JX13C型萬能工具顯微鏡測量螺紋中徑、牙半角及螺距的應用

陶 亮，郭 艷，倪 娜，張曉麗

（馬鞍山市產品質量監督檢驗所，安徽 馬鞍山 243000）

JX13C型萬能工具顯微鏡是制造行業的檢驗、計量部門廣泛使用的一種多用途儀器。該儀器具有精密二坐標工作臺，并以進口精密光柵尺作為長度測量傳感器，采用CCD圖像處理技術，取代傳統顯微鏡的目視測量。具有較高的測量精度和操作效率。

1 儀器工作原理

該儀器原理是光源射出一道光，通過位于底座內部的聚光鏡，可變光欄，經反射鏡反射垂直向上，在通過聚光鏡形成遠心光束，照明位于工作臺玻璃或頂在頂針架上的被測件。由主顯微物鏡將工件放大了的輪廓圖像成像在攝像機的CCD面陣上。圖像被轉換成視頻信號送到計算機內的圖像捕捉卡。軟件對采集到的圖像及其當前儀器X、Y光柵坐標測量系統的坐標值進行處理，確定被采集的點、線、弧、圓各元素的尺寸和位置，并運用二維解析幾何的數學模型求解各元素的形狀和相互關系，最后輸出計算結果。

2 螺紋三要素的定義

（1）螺紋中徑：中徑是通過螺紋軸向截面內牙型上的溝槽和凸起寬度相等處的假象圓柱的直徑（如圖 1 中 d2）。

（2）螺紋牙半角：在螺紋牙型上，兩相鄰牙側間的夾角稱為牙型角，它的一半就是螺紋牙型半角（如圖 2中 α/2）。

（3）螺紋螺距：螺紋螺距中螺紋上相鄰兩牙在中徑線上對應兩點間的軸向距離（如圖3中P）。

圖1 中徑測量

圖2 牙半角測量

圖3 螺距測量

3 測量操作步驟

3.1 光學系統的調整

接通電源，選擇安裝物鏡。常用的是中倍物鏡（3×）；一般來說提高物鏡倍率可以提高圖像分辨率。對于較粗糙的工件，物鏡會將缺陷放大，反而影響圖像采集精度，應采用低倍物鏡。測量時，應調節儀器顯微鏡立柱下方的光欄轉盤和電器箱上的亮度調節旋鈕，以便獲得最佳照明亮度和圖像對比度。

3.2 調焦距

將工件放在工作臺的中間，將電器箱面板的開關打到LASER一方，則半導體激光器被點亮；移動船形工作臺和橫向托架，使測量部位位于顯微鏡下方，測量部位對準激光紅點，轉動粗調焦轉手輪使紅點聚焦為最小；將開關打到CCD一方，打開照明光源和測量軟件，在顯示屏中出現工件的像，根據圖像精確調焦，直至工件成像的邊緣最清晰為止。如果是使用頂針安裝方式測量回轉體工件，首先將定焦桿安裝在頂針上，按上述步驟進行調焦，將定焦桿小孔內的刀口像調至最清晰，此時焦面已通過頂針軸心。然后裝上工件，在整個測量過程中，不再做焦面的調整。

3.3 測量螺紋中徑及牙半角

調整工件的方向使得工件的螺紋成像在計算機屏幕上，單擊計算功能菜單項中組合計算功能區上的螺紋計算按鈕，選擇測量半角和中徑，用十字線中的中心與牙型輪廓影像的一個側邊重合，通過移動橫向托架和船形工作臺按圖4步驟依次采集從第1點到第8點，即第1點到第2點、第3點到第4點、第5點第6點、第7點到第8點。而且兩點之間X坐標不得移動。采集完畢后，圖形顯示窗和結果顯示窗顯示出螺紋半角和中徑的值。

圖4 采集步驟

3.4 測量螺距

接著用鼠標點擊測量螺距相鄰螺距值及距累積值按鈕，進入測量螺距狀態，填入欲測量的螺紋牙數n，用十字線中的中心與牙型輪廓影像的一個側邊重合，依次采集第1點至第2n點，采集過程中Y坐標不得移動，采集完畢后，在圖形顯示窗和結果顯示窗中顯示螺紋的螺距值。

4 測量過程中應注意的事項

4.1 溫度對測量結果的影響

JX13C型萬能工具顯微鏡縱向Y的測量行程為200mm，橫向X的測量行程為100mm，X、Y坐標的測量分辨率為0.0002mm，X、Y坐標值準確度為：（1+L/100）μm，可知測量長度值的變化直接影響儀器的準確度。由于物體有熱脹冷縮的特性，以20℃為標準溫度，任何對標準溫度所引起的尺寸變化ΔL為：ΔL=L×α×Δt。由上式可知，由于溫度而引起的尺寸變化除和工件的長度L，相對標準溫度的偏差Δt有關外，還和工件的線性膨脹系數α有關。由于被測工件和儀器的線性膨脹系數不同，而產生測量誤差。在實際測量過程中，為了減少溫度對測量帶來的誤差，應從以下三個方面考慮：

（1）在溫度接近20℃時測量，儀器最好放置在恒溫恒濕房間內進行測量。

（2）測量前將工件放在恒溫恒濕的房間內控到恒溫為止。

（3）測量時佩戴手套，避免人手溫度對工件和儀器的影響。

4.2 光欄和亮度調節的影響

對于測量一定厚度帶有螺紋的工件的內、外尺寸，光欄孔徑的大小會使工件的投影尺寸帶來測量誤差，儀器的說明書給出了根據被測工件的直徑大小對應的最佳光欄孔徑值，以便獲得清晰的輪廓像。同時，不同的亮度調節也會對測量帶來誤差，圖像過于明亮會使內尺寸變大、外尺寸變小；反之，圖像過于灰暗會使內尺寸表小、外尺寸變大。調整時應兼顧圖像的黑區和亮區，以達到：黑區最黑，亮區最白，為最佳。

4.3 儀器水平位置及工件毛刺磕痕的影響

儀器的水平位置也會使工件的尺寸在測量過程中帶來誤差，所以在安裝調試前，一定要將儀器調整到水平位置，通過調節儀器的底部螺釘使得顯示水平位置的小氣泡調到圓圈的正中心。另外，被測件在加工、使用和運輸過程中均可能產生一些毛刺和磕痕，這些缺陷，會使得在測量中容易引起萬工顯的對線錯誤或造成測量面不在同一焦平面上而形成一定的局部虛影，從而影響測量結果的準確性，所以一定要徹底清除這些表面毛刺和磕痕。

5 結語

萬能工具顯微鏡影像法在測量螺紋參數的過程中，由于工件螺紋自身在加工過程中就會使得螺紋產生偏差，所以在螺紋的實際測量過程中，一定要多點多次的測量工件的螺紋，以降低測量誤差。