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(shù)，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(shí)，關(guān)鍵點(diǎn)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(guān)鍵點(diǎn)進(jìn)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(guān)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(xiàn)標(biāo)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(xì)分和數(shù)字化技術(shù)的一種高效率的光學(xué)計(jì)量儀器，具有讀數(shù)直觀、簡便和提高工作效率等特點(diǎn)，廣泛地應(yīng)用于各企業(yè)的計(jì)量檢測、各級檢測和校準(zhǔn)試驗(yàn)室以及其他科學(xué)研究等部門的計(jì)量檢測工作。

儀器可用影像法、軸切法或接觸法按直角坐標(biāo)或極坐標(biāo)對機(jī)械工具和零部件的長度、角度和形狀進(jìn)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(jī)械零件。

1 基本原理

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

1.1 瞄準(zhǔn)顯微鏡系統(tǒng)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(zhǔn)顯微鏡的物鏡經(jīng)棱鏡的轉(zhuǎn)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(zhǔn)。

1.2 光柵讀數(shù)系統(tǒng)：例如X坐標(biāo)的標(biāo)尺光柵與指標(biāo)光柵所產(chǎn)生的莫爾條紋信號，被光電接收元件接收，然后通過電子學(xué)的數(shù)據(jù)處理，將X坐標(biāo)的移動量，轉(zhuǎn)換成相應(yīng)位置的數(shù)字量，即實(shí)現(xiàn)了X坐標(biāo)的自動記數(shù)。

①讀數(shù)頭的原理。

主要由三部分組成，分別為準(zhǔn)直系統(tǒng)、光柵系統(tǒng)和光電轉(zhuǎn)換系統(tǒng)。

從光源S發(fā)出的光，經(jīng)聚光鏡L，變成平行光束，照射指標(biāo)光柵G1和標(biāo)尺光柵G2，在G2面上就形成莫爾條紋。當(dāng)明暗變化的莫爾條紋，經(jīng)過光電元件P轉(zhuǎn)換后，條紋的移動量便轉(zhuǎn)化為相應(yīng)數(shù)量的電信號，將這些電信號經(jīng)過電路處理，得到的脈沖數(shù)，換算后就是所需測量的長度。當(dāng)工作臺帶動標(biāo)尺光柵移動時(shí)，近似正弦變化的光電信號，經(jīng)硅光電池接收，送給光柵數(shù)顯表。由于讀數(shù)頭輸出信號幅值比較小，所以必須將該信號送至數(shù)顯表內(nèi)進(jìn)行放大，并經(jīng)過細(xì)分、辨向電路，送往可逆計(jì)數(shù)器，計(jì)數(shù)器的加減與工作臺的移動位置相對應(yīng)，最后結(jié)果直接有數(shù)碼管或顯示屏顯示出來。

2 測量方法和維護(hù)保養(yǎng)

2.1 影像法調(diào)焦原則

在萬工顯上進(jìn)行測量時(shí)，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(diào)焦原則進(jìn)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(nèi)仔細(xì)觀察米字刻線是否清晰，如果不夠清晰，應(yīng)調(diào)節(jié)目鏡筒上的滾花圈，使視度和測量者視力相適應(yīng)，在視野內(nèi)得到清晰的米字線像，然后移動顯微鏡懸臂或焦距微調(diào)環(huán)，使視野內(nèi)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(yàn)調(diào)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(nèi)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(shí)就可以測量了。反之，如果觀察視野內(nèi)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(shí)必須轉(zhuǎn)動焦距微動調(diào)整環(huán)調(diào)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(shí)僅靠移動顯微鏡懸臂上的手輪進(jìn)行調(diào)焦，使工件在視野內(nèi)成像清晰，而忽略了同時(shí)使目鏡筒內(nèi)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(shí)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(shù)值，這樣就使儀器讀數(shù)存在了視差，降低了測量準(zhǔn)確度。

