萬(wàn)能工具顯微鏡常見故障修理

唐少博 龍寬

摘要：萬(wàn)能工具顯微鏡是一種常見的二維坐標(biāo)尺寸測(cè)量的光學(xué)儀器，其儀器的通用性廣、測(cè)量精度高，被廣泛運(yùn)用，本文主要闡述了萬(wàn)能工具顯微鏡在使用過程中的常見故障及維修方法，如主顯微鏡放大倍率的調(diào)整、儀器主鏡頭零位的調(diào)整、橫向?qū)к壷本€性超差的原因判斷及調(diào)修方法等，以保障儀器的正常使用和精密測(cè)量。

Abstract： This paper focuses on the analysis and evaluation of the uncertainty components introduced by various standard equipment in the calibration of CMM and supporting optical turntable by using gauge block， dual frequency laser interferometer， polyhedral prism and photoelectric autocollimator. Through the selection， analysis and calculation of the standard in the calibration process， the feasibility and reliability of the standard in the daily calibration of this kind of equipment are confirmed， and the development of laboratory calibration ability is also ensured.

關(guān)鍵詞：萬(wàn)能工具顯微鏡;主顯微鏡;放大倍數(shù);導(dǎo)軌直線性

Key words： dual frequency laser interferometer;polyhedral prism;photoelectric autocollimator;extended uncertainty

中圖分類號(hào)：TH742 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文章編號(hào)：1674-957X（2022）05-0112-03

0 ?引言

萬(wàn)能工具顯微鏡是指可作二維坐標(biāo)尺寸測(cè)量的光學(xué)儀器。除作長(zhǎng)度測(cè)量外，還可作角度、輪廓和極坐標(biāo)測(cè)量等。萬(wàn)能工具顯微鏡是一種在工業(yè)生產(chǎn)和科學(xué)研究部門中使用十分廣泛的光學(xué)測(cè)量?jī)x器，它具有較高的測(cè)量精度，適用于長(zhǎng)度和角度的精密測(cè)量。主要的測(cè)量對(duì)象有刀具、量具、模具、樣板、螺紋和齒輪類零件等。因測(cè)量范圍廣，測(cè)量頻次高，經(jīng)常出現(xiàn)一些典型的故障現(xiàn)象，因此，對(duì)儀器故障的判斷和解決成為了一項(xiàng)決定儀器是否能合格使用的關(guān)鍵工作。

1 ?常見故障案例及維修

1.1 中心立柱突然下墜

1.1.1 故障現(xiàn)象

松開緊固螺釘調(diào)節(jié)立柱上、下移動(dòng)時(shí)，中心立柱突然下墜，導(dǎo)致物鏡鏡頭與玻璃工作臺(tái)相撞。

1.1.2 故障分析與維修

該故障是由于中心立柱燕尾槽與導(dǎo)軌之間的壓條間隙過大，當(dāng)緊固螺釘旋開時(shí)，立柱與導(dǎo)軌之間瞬間失去相互作用，受主顯微鏡立柱自身重力影響突然下墜。

維修時(shí)，需調(diào)節(jié)壓條螺釘，調(diào)節(jié)時(shí)先需使用專用工具旋開背緊螺圈，然后用一字起微微旋緊螺釘，同時(shí)，擰動(dòng)來回升降旋鈕，試試升降手感（3個(gè)調(diào)節(jié)螺釘可分別調(diào)節(jié)，直至升降時(shí)手感最佳為止），調(diào)節(jié)到位后使用專用工具鎖緊背緊螺圈，以防螺釘松動(dòng)。如圖1所示。

1.2 立柱位于零位時(shí)光軸對(duì)工作臺(tái)面的垂直度（底來光）的調(diào)整

1.2.1 故障現(xiàn)象

在檢測(cè)零件時(shí)，零件左右邊緣在主鏡頭視場(chǎng)中的成像出現(xiàn)一邊清晰一邊模糊或零件成像變形，影響準(zhǔn)確對(duì)線，導(dǎo)致無(wú)法測(cè)量。

