長度計(jì)量基礎(chǔ)知識講座(二十九)

顧耀宗/上海市計(jì)量測試技術(shù)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(xué)機(jī)械式兩坐標(biāo)測量儀器。通常采用影像法和軸切法測量精密機(jī)械零件的長度和角度。以直角坐標(biāo)或極坐標(biāo)方法測量機(jī)械零件的形狀誤差。根據(jù)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(zhǔn)元件：毫米玻璃標(biāo)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(zhǔn)元件：光學(xué)度盤與被測工件相比較，從而確定被測工件的各項(xiàng)參數(shù)。

以萬工顯為例介紹其工作原理，由物方遠(yuǎn)心照明系統(tǒng)發(fā)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(dòng)萬工顯縱向或橫向滑座，并利用目鏡分劃板上各標(biāo)記瞄準(zhǔn)定位。最后借助縱向和橫向讀數(shù)顯微鏡確定被測工件的坐標(biāo)位置，從而達(dá)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(dòng)定位就構(gòu)成直角坐標(biāo)測量。如配上附件圓分度臺則可作極坐標(biāo)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(biāo)進(jìn)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(jìn)行測量。根據(jù)不同的測量對像和測量要求可選用測量刀裝置進(jìn)行軸切法測量；利用反射照明器進(jìn)行反射法測量；利用光學(xué)靈敏杠桿進(jìn)行孔徑測量。

萬工顯中央顯微鏡光學(xué)系統(tǒng)采用了遠(yuǎn)心成像和遠(yuǎn)心照明光學(xué)原理以減少由于儀器裝調(diào)時(shí)產(chǎn)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(tǒng)的像差、光學(xué)參數(shù)等也都有嚴(yán)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(shí)照明光束孔徑要作相應(yīng)調(diào)整。

萬工顯的中央顯微鏡主要起瞄準(zhǔn)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(yīng)輪廓作比較測量。儀器根據(jù)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(zhǔn)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(shí)際上也是一個(gè)讀數(shù)顯微鏡。它采用光學(xué)測微形式。為了消除度盤端面跳動(dòng)等可能產(chǎn)生的測量誤差。光學(xué)系統(tǒng)也采用了遠(yuǎn)心光路。測角度盤可轉(zhuǎn)動(dòng)360°，分度值為1′。目鏡座下面有一個(gè)滾花環(huán)可使度盤旋轉(zhuǎn)至所需位置。

大部分萬工顯采用毫米玻璃標(biāo)尺作為長度基準(zhǔn)元件，其分度值為1 mm?？v、橫向測量范圍分別為200 mm和100 mm?？v、橫向讀數(shù)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?，F(xiàn)也有采用光柵尺作為長度基準(zhǔn)元件，其分辨力為0.1 μm。

2 萬工顯的結(jié)構(gòu)

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

底座l是萬工顯的基礎(chǔ)部分，它是一個(gè)有許多加強(qiáng)筋的方形箱體安裝在三個(gè)可調(diào)的支承螺釘上面?？v、橫向滑座是通過精密的直角導(dǎo)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(yùn)動(dòng)。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(dòng)的微動(dòng)手輪13、14。

顧客購買和消費(fèi)的不是產(chǎn)品而是產(chǎn)品的價(jià)值[8]42，顧客價(jià)值因此被認(rèn)為是旅游目的地提升競爭優(yōu)勢的來源[9]。鄉(xiāng)村旅游產(chǎn)業(yè)鏈復(fù)雜，涉及特產(chǎn)、農(nóng)產(chǎn)品、農(nóng)家樂、節(jié)慶等多種旅游產(chǎn)品，鄉(xiāng)村旅游企業(yè)要實(shí)現(xiàn)成功的營銷戰(zhàn)略，在日益激烈化的競爭中脫穎而出，關(guān)鍵是創(chuàng)造高的游客感知價(jià)值。張迪[10]最早將顧客價(jià)值理論引入鄉(xiāng)村旅游研究，其后，游客感知價(jià)值研究在國內(nèi)興起，鄉(xiāng)村旅游方面，游客感知價(jià)值主要應(yīng)用于游客旅游行為決策[11-12]、感知價(jià)值維度測量[13-15]、旅游地滿意度[16]、感知價(jià)值影響因素[17]等研究方向。這些研究將游客感知價(jià)值置于一個(gè)層次，對于感知價(jià)值各維度間的層次關(guān)系缺乏研究。

帶有中央顯微鏡（包括照明系統(tǒng)）的橫向滑座3，像弓一樣穿過縱向滑座，通過同樣的導(dǎo)軌系統(tǒng)放置在底座上，同樣配有鎖緊機(jī)構(gòu)和微動(dòng)手輪。這樣各自成系統(tǒng)而互不干涉。圖中12即為縱向移動(dòng)鎖緊手輪，順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)這個(gè)手輪便會(huì)擰緊制動(dòng)桿達(dá)到鎖緊滑座目的。只有在鎖緊狀態(tài)時(shí)，縱橫向轉(zhuǎn)動(dòng)微動(dòng)手輪13、14才能使滑座作微量的移動(dòng)。

縱向滑座上面是一個(gè)圓形導(dǎo)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(dǎo)槽的兩側(cè)分別安置左、右頂針座15、16，這兩個(gè)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(lián)線嚴(yán)格平行于縱向滑座移動(dòng)方向。

圖1 萬工顯結(jié)構(gòu)圖

在縱向滑座的左上角固定安裝了一根200 mm的玻璃標(biāo)尺5，縱向讀數(shù)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(dǎo)槽上根據(jù)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(xué)分度頭，以測量凸輪等作圓柱坐標(biāo)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(xué)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(dǎo)軌支承、導(dǎo)向系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)形式，精密滾珠軸承準(zhǔn)確度要求、偏心的調(diào)節(jié)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(lián)結(jié)為一體，立柱的下端裝有照明系統(tǒng)。通過立柱轉(zhuǎn)軸作同步傾斜。轉(zhuǎn)動(dòng)偏擺手輪11，推動(dòng)立柱2可繞立柱轉(zhuǎn)軸作左右12°傾斜。轉(zhuǎn)動(dòng)偏擺手輪就可以保證在螺紋測量時(shí)成像清晰。

立柱燕尾上的中央顯微鏡8，可以用粗調(diào)手輪在燕尾導(dǎo)軌9上作較快的上下移動(dòng)，以對被測工件進(jìn)行粗調(diào)焦。如需要對工件進(jìn)行細(xì)微調(diào)焦則可旋轉(zhuǎn)物鏡座上的調(diào)節(jié)環(huán)，它轉(zhuǎn)動(dòng)一圈僅作很微小的移動(dòng)，能使影像調(diào)得很清晰。

1）縱橫向滑座移動(dòng)的直線度和垂直度（見表1）；

表1 縱橫向滑座移動(dòng)的直線度和垂直度的技術(shù)要求

2）萬工顯的讀數(shù)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(xué)分度頭的示值誤差：不大于30″；

5）萬工顯光學(xué)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(yīng)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(diǎn)間的示值誤差不大于0.003 mm。使用量塊時(shí)的示值誤差不大于表2的要求。

表2 大、小工顯使用量塊時(shí)的示值誤差要求