2.2 軸切法

軸切法適用于測量螺紋的各項(xiàng)參數(shù)、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(yīng)刻線對準(zhǔn)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(zhǔn)，而在其他的測量步序上則無很大區(qū)別，應(yīng)用中可參照影像法相同測量項(xiàng)目的測量方法。

2.3 維護(hù)保養(yǎng)

儀器的工作室要求潔凈、干燥、工作室的溫度應(yīng)為20℃±1℃，儀器的光學(xué)零件應(yīng)盡量保持清潔，不得隨意摸觸。必要時(shí)，先用在乙醚溶液里浸洗過的脫脂無油軟毛筆拂去光學(xué)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(jī)和附件上的所有未經(jīng)油漆或電鍍的裸露的安裝基面應(yīng)細(xì)心保護(hù)，不得碰傷或劃損。使用前需用航空汽油仔細(xì)清洗，且應(yīng)經(jīng)常涂上薄的防銹油。在搬運(yùn)和使用中，應(yīng)特別注意避免撞擊滑臺導(dǎo)軌，并定期拆開防塵板，在導(dǎo)軌上加適量薄的潤滑和防銹油脂。不用的附件從主機(jī)上卸下后，應(yīng)隨時(shí)放進(jìn)附件箱或用戶自備的專用櫥內(nèi)。儀器不使用時(shí)，主機(jī)可用裝箱用的塑料罩或自備的布罩罩好。

3 測量實(shí)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(diǎn)擊攝像按鈕，界面中的圖像清晰度通過物鏡調(diào)焦來調(diào)節(jié)，在工件測量時(shí)，新建一個(gè)文件（每次測量都必須新建文件），必須輸入零件名。鼠標(biāo)點(diǎn)擊“測量”菜單中的“測圓”項(xiàng)中的三點(diǎn)法或點(diǎn)擊工具條中的按鈕，完成測量三點(diǎn)，確定一個(gè)外圓，并且記錄圓的特征參數(shù)（圓心坐標(biāo)、半徑）并在視窗中繪制該圓。測得軸承內(nèi)外圓的特征參數(shù)后，點(diǎn)擊圖像放大按鈕，找到兩個(gè)圓心位置，選點(diǎn)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(biāo)點(diǎn)擊“測量”菜單中的“直線兩點(diǎn)”項(xiàng)或點(diǎn)擊工具條中的按鈕，然后在絲錐上牙選擇兩個(gè)點(diǎn)連線，下牙選兩點(diǎn)連線，中斷采集后，再點(diǎn)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(shù)據(jù)如下：

測量日期：2018-03-30 10：12

a.測量兩點(diǎn)確定直線

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

兩點(diǎn)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(diǎn)到直線的距離L=11.4270，線段長度2.0165

②牙型角測量。點(diǎn)擊測量直線上兩點(diǎn)按鈕，先采集螺紋一個(gè)邊上的兩點(diǎn)，兩點(diǎn)確定直線后，再點(diǎn)擊選線，點(diǎn)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(diǎn)確定直線按鈕，先在一個(gè)牙邊上踩兩個(gè)點(diǎn)確定直線，再在下一個(gè)牙邊上（同角度）采兩個(gè)點(diǎn)確定直線，中斷采集后，再點(diǎn)擊平行線之間間距按鈕，再通過三角函數(shù)的得到螺距。

4 總結(jié)

總結(jié)以上的基本原理、測量方法、測量實(shí)例，在實(shí)際的操作中存在很多的測量技巧，要多思考，發(fā)掘新的測量方法。在遇到實(shí)際測量難題時(shí)，要多分析，必要時(shí)請教有經(jīng)驗(yàn)的老師。另外，在實(shí)踐中多總結(jié)經(jīng)驗(yàn)，進(jìn)行實(shí)操練習(xí)，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(xué)習(xí)參考，從而提高機(jī)械產(chǎn)品檢驗(yàn)工作的水平。

參考文獻(xiàn)：

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