1.2.2 故障分析與維修

該故障的出現(xiàn)是由于底來光發(fā)生了角度變化，導(dǎo)致鏡頭間出、入光軸不在同一軸線上。

維修時(shí)，取下玻璃工作臺(tái)，用約3mm量塊配合寬座角尺放置在金屬基面上（如圖2），主鏡頭視場(chǎng)中找到量塊，同時(shí)光圈調(diào)至最低亮度，觀察視場(chǎng)中量塊兩邊緣成像清晰情況。用起子松開底來光光路外壁上的2個(gè)鎖緊螺釘，這時(shí)可以輕松地左右擺動(dòng)底來光鏡頭，左右擺動(dòng)的同時(shí)觀察主鏡頭視場(chǎng)中量塊兩邊緣的成像變化，直到視場(chǎng)中量塊左右兩邊邊緣成像一樣清晰。

1.3 萬(wàn)工顯主顯微鏡放大倍數(shù)的調(diào)修

1.3.1 故障現(xiàn)象

如果在檢定中主顯微鏡的放大倍數(shù)不符合表1要求，則需調(diào)修。

1.3.2 故障分析與維修

根據(jù)工具顯微鏡檢定規(guī)程，萬(wàn)工顯“主顯微鏡放大倍數(shù)的正確性”的檢定，方法如下：在主顯微鏡上安裝測(cè)角目鏡檢定時(shí)，分別裝上各種物鏡。專用刻度尺放置在玻璃工作臺(tái)上。升降主顯微鏡臂架，使在主顯微鏡視場(chǎng)內(nèi)見到清晰的刻度尺刻線影像。調(diào)整工作臺(tái)，使刻度尺平行于縱向滑板的移動(dòng)方向，轉(zhuǎn)動(dòng)測(cè)角目鏡，使測(cè)角目鏡的示值于零位。移動(dòng)縱向滑板，使刻度尺的零線與測(cè)角目鏡中相距最遠(yuǎn)的兩條刻線中的一條刻線對(duì)準(zhǔn)，然后觀察另一條刻線與刻度尺上相應(yīng)的刻線是否重合，若不重合時(shí)，則從縱向讀數(shù)裝置中讀出其偏差？駐（μm）。主顯微鏡放大倍數(shù)誤差按？駐β=？駐/1000L×100%計(jì)算求得，式中：L為檢定時(shí)所用刻度尺上兩條刻線的間距，mm。在顯微鏡上安裝輪廓目鏡檢定時(shí)，其方法與上述相同。

在調(diào)修時(shí)須迭擇一個(gè)基準(zhǔn)，根據(jù)儀器結(jié)構(gòu)可選擇測(cè)角目鏡和3倍物鏡，也可選擇輪廓目鏡和3倍物鏡。如選擇測(cè)角目鏡和3倍物鏡：當(dāng)用3倍物鏡時(shí)，工作臺(tái)上刻尺間距為1.8m的兩條刻線與測(cè)角目鏡米字線分劃板最寬的兩條刻線不重合，情況如圖3中（a）表示放大倍數(shù)大，光學(xué)筒長(zhǎng)？駐則須減少;（b）表示放大倍數(shù)小，光學(xué)筒長(zhǎng)△則須增加。

光學(xué)筒長(zhǎng)Δ的修正量通過計(jì)算得0.09mm。具體調(diào)修中，若放大倍數(shù)大時(shí)，則用專用工具從主顯微鏡取出修正襯圈進(jìn)行精確研磨，平行度按照4等量塊的要求精磨至合理尺寸;若放大倍數(shù)小時(shí)，則須更換符合尺寸要求的修正襯圈。JX7調(diào)修主顯做鏡放大倍數(shù)的方法也適用于其他類型的萬(wàn)工顯的主顯微鏡。（如果測(cè)角目鏡放大率不符合要求時(shí)，則調(diào)整米字線分劃板至目鏡安裝基面的距離;若1倍、5倍物鏡放大率不符合要求時(shí)，就各自修正其墊圈）

