一、概述

萬(wàn)能工具顯微鏡是一種光機(jī)電配合的幾何量精密測(cè)量?jī)x器，由儀器的縱橫向?qū)к壗M成平面的x、y坐標(biāo)系，由對(duì)應(yīng)的標(biāo)尺提供坐標(biāo)位置尺寸，測(cè)量范圍x軸為200mm、y軸為100mm。由于儀器設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)方面的特點(diǎn)，在實(shí)際測(cè)量中其橫向y軸符合阿貝原則，而縱向x軸不符合阿貝原則，這樣縱向滑板移動(dòng)的角擺誤差將是影響縱向示值誤差的主要因素。為此對(duì)其影響因素進(jìn)行分析，以達(dá)到正確調(diào)整和使用的要求。

二、原理誤差分析

在萬(wàn)能工具顯微鏡縱向示值誤差影響因素中主要包含儀器縱向標(biāo)尺刻劃誤差和縱向滑板移動(dòng)角擺誤差兩項(xiàng)。標(biāo)尺制造時(shí)的刻劃誤差允許值為(0.5+L/100)μm，而滑板移動(dòng)角擺誤差需控制在5″以內(nèi)。由于儀器的縱向滑板在設(shè)計(jì)和制造時(shí)未能滿足阿貝原則的要求，則滑板的角擺誤差對(duì)示值誤差的影響為一次誤差，正常測(cè)量狀態(tài)時(shí)儀器標(biāo)尺軸線與被測(cè)件(檢定用標(biāo)尺)軸線的垂向投影距離估計(jì)為L(zhǎng)垂直=20mm，橫向投影距離估計(jì)為L(zhǎng)水平=80mm，此時(shí)產(chǎn)生的一次誤差為

式中:L——儀器縱向標(biāo)尺軸線至正常測(cè)量位置的距離。

JJG56-2000《工具顯微鏡》檢定規(guī)程規(guī)定，縱向示值誤差不應(yīng)超過(guò)(1+L/100)μm，L=200mm，如果滑板移動(dòng)角擺誤差達(dá)到上限，則行程范圍內(nèi)在水平方向的角擺誤差引起的示值誤差就已占了允差的2/3，這對(duì)檢定結(jié)果是不利的；另一方面垂直面內(nèi)的影響量只有允差的1/6。所以，控制水平面內(nèi)的角擺誤差顯得尤為重要。在這種情況下，如果加上標(biāo)尺的刻劃誤差，就是一臺(tái)新制的儀器，即使標(biāo)尺刻劃誤差為0，驗(yàn)收時(shí)其縱向示值誤差也有可能已經(jīng)達(dá)到或超過(guò)允許誤差的*限值。但實(shí)際上儀器卻很少有示值超差的，究其原因是實(shí)際的標(biāo)尺刻劃誤差和角擺誤差未必處在*限狀態(tài)，而且即使兩項(xiàng)誤差均接近*限，其影響也可能相互抵消，取得比較明顯的綜合補(bǔ)償效應(yīng)。具體情況分析如下:

萬(wàn)能工具顯微鏡控制縱向滑板水平運(yùn)動(dòng)的是左右兩條導(dǎo)軌，其固定在儀器基座上(可調(diào)整)，由此形成縱向200mm運(yùn)動(dòng)行程。理想狀態(tài)下儀器滑板運(yùn)動(dòng)沒(méi)有角擺誤差，此時(shí)兩條導(dǎo)軌處在同一直線上，如圖1所示。即使儀器標(biāo)尺與被測(cè)件(檢定用標(biāo)尺)具有一定的投影間距L水平(不符合阿貝原則)，對(duì)于相同的滑板移動(dòng)距離，兩條標(biāo)尺所指示的數(shù)值是相同的，角擺不會(huì)引起示值誤差。

圖1 滑板移動(dòng)角擺為零的狀態(tài)

但實(shí)際上兩條導(dǎo)軌不可能這么**，其相對(duì)位置也就各不相同，綜合來(lái)看，比較有代表性的兩導(dǎo)軌相對(duì)位置有圖2和圖3的兩種形式(斜對(duì)斜)，以及其他直對(duì)斜、斜對(duì)直的組合形式，這樣就使滑板運(yùn)動(dòng)中存在角擺誤差。

圖2 滑板移動(dòng)角擺非零的狀態(tài)一

圖3 滑板移動(dòng)角擺非零的狀態(tài)二

對(duì)圖2和圖3的兩種形式進(jìn)行分析可知，儀器標(biāo)尺和檢定標(biāo)尺由于滑板的角擺影響使得相同的滑板運(yùn)動(dòng)距離卻在儀器標(biāo)尺和檢定標(biāo)尺間產(chǎn)生了位移差。在擺角為φ時(shí)，其值分別為2δ和2f，拋開(kāi)標(biāo)尺刻劃誤差的影響，這就是滑板移動(dòng)時(shí)角擺誤差影響的示值誤差。實(shí)際檢定中得到如圖2所示的縱向滑板示值誤差為正，如圖3所示的縱向滑板示值誤差為負(fù)。

