專利名稱：光電式多功能顯微鏡質(zhì)量檢測儀的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型屬于光電計(jì)量儀器技術(shù)領(lǐng)域，特別是關(guān)于檢驗(yàn)生物顯微鏡產(chǎn)品質(zhì)量的光電檢測儀器。
生物顯微鏡產(chǎn)品質(zhì)量是否合格，要經(jīng)過多種性能指標(biāo)測試。這些性能指標(biāo)都表現(xiàn)為原來處于顯微鏡視場中心的被觀察點(diǎn)在顯微鏡調(diào)焦，更換物鏡倍數(shù)等使用過程中所發(fā)生的成象幾何位置偏差，這種偏差通過在顯微鏡載物臺上設(shè)置標(biāo)志物(例如刻線尺等)，通過帶十字分劃板的目鏡可觀察到。其傳統(tǒng)的檢測方法是借助多種檢具，如十字分劃板、0.01毫米分劃尺、十字分劃目鏡、平行平晶、機(jī)械旋轉(zhuǎn)工具等，根據(jù)光學(xué)原理、靠質(zhì)檢人員目視判定、逐項(xiàng)檢測，這種方法在一定程度上帶有主觀隨意性，勞動強(qiáng)度大，且精度(10－2)難以提高。
本實(shí)用新型旨在彌補(bǔ)傳統(tǒng)檢測方式之不足，利用光電檢測技術(shù)，改進(jìn)顯微鏡產(chǎn)品質(zhì)量檢測手段，提高檢測水平。本實(shí)用新型設(shè)計(jì)出一種光機(jī)電結(jié)合一體的顯微鏡質(zhì)量檢測儀器，能檢測生物顯微鏡的六項(xiàng)整機(jī)性能，適用于顯微鏡行業(yè)成品檢驗(yàn)及車間在線質(zhì)量監(jiān)控。
本實(shí)用新型采用光電技術(shù)，通過光電傳感測頭把光信號轉(zhuǎn)換成電信號，對信號進(jìn)行處理后，以儀表的示值作為質(zhì)量判據(jù)，用光電轉(zhuǎn)換這把客觀的“尺子”實(shí)現(xiàn)了生物顯微鏡精度檢測。
本實(shí)用新型所述的光電式多功能顯微鏡質(zhì)量檢測儀其特征在于由光學(xué)檢測系統(tǒng)、光電傳感器、信號處理器及顯示儀表所組成，如


圖1所示。當(dāng)檢查顯微鏡物鏡轉(zhuǎn)換器定位精度時，可利用被測顯微鏡的光學(xué)成象系統(tǒng)做為檢測儀的光學(xué)檢測系統(tǒng)，直接把光電傳感器旋入被測顯微鏡目鏡接口，即可接收來自放在被測顯微鏡載物臺上的標(biāo)志物的信號。當(dāng)檢查顯微鏡齊焦精度時，只需更換一個專用的光電傳感器。當(dāng)檢查粗微動滑板移動方向與儀器光軸平行度偏差，聚光鏡滑動板移動方向與儀器光軸平行度偏差等性能指標(biāo)時，同樣利用被測顯微鏡的光學(xué)成象系統(tǒng)做為檢測儀的光學(xué)檢測系統(tǒng)。但需采用一個專門設(shè)計(jì)的遠(yuