沈瑤瓊/上海市計量測試技術(shù)研究院

0 引言

接觸式干涉儀是以光波干涉原理為基礎[1]，采用微差比較法測量長度的高準確度儀器。主要用于檢定尺寸小于150mm的2等和2等以下的量塊，也可對其他高準確度零件進行測量或作高準確度定位[2]。在一般計量部門，接觸式干涉儀較多地使用于檢定和校準3、4等量塊。

圖1 接觸式干涉儀工作原理

接觸式干涉儀的工作原理（見圖1）是由白光光源1發(fā)出的光通過聚光鏡2會聚，經(jīng)干涉濾光片3射到分光鏡4上。分光鏡4將光束分為兩路，一路經(jīng)分光鏡4反射至參考鏡7并返回分光鏡4。另一路透過分光鏡4，經(jīng)補償鏡5射向與測頭相連的可動平面反射鏡6，然后反射返回。由擺動反射鏡7和可動反射鏡6反射回來的光又重新匯合產(chǎn)生干涉條紋。干涉條紋經(jīng)透鏡8成像于分劃板9上，通過目鏡10在視場中可看到分劃板9上的分度分劃線，還可看到因測桿位置上下微量變化而移動的零級干涉條紋。用此零級干涉條紋做指標線，其相對于分劃板分度線的移動量表征了測桿位置的變化量。由此接觸式干涉儀的光波干涉系統(tǒng)把人眼無法察覺、隨被測尺寸變化而微量上下位移的測桿移動量放大到人眼很容易分辨的、干涉條紋相對于分劃板上分度間隔的位移量。

1 使用中的問題及調(diào)整

1.1 工作臺升降不靈的修理

問題：由于這種儀器經(jīng)過一段時間的使用，或由于維護不當，主軸會產(chǎn)生跳動或過緊的情況，主要原因是主軸表面有劃痕或毛刺以及浸入微小顆粒、臟物等引起的。

消除的方法：把接觸式干涉儀左側(cè)的彈簧壓板扳開，從底座上取下主軸，用航空汽油清洗，必要時用燈光照明仔細地檢查，務必要清洗干凈。如有局部劃痕或毛刺應該用平瑪瑙油石輕微地磨削，最后再用汽油清洗，然后用潔凈的鹿皮或綢布擦干，稍微上些儀表油或錠子油（不宜過多），擦洗完畢定溫30～60min后，再按順序裝好，方可達到要求。

1.2 支臂松動的調(diào)整

問題：接觸式干涉儀的支臂在使用過程中，往往會遇到上下移動松緊不一致的問題。支臂松緊不一致會給測量帶來不必要的麻煩。產(chǎn)生支臂松緊不一致的原因：①由于長時間使用后，立柱和支臂燕尾受到一定程度的磨損，較嚴重的部分是中下部，因為該部分平時使用比較頻繁，上部一般磨損較少，因磨損量不同造成支臂上下移動時，產(chǎn)生松緊不一致。②支臂鑲條的磨損。

消除的方法：由第一種原因產(chǎn)生的松動可以刮削立柱燕尾，需用的工具：①劈刀，②生鐵研磨具（角度應符合立柱燕尾槽），③細平油石。需用的輔料有氧化鐵與機油混合物。經(jīng)過鏟削后的立柱燕尾，要求顯點均勻，支臂移動時應達到檢定規(guī)程要求。由第二種原因產(chǎn)生的松動，當支臂上下移動間隙微小時，可依靠支臂調(diào)整螺釘消除。當間隙過大時，必須更換新的鑲條。

