万能工具显微镜的基本原理和测量方法

段伟飞 穆亚娟

摘要：万能工具显微镜能精确测量各种工件尺寸、角度、形状和位置，以及螺纹制件的各种参数，本文主要介绍万能工具显微镜的原理和测量方法，在测量工件时，关键点在于能否理解万能工具显微鏡的各部件的作用和操作技巧。下文围绕这一关键点进行了分析。

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.

关键词：万能工具显微镜；基本原理；测量方法

Key words： universal tool microscope；the basic principle；measurement methods

中图分类号：TH742 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2018）17-0239-02

0 引言

万能工具显微镜是采用光栅细分和数字化技术的一种高效率的光学计量仪器，具有读数直观、简便和提高工作效率等特点，广泛地应用于各企业的计量检测、各级检测和校准试验室以及其他科学研究等部门的计量检测工作。

仪器可用影像法、轴切法或接触法按直角坐标或极坐标对机械工具和零部件的长度、角度和形状进行精密测量。主要测量对象有：刀具、量具、模具、样板、螺纹和齿轮类工件及其它小型精密机械零件。

1 基本原理

万能工具显微镜主要采用的是光学原理系统，本仪器（19JPC-V型）主要包括两部分：瞄准显微镜系统和光栅读数系统。

1.1 瞄准显微镜系统主要是通过仪器照明光源，通过聚光镜，可变光栏，滤色片和反射镜照明置于玻璃工作台上的被测件，瞄准显微镜的物镜经棱镜的转折将被测件清晰地成像在米字线分划板上。最后用目镜瞄准。

1.2 光栅读数系统：例如X坐标的标尺光栅与指标光栅所产生的莫尔条纹信号，被光电接收元件接收，然后通过电子学的数据处理，将X坐标的移动量，转换成相应位置的数字量，即实现了X坐标的自动记数。

①读数头的原理。

主要由三部分组成，分别为准直系统、光栅系统和光电转换系统。

从光源S发出的光，经聚光镜L，变成平行光束，照射指标光栅G1和标尺光栅G2，在G2面上就形成莫尔条纹。当明暗变化的莫尔条纹，经过光电元件P转换后，条纹的移动量便转化为相应数量的电信号，将这些电信号经过电路处理，得到的脉冲数，换算后就是所需测量的长度。当工作台带动标尺光栅移动时，近似正弦变化的光电信号，经硅光电池接收，送给光栅数显表。由于读数头输出信号幅值比较小，所以必须将该信号送至数显表内进行放大，并经过细分、辨向电路，送往可逆计数器，计数器的加减与工作台的移动位置相对应，最后结果直接有数码管或显示屏显示出来。

2 测量方法和维护保养

2.1 影像法调焦原则

在万工显上进行测量时，为了保证测量的正确性，必须要求物像和米字线分划线的像在同一聚焦面上，这就必须按照正确的调焦原则进行操作。把被测工件放在工作台上用顶针顶紧后，首先从目镜视野内仔细观察米字刻线是否清晰，如果不够清晰，应调节目镜筒上的滚花圈，使视度和测量者视力相适应，在视野内得到清晰的米字线像，然后移动显微镜悬臂或焦距微调环，使视野内物像轮廓清晰，并移动纵横滑板使米字线和被测工件影像轮廓边缘互相重叠。为了检验调焦位置的正确性，测量者的眼睛可在目镜的任一位置移动观察，如果观察视野内物像和米字线刻线所压的轮廓无相对移动，就说明被测件成像平面正确的落在米字线的分划板上，这时就可以测量了。反之，如果观察视野内物像和米字线刻线所压的轮廓有相对移动，则说明物像平面没落在米字线分划板上，这时必须转动焦距微动调整环调整显微镜和被测工件间的距离，直到无相对移动。需要注意的是如果操作者在测量工件时仅靠移动显微镜悬臂上的手轮进行调焦，使工件在视野内成像清晰，而忽略了同时使目镜筒内米字刻线成像清晰，则被测物的像和米字刻线的像就没有落在同一聚焦面上。在测量时压线就比较困难，每压一次线，由于观察位置的移动，就会有不同的数值，这样就使仪器读数存在了视差，降低了测量准确度。

