測量顯微鏡常用的長度測量工具與測量技術(shù) 工具簡介
將被測長度與已知長度比較，從而得出測量結(jié)果的工具，簡稱測量工具。長度測量工具包括量規(guī)、量具和量儀。習(xí)慣上常把不能指示量值的測量工具稱為量規(guī);把能指示量值，拿在手中使用的測量工具稱為量具;把能指示量值的座式和上置式等測量工具稱為量儀。
工具簡史 最早在機(jī)械制造中使用的是一些機(jī)械式測量工具，例如角尺、卡鉗等。16世紀(jì)，在火炮制造中已開始使用光滑量規(guī)。1772年和1805年，英國的J.瓦特和H.莫茲利等先后制造出利用螺紋副原理測長的瓦特千分尺和校準(zhǔn)用測長機(jī)。19世紀(jì)中葉以后，先后出現(xiàn)了類似于現(xiàn)代機(jī)械式外徑千分尺和游標(biāo)卡尺的測量工具。19世紀(jì)末期，出現(xiàn)了成套量塊。繼機(jī)械測量工具出現(xiàn)的是一批光學(xué)測量工具。19世紀(jì)末，出現(xiàn)立式測長儀，20世紀(jì)初，出現(xiàn)測長機(jī)。到20年代，已經(jīng)在機(jī)械制造中應(yīng)用投影儀、工具顯微鏡、光學(xué)測微儀等進(jìn)行測量。1928年出現(xiàn)氣動量儀，它是一種適合在大批量生產(chǎn)中使用的測量工具。電學(xué)測量工具是30年代出現(xiàn)的。最初出現(xiàn)的是利用電感式長度傳感器制成的界限量規(guī)和輪廓儀。50年代后期出現(xiàn)了以數(shù)字顯示測量結(jié)果的坐標(biāo)測量機(jī)。60年代中期，在機(jī)械制造中已應(yīng)用帶有電子計算機(jī)輔助測量的坐標(biāo)測量機(jī)。至70年代初，又出現(xiàn)計算機(jī)數(shù)字控制的齒輪量儀，至此，測量工具進(jìn)入應(yīng)用電子計算機(jī)的階。
工具分類 測量工具通常按用途分為通用測量工具、專類測量工具和專用測量工具3類。
測量工具還可按工作原理分為機(jī)械、光學(xué)、氣動、電動和光電等類型。這種分類方法是由測量工具的發(fā)展歷史形成的。但一些現(xiàn)代測量工具已經(jīng)發(fā)展成為同時采用精密機(jī)械、光、電等原理并與電子計算機(jī)技術(shù)相結(jié)合的測量工具，因此，這種分類方法僅適用于工作原理單一的測量工具。 通用測量工具 可以測量多種類型工件的長度或角度的測量工具。這類測量工具的品種規(guī)格最多，使用也最廣泛，有量塊、角度量塊、多面棱體、正弦規(guī)、卡尺、千分尺、百分表(見百分表和千分表)、多齒分度臺、比較儀、激光干涉儀、工具顯微鏡、三坐標(biāo)測量機(jī)等。 專類測量工具 用于測量某一類幾何參數(shù)、形狀和位置誤差(見形位公差)等的測量工具。它可分為：①直線度和平面度測量工具，常見的有直尺、平尺、平晶、水平儀、自準(zhǔn)直儀等;②表面粗糙度測量工具，常見的有表面粗糙度樣塊、光切顯微鏡、干涉顯微鏡和表面粗糙度測量儀等(見表面粗糙度測量);③圓度和圓柱度測量工具，有圓度儀、圓柱度測量儀等(見圓度測量);④齒輪測量工具，常見的有齒輪綜合檢查儀、漸開線測量儀、周節(jié)測量儀、導(dǎo)程儀等(見齒輪測量);⑤螺紋測量工具(見螺紋測量)等。 專用測量工具 僅適用于測量某特定工件的尺寸、表面粗糙度、形狀和位置誤差等的測量工具。常見的有自動檢驗機(jī)、自動分選機(jī)、單尺寸和多尺寸檢驗裝置(見自動測量)等。
