读数显微镜计量校准问题分析与解决

赵峰+关成永

摘 要： 本文介绍了一种利用工具显微镜校准JC10型读数显微示值误差的方法，并通过测量不确定度评定验证这种方法的可行性。然后对JC10型读数显微镜在校准及使用中常遇的三个故障进行了分析与解决。

关键词： 读数显微镜；校准方法；不确定度；问题分析

中图分类号： TH742 文献标识码： A 文章编号： 2095-8153（2017）05-0106-04

一、读数显微镜校准方法

读数显微镜是常见的光学机械式长度计量仪器，主要用作测定孔距、刻线宽度、刻线距离、键槽宽度、狭缝凹痕宽度、金属表面压痕尺寸等测量，也用于长度计量仪器中的瞄准定位读数装置。JC10型读数显微镜是使用最频繁的型号之一，其外形如图1所示。

笔者长期在给企业提供计量服务时发现，很多实验室同时配有万工显和读数显微镜，在相同量程的情况下前者精度大约为1μm，后者精度为10μm，是否可以用高精度的万工显来校准低精度的读数显微镜呢？这样给企业的量值溯源和期间核查提供了便利。经过笔者的研究，这个方法是可行的。

下面介绍利用万工显对读数显微镜的示值误差进行校准的方法。根据读数显微镜的结构原理可知，其误差主要来自测微鼓轮的读数和毫米分划板。读数显微镜目镜仅仅是放大视场的作用对仪器测量误差不产生实质影响，再者通过万工显观测读数显微镜目镜中视场比较困难，所以测量时需要把读数显微镜的目镜筒取下，在万工显下直接观测读数显微镜的分划板和毫米刻线，如图2所示。

把卸掉目镜部分的读数显微镜放置在万工显的工作台上，调整万工显目镜高度，使读数显微镜的毫米刻线和分划板成像在万工显的目镜中。调整好的视场如图3所示，图中为了区别开来把万工显的十字线画成虚线，读数显微镜的十字线画成短些的实线。

校准时，先调整读数显微镜的位置，使万工显十字线和读数显微镜的十字刻线平行。再将万工显和读数显微镜的十字线同时对准读数显微镜零刻线，万工显示值清零。依次按照受检点0mm、1mm、1.2mm、2mm、2.4mm、3mm、3.6mm、4mm、4.8mm、5mm、6mm移动万工显，然后转动读数显微镜测微鼓轮移动读数显微镜的十字线，使其与万工显的十字线重合，记下读数显微镜的读数ai。适当越程后再依次进行反向测量，记下读数为bi。一般进行2次测量，取各点的平均值为该点的示值，平均值与万工显示值之差为读数显微镜该点的示值误差。同一测量点正反向示值之差的最大值作为回程误差。可依据JJG571-2004《读数、测量显微镜检定规程》判定该读数显微镜示值误差是否超差。

在调整完毕实际测量时，必须确保读数显微镜在万工显的工作台上面没有相对位移，为了方便可以用橡皮泥等材料把读数显微镜底盘固定在万工显的工作台玻璃上面。测量完成后，第一时间安装好目镜，把读数显微镜恢复原状。

二、读数显微镜校准的不确定度分析

1. 概述

（1）测量标准：MPEV不大于（1+L/100）μm的万工显

（2）被测对象：分度值为0.01mm、测量范围0-6mm的JC10型读数显微，其MPEV=10μm

（3）环境条件：检定温度（20±3）℃

（4）评定结果合格判定：U/MPEV=3/10≤1/3

2. 数学模型

δ=α-L+△

式中：δ——读数显微镜的示值误差；

α——读数显微镜的示值，mm；

L——标准玻璃尺的实际尺寸，mm；

△——环境温度造成热胀冷缩引入的误差。

3. 计算不确定度分量

（1）测量读数引入的标准不确定度分量u1。测量读数引入的标准不确定度分量u1取读数显微镜分辨力引入的不确定度分量u11和测量重复性引入的不确定度分量u12两者中较大者。

（3）温度引入的不确定度分量u△。为方便量值传递，玻璃线纹尺一般采用热膨胀系数接近于金属热膨胀系数的玻璃材料制成，所以被测对象和测量标准的线膨胀系数相差较小。读数显微镜的有效行程仅为6mm，测量过程受温度影响很小，故由环境温度引入的标准不确定度分量可忽略不计，即u△≈0。

4. 合成标准不确定度

6. 可行性验证

测量结果的扩展不确定度与读数显微镜的示值误差比值U/MPEV=2.6/10<1/3。因此，上述方法可行，方法得到验证。

三、读数显微镜常见故障分析与解决

常见故障一：测微鼓轮读数装置没有在零位

JC10型读数显微镜的测微鼓轮读数装置俯视图如下所示。

JJG571-2004《读数、测量显微镜检定规程》中对仪器的要求为：当十字标尺的竖线对准毫米刻度线尺的零刻线时，测微鼓轮的零位应对准指标线（2），其偏移量不超过1/5个分度，即0.2格，当大于0.2格的时候就需要调修。具体方法为：先旋转测微鼓轮使视场内的十字竖线与毫米刻度尺零刻线完全重合，然后保证旋钮（5）不转动的同时，用合适螺丝刀松开对称排列的3顆紧固螺钉（4），松开后用手转动读数指示套筒（3），使上面的“0”刻线对准固定套筒1上面的指标线（2），再次拧紧3颗紧固螺钉（4）。调整后再次检查视场内刻线是否准确，反复前后旋转旋轮几次，再次检查测微鼓轮的零位应对准指标线，不满足要求时需要反复重复上述步骤，直至满足要求。