支臂的松動是不能忽視的，當支臂因使用者疏忽而沿導軌滑下來時，會把測帽碰碎，或使鏡管測桿裝置受到?jīng)_擊，造成損壞。

1.3 分劃板移動直線性的調(diào)整和修理

（1）分劃板沿導軌移動，由于磨損而產(chǎn)生間隙?？梢越柚诠潭▽к壍穆葆攣碚{(diào)整。

（2）如果油泥過多，可取下分劃板座，將燕尾導軌清洗干凈，再進行調(diào)整。檢查分劃板質(zhì)量的好壞可調(diào)整螺釘，使分劃板移動20格左右時，用眼睛從目鏡處觀察。分劃板座在導軌上移動時，不允許有松緊不一致或扭歪及傾斜現(xiàn)象。分劃板座燕尾及導軌部件在壓砂平板上壓光，其表面粗糙度要求達到10級。平行性達到要求的特點是安裝后，在移動分劃板座時無松、緊現(xiàn)象。分劃板裝入其座內(nèi)時，應保持分度線與燕尾平行。同時要注意使板座移動的兩支彈簧長度相等，拉力一致。如果分劃板座裝入導軌內(nèi)有間隙存在時，需把壓板螺釘松開，靠螺釘與螺孔本身的間隙調(diào)整。如果調(diào)節(jié)范圍不夠，可以將螺孔的一邊銼去一點，再進行調(diào)整。

（3）使分劃板直線移動達到要求，必須保證三個條件：

a.燕尾直線性好，表面粗糙度到達10級。b.分劃板座燕尾要平行。c.分劃板座移動無間隙。

經(jīng)過裝配、調(diào)整和修理后，把分劃板座取下擦洗干凈，稍微加入潤滑油，按次序裝配好。

1.4 擺動反射鏡的作用和調(diào)整

有擺動反射鏡反射的光束構(gòu)成干涉儀的兩支相干光束中的一支。通過兩個十字槽調(diào)整螺釘，應使反射鏡能無間隙地自由擺動。如果擺動失效，原因是反射鏡殼體的螺旋盤簧的彈力不均勻，或者有卡住現(xiàn)象，或是夾持反射鏡殼體外框架上的兩頂針頭螺釘擰得過緊。消除此項問題時需要把反射鏡取下來（注意不要把反射鏡表面的鋁鍍層碰掉）。取下反射鏡殼體，同時將螺旋盤簧取出，再將盤簧的螺旋中心撥偏一個角度，使其位置在兩個十字槽螺釘之間的45°方向之后再將盤簧壓緊。若在裝上反射鏡殼體和框架之后仍舊發(fā)現(xiàn)干涉帶不穩(wěn)定，可能是框架上或殼體上的兩個60°螺釘孔內(nèi)表面粗糙度不符合要求，也可能是兩頂針頭螺釘互不同心。

當調(diào)整干涉帶寬窄或方位的變化不正常時，應調(diào)整在反射鏡框上互成90°的四個頂尖螺釘，使反射鏡擺動軸心處在分劃板視場中心。要求：當擰動水平方向十字槽螺釘時，應該在目鏡中看到干涉帶在視場中心均勻地展開，不應有超過45°的傾斜。當擰動垂直方向十字槽螺釘時，干涉帶應繞視場中心發(fā)生傾斜變化。

干涉帶的寬窄和方位的變化是否穩(wěn)定，主要取決于以下幾個因素：一是反射鏡殼體和框上的60°螺釘孔的表面粗糙度和兩頂尖螺釘孔的同心度。二是螺釘?shù)乃删o程度。三是反射鏡擺動軸心與顯微鏡光軸的同心度。如上述條件達到要求，即可消除此問題。

擺動反射鏡裝置的結(jié)構(gòu)和拆卸。為了進一步了解反射鏡結(jié)構(gòu)裝置，將擺鏡系統(tǒng)的調(diào)整介紹如下：當發(fā)現(xiàn)反射鏡表面有污點或調(diào)整失靈，必須拆卸修理時，從反射鏡殼體松開四個螺釘，取下壓環(huán)和反射鏡，松開調(diào)整螺釘，擰出擺動反射鏡螺釘，即可取出反射鏡殼體及框架。再分解框架，松開螺釘取下反射鏡殼體。此外，從反射鏡殼上擰出螺釘方可取出螺旋盤簧，到此全部拆卸完成。經(jīng)過拆卸、清洗和調(diào)整之后，再按原位置安裝調(diào)整。

