對移動。需要注意的是如果操作者在測量工件時僅靠移動顯微鏡懸臂上的手輪進行調焦，使工件在視野內成像清晰，而忽略了同時使目鏡筒內米字刻線成像清晰，則被測物的像和米字刻線的像就沒有落在同一聚焦面上。在測量時壓線就比較困難，每壓一次線，由于觀察位置的移動，就會有不同的數值，這樣就使儀器讀數存在了視差，降低了測量準確度。

2.2 軸切法

軸切法適用于測量螺紋的各項參數、圓柱直徑和圓錐度等，也可用于測量一般工件的長度和角度。與影像法不同的是，軸切法是將米字線分劃線上的四根平行刻線中的相應刻線對準與被測表面接觸的測量刀上的刻線來代替影像法對工件輪廓的直接瞄準，而在其他的測量步序上則無很大區別，應用中可參照影像法相同測量項目的測量方法。

2.3 維護保養

儀器的工作室要求潔凈、干燥、工作室的溫度應為20℃±1℃，儀器的光學零件應盡量保持清潔，不得隨意摸觸。必要時，先用在乙醚溶液里浸洗過的脫脂無油軟毛筆拂去光學零件上的塵埃，再用清潔的擦鏡紙或脫脂棉花蘸少許乙醚-酒精混合劑輕輕擦拭。主機和附件上的所有未經油漆或電鍍的裸露的安裝基面應細心保護，不得碰傷或劃損。使用前需用航空汽油仔細清洗，且應經常涂上薄的防銹油。在搬運和使用中，應特別注意避免撞擊滑臺導軌，并定期拆開防塵板，在導軌上加適量薄的潤滑和防銹油脂。不用的附件從主機上卸下后，應隨時放進附件箱或用戶自備的專用櫥內。儀器不使用時，主機可用裝箱用的塑料罩或自備的布罩罩好。

3 測量實例

3.1 同心圓測量

測軸承的同心圓，首先打開萬工顯影像測量程序軟件，點擊攝像按鈕，界面中的圖像清晰度通過物鏡調焦來調節，在工件測量時，新建一個文件（每次測量都必須新建文件），必須輸入零件名。鼠標點擊“測量”菜單中的“測圓”項中的三點法或點擊工具條中的按鈕，完成測量三點，確定一個外圓，并且記錄圓的特征參數（圓心坐標、半徑）并在視窗中繪制該圓。測得軸承內外圓的特征參數后，點擊圖像放大按鈕，找到兩個圓心位置，選點測出圓心距。即可測得同心圓。

3.2 絲錐測量

①外徑測量。打開影像，新建文件，鼠標點擊“測量”菜單中的“直線兩點”項或點擊工具條中的按鈕，然后在絲錐上牙選擇兩個點連線，下牙選兩點連線，中斷采集后，再點擊兩平行線之間的間距按鈕，即可測得絲錐的大徑。（同種方法測量小徑。）

測量數據如下：

測量日期：2018-03-30 10：12

a.測量兩點確定直線

L1：（-66.7505，-11.4270），（-64.7340，-11.4270）

兩點間距2.0165，直線傾角0度0分0.00秒

b.線屬性

直線L0的傾角α=0度0分0.00秒，原點到直線的距離L=11.4270，線段長度2.0165

②牙型角測量。點擊測量直線上兩點按鈕，先采集螺紋一個邊上的兩點，兩點確定直線后，再點擊選線，點擊屬性，可以得到傾角角度，再用90°減去傾角即可得到牙型半角，同理測得另一邊的牙型半角，最后相加得到牙型角大小。

③螺距測量。打開影像視頻，選擇兩點確定直線按鈕，先在一個牙邊上踩兩個點確定直線，再在下一個牙邊上（同角度）采兩個點確定直線，中斷采集后，再點擊平行線之間間距按鈕，再通過三角函數的得到螺距。

4 總結

總結以上的基本原理、測量方法、測量實例，在實際的操作中存在很多的測量技巧，要多思考，發掘新的測量方法。在遇到實際測量難題時，要多分析，必要時請教有經驗的老師。另外，在實踐中多總結經驗，進行實操練習，逐步提高測量的能力。本文主要為萬工顯測量人員提供了學習參考，從而提高機械產品檢驗工作的水平。

參考文獻：

[1]上海光學儀器五廠有限公司.數字式萬能工具顯微鏡使用說明書.

[2]李雪，宋秀敏.用萬能工具顯微鏡測量的原則及原理分析[J].電子工業專用設備，2012（02）.

[3]劉園，張志斌.淺談萬能工具顯微鏡的使用[J].機電信息，2012（06）.