讀數(shù)顯微鏡計量校準(zhǔn)問題分析與解決

趙峰+關(guān)成永

摘 要： 本文介紹了一種利用工具顯微鏡校準(zhǔn)JC10型讀數(shù)顯微示值誤差的方法，并通過測量不確定度評定驗證這種方法的可行性。然后對JC10型讀數(shù)顯微鏡在校準(zhǔn)及使用中常遇的三個故障進(jìn)行了分析與解決。

關(guān)鍵詞： 讀數(shù)顯微鏡；校準(zhǔn)方法；不確定度；問題分析

中圖分類號： TH742 文獻(xiàn)標(biāo)識碼： A 文章編號： 2095-8153（2017）05-0106-04

一、讀數(shù)顯微鏡校準(zhǔn)方法

讀數(shù)顯微鏡是常見的光學(xué)機(jī)械式長度計量儀器，主要用作測定孔距、刻線寬度、刻線距離、鍵槽寬度、狹縫凹痕寬度、金屬表面壓痕尺寸等測量，也用于長度計量儀器中的瞄準(zhǔn)定位讀數(shù)裝置。JC10型讀數(shù)顯微鏡是使用最頻繁的型號之一，其外形如圖1所示。

筆者長期在給企業(yè)提供計量服務(wù)時發(fā)現(xiàn)，很多實驗室同時配有萬工顯和讀數(shù)顯微鏡，在相同量程的情況下前者精度大約為1μm，后者精度為10μm，是否可以用高精度的萬工顯來校準(zhǔn)低精度的讀數(shù)顯微鏡呢？這樣給企業(yè)的量值溯源和期間核查提供了便利。經(jīng)過筆者的研究，這個方法是可行的。

下面介紹利用萬工顯對讀數(shù)顯微鏡的示值誤差進(jìn)行校準(zhǔn)的方法。根據(jù)讀數(shù)顯微鏡的結(jié)構(gòu)原理可知，其誤差主要來自測微鼓輪的讀數(shù)和毫米分劃板。讀數(shù)顯微鏡目鏡僅僅是放大視場的作用對儀器測量誤差不產(chǎn)生實質(zhì)影響，再者通過萬工顯觀測讀數(shù)顯微鏡目鏡中視場比較困難，所以測量時需要把讀數(shù)顯微鏡的目鏡筒取下，在萬工顯下直接觀測讀數(shù)顯微鏡的分劃板和毫米刻線，如圖2所示。

把卸掉目鏡部分的讀數(shù)顯微鏡放置在萬工顯的工作臺上，調(diào)整萬工顯目鏡高度，使讀數(shù)顯微鏡的毫米刻線和分劃板成像在萬工顯的目鏡中。調(diào)整好的視場如圖3所示，圖中為了區(qū)別開來把萬工顯的十字線畫成虛線，讀數(shù)顯微鏡的十字線畫成短些的實線。

校準(zhǔn)時，先調(diào)整讀數(shù)顯微鏡的位置，使萬工顯十字線和讀數(shù)顯微鏡的十字刻線平行。再將萬工顯和讀數(shù)顯微鏡的十字線同時對準(zhǔn)讀數(shù)顯微鏡零刻線，萬工顯示值清零。依次按照受檢點0mm、1mm、1.2mm、2mm、2.4mm、3mm、3.6mm、4mm、4.8mm、5mm、6mm移動萬工顯，然后轉(zhuǎn)動讀數(shù)顯微鏡測微鼓輪移動讀數(shù)顯微鏡的十字線，使其與萬工顯的十字線重合，記下讀數(shù)顯微鏡的讀數(shù)ai。適當(dāng)越程后再依次進(jìn)行反向測量，記下讀數(shù)為bi。一般進(jìn)行2次測量，取各點的平均值為該點的示值，平均值與萬工顯示值之差為讀數(shù)顯微鏡該點的示值誤差。同一測量點正反向示值之差的最大值作為回程誤差。可依據(jù)JJG571-2004《讀數(shù)、測量顯微鏡檢定規(guī)程》判定該讀數(shù)顯微鏡示值誤差是否超差。

在調(diào)整完畢實際測量時，必須確保讀數(shù)顯微鏡在萬工顯的工作臺上面沒有相對位移，為了方便可以用橡皮泥等材料把讀數(shù)顯微鏡底盤固定在萬工顯的工作臺玻璃上面。測量完成后，第一時間安裝好目鏡，把讀數(shù)顯微鏡恢復(fù)原狀。

