武國新，常萬博

（南陽技師學(xué)院，河南南陽 473000）

0 引言

光學(xué)計(jì)是計(jì)量部門常用的一種精密計(jì)量儀器，由于使用頻繁，長時(shí)間的使用會(huì)讓光學(xué)計(jì)更容易受到外界因素的影響，無論是儀器精密度還是成像質(zhì)量都會(huì)因零件磨損或位置變化而無法繼續(xù)使用，所以有必要嚴(yán)格按照檢定程序逐步排除故障，找出故障產(chǎn)生的原因，從而給出有效的光學(xué)計(jì)維修方法，確定保養(yǎng)與護(hù)理工作的注意事項(xiàng)。

1 立式光學(xué)計(jì)的產(chǎn)品特點(diǎn)與規(guī)格參數(shù)

投影立式光學(xué)計(jì)作為精密的光學(xué)長度計(jì)量設(shè)備，主要采用標(biāo)準(zhǔn)量塊和被測(cè)件對(duì)比的方式，實(shí)現(xiàn)對(duì)零件外形尺寸的誤差測(cè)量分析，是目前計(jì)量室、車間檢定或精密零件制造車間常使用的儀器設(shè)備。光學(xué)計(jì)最主要的使用特點(diǎn)是應(yīng)用了附加讀數(shù)放大鏡，設(shè)備象面更加清晰，且儀器精度很高，能夠保持測(cè)量數(shù)據(jù)的穩(wěn)定性與可靠性。應(yīng)用光學(xué)投影讀數(shù)方法，使光學(xué)計(jì)可以直接控制加工尺寸。

立式光學(xué)計(jì)通常用來檢定對(duì)精度要求較高的量塊，如柱形量塊對(duì)工件直徑、厚度、外螺紋中徑等數(shù)值進(jìn)行比較，確保測(cè)量的精密度。其規(guī)格參數(shù)主要有：測(cè)量范圍通常為0～180 mm；鏡管部分的分劃板分劃值和分劃范圍分別是0.001 mm 和±0.1 mm，測(cè)量力可以達(dá)到（2±0.2）N 左右，零位的調(diào)節(jié)范圍在20 格以內(nèi)；測(cè)量桿可以自由升降0.5 mm；測(cè)量準(zhǔn)確度可以達(dá)到0.25 μm，示值的穩(wěn)定性可以保持在0.1 μm 范圍內(nèi)，儀器重量較輕、只有21 kg，所以使用起來十分便捷[1]。

2 立式光學(xué)計(jì)故障判斷與排除

2.1 標(biāo)尺部分的故障

2.1.1 標(biāo)尺像位置不適中

在立式光學(xué)計(jì)當(dāng)中，標(biāo)尺刻線像和投影屏處的指標(biāo)線的相對(duì)位置應(yīng)當(dāng)是保持著平行的關(guān)系，且標(biāo)尺刻線像的上下位置應(yīng)達(dá)到適中。也就是說，標(biāo)尺刻線和指標(biāo)線的上端應(yīng)相互對(duì)齊，但是分度線像會(huì)在光學(xué)計(jì)測(cè)量工作中出現(xiàn)歪斜的故障情況，分度線位置偏高或偏低，且影屏的邊緣帶出現(xiàn)了黑影。此類故障屬于標(biāo)尺像位置不適中的故障問題。

對(duì)于該故障問題進(jìn)行排查分析，修理時(shí)需要調(diào)整照明的位置，排除因?yàn)檎彰鞑划?dāng)而產(chǎn)生的黑影。將投影屏的外部罩殼取下來，再將螺釘部分松開，充分利用構(gòu)件與構(gòu)件之間的空隙，細(xì)微地轉(zhuǎn)動(dòng)影屏外部框架，從而調(diào)整分度線和指標(biāo)線的相對(duì)位置，解決標(biāo)尺像位置不適中的故障問題[2]。