1.5 測桿徑向間隙的修理

產(chǎn)生間隙的原因很多，要從外到內(nèi)進行檢查：

（1）工作臺松動

瑪瑙頭的重合與瑪瑙頭上下位置的調(diào)整。工作臺的螺釘要緊固。兩個瑪瑙頭的位置要重合?，旇Чぷ髋_上的瑪瑙頭高出筋條不能過高，一般控制在0.0012～0.0015mm為宜。

（2）工作臺與量塊的研合

如果工作臺上有小毛刺，可以用瑪瑙石或白玉油石磨削。如果毛刺大，應該進行壓光。測量時，用干凈的擦布擦干凈。

（3）測桿與工作臺的垂直性

如果測桿與工作臺的垂直性超過0.004mm，則要對測桿進行校正。在精密V形鐵上，轉(zhuǎn)動測桿，在測桿頭部和尾部處打千分表，檢查四個方向，每180°進行一次。調(diào)整方法是用專用扳手，扳動測桿下套，向相反的方向扳動，要求平行性0.01mm。

（4）彈簧片的更換

先將測帽取下，再用專用調(diào)整扳手擰下調(diào)整帽、緊固環(huán)，松開四個小螺釘（如果鏡管下面有小駐螺的，還要把駐螺擰掉），并作方向和深度的記號（如果是蘇制的可以不做記號）。然后用扳手將測桿取出，用干凈紙包好反射鏡。將彈簧片組取下，取出壓圈、彈簧片，換新彈簧片。裝好后用樣板校好。壓圈和小壓圈要求平行，厚度一致。每個組成部件的連接不可有微小的松動。按相反的順序裝好校正平行。彈簧片的材料和硬度對測桿的間隙有直接的影響。如果是國產(chǎn)的干涉儀，可以將測桿稍微轉(zhuǎn)動一個角度，再進行調(diào)整、檢查間隙的情況（轉(zhuǎn)動的目的是調(diào)間隙最小的位置）。

1.6 示值超差[3，4]的修理和消除

（1）由于量塊本身有毛刺，使測量誤差加大。消除辦法：可以用瑪瑙石或白玉油石去掉毛刺或修理。

（2）使用瑪瑙工作臺時，瑪瑙頭的位置不能太高，約為0.0012～0.0015mm最合適。

（3）如果儀器本身用的是單色濾光片，其實際透過波長與標定波長不符合，為了測量正確，可重新測量波長或更換新的濾光片。

（4）對蘇制干涉儀使用0.2 μm格值[5]時，需要辨清干涉帶的變級情況（即零級條紋移至分劃板邊緣時顏色改變）。為了防止干涉帶變級，當干涉帶條移動時，將目鏡隨著干涉帶移動方向也擺動一個角度，目的是使干涉帶與目鏡主光軸接近，使得干涉示值帶容易認清。

（5）干涉條紋分布不均勻，即干涉帶的寬度不等。用單色光觀察，以分劃板零位為基準，干涉帶一邊寬一邊窄。其原因是測桿反射鏡的反射面與測桿不垂直，或者擺動反射鏡平行性差。由于兩個反射鏡面間、反射鏡面與分光鏡面間產(chǎn)生夾角，兩面交線與擺動反射鏡擺動軸線不平行，在調(diào)干涉帶寬窄時由于兩邊角度變化不一致，造成干涉帶條紋分布不均勻。

在相差較少時，可以轉(zhuǎn)動物鏡來補償；相差較大時，可以改變兩反射鏡的角度或更換反射鏡或分光鏡（換分光鏡時必須換一對），反射鏡與分光鏡之間有一定的聯(lián)帶關(guān)系。另外要檢查分光鏡與補償鏡之間的標準金屬板是否符合要求，其平行度應該達到0.1 μm，不能有銹點和毛刺。