二、讀數(shù)顯微鏡校準(zhǔn)的不確定度分析

1. 概述

（1）測量標(biāo)準(zhǔn)：MPEV不大于（1+L/100）μm的萬工顯

（2）被測對象：分度值為0.01mm、測量范圍0-6mm的JC10型讀數(shù)顯微，其MPEV=10μm

（3）環(huán)境條件：檢定溫度（20±3）℃

（4）評定結(jié)果合格判定：U/MPEV=3/10≤1/3

2. 數(shù)學(xué)模型

δ=α-L+△

式中：δ——讀數(shù)顯微鏡的示值誤差；

α——讀數(shù)顯微鏡的示值，mm；

L——標(biāo)準(zhǔn)玻璃尺的實際尺寸，mm；

△——環(huán)境溫度造成熱脹冷縮引入的誤差。

3. 計算不確定度分量

（1）測量讀數(shù)引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度分量u1。測量讀數(shù)引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度分量u1取讀數(shù)顯微鏡分辨力引入的不確定度分量u11和測量重復(fù)性引入的不確定度分量u12兩者中較大者。

（3）溫度引入的不確定度分量u△。為方便量值傳遞，玻璃線紋尺一般采用熱膨脹系數(shù)接近于金屬熱膨脹系數(shù)的玻璃材料制成，所以被測對象和測量標(biāo)準(zhǔn)的線膨脹系數(shù)相差較小。讀數(shù)顯微鏡的有效行程僅為6mm，測量過程受溫度影響很小，故由環(huán)境溫度引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度分量可忽略不計，即u△≈0。

4. 合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度

6. 可行性驗證

測量結(jié)果的擴(kuò)展不確定度與讀數(shù)顯微鏡的示值誤差比值U/MPEV=2.6/10<1/3。因此，上述方法可行，方法得到驗證。

三、讀數(shù)顯微鏡常見故障分析與解決

常見故障一：測微鼓輪讀數(shù)裝置沒有在零位

JC10型讀數(shù)顯微鏡的測微鼓輪讀數(shù)裝置俯視圖如下所示。

JJG571-2004《讀數(shù)、測量顯微鏡檢定規(guī)程》中對儀器的要求為：當(dāng)十字標(biāo)尺的豎線對準(zhǔn)毫米刻度線尺的零刻線時，測微鼓輪的零位應(yīng)對準(zhǔn)指標(biāo)線（2），其偏移量不超過1/5個分度，即0.2格，當(dāng)大于0.2格的時候就需要調(diào)修。具體方法為：先旋轉(zhuǎn)測微鼓輪使視場內(nèi)的十字豎線與毫米刻度尺零刻線完全重合，然后保證旋鈕（5）不轉(zhuǎn)動的同時，用合適螺絲刀松開對稱排列的3顆緊固螺釘（4），松開后用手轉(zhuǎn)動讀數(shù)指示套筒（3），使上面的“0”刻線對準(zhǔn)固定套筒1上面的指標(biāo)線（2），再次擰緊3顆緊固螺釘（4）。調(diào)整后再次檢查視場內(nèi)刻線是否準(zhǔn)確，反復(fù)前后旋轉(zhuǎn)旋輪幾次，再次檢查測微鼓輪的零位應(yīng)對準(zhǔn)指標(biāo)線，不滿足要求時需要反復(fù)重復(fù)上述步驟，直至滿足要求。

常見故障二：視場有臟物

由于讀數(shù)顯微鏡經(jīng)常會在現(xiàn)場較惡劣環(huán)境使用，灰塵、油漬等臟物會進(jìn)入光學(xué)系統(tǒng)的鏡面，造成視場不清晰影響測量。

解決方法為，用尖狀細(xì)棒，在尖端纏繞上脫脂棉（如牙簽纏繞上脫脂棉，如圖5所示），用乙醇和乙醚混合液把脫脂棉浸濕，然后用力甩兩下，把多余混合液甩掉。脫脂棉不可太濕，以免擦洗時液體流出浸入其他部件。endprint

有了擦洗工具，接著要分析臟污在讀數(shù)顯微鏡的哪個鏡片上面，這樣可以精準(zhǔn)拆卸顯微鏡的某一部分，做到有的放矢。再者，顯微鏡的光學(xué)系統(tǒng)屬于精密部件，維修時要盡可能少拆卸。把顯微鏡對著光源，目力觀察視場，初步判斷臟物可能在哪一鏡片上面。根據(jù)JC10型讀數(shù)顯微鏡的連接結(jié)構(gòu)，從其光學(xué)系統(tǒng)圖（圖6）中可以看出，目鏡（2）的上表面和物鏡（7）的下表面上的臟物可以直接肉眼觀察到，如果有直接擦洗就行了。十字標(biāo)尺鏡片（5）上面的臟物也可以不用拆卸直接判斷，轉(zhuǎn)動測微鼓輪，若臟污隨著移動，則說明臟污是在十字標(biāo)尺上面。各個鏡面上面是否有臟物的判斷方法如下。