從以上分析判斷可看出，即使標(biāo)尺刻劃誤差和滑板移動(dòng)角擺誤差均各自控制在規(guī)定范圍內(nèi)，由于角擺誤差(*限值5″)的影響，隨著位移的增加，示值誤差中儀器的阿貝誤差會(huì)占很大的比例。再經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期使用后，其縱向示值誤差在多數(shù)情況下也會(huì)超差，并且是正值誤差。針對(duì)這種不可避免的情況，就有必要根據(jù)實(shí)際原因進(jìn)行分析判斷，通過(guò)必要的調(diào)整以滿足使用要求。

三、影響因素及解決方法

引起示值誤差超差的原因主要有以下幾個(gè)方面:

1.玻璃尺制造時(shí)的刻劃誤差的影響，其允許值為(0.5+L/100)μm。該影響在選擇標(biāo)尺時(shí)就已確定，無(wú)法改變，可能是整體的正或負(fù)誤差以及正負(fù)相間的誤差，如果其他結(jié)構(gòu)的調(diào)整和配合不合適將會(huì)引起示值超差。

2.滑板角擺誤差引起的儀器阿貝誤差。該項(xiàng)在前面作了較深入的分析，其值會(huì)隨著誤差值的不同以及形態(tài)的變化有所改變，當(dāng)該誤差偏大時(shí)將造成示值誤差超差。

3.儀器經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期使用，縱向?qū)к壍膶?dǎo)向面被磨損，特別是縱向?qū)к壍幕逍谐淘谒矫鎯?nèi)呈現(xiàn)如圖2和圖3所示的圓弧移動(dòng)形狀時(shí)，角擺誤差超過(guò)了規(guī)定的要求，直接導(dǎo)致檢定時(shí)示值誤差超差。導(dǎo)軌的角擺誤差可用下式表示:

Δ=L/R

式中:Δ——滑板移動(dòng)的角擺誤差；L——測(cè)量行程；R——運(yùn)動(dòng)軌跡的曲率半徑。

以上各影響因素通常都不是獨(dú)立作用的，對(duì)于縱向示值誤差基本上都是綜合影響。如果在檢定過(guò)程中示值誤差超出規(guī)定要求，單純地考慮某一項(xiàng)影響不能達(dá)到解決問(wèn)題的目的。

一般說(shuō)來(lái)，出廠儀器需要經(jīng)過(guò)嚴(yán)格的調(diào)整，使其示值誤差滿足技術(shù)要求。而長(zhǎng)期使用后的儀器就會(huì)出現(xiàn)各種不良情況，盡管其縱向滑板移動(dòng)的角擺誤差能夠控制在5″之內(nèi)，但加上標(biāo)尺的刻劃誤差后，則往往導(dǎo)致縱向示值超差。還有就是導(dǎo)軌磨損造成角擺誤差超出規(guī)定要求，引起示值誤差超差。為了減少示值誤差的超差，可采用以下解決方法:

根據(jù)實(shí)際的示值誤差，將兩導(dǎo)向?qū)к壵{(diào)整成為如圖2或圖3所示的八字形相對(duì)位置，縱向滑板出現(xiàn)圓弧形行程軌跡，通過(guò)角擺誤差引起的阿貝誤差來(lái)修正標(biāo)尺刻劃誤差。

四、調(diào)整說(shuō)明

基于上述方法的調(diào)整也存在局限性，**縱向滑板移動(dòng)的角擺誤差調(diào)整量有限，因?yàn)楫?dāng)檢定標(biāo)尺的擺放位置靠近儀器標(biāo)尺時(shí)，角擺誤差的影響會(huì)變小，此時(shí)主要是儀器標(biāo)尺誤差的影響，而當(dāng)檢定標(biāo)尺遠(yuǎn)離儀器標(biāo)尺時(shí)，補(bǔ)償作用就很明顯。調(diào)整結(jié)果必須保證所有位置測(cè)量結(jié)果的誤差在允許范圍內(nèi)。因此，刻劃誤差很大時(shí)，導(dǎo)軌的調(diào)整就無(wú)法補(bǔ)償了。
綜上所述，示值誤差在一定范圍內(nèi)的超出，可以通過(guò)調(diào)整滿足使用要求，根據(jù)實(shí)際經(jīng)驗(yàn)基本上超差(1～2)μm時(shí)可以調(diào)整，再大調(diào)整的可能性就很小了。