1.7 干涉帶的調(diào)整和出現(xiàn)的條件

對測桿沒有被拆卸過的干涉儀，調(diào)整干涉帶時，首先對好燈絲，調(diào)整兩個帶十字槽的調(diào)整螺絲使燈絲像重合[5]。其次光程差要調(diào)整相等。要看清后面的反射鏡表面上的臟點，前后移動物鏡（前后移動物鏡是為了避免干涉帶出現(xiàn)時看得不明顯）。然后微微上下轉(zhuǎn)動調(diào)整帽，使擺動反射鏡和測桿反射鏡的反射面到分光鏡的 距離相等。在調(diào)整時，最好用單色光。對已經(jīng)拆卸過的干涉儀，先用準直管將兩個反射鏡校正垂直。在準直管中，要使兩個形象重合。擺動分光鏡座，使兩根燈絲線重合，再緊固分光鏡座。移動物鏡，看清擺動反射鏡表面上下移動測桿，改變光程差（在移動測桿時，保證燈絲重合）直到看清上、下反射鏡表面為止。這時，一定要耐心，集中精力，仔細觀察，慢慢地轉(zhuǎn)動測桿。因為出現(xiàn)的帶條往往是很窄的，移動得很快，不容易看見，而有時又很寬，移動得更快。如果是國產(chǎn)的干涉儀，調(diào)出干涉帶后，向下退一圈左右，然后緊固四個螺釘。

1.8 分光鏡的裝配和修理中換新的分光鏡

裝配時，先將補償鏡裝在長型彈簧片的鏡座上，再平行地裝好標準金屬板，然后將分光鏡固定在標準金屬板上。位置要正確，不應偏上或偏下，要求平行、干凈、補償鏡和分光鏡的表面上不應有任何的劃傷和臟物，兩鏡片所受壓力不能過大，受力要均勻，并能用手輕微地推動。分光鏡和補償鏡在加工時的準確度要一樣，在裝配時可以互相調(diào)換。補償鏡和分光鏡加工時，要在一塊玻璃材料上下料，并且要求這兩塊玻璃平行。如平行性不好或者材料不一致會影響黑色干涉帶的顏色，干涉條紋的顏色也不對稱了。

1.9 物鏡的裝配

物鏡是由金屬工件和各個透鏡組成的物鏡組，簡稱物鏡。它位于鏡管的一端，由滾花螺釘固定在鏡管上，并可借助于該滾花螺釘，前后移動物鏡組，以調(diào)節(jié)干涉帶的清晰度。物鏡是儀器的主要部分之一，所以物鏡各組件在組合時，必須按圖紙的要求進行。例如間隙圈的尺寸是否符合圖紙的要求，透鏡前后位置是否正確，透鏡與物鏡套筒配合的松緊程度是否合適等。金屬工件必須經(jīng)過表面氧化處理，目的在于防止工件本身銹蝕，減少對像質(zhì)的不良影響以及產(chǎn)生漫反射光。經(jīng)過表面處理的零件要用汽油清洗干凈和烘干。透鏡不準有劃傷和氣泡，膠合的透鏡不能有開膠現(xiàn)象（膠合透鏡不允許有空氣泡）。在裝配之前均需仔細檢查。各透鏡的方向不能裝反，否則裝在儀器上之后，會影響干涉帶的清晰程度。

1.10 目鏡的裝配

目鏡是由透鏡和金屬工件組成的，用螺釘固定在分劃板座外殼上，并可以繞螺釘?shù)妮S線擺動。裝配時，把透鏡安放在殼內(nèi)。目鏡有兩種透鏡：一種是膠合透鏡，另一種是單片透鏡（或稱場鏡）。兩種透鏡分別裝入殼內(nèi)，都以壓邊固定。壓邊的工具是用表面粗糙度比較好的金屬棒，直徑約6～9mm，或者用專用工具。壓邊在車床上或用手工的辦法進行，用力不能過大和過猛，以防止把透鏡邊緣壓破或使膠合透鏡開膠等。在修理過程中，如果目鏡或是物鏡由于內(nèi)部發(fā)生霉點或水珠等情況影響了像的清晰度時就需要拆卸，對各透鏡進行清洗和修理。必須注意應按照原來的部位和順序進行裝配。

2 結(jié)語

總之，由于接觸式干涉儀屬高準確度幾何量測量儀器，所以在使用和操作過程中應仔細、謹慎。如碰到儀器出現(xiàn)問題，應及時進行維護和修理，以保證接觸式干涉儀在量值傳遞和溯源過程中的準確性。

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