常见故障二：视场有脏物

由于读数显微镜经常会在现场较恶劣环境使用，灰尘、油渍等脏物会进入光学系统的镜面，造成视场不清晰影响测量。

解决方法为，用尖状细棒，在尖端缠绕上脱脂棉（如牙签缠绕上脱脂棉，如图5所示），用乙醇和乙醚混合液把脱脂棉浸湿，然后用力甩两下，把多余混合液甩掉。脱脂棉不可太湿，以免擦洗时液体流出浸入其他部件。endprint

有了擦洗工具，接着要分析脏污在读数显微镜的哪个镜片上面，这样可以精准拆卸显微镜的某一部分，做到有的放矢。再者，显微镜的光学系统属于精密部件，維修时要尽可能少拆卸。把显微镜对着光源，目力观察视场，初步判断脏物可能在哪一镜片上面。根据JC10型读数显微镜的连接结构，从其光学系统图（图6）中可以看出，目镜（2）的上表面和物镜（7）的下表面上的脏物可以直接肉眼观察到，如果有直接擦洗就行了。十字标尺镜片（5）上面的脏物也可以不用拆卸直接判断，转动测微鼓轮，若脏污随着移动，则说明脏污是在十字标尺上面。各个镜面上面是否有脏物的判断方法如下。

脏物在目镜组（2，3）：用适合的螺丝刀取下目镜筒与分划板盒之间的4颗紧固螺钉，然后把目镜筒对着光源，可直接目视观察目镜筒中是否有脏物。

脏物在刻线尺镜片（4）：取下目镜筒之后，刻度尺镜片的上表面是否有脏物也可以清楚看到了。

脏物在十字标尺镜片（5）：虽然十字标尺上面的脏物不用拆卸就能够判断，但擦洗还是需要拆卸的。卸掉分划板盒上面的4颗螺钉，取掉分划板盒，显现出十字标尺，其上表面以及刻线尺下表面的脏污此时就可以擦洗了。

脏物在物镜（7）：拧下物镜筒（图1中的6），可以擦洗物镜（7）和十字标尺下表面上面的脏物。

找准了脏物所在光学部件，用上面介绍的擦洗工具轻轻沿着一个方向擦拭镜面。由于显微镜的镜面周围的金属部件粘有油性物质，所以擦洗时不可把脱脂棉碰到镜面周围金属部件，也不可来回擦拭，以免造成二次污染。

常见故障三：十字线的竖线与毫米刻线不平行

当显微镜受到摔碰或者没有安装到位，会出现十字线的竖线与毫米刻线不平行的现象。十字标尺是粘贴固定在托块上面随导轨来回移动，只要没有出现脱胶现象，十字标尺是不会出现倾斜位移，所以这种故障的原因多半是由于刻度尺出现相对于十字标尺的倾斜造成的。

要调整刻度尺必须卸掉目镜筒，图7为JC10型读数显微镜拆掉目镜筒后的分划板盒俯视图。从图中可以看出，刻度尺（7）固定在刻度尺卡环（5）底部，然后由对称的3颗紧固钉（8）顶紧固定着。调整刻度尺角度时，首先稍微松开3颗紧固钉（8），再用合适工具卡在刻度尺卡环凹槽（6）内，轻轻转动一定的方向即可。每次调整之后需要把目镜筒装上（不需要安装螺钉）观测是否调整到位，这种微细的调整需要反复多次才能够达到要求。

读数显微镜作为常见的长度计量器具，测量人员在使用中怀疑仪器示值是否准确的时候，可以应用文章中介绍的校准方法加以验证和自校。使用中遇见以上常见的故障也可以自行修理，但在修理过程中必须小心翼翼、轻拿轻放，在拆卸某一部件之前一定要记住每一个零部件原始安装位置，哪怕是每颗螺丝钉也要记住安装在哪个螺孔中，以免造成拆掉却装不上的尴尬。希望通过本文对广大读数显微镜使用人员提供一些帮助。

[参考文献]

[1]朱小平，等. JJG571-2004读数、测量显微镜检定规程[M].北京：中国计量出版社，2004.

[2]张玉文，等. JJG 56-2000工具显微镜检定规程[M].北京：中国计量出版社，2000.

[3]中国计量测试学会.一级注册计量师基础知识及专业务实[M].北京：中国计量出版社，2009.

[4]叶德培，等. JJF1059-2012测量不确定度评定与表示[M].北京：中国计量出版社，2012.

Analysis and Solution of Reading Microscope Calibration

ZHAO Feng，GUAN Cheng-yong

（ShiYan Institute of Measurement and Testing）

Abstract： This paper introduces a method to calibrate the micro indication error of JC10 type reading digital display by using tool microscope，and Confirms the feasibility of this method by measuring the uncertainty. This paper finally analyzes and solves three faults which frequently appear in calibration and application of JC10 type reading microscope.

Key words： reading microscope；calibration method；uncertainty；problem analysisendprint