工具結(jié)構(gòu) 工具顯微鏡分小型?大型和萬能 3種類型?其常見的測量范圍分別為5025毫米?15075毫米和200100毫米。它們都具有能沿立柱上下移動的測量顯微鏡和坐標(biāo)工作臺。測量顯微鏡的總放大倍數(shù)一般為 10倍?20倍?50倍和100倍。小型和大型的坐標(biāo)工作臺能作縱向和橫向移動?一般采用螺紋副讀數(shù)鼓輪?讀數(shù)顯微鏡或投影屏讀數(shù)?也有采用數(shù)字顯示的?分度值一般為10微米?5微米或1微米。萬能工具顯微鏡的工作臺僅作縱向移動?橫向移動由裝有立柱和測量顯微鏡的橫向滑架完成?一般采用讀數(shù)顯微鏡?投影屏讀數(shù)或數(shù)字顯示?分度值為1微米。工具顯微鏡的附件很多?有各種目鏡?例如螺紋輪廓目鏡?雙像目鏡?圓弧輪廓目鏡等?還有測量刀?測量孔徑用的光學(xué)定位器和將被測件投影放大后測量的投影器。此外?萬能工具顯微鏡還可帶有光學(xué)分度臺和光學(xué)分度頭等。
基本組成 主要有已知長度、定位瞄準(zhǔn)、放大細(xì)分和顯示記錄等部分。量規(guī)基本上只有已知長度部分。在一些量具、量儀中，這幾部分也不是截然分開的，有的放大細(xì)分和顯示實(shí)際上是一個部分，例如百分表類測量工具;有的瞄準(zhǔn)、放大細(xì)分和顯示等部分是一個部件,例如讀數(shù)顯微鏡等。 已知長度部分 主要有兩種形式：①經(jīng)過長度計量的量值傳遞中的傳遞系統(tǒng)檢定過的長度和角度，例如比長儀中線紋尺上的刻度，激光干涉儀中的激光波長，長、圓計量光柵上分別由密集線條組成的長度和角度，角度量塊兩測量平面間形成的角度等。②一些具有準(zhǔn)確形狀的幾何量。例如平晶的光學(xué)測量平面，激光準(zhǔn)直儀中的激光束，漸開線測量儀中由基圓盤、直尺機(jī)構(gòu)產(chǎn)生的漸開線軌跡和由圓度儀精密軸系等形成的圓軌跡等。 定位瞄準(zhǔn)部分 用于確定被測長度與已知長度的相對位置,使兩者能正確地比較,從而得到準(zhǔn)確的量值。有接觸式和不接觸式兩種定位瞄準(zhǔn)方法。 放大細(xì)分部分 把已知長度中的最小單位長度放大細(xì)分，使之能準(zhǔn)確地分辨出已知長度與被測長度的微小差值，主要有機(jī)械、光學(xué)、氣動、電學(xué)和光電等類型。①機(jī)械型：如采用斜楔、杠桿、齒輪、扭簧等的放大機(jī)構(gòu)和利用游標(biāo)原理的細(xì)分機(jī)構(gòu)等。②光學(xué)型：如讀數(shù)顯微鏡的顯微鏡光學(xué)系統(tǒng)、投影儀的投影光學(xué)系統(tǒng)和自準(zhǔn)直儀的自準(zhǔn)直光學(xué)系統(tǒng)等。③氣動型：利用彈性元件、錐度玻璃管等分別將空氣壓力或空氣流量轉(zhuǎn)換放大以便于指示量值，主要用于氣動量儀。④電學(xué)型：電子放大常用于以模擬量，例如以電壓作為被測尺寸電信號輸出的電學(xué)測微儀中;電子細(xì)分常用于以脈沖量輸出電信號的測量系統(tǒng)，例如感應(yīng)同步器、磁柵等測量系統(tǒng)中。⑤光電型：采用光學(xué)方法和電學(xué)方法先后將被測尺寸轉(zhuǎn)換、放大、細(xì)分，以得到所需要的分辨率，常用于光柵測量系統(tǒng)(見光柵測長技術(shù))、激光干涉儀、固體陣列測量系統(tǒng)(見長度傳感器)等。
顯示記錄部分 用于將測量結(jié)果顯示、記錄出來。常見的顯示記錄方法有刻度指示、記錄顯示、數(shù)字顯示和圖象顯示等。①刻度指示：利用表盤和指針等指示量值，或利用其他具有刻度的讀數(shù)裝置，例如讀數(shù)顯微鏡等讀出量值。②記錄顯示：用記錄器記錄被測長度的誤差曲線，它適用于需要連續(xù)記錄各點(diǎn)誤差以便計算和分析的測量，例如表面粗糙度測量、圓度測量和齒輪測量等。③數(shù)字顯示：測量結(jié)果以數(shù)字形式顯示出來，它可以避免刻度指示容易讀錯的缺點(diǎn)。數(shù)字顯示的方式很多，有數(shù)碼管顯示、液晶顯示、光學(xué)數(shù)字顯示、機(jī)械式數(shù)字顯示和打印機(jī)打字輸出等。④圖象顯示：用陰極射線管(CRT)以圖象形式將測量結(jié)果顯示出來,也可用X-Y 繪圖儀描繪出來。這種顯示方法直觀，也便于分析。