2.1.2 標(biāo)尺像移動(dòng)范圍不足

這一故障問題主要體現(xiàn)于光學(xué)計(jì)的標(biāo)尺像移動(dòng)范圍未達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)。調(diào)整微調(diào)鼓輪能夠讓標(biāo)尺刻線擁有大致20 格的最大移動(dòng)范圍。但是光學(xué)計(jì)在測(cè)量工作中經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)移動(dòng)范圍沒有達(dá)到20 格的故障，出現(xiàn)這一問題的原因主要有3 個(gè)：①微調(diào)鼓輪存在傳動(dòng)配合不良的問題，導(dǎo)致傳動(dòng)效果未達(dá)到預(yù)期要求；②滑板的頂端處彈簧失效；③分劃板的下端位置燕尾滑板出現(xiàn)移動(dòng)不順暢的問題，導(dǎo)致微調(diào)鼓輪無法有效移動(dòng)，標(biāo)尺像未達(dá)到預(yù)期移動(dòng)范圍。對(duì)于這類故障，可采取以下修理方法：

（1）針對(duì)螺旋處的缺陷問題，需要旋出微調(diào)鼓輪，然后將螺母拆卸下來，在螺紋位置涂上足夠的油，經(jīng)過相對(duì)研磨之后，使螺旋部分能夠順暢且平滑地進(jìn)行旋轉(zhuǎn)。

（2）針對(duì)彈簧失效的問題，需要將箱體側(cè)部的蓋板打開，然后取下彈簧座，查看彈簧零部件的完好程度，如果出現(xiàn)破損或者老化等問題，需要將其拿出并更換新的彈簧。

（3）針對(duì)燕尾滑板無法良好滑動(dòng)的故障問題，需要將光學(xué)計(jì)的投影物鏡小心地取下來，隨后在燕尾槽中進(jìn)行相對(duì)研磨，確保滑板在滑動(dòng)時(shí)不會(huì)產(chǎn)生晃動(dòng)，且滑動(dòng)起來更加順暢[2]。

2.1.3 標(biāo)尺像斜向移動(dòng)

光學(xué)計(jì)在測(cè)量工作中出現(xiàn)標(biāo)尺像的實(shí)際移動(dòng)方向未與標(biāo)尺刻線相互垂直的故障，原因主要為測(cè)量桿在進(jìn)行上下移動(dòng)的時(shí)候發(fā)生斜向移動(dòng)，零位調(diào)整期間也會(huì)發(fā)生斜向運(yùn)動(dòng)的情況。針對(duì)標(biāo)尺像的斜向移動(dòng)故障，可以采取以下解決措施：

（1）調(diào)整平面反射鏡，即改變反射鏡的擺動(dòng)軸方向，讓光學(xué)計(jì)的標(biāo)尺像可以在示值范圍以內(nèi)對(duì)指標(biāo)線移動(dòng)量加以控制，使指標(biāo)線的上下位移運(yùn)動(dòng)量被控制在短刻線長度的10%以內(nèi)。

（2）零位調(diào)整的時(shí)候會(huì)出現(xiàn)斜向運(yùn)動(dòng)的故障問題，對(duì)此可以將箱體頂處通光隔熱玻璃板取下來，然后將分劃板位置上的螺釘放松，找出其尾部位置，使用螺絲刀對(duì)螺釘尾部進(jìn)行調(diào)整，確保標(biāo)尺和滑板的方向可以保持平行。在微調(diào)的情況下，標(biāo)尺像指標(biāo)線隨著光學(xué)計(jì)的使用不會(huì)產(chǎn)生明顯的垂直移動(dòng)現(xiàn)象，接著可以使用螺釘緊固分劃板座，調(diào)整的同時(shí)注意標(biāo)尺像的投影屏上部與下部位置上的對(duì)稱情況[3]。

