立式光學計常見故障的判斷與排除策略分析

武國新，常萬博

（南陽技師學院，河南南陽 473000）

0 引言

光學計是計量部門常用的一種精密計量儀器，由于使用頻繁，長時間的使用會讓光學計更容易受到外界因素的影響，無論是儀器精密度還是成像質(zhì)量都會因零件磨損或位置變化而無法繼續(xù)使用，所以有必要嚴格按照檢定程序逐步排除故障，找出故障產(chǎn)生的原因，從而給出有效的光學計維修方法，確定保養(yǎng)與護理工作的注意事項。

1 立式光學計的產(chǎn)品特點與規(guī)格參數(shù)

投影立式光學計作為精密的光學長度計量設(shè)備，主要采用標準量塊和被測件對比的方式，實現(xiàn)對零件外形尺寸的誤差測量分析，是目前計量室、車間檢定或精密零件制造車間常使用的儀器設(shè)備。光學計最主要的使用特點是應用了附加讀數(shù)放大鏡，設(shè)備象面更加清晰，且儀器精度很高，能夠保持測量數(shù)據(jù)的穩(wěn)定性與可靠性。應用光學投影讀數(shù)方法，使光學計可以直接控制加工尺寸。

立式光學計通常用來檢定對精度要求較高的量塊，如柱形量塊對工件直徑、厚度、外螺紋中徑等數(shù)值進行比較，確保測量的精密度。其規(guī)格參數(shù)主要有：測量范圍通常為0～180 mm；鏡管部分的分劃板分劃值和分劃范圍分別是0.001 mm 和±0.1 mm，測量力可以達到（2±0.2）N 左右，零位的調(diào)節(jié)范圍在20 格以內(nèi)；測量桿可以自由升降0.5 mm；測量準確度可以達到0.25 μm，示值的穩(wěn)定性可以保持在0.1 μm 范圍內(nèi)，儀器重量較輕、只有21 kg，所以使用起來十分便捷[1]。

2 立式光學計故障判斷與排除

2.1 標尺部分的故障

2.1.1 標尺像位置不適中

在立式光學計當中，標尺刻線像和投影屏處的指標線的相對位置應當是保持著平行的關(guān)系，且標尺刻線像的上下位置應達到適中。也就是說，標尺刻線和指標線的上端應相互對齊，但是分度線像會在光學計測量工作中出現(xiàn)歪斜的故障情況，分度線位置偏高或偏低，且影屏的邊緣帶出現(xiàn)了黑影。此類故障屬于標尺像位置不適中的故障問題。

對于該故障問題進行排查分析，修理時需要調(diào)整照明的位置，排除因為照明不當而產(chǎn)生的黑影。將投影屏的外部罩殼取下來，再將螺釘部分松開，充分利用構(gòu)件與構(gòu)件之間的空隙，細微地轉(zhuǎn)動影屏外部框架，從而調(diào)整分度線和指標線的相對位置，解決標尺像位置不適中的故障問題[2]。

2.1.2 標尺像移動范圍不足

這一故障問題主要體現(xiàn)于光學計的標尺像移動范圍未達到標準。調(diào)整微調(diào)鼓輪能夠讓標尺刻線擁有大致20 格的最大移動范圍。但是光學計在測量工作中經(jīng)常會出現(xiàn)移動范圍沒有達到20 格的故障，出現(xiàn)這一問題的原因主要有3 個：①微調(diào)鼓輪存在傳動配合不良的問題，導致傳動效果未達到預期要求；②滑板的頂端處彈簧失效；③分劃板的下端位置燕尾滑板出現(xiàn)移動不順暢的問題，導致微調(diào)鼓輪無法有效移動，標尺像未達到預期移動范圍。對于這類故障，可采取以下修理方法：

（1）針對螺旋處的缺陷問題，需要旋出微調(diào)鼓輪，然后將螺母拆卸下來，在螺紋位置涂上足夠的油，經(jīng)過相對研磨之后，使螺旋部分能夠順暢且平滑地進行旋轉(zhuǎn)。

（2）針對彈簧失效的問題，需要將箱體側(cè)部的蓋板打開，然后取下彈簧座，查看彈簧零部件的完好程度，如果出現(xiàn)破損或者老化等問題，需要將其拿出并更換新的彈簧。

（3）針對燕尾滑板無法良好滑動的故障問題，需要將光學計的投影物鏡小心地取下來，隨后在燕尾槽中進行相對研磨，確保滑板在滑動時不會產(chǎn)生晃動，且滑動起來更加順暢[2]。

2.1.3 標尺像斜向移動

光學計在測量工作中出現(xiàn)標尺像的實際移動方向未與標尺刻線相互垂直的故障，原因主要為測量桿在進行上下移動的時候發(fā)生斜向移動，零位調(diào)整期間也會發(fā)生斜向運動的情況。針對標尺像的斜向移動故障，可以采取以下解決措施：

（1）調(diào)整平面反射鏡，即改變反射鏡的擺動軸方向，讓光學計的標尺像可以在示值范圍以內(nèi)對指標線移動量加以控制，使指標線的上下位移運動量被控制在短刻線長度的10%以內(nèi)。