需要進(jìn)行計算和數(shù)據(jù)處理的測量工具，尚要配備計算部分，例如微處理機(jī)或電子計算機(jī)等。
設(shè)計規(guī)則 設(shè)計測量工具，應(yīng)盡可能遵守阿貝原則。它是德國的E.阿貝在19世紀(jì)60年代提出的。他認(rèn)為，在長度測量中，被測長度應(yīng)位于線紋尺刻度中心線的延長線上。按此原則設(shè)計的測量工具，由導(dǎo)軌直線度誤差引起的測量誤差是二階誤差，一般可以忽略不計，這樣就可以獲得精確的測量結(jié)果。但要遵守阿貝原則，測量工具的長度就得大于被測長度的兩倍以上。這對測量工具的剛度、制造和使用都很不利，對測量范圍大的測量工具，更是如此。這是不少測量工具的設(shè)計沒有遵循阿貝原則的原因之一。在測量工具設(shè)計中也可采用愛賓斯坦平行光學(xué)系統(tǒng)(見測長機(jī))來補(bǔ)償由于導(dǎo)軌誤差引起的測量誤差，或采用電子計算機(jī)自動修正由于導(dǎo)軌誤差和被測長度定位不正確等引起的測量誤差。除了阿貝原則外，設(shè)計時應(yīng)考慮的還有測量鏈最短原則、基面統(tǒng)一原則等。
測量方法 工具顯微鏡主要用於測量螺紋的幾何參數(shù)?金屬切削刀具的角度?樣板和模具的外形尺寸等?也常用於測量小型工件的孔徑和孔距?圓錐體的錐度和凸輪的輪廓尺寸等。工具顯微鏡的基本測量方法有影像法和軸切法。影像法?利用測量顯微鏡中分劃板上的標(biāo)線瞄準(zhǔn)被測長度一邊后?從相應(yīng)的讀數(shù)裝置中讀數(shù)?然后移動工作臺(或橫向滑架)?以同一標(biāo)線瞄準(zhǔn)被測長度的另一邊?再作第二次讀數(shù)。兩次讀數(shù)值之差即被測長度的量值。圖2 用影象法測量樣板尺寸 為利用影像法測量樣板的L 尺寸。軸切法?測量過程與影像法相同?但瞄準(zhǔn)方法不同。測量時分劃板上的標(biāo)線不直接瞄準(zhǔn)被測長度的兩邊?而瞄準(zhǔn)與被測長度相切的測量刀上寬度為3微米的刻線?以此來提高瞄準(zhǔn)精度
精度評定 主要是評定測量工具在規(guī)定條件下的測量精確度。常見的評定方法有檢定法、比對法和誤差分離法。 檢定法 測量工具按檢定規(guī)程檢定合格后，方能使用。一般是利用長度標(biāo)準(zhǔn)器檢定，例如：用量塊檢定千分尺和卡尺;用標(biāo)準(zhǔn)線紋尺檢定比長儀和測長機(jī)等。 比對法 利用兩臺以上相同精度等級的測量工具相互對比，以確定其精確度。這種
方法適用于評定一些精度等級很高的測量工具，例如激光干涉儀、激光干涉比長儀等，因為對于這類高精度的測量工具，沒有合適精度的長度標(biāo)準(zhǔn)器可供檢定之用。 誤差分離法 適用于一些高精度(形狀誤差小)和具有封閉圓周角的測量工具。例如檢定1級平晶,如待檢的三塊平晶1、2、3的平面度誤差分別為x、y、z，則把它們按1與2,2與3,3與1組合起來互檢平面度。得出的量值分別為a、b、c。列出方程式x+y=a，y+z=b，x+z=c。解方程式后即可求出x、y、z的量值。此外,檢定圓度儀和多齒分度臺也可用這種方法。常用石英玻璃球圓度儀和多齒分度臺也可用這種方法。常用石英玻璃球檢定圓度儀，因玻璃球等也有誤差，所以利用多次轉(zhuǎn)位方法分離出玻璃球和圓度儀精密軸系各自的誤差。多齒分度臺也是利用其具有封閉圓周的特性，把兩臺多齒分度圓臺重疊在一起，各自向相反方向依次轉(zhuǎn)動一個相同的角度，從單色光自準(zhǔn)直儀中讀出其量值，把一系列測得的量值處理后從中求得每臺各自的分度誤差。
機(jī)械