1.4 讀數(shù)裝置放大倍數(shù)的調(diào)修

1.4.1 故障現(xiàn)象

檢定過程中，讀數(shù)裝置放大倍數(shù)的正確性超差。

1.4.2 故障分析與維修

萬(wàn)工顯“讀數(shù)裝置放大倍數(shù)的正確性”的檢定方法如下：先使微米刻度示值于零位，移動(dòng)滑板，使毫米刻度尺的任1mm線與0.1mm刻度尺零線位置的螺旋線對(duì)準(zhǔn)，然后觀看相鄰的一條毫米刻線是否與螺旋線也對(duì)準(zhǔn)時(shí)，轉(zhuǎn)動(dòng)螺旋線使其對(duì)準(zhǔn)，并按微米刻度讀出其差值ri。這一檢定應(yīng)至少分布于毫米刻度尺5個(gè)不同位置上進(jìn)行。放大倍數(shù)誤差按δ=∑ri/5式求得。根據(jù)《工具顯微鏡》檢定規(guī)程3.7的要求，讀數(shù)裝置放大倍數(shù)的正確性應(yīng)不大于0.5μm，如果超出規(guī)程要求則須調(diào)修。讀數(shù)裝置分縱、橫兩個(gè)方向。

1.4.2.1 縱向讀數(shù)裝置放大倍數(shù)的調(diào)修

方法基本同主顯微鏡的調(diào)修方法，只是光學(xué)筒長(zhǎng)？駐的修正量有差異，當(dāng)放大倍數(shù)誤差反映在數(shù)值上相差0.00lmm時(shí)，光學(xué)筒長(zhǎng)修正量為0.05mm調(diào)修位置示意圖（見圖4），旋下固定螺帽1，取下縱向讀數(shù)鏡管3以上可取部分，修正襯圈2，按照主顯微鏡的修正方法進(jìn)行修正，調(diào)整放大倍數(shù)，使其符合技術(shù)要求。

1.4.2.2 橫向讀數(shù)裝置放大倍數(shù)的調(diào)修

方法：當(dāng)橫向放大倍數(shù)需要調(diào)修時(shí)，不需修正襯圈，而只須移動(dòng)1倍物鏡的軸向位置。這時(shí)須打開左側(cè)蓋板，就見到內(nèi)部中間位置1倍物鏡結(jié)構(gòu)。調(diào)修時(shí)松開其固定螺帽，使1倍物鏡能沿光軸方向前后移動(dòng)，改變目鏡與物鏡的相對(duì)距離，當(dāng)放大倍數(shù)符合技術(shù)要求時(shí)，再固定螺帽。

1.5 讀數(shù)顯微鏡視差的調(diào)修

1.5.1 故障現(xiàn)象

讀數(shù)顯微鏡視場(chǎng)中，分劃板刻線與玻璃毫米標(biāo)尺刻線存在視差，這里的視差是指玻璃毫米標(biāo)尺的刻線不能清晰地成像在讀數(shù)顯微鏡的分劃板上。

1.5.2 故障分析與維修

只有改變相關(guān)距離，才能消除視差，這也是我們平常對(duì)萬(wàn)工顯調(diào)修必須重視的一項(xiàng)內(nèi)容。

①縱向讀數(shù)顯微鏡的視差調(diào)修時(shí)，應(yīng)先移動(dòng)縱向滑座，如觀察到“0”至“200m”整個(gè)行程的視差均模糊，這是由于相對(duì)位置走動(dòng)而造成的，這時(shí)松開讀數(shù)顯微鏡（可照?qǐng)D6）下面的緊固螺帽2轉(zhuǎn)動(dòng)物鏡3，使刻尺像清晰，重新緊固螺帽2。如果“0”位置清晰，“20mm”位置模糊或“200mm”位置清晰而“0”位置模糊，這是由于毫米刻尺安裝基面與縱向滑板移動(dòng)平面不平行而造成，則須修正毫米刻尺的安裝基面，直至平行，就能消除視差。

