马海荣,李 兰,彭 伟,郭聚东
(河北科技大学机械电子工程学院,河北石家庄 050054)
摘 要:讨论了使用光切显微镜测量零件加工表面微观形状的表面粗糙度时应注意的几个问题,对
物镜的合理选择和安装、光带的正确调整、仪器的调整与校验、测量方向的确定、合理的定度与取值、精确的读数及计算等方面进行了详尽的阐述,为操作者正确使用设备、获得可靠的测量数据以及减少误判提供了有效的帮助。
关键词:光切显微镜;测量;表面粗糙度
中图分类号:TH122 文献标识码:A
光切显微镜根据光切原理制成,是以光切法测量和观察机械制造中零件加工表面微观几何形状的表面粗糙度测量仪。它主要用于测量高度特征参数Rz和Ry,亦可测量较规则表面的间距特征参数S和Sm。然而,要想测出截面轮廓的微观不平深度和沟槽宽度的实际尺寸,就必须在目镜视场内获得1个真实的被测表面物像,这是每位操作者所面临的问题。众所周知,成像质量的好坏将直接影响测量精度。本文就测量过程中的每个环节提出注意事项,以帮助操作者在实际工作中获得可靠的测量数据,减少误判。
1 物镜的合理选择和安装
光切显微镜配备有4对放大倍数不同的物镜,每对物镜都有一定的测量范围。测量前应根据被测零件表面粗糙度的不同,参照表1选择合适的物镜,并插到仪器V型槽内。只有物镜选择恰当,才能使仪器表面粗糙度和物镜成像深度相适应,否则就会产生较大的焦距误差。
需要指出的是当测量结果接近高一级放大倍数的物镜测量范围时,应选用高一级放大倍数的物镜进行重测。
一般来说,光切显微镜照明物镜和观测物镜是可以互换的,且对测量无影响;但是某些型号的光切显微镜有所不同,其照明物镜和观测物镜的光学参数并不一致,此时应注意按出厂说明书使用。
2 光带的正确调整
1)测量前必须接通电源,以防工件顶坏物境。
2)应首先将横臂缓降使物镜接近工件被测表面,然后慢慢上升支臂,同时用眼睛观察目镜视场,直至视场中央出现清晰的光带为止,拧紧紧固螺钉,再用微调将光带调至最狭窄且以下边缘最清晰为准(因为光带两边缘不同时位于同一物平面,不可能同时清晰)。若出现光带亮度不一致,应调整灯泡位置,即将灯泡在照明管中移动,使灯丝与光带像平行。
3)若光带位移,应将2个调焦轮向相反方向拧紧,加以消除。这是因为调焦机构的齿轮条自锁不好,使光管下沉,焦距改变,致使光带不能向某一方向移动(俗称“光下沉”)。
4)若光带像残缺不全,则应卸下物镜重新安装调整,或调整摆动螺丝旁的螺丝,以使照明管和观测管2条轴线在同一垂直平面内。
5)对于圆柱体和圆锥体工件,应在最高母线上对焦。若焦点偏离最高母线,则工件曲率半径越小或偏离值越大,其测量误差也就越大。其表现在横向移动工作台焦距变小,目镜视场内的光带向下移。此时应微调物镜使之上升,使光带回到中心位置,再横向移动工作台,直至光带不再向下移时,说明已在最高母线上对焦。对于球形工件,应纵向移动工作台寻找球形最高点,使弯曲光带和目镜水平线相切于视场中央,横向移动工作台和微调升降臂架,使光带最清晰。
3 仪器的调整与校验
1)若测微目镜十字线水平线与光带不平行,应松开测微目镜的紧固螺钉,转动测微目镜使目镜中十字线水平线与光带平行且在光带中间,然后紧固测微目镜。
2)若工作台纵向移动轨迹与光带不平行,应在已调清晰的光带上认定1个位于目镜十字分划板水平线附近的标记(亮点或暗点),并使其靠近水平线,转动工作台直至找到1个标记的移动轨迹和水平线平行,或纵向移动工作台5 mm,使光带像离开水平线的最大距离用目镜千分尺测量时不超过5个分度。此法亦适用于工作台横向位置与光带不平行的情况。
4 测量方向的确定
根据光切原理,工件加工痕迹必须和光带垂直,才能测得Rz最大值。若加工的痕迹无规则,则应选几个方向进行测量,取其最大值作为测量结果。具体调整时应转动工件而不是旋转工作台,太小的工件则应放在辅助工作台上,便于操作。
5 合理的定度与取值
仪器生产中的加工和装校误差以及仪器在使用过程中可能产生的变动,致使物镜的实际倍率与表1所列之值有些差别;故仪器在投入使用及经过较长时间使用时,或经过调修重新安装之后,均需用微分刻度尺(仪器专用附件)对目镜读数刻度进行“定度”(即确定1刻度所代表的被测不平度高度的实际数值)
1)由于低倍物镜标尺易找到,所以先定低倍物镜,用橡皮泥将其固定在工作台上,然后换高倍物镜仔细调焦即可,不必再找标准尺。
2)应在不同部位测量3次以上的a 1-a 2值,取其平均值。操作过程中应尽量使十字线交叉点移动轨迹平行于光带,以减小误差。
3)在读数时,若看不清目镜的数字,可微调机构(光带调节机构),使光带在视野内向上移,看清数字后再使光带回到原来的位置。
4)仪器定度时,对任意物镜要用标准刻度(刻度值为0.01 mm)读取。千分尺鼓轮移动值a 1-a 2相应包含标准刻度尺个数n,由下式确定千分尺读数鼓轮的刻度值,即仪器常数。
6 精确的读数及计算
1)采用目估法,将目镜十字分划板水平线尽量
调整至光带中线位置上,并使其在整个视野范围内与光带的总趋势一致,同时观察轮廓峰(谷)的图像形貌,以此判断出轮廓峰高点与轮廓谷低点,然后进行瞄准读数。当仪器目镜视场内不是1个取样长度或1个评定长度时,应移动工作台,使被测工件测量部位顺次移入视场进行测量。测量Rz时,应使目镜十字分划板水平线和轮廓像边缘留有一定的空隙(约等于水平线宽度的1/2),同时与几个波峰或波谷相切,以免读数不准确。
2)在计算表面粗糙度R z时,应考虑不同物镜放大倍数的仪器常数C(测微目镜千分尺刻度值)、光切原理修正系数K 1及测微目镜十字分划板水平线对准方法修正系数K 2,其计算公式为
修正系数;C为仪器常数。
总之,用光切显微镜测量表面粗糙度时,主要误差因素是瞄准误差,物镜调焦不好,成像模糊,会严重影响瞄准精度;因而调焦时应观测到显微镜的视场中呈现出清晰的光带像和被测表面的轮廓像,确保测量值可靠。