2.2 示值誤差超差

按照光學(xué)計(jì)的相關(guān)檢定要求，在±60 μm 的范圍內(nèi)，要求光學(xué)計(jì)示值的誤差超差不能超出±0.2 μm；如果超過±60 μm，那么示值誤差超差就不能超過±0.25 μm。一旦誤差超出相應(yīng)的檢定要求則必須對(duì)光學(xué)計(jì)進(jìn)行調(diào)修，防止后續(xù)光學(xué)計(jì)在使用過程中遇到問題。影響示值誤差的因素主要是“杠桿比K 值”，這是隨著反射鏡的擺動(dòng)半徑r 發(fā)生改變，擺動(dòng)半徑的調(diào)整一般包含墊板螺釘調(diào)節(jié)與彈簧調(diào)整兩部分。調(diào)整擺動(dòng)半徑之前，需要將底蓋部分卸下來，并將固定螺釘松開，在示值達(dá)到±100 μm 的時(shí)候，使其與量塊相互吻合，并對(duì)分劃板的其他位置校正處理。緊固螺釘之后需要對(duì)光學(xué)計(jì)的示值誤差情況再次檢定。

如果光學(xué)計(jì)的示值變動(dòng)性超差，對(duì)于該故障問題應(yīng)明確這一數(shù)值的指標(biāo)是不能超過0.1 μm 的，引發(fā)故障的原因有很多。例如，測(cè)頭內(nèi)兩條拉簧讓反射鏡組下部合金片與鋼珠接觸，提供測(cè)量力，如果拉簧作用力沒有達(dá)到一致，此時(shí)示值的變動(dòng)性就會(huì)超差；測(cè)量桿與軸套的潤滑效果不佳，或其間存在一定的雜質(zhì)；合金片與鋼珠之間的接觸部分出現(xiàn)一定程度的磨損，也是造成故障問題的主要原因，需要及時(shí)增加潤滑，更換磨損的零部件。

2.3 讀數(shù)系統(tǒng)穩(wěn)定性較差

讀數(shù)系統(tǒng)穩(wěn)定性差故障的原因通常是鋼珠松動(dòng)或變形，應(yīng)采用規(guī)格相同的鋼珠代替原有鋼珠，使其被鉚合在測(cè)量桿處。如果鋼珠損壞，建議將支持塊從測(cè)軸的套筒位置取下來，經(jīng)過支持塊背部的小孔取下鋼珠，更換新鋼珠。要求鋼珠和支持塊的下表面處于等高的關(guān)系。

2.4 指標(biāo)線和標(biāo)尺分度刻線不平行

（1）指標(biāo)線發(fā)生傾斜。該故障需要采取以下調(diào)修方法：調(diào)整指標(biāo)線的鏡筒位置，打開側(cè)蓋，重開鏡筒和固定套圈凹槽位置的螺釘，轉(zhuǎn)動(dòng)鏡筒，使其在投影屏處觀測(cè)分析，直到最終指標(biāo)線和標(biāo)尺分度刻線之間達(dá)到平行的狀態(tài)，同時(shí)分度刻線與指標(biāo)線第三條虛線的上邊緣保持對(duì)齊，指標(biāo)線在運(yùn)動(dòng)期間要求橫向位移量不能超過分度刻線當(dāng)中短刻度線長度的10%。

（2）標(biāo)尺分度刻線出現(xiàn)傾斜問題?？刹扇∫韵抡{(diào)修方法：對(duì)分劃板的位置做出調(diào)整，將側(cè)蓋打開，隨后查看分劃板和棱鏡是否處于膠合的關(guān)系，再松開鏡片左側(cè)固定螺釘，調(diào)整分劃板位于投影屏處的具體成像位置。