②橫向讀數(shù)顯微鏡的視差的調(diào)修，同理應(yīng)先移動(dòng)橫向滑座，如觀察到“0”至“100mm”整個(gè)行程的視差模糊，處理情況類上。如“0”位置清晰，“100mm”位置模糊或“100m”位置清晰“0”位置模糊，說明毫米刻尺與滑座移動(dòng)平面不平行，這時(shí)須取下刻尺保護(hù)罩，調(diào)整刻尺兩端處的調(diào)節(jié)螺釘（上下各兩只），直至平行，就可以消除視差。

縱、橫向讀數(shù)顯微鏡的視差的調(diào)修中如果再出現(xiàn)整個(gè)行程的視差均模糊，可重復(fù)前述調(diào)修方法，直至毫米刻尺平行清晰。調(diào)修后的萬(wàn)工顯須重新檢定，儀器應(yīng)符合J56-2000工具顯微鏡檢定規(guī)程要求。

1.6 儀器主鏡頭零位的調(diào)整

1.6.1 故障現(xiàn)象

當(dāng)測(cè)角目鏡調(diào)整至“0”度時(shí)（如圖5），左右移動(dòng)縱向滑板，觀察主鏡頭視場(chǎng)中的刀口尺成像，調(diào)節(jié)玻璃工作臺(tái)的調(diào)整旋鈕進(jìn)行找正，使其在移動(dòng)過程中邊緣保持并同時(shí)經(jīng)過“米”字分劃板的中心點(diǎn)。若主鏡頭視場(chǎng)中放置在玻璃工作臺(tái)上的刀口尺邊緣與“米”字線存在明顯的角度，則主鏡頭零位需要進(jìn)行調(diào)整。

1.6.2 故障分析與維修

這是由于主鏡頭在安裝過程中發(fā)生了角度變化，或者是主鏡頭角度調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)松動(dòng)引起。

維修時(shí)，先取下主鏡頭（見圖6），松動(dòng)位于主鏡頭底部的緊固螺釘，然后使用尖嘴工具旋動(dòng)調(diào)節(jié)螺釘，再安裝至儀器上觀測(cè)，也可以在松動(dòng)緊固螺釘后將主鏡頭安裝在儀器上從側(cè)邊旋動(dòng)調(diào)節(jié)螺釘，這樣更便于觀測(cè)。調(diào)整完成后，視場(chǎng)中刀口尺刀口邊緣應(yīng)與“米”字刻線重合或平行，然后擰緊緊固螺釘。該操作可能需要反復(fù)調(diào)試，在擰緊緊固螺釘后還需要進(jìn)行“0”位的檢查，以避免擰緊過程中的輕微角度變化。

2 ?結(jié)束語(yǔ)

萬(wàn)能工具顯微鏡是一種集光學(xué)、電路、機(jī)械一體的綜合性測(cè)量?jī)x器，以上僅僅介紹了一些常見的典型案例及維修方法，此外還包括光柵掉數(shù)、導(dǎo)軌直線性超差、信號(hào)失真、導(dǎo)軌異響等一些其它故障，需要綜合分析和判斷。同時(shí)，該儀器的維修需要技術(shù)人員通過對(duì)不同的故障現(xiàn)象，在實(shí)踐中進(jìn)行摸索和經(jīng)驗(yàn)的積累。萬(wàn)能工具顯微鏡具有不可替代性，因此，掌握一定的維修技能對(duì)設(shè)備的維護(hù)及測(cè)量精度至關(guān)重要。

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