一、概述

萬能工具顯微鏡是一種光機電配合的幾何量精密測量儀器，由儀器的縱橫向導軌組成平面的x、y坐標系，由對應的標尺提供坐標位置尺寸，測量范圍x軸為200mm、y軸為100mm。由于儀器設計結構方面的特點，在實際測量中其橫向y軸符合阿貝原則，而縱向x軸不符合阿貝原則，這樣縱向滑板移動的角擺誤差將是影響縱向示值誤差的主要因素。為此對其影響因素進行分析，以達到正確調整和使用的要求。

二、原理誤差分析

在萬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尺刻劃誤差和縱向滑板移動角擺誤差兩項。標尺制造時的刻劃誤差允許值為(0.5+L/100)μm，而滑板移動角擺誤差需控制在5″以內。由于儀器的縱向滑板在設計和制造時未能滿足阿貝原則的要求，則滑板的角擺誤差對示值誤差的影響為一次誤差，正常測量狀態時儀器標尺軸線與被測件(檢定用標尺)軸線的垂向投影距離估計為L垂直=20mm，橫向投影距離估計為L水平=80mm，此時產生的一次誤差為

式中:L——儀器縱向標尺軸線至正常測量位置的距離。

JJG56-2000《工具顯微鏡》檢定規程規定，縱向示值誤差不應超過(1+L/100)μm，L=200mm，如果滑板移動角擺誤差達到上限，則行程范圍內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，這對檢定結果是不利的；另一方面垂直面內的影響量只有允差的1/6。所以，控制水平面內的角擺誤差顯得尤為重要。在這種情況下，如果加上標尺的刻劃誤差，就是一臺新制的儀器，即使標尺刻劃誤差為0，驗收時其縱向示值誤差也有可能已經達到或超過允許誤差的*限值。但實際上儀器卻很少有示值超差的，究其原因是實際的標尺刻劃誤差和角擺誤差未必處在*限狀態，而且即使兩項誤差均接近*限，其影響也可能相互抵消，取得比較明顯的綜合補償效應。具體情況分析如下:

萬能工具顯微鏡控制縱向滑板水平運動的是左右兩條導軌，其固定在儀器基座上(可調整)，由此形成縱向200mm運動行程。理想狀態下儀器滑板運動沒有角擺誤差，此時兩條導軌處在同一直線上，如圖1所示。即使儀器標尺與被測件(檢定用標尺)具有一定的投影間距L水平(不符合阿貝原則)，對于相同的滑板移動距離，兩條標尺所指示的數值是相同的，角擺不會引起示值誤差。

圖1 滑板移動角擺為零的狀態

但實際上兩條導軌不可能這么**，其相對位置也就各不相同，綜合來看，比較有代表性的兩導軌相對位置有圖2和圖3的兩種形式(斜對斜)，以及其他直對斜、斜對直的組合形式，這樣就使滑板運動中存在角擺誤差。

圖2 滑板移動角擺非零的狀態一

圖3 滑板移動角擺非零的狀態二

對圖2和圖3的兩種形式進行分析可知，儀器標尺和檢定標尺由于滑板的角擺影響使得相同的滑板運動距離卻在儀器標尺和檢定標尺間產生了位移差。在擺角為φ時，其值分別為2δ和2f，拋開標尺刻劃誤差的影響，這就是滑板移動時角擺誤差影響的示值誤差。實際檢定中得到如圖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。

從以上分析判斷可看出，即使標尺刻劃誤差和滑板移動角擺誤差均各自控制在規定范圍內，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占很大的比例。再經過長期使用后，其縱向示值誤差在多數情況下也會超差，并且是正值誤差。針對這種不可避免的情況，就有必要根據實際原因進行分析判斷，通過必要的調整以滿足使用要求。

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方面:

1.玻璃尺制造時的刻劃誤差的影響，其允許值為(0.5+L/100)μm。該影響在選擇標尺時就已確定，無法改變，可能是整體的正或負誤差以及正負相間的誤差，如果其他結構的調整和配合不合適將會引起示值超差。

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

3.儀器經過長期使用，縱向導軌的導向面被磨損，特別是縱向導軌的滑板行程在水平面內呈現如圖2和圖3所示的圓弧移動形狀時，角擺誤差超過了規定的要求，直接導致檢定時示值誤差超差。導軌的角擺誤差可用下式表示:

Δ=L/R

式中:Δ——滑板移動的角擺誤差；L——測量行程；R——運動軌跡的曲率半徑。

以上各影響因素通常都不是獨立作用的，對于縱向示值誤差基本上都是綜合影響。如果在檢定過程中示值誤差超出規定要求，單純地考慮某一項影響不能達到解決問題的目的。

一般說來，出廠儀器需要經過嚴格的調整，使其示值誤差滿足技術要求。而長期使用后的儀器就會出現各種不良情況，盡管其縱向滑板移動的角擺誤差能夠控制在5″之內，但加上標尺的刻劃誤差后，則往往導致縱向示值超差。還有就是導軌磨損造成角擺誤差超出規定要求，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:

根據實際的示值誤差，將兩導向導軌調整成為如圖2或圖3所示的八字形相對位置，縱向滑板出現圓弧形行程軌跡，通過角擺誤差引起的阿貝誤差來修正標尺刻劃誤差。

四、調整說明

基于上述方法的調整也存在局限性，**縱向滑板移動的角擺誤差調整量有限，因為當檢定標尺的擺放位置靠近儀器標尺時，角擺誤差的影響會變小，此時主要是儀器標尺誤差的影響，而當檢定標尺遠離儀器標尺時，補償作用就很明顯。調整結果必須保證所有位置測量結果的誤差在允許范圍內。因此，刻劃誤差很大時，導軌的調整就無法補償了。
綜上所述，示值誤差在一定范圍內的超出，可以通過調整滿足使用要求，根據實際經驗基本上超差(1～2)μm時可以調整，再大調整的可能性就很小了。