（3）指標(biāo)線和標(biāo)尺分度刻線都出現(xiàn)傾斜的現(xiàn)象。相應(yīng)調(diào)修方法如下：將指標(biāo)線的鏡筒和分劃板之間的相對(duì)位置做出調(diào)整，然后打開側(cè)蓋，松開分劃板左側(cè)固定螺釘，調(diào)整分度刻線位置，確保其在投影屏內(nèi)的成像不會(huì)出現(xiàn)傾斜的現(xiàn)象。接著，固定分劃板，松開指標(biāo)線鏡筒位置的小螺釘，將指標(biāo)線的位置加以調(diào)整，確保指標(biāo)線和分度刻線的相對(duì)位置達(dá)到上文所述的要求，然后進(jìn)行固緊。

2.5 指標(biāo)線或標(biāo)尺分度刻線成像模糊

首先，光學(xué)計(jì)的光源位置存在錯(cuò)誤或光學(xué)系統(tǒng)有雜物進(jìn)入，如霉斑的出現(xiàn)會(huì)導(dǎo)致設(shè)備成像不清晰。對(duì)此可采取以下調(diào)修方法：調(diào)整光源的位置，排除照明引發(fā)的成像模糊問題。再采用專用的脫脂棉蘸取酒精擦洗鏡片和投影屏零部件，如果情況有所改善則說明故障原因是光學(xué)計(jì)的外表面進(jìn)入雜質(zhì)與灰塵，如果情況沒有得到改善，需要進(jìn)一步清洗光學(xué)計(jì)的鏡片，特別是出現(xiàn)霉斑的地方，這是改善設(shè)備成像質(zhì)量的關(guān)鍵。

其次，指標(biāo)線的鏡筒和標(biāo)尺分度刻線分劃板雙方的安裝位置存在不妥當(dāng)?shù)那闆r，從而造成成像模糊。調(diào)修方法大致如下：松開分劃板位置的固定螺釘，前后移動(dòng)分劃板的位置，確保標(biāo)尺的分度刻線能夠在投影屏處成像清晰，再左右移動(dòng)分劃板的位置，將指標(biāo)線位置擺正，緊固螺釘。松開鏡筒在分劃板套圈處的螺釘，將其緩慢的前后移動(dòng)，使指標(biāo)線可以在投影屏的位置上清晰成像，經(jīng)過左右轉(zhuǎn)動(dòng)后，使指標(biāo)線能夠和標(biāo)尺的分度刻線處于平行的關(guān)系。調(diào)整完畢之后，將螺釘鎖好即可。

2.6 光學(xué)計(jì)測(cè)頭零位漂移

（1）光學(xué)計(jì)測(cè)頭出現(xiàn)零位漂移的問題。當(dāng)測(cè)頭和被測(cè)表面相互接觸時(shí)，需要鎖緊部件位置，調(diào)節(jié)零位微動(dòng)手輪，確保指標(biāo)線能夠和標(biāo)尺的分度刻線保持對(duì)準(zhǔn)的關(guān)系。指標(biāo)線能夠在一定時(shí)間內(nèi)產(chǎn)生自主移動(dòng)，或者操作者使用撥叉去撥動(dòng)測(cè)頭的位置，也能造成零值的緩慢移動(dòng)。對(duì)于零位移動(dòng)的故障問題，需要將固緊螺釘和壓圈等部分拆開，由于測(cè)量軸處的潤滑油缺少，導(dǎo)致表面潤滑效果不佳。此時(shí)，調(diào)修措施大致如下：在其中滴入航空汽油，清晰光學(xué)計(jì)管測(cè)頭的內(nèi)部，推動(dòng)測(cè)量軸，查看此時(shí)運(yùn)動(dòng)情況是否合理，以及是否出現(xiàn)了停滯的問題。如果依然無法達(dá)到故障處理效果，此時(shí)還應(yīng)拆開軸套與軸，將其和鋼珠的位置清洗干凈，重新涂好潤滑油，再安裝相應(yīng)零部件，調(diào)整軸與軸套的位置，上下推動(dòng)測(cè)量軸，再次查看是否有緩慢移動(dòng)或者停滯的問題，裝好壓圈后，將螺釘重新緊固。