（2）零位調(diào)整的時候會出現(xiàn)斜向運動的故障問題，對此可以將箱體頂處通光隔熱玻璃板取下來，然后將分劃板位置上的螺釘放松，找出其尾部位置，使用螺絲刀對螺釘尾部進行調(diào)整，確保標尺和滑板的方向可以保持平行。在微調(diào)的情況下，標尺像指標線隨著光學計的使用不會產(chǎn)生明顯的垂直移動現(xiàn)象，接著可以使用螺釘緊固分劃板座，調(diào)整的同時注意標尺像的投影屏上部與下部位置上的對稱情況[3]。

2.2 示值誤差超差

按照光學計的相關(guān)檢定要求，在±60 μm 的范圍內(nèi)，要求光學計示值的誤差超差不能超出±0.2 μm；如果超過±60 μm，那么示值誤差超差就不能超過±0.25 μm。一旦誤差超出相應的檢定要求則必須對光學計進行調(diào)修，防止后續(xù)光學計在使用過程中遇到問題。影響示值誤差的因素主要是“杠桿比K 值”，這是隨著反射鏡的擺動半徑r 發(fā)生改變，擺動半徑的調(diào)整一般包含墊板螺釘調(diào)節(jié)與彈簧調(diào)整兩部分。調(diào)整擺動半徑之前，需要將底蓋部分卸下來，并將固定螺釘松開，在示值達到±100 μm 的時候，使其與量塊相互吻合，并對分劃板的其他位置校正處理。緊固螺釘之后需要對光學計的示值誤差情況再次檢定。

如果光學計的示值變動性超差，對于該故障問題應明確這一數(shù)值的指標是不能超過0.1 μm 的，引發(fā)故障的原因有很多。例如，測頭內(nèi)兩條拉簧讓反射鏡組下部合金片與鋼珠接觸，提供測量力，如果拉簧作用力沒有達到一致，此時示值的變動性就會超差；測量桿與軸套的潤滑效果不佳，或其間存在一定的雜質(zhì)；合金片與鋼珠之間的接觸部分出現(xiàn)一定程度的磨損，也是造成故障問題的主要原因，需要及時增加潤滑，更換磨損的零部件。

2.3 讀數(shù)系統(tǒng)穩(wěn)定性較差

讀數(shù)系統(tǒng)穩(wěn)定性差故障的原因通常是鋼珠松動或變形，應采用規(guī)格相同的鋼珠代替原有鋼珠，使其被鉚合在測量桿處。如果鋼珠損壞，建議將支持塊從測軸的套筒位置取下來，經(jīng)過支持塊背部的小孔取下鋼珠，更換新鋼珠。要求鋼珠和支持塊的下表面處于等高的關(guān)系。

2.4 指標線和標尺分度刻線不平行

（1）指標線發(fā)生傾斜。該故障需要采取以下調(diào)修方法：調(diào)整指標線的鏡筒位置，打開側(cè)蓋，重開鏡筒和固定套圈凹槽位置的螺釘，轉(zhuǎn)動鏡筒，使其在投影屏處觀測分析，直到最終指標線和標尺分度刻線之間達到平行的狀態(tài)，同時分度刻線與指標線第三條虛線的上邊緣保持對齊，指標線在運動期間要求橫向位移量不能超過分度刻線當中短刻度線長度的10%。

（2）標尺分度刻線出現(xiàn)傾斜問題?？刹扇∫韵抡{(diào)修方法：對分劃板的位置做出調(diào)整，將側(cè)蓋打開，隨后查看分劃板和棱鏡是否處于膠合的關(guān)系，再松開鏡片左側(cè)固定螺釘，調(diào)整分劃板位于投影屏處的具體成像位置。

（3）指標線和標尺分度刻線都出現(xiàn)傾斜的現(xiàn)象。相應調(diào)修方法如下：將指標線的鏡筒和分劃板之間的相對位置做出調(diào)整，然后打開側(cè)蓋，松開分劃板左側(cè)固定螺釘，調(diào)整分度刻線位置，確保其在投影屏內(nèi)的成像不會出現(xiàn)傾斜的現(xiàn)象。接著，固定分劃板，松開指標線鏡筒位置的小螺釘，將指標線的位置加以調(diào)整，確保指標線和分度刻線的相對位置達到上文所述的要求，然后進行固緊。

2.5 指標線或標尺分度刻線成像模糊

首先，光學計的光源位置存在錯誤或光學系統(tǒng)有雜物進入，如霉斑的出現(xiàn)會導致設(shè)備成像不清晰。對此可采取以下調(diào)修方法：調(diào)整光源的位置，排除照明引發(fā)的成像模糊問題。再采用專用的脫脂棉蘸取酒精擦洗鏡片和投影屏零部件，如果情況有所改善則說明故障原因是光學計的外表面進入雜質(zhì)與灰塵，如果情況沒有得到改善，需要進一步清洗光學計的鏡片，特別是出現(xiàn)霉斑的地方，這是改善設(shè)備成像質(zhì)量的關(guān)鍵。