臟物在目鏡組（2，3）：用適合的螺絲刀取下目鏡筒與分劃板盒之間的4顆緊固螺釘，然后把目鏡筒對著光源，可直接目視觀察目鏡筒中是否有臟物。

臟物在刻線尺鏡片（4）：取下目鏡筒之后，刻度尺鏡片的上表面是否有臟物也可以清楚看到了。

臟物在十字標(biāo)尺鏡片（5）：雖然十字標(biāo)尺上面的臟物不用拆卸就能夠判斷，但擦洗還是需要拆卸的。卸掉分劃板盒上面的4顆螺釘，取掉分劃板盒，顯現(xiàn)出十字標(biāo)尺，其上表面以及刻線尺下表面的臟污此時就可以擦洗了。

臟物在物鏡（7）：擰下物鏡筒（圖1中的6），可以擦洗物鏡（7）和十字標(biāo)尺下表面上面的臟物。

找準(zhǔn)了臟物所在光學(xué)部件，用上面介紹的擦洗工具輕輕沿著一個方向擦拭鏡面。由于顯微鏡的鏡面周圍的金屬部件粘有油性物質(zhì)，所以擦洗時不可把脫脂棉碰到鏡面周圍金屬部件，也不可來回擦拭，以免造成二次污染。

常見故障三：十字線的豎線與毫米刻線不平行

當(dāng)顯微鏡受到摔碰或者沒有安裝到位，會出現(xiàn)十字線的豎線與毫米刻線不平行的現(xiàn)象。十字標(biāo)尺是粘貼固定在托塊上面隨導(dǎo)軌來回移動，只要沒有出現(xiàn)脫膠現(xiàn)象，十字標(biāo)尺是不會出現(xiàn)傾斜位移，所以這種故障的原因多半是由于刻度尺出現(xiàn)相對于十字標(biāo)尺的傾斜造成的。

要調(diào)整刻度尺必須卸掉目鏡筒，圖7為JC10型讀數(shù)顯微鏡拆掉目鏡筒后的分劃板盒俯視圖。從圖中可以看出，刻度尺（7）固定在刻度尺卡環(huán)（5）底部，然后由對稱的3顆緊固釘（8）頂緊固定著。調(diào)整刻度尺角度時，首先稍微松開3顆緊固釘（8），再用合適工具卡在刻度尺卡環(huán)凹槽（6）內(nèi)，輕輕轉(zhuǎn)動一定的方向即可。每次調(diào)整之后需要把目鏡筒裝上（不需要安裝螺釘）觀測是否調(diào)整到位，這種微細(xì)的調(diào)整需要反復(fù)多次才能夠達(dá)到要求。

讀數(shù)顯微鏡作為常見的長度計量器具，測量人員在使用中懷疑儀器示值是否準(zhǔn)確的時候，可以應(yīng)用文章中介紹的校準(zhǔn)方法加以驗證和自校。使用中遇見以上常見的故障也可以自行修理，但在修理過程中必須小心翼翼、輕拿輕放，在拆卸某一部件之前一定要記住每一個零部件原始安裝位置，哪怕是每顆螺絲釘也要記住安裝在哪個螺孔中，以免造成拆掉卻裝不上的尷尬。希望通過本文對廣大讀數(shù)顯微鏡使用人員提供一些幫助。

[參考文獻(xiàn)]

[1]朱小平，等. JJG571-2004讀數(shù)、測量顯微鏡檢定規(guī)程[M].北京：中國計量出版社，2004.

[2]張玉文，等. JJG 56-2000工具顯微鏡檢定規(guī)程[M].北京：中國計量出版社，2000.

[3]中國計量測試學(xué)會.一級注冊計量師基礎(chǔ)知識及專業(yè)務(wù)實[M].北京：中國計量出版社，2009.

[4]葉德培，等. JJF1059-2012測量不確定度評定與表示[M].北京：中國計量出版社，2012.

Analysis and Solution of Reading Microscope Calibration

ZHAO Feng，GUAN Cheng-yong

（ShiYan Institute of Measurement and Testing）

Abstract： This paper introduces a method to calibrate the micro indication error of JC10 type reading digital display by using tool microscope，and Confirms the feasibility of this method by measuring the uncertainty. This paper finally analyzes and solves three faults which frequently appear in calibration and application of JC10 type reading microscope.

Key words： reading microscope；calibration method；uncertainty；problem analysisendprint