（2）光學(xué)計(jì)管出現(xiàn)零位漂移的問題。對(duì)于這類故障需要先做好位置調(diào)整，使用一個(gè)量塊讓零刻線和標(biāo)尺上的刻度線相互對(duì)準(zhǔn)，同時(shí)在一定時(shí)間內(nèi)出現(xiàn)的零位變化就是零位漂移。如果不及時(shí)調(diào)整，使用光學(xué)計(jì)測(cè)量時(shí)結(jié)果將會(huì)出現(xiàn)誤差。溫度變化與實(shí)際情況不相符也會(huì)產(chǎn)生類似的情況，所以應(yīng)先排除外界環(huán)境變化引發(fā)的因素。可采取的修理措施有：拆除光學(xué)計(jì)橫臂的管，立柱處取下橫臂，將十字螺釘從光學(xué)計(jì)的橫臂處旋出，此時(shí)能看到2個(gè)螺釘?shù)奈膊课恢?；將螺釘和制?dòng)塊取出來并研磨制動(dòng)塊，使其能和立柱之間保持吻合、增加二者之間的接觸面。

2.7 儀器工作臺(tái)不平

光學(xué)計(jì)工作臺(tái)不平整也是導(dǎo)致故障發(fā)生的重要原因，針對(duì)不同的原因調(diào)整的方法也有所不同。

（1）工作臺(tái)表面存在毛刺。調(diào)修方法主要有：油石打磨表面的毛刺，再對(duì)工作臺(tái)進(jìn)行研磨，從中心向外圈用力研磨，使工作臺(tái)不會(huì)凹凸。最后使用Φ100 mm 規(guī)格的2 級(jí)平晶檢查，以此達(dá)到中心凸低于1 μm。

（2）工作臺(tái)傾斜。調(diào)修方法主要有：對(duì)工作臺(tái)位置進(jìn)行調(diào)平處理，測(cè)量桿處安裝Φ8 mm 測(cè)帽，放置4 個(gè)尺寸為10 mm 的等量塊并將其加以調(diào)整，確保測(cè)帽與量塊的工作面相互接觸；使儀器的示值位于零位或附近值，借助工作臺(tái)對(duì)螺釘進(jìn)行調(diào)整，使工作臺(tái)面和測(cè)帽的測(cè)量面相互平行；采用量塊的同一個(gè)部位和平面測(cè)帽的幾個(gè)方位相互接觸，4 個(gè)方位的接觸位置應(yīng)達(dá)到直徑的1/4，觀察當(dāng)前示值的變化情況并調(diào)整讀數(shù)的差值，要求該數(shù)值不得超過0.3 μm。

3 立式光學(xué)計(jì)的維護(hù)保養(yǎng)方法

（1）接通電源，安裝光管，避免光管砸傷工作臺(tái)，防止測(cè)頭發(fā)生損傷。

（2）安裝投影屏，鎖緊螺母，安裝反射鏡時(shí)不直接接觸鏡面。

（3）緊固螺釘，調(diào)整工作臺(tái)的高度，防止強(qiáng)行升降而造成工作臺(tái)脫離原位置。

（4）禁止調(diào)整光管處的小螺釘。

（5）不能隨意擦拭反光鏡和折射鏡，如有灰塵可以使用氣管輕輕吹開。

（6）對(duì)光管檢定2 h，超過2 h 的應(yīng)關(guān)閉燈散熱0.5 h[5]。

4 總結(jié)

作為一種機(jī)械式光學(xué)測(cè)量儀器，立體式光學(xué)計(jì)在長度計(jì)量工作中可以保持較高的準(zhǔn)確度，通常會(huì)采用比較的方法進(jìn)行工件長度尺寸的測(cè)量分析。通過對(duì)光學(xué)計(jì)使用期間的故障分析，查明故障產(chǎn)生原因，經(jīng)過故障的有效排查及時(shí)解決故障，保障光學(xué)計(jì)的使用效果。