2.2 轴切法

轴切法适用于测量螺纹的各项参数、圆柱直径和圆锥度等，也可用于测量一般工件的长度和角度。与影像法不同的是，轴切法是将米字线分划线上的四根平行刻线中的相应刻线对准与被测表面接触的测量刀上的刻线来代替影像法对工件轮廓的直接瞄准，而在其他的测量步序上则无很大区别，应用中可参照影像法相同测量项目的测量方法。

2.3 维护保养

仪器的工作室要求洁净、干燥、工作室的温度应为20℃±1℃，仪器的光学零件应尽量保持清洁，不得随意摸触。必要时，先用在乙醚溶液里浸洗过的脱脂无油软毛笔拂去光学零件上的尘埃，再用清洁的擦镜纸或脱脂棉花蘸少许乙醚-酒精混合剂轻轻擦拭。主机和附件上的所有未经油漆或电镀的裸露的安装基面应细心保护，不得碰伤或划损。使用前需用航空汽油仔细清洗，且应经常涂上薄的防锈油。在搬运和使用中，应特别注意避免撞击滑台导轨，并定期拆开防尘板，在导轨上加适量薄的润滑和防锈油脂。不用的附件从主机上卸下后，应随时放进附件箱或用户自备的专用橱内。仪器不使用时，主机可用装箱用的塑料罩或自备的布罩罩好。

3 测量实例

3.1 同心圆测量

测轴承的同心圓，首先打开万工显影像测量程序软件，点击摄像按钮，界面中的图像清晰度通过物镜调焦来调节，在工件测量时，新建一个文件（每次测量都必须新建文件），必须输入零件名。鼠标点击“测量”菜单中的“测圆”项中的三点法或点击工具条中的按钮，完成测量三点，确定一个外圆，并且记录圆的特征参数（圆心坐标、半径）并在视窗中绘制该圆。测得轴承内外圆的特征参数后，点击图像放大按钮，找到两个圆心位置，选点测出圆心距。即可测得同心圆。

3.2 丝锥测量

①外径测量。打开影像，新建文件，鼠标点击“测量”菜单中的“直线两点”项或点击工具条中的按钮，然后在丝锥上牙选择两个点连线，下牙选两点连线，中断采集后，再点击两平行线之间的间距按钮，即可测得丝锥的大径。（同种方法测量小径。）

测量数据如下：

测量日期：2018-03-30 10：12

a.测量两点确定直线

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

两点间距2.0165，直线倾角0度0分0.00秒

b.线属性

直线L0的倾角α=0度0分0.00秒，原点到直线的距离L=11.4270，线段长度2.0165

②牙型角测量。点击测量直线上两点按钮，先采集螺纹一个边上的两点，两点确定直线后，再点击选线，点击属性，可以得到倾角角度，再用90°减去倾角即可得到牙型半角，同理测得另一边的牙型半角，最后相加得到牙型角大小。

③螺距测量。打开影像视频，选择两点确定直线按钮，先在一个牙边上踩两个点确定直线，再在下一个牙边上（同角度）采两个点确定直线，中断采集后，再点击平行线之间间距按钮，再通过三角函数的得到螺距。

4 总结

总结以上的基本原理、测量方法、测量实例，在实际的操作中存在很多的测量技巧，要多思考，发掘新的测量方法。在遇到实际测量难题时，要多分析，必要时请教有经验的老师。另外，在实践中多总结经验，进行实操练习，逐步提高测量的能力。本文主要为万工显测量人员提供了学习参考，从而提高机械产品检验工作的水平。

参考文献：

[1]上海光学仪器五厂有限公司.数字式万能工具显微镜使用说明书.

[2]李雪，宋秀敏.用万能工具显微镜测量的原则及原理分析[J].电子工业专用设备，2012（02）.

[3]刘园，张志斌.浅谈万能工具显微镜的使用[J].机电信息，2012（06）.