其次，指標線的鏡筒和標尺分度刻線分劃板雙方的安裝位置存在不妥當?shù)那闆r，從而造成成像模糊。調(diào)修方法大致如下：松開分劃板位置的固定螺釘，前后移動分劃板的位置，確保標尺的分度刻線能夠在投影屏處成像清晰，再左右移動分劃板的位置，將指標線位置擺正，緊固螺釘。松開鏡筒在分劃板套圈處的螺釘，將其緩慢的前后移動，使指標線可以在投影屏的位置上清晰成像，經(jīng)過左右轉(zhuǎn)動后，使指標線能夠和標尺的分度刻線處于平行的關(guān)系。調(diào)整完畢之后，將螺釘鎖好即可。

2.6 光學計測頭零位漂移

（1）光學計測頭出現(xiàn)零位漂移的問題。當測頭和被測表面相互接觸時，需要鎖緊部件位置，調(diào)節(jié)零位微動手輪，確保指標線能夠和標尺的分度刻線保持對準的關(guān)系。指標線能夠在一定時間內(nèi)產(chǎn)生自主移動，或者操作者使用撥叉去撥動測頭的位置，也能造成零值的緩慢移動。對于零位移動的故障問題，需要將固緊螺釘和壓圈等部分拆開，由于測量軸處的潤滑油缺少，導致表面潤滑效果不佳。此時，調(diào)修措施大致如下：在其中滴入航空汽油，清晰光學計管測頭的內(nèi)部，推動測量軸，查看此時運動情況是否合理，以及是否出現(xiàn)了停滯的問題。如果依然無法達到故障處理效果，此時還應拆開軸套與軸，將其和鋼珠的位置清洗干凈，重新涂好潤滑油，再安裝相應零部件，調(diào)整軸與軸套的位置，上下推動測量軸，再次查看是否有緩慢移動或者停滯的問題，裝好壓圈后，將螺釘重新緊固。

（2）光學計管出現(xiàn)零位漂移的問題。對于這類故障需要先做好位置調(diào)整，使用一個量塊讓零刻線和標尺上的刻度線相互對準，同時在一定時間內(nèi)出現(xiàn)的零位變化就是零位漂移。如果不及時調(diào)整，使用光學計測量時結(jié)果將會出現(xiàn)誤差。溫度變化與實際情況不相符也會產(chǎn)生類似的情況，所以應先排除外界環(huán)境變化引發(fā)的因素。可采取的修理措施有：拆除光學計橫臂的管，立柱處取下橫臂，將十字螺釘從光學計的橫臂處旋出，此時能看到2個螺釘?shù)奈膊课恢?；將螺釘和制動塊取出來并研磨制動塊，使其能和立柱之間保持吻合、增加二者之間的接觸面。

2.7 儀器工作臺不平

光學計工作臺不平整也是導致故障發(fā)生的重要原因，針對不同的原因調(diào)整的方法也有所不同。

（1）工作臺表面存在毛刺。調(diào)修方法主要有：油石打磨表面的毛刺，再對工作臺進行研磨，從中心向外圈用力研磨，使工作臺不會凹凸。最后使用Φ100 mm 規(guī)格的2 級平晶檢查，以此達到中心凸低于1 μm。

（2）工作臺傾斜。調(diào)修方法主要有：對工作臺位置進行調(diào)平處理，測量桿處安裝Φ8 mm 測帽，放置4 個尺寸為10 mm 的等量塊并將其加以調(diào)整，確保測帽與量塊的工作面相互接觸；使儀器的示值位于零位或附近值，借助工作臺對螺釘進行調(diào)整，使工作臺面和測帽的測量面相互平行；采用量塊的同一個部位和平面測帽的幾個方位相互接觸，4 個方位的接觸位置應達到直徑的1/4，觀察當前示值的變化情況并調(diào)整讀數(shù)的差值，要求該數(shù)值不得超過0.3 μm。

3 立式光學計的維護保養(yǎng)方法

（1）接通電源，安裝光管，避免光管砸傷工作臺，防止測頭發(fā)生損傷。

（2）安裝投影屏，鎖緊螺母，安裝反射鏡時不直接接觸鏡面。

（3）緊固螺釘，調(diào)整工作臺的高度，防止強行升降而造成工作臺脫離原位置。

（4）禁止調(diào)整光管處的小螺釘。

（5）不能隨意擦拭反光鏡和折射鏡，如有灰塵可以使用氣管輕輕吹開。

（6）對光管檢定2 h，超過2 h 的應關(guān)閉燈散熱0.5 h[5]。

4 總結(jié)

作為一種機械式光學測量儀器，立體式光學計在長度計量工作中可以保持較高的準確度，通常會采用比較的方法進行工件長度尺寸的測量分析。通過對光學計使用期間的故障分析，查明故障產(chǎn)生原因，經(jīng)過故障的有效排查及時解決故障，保障光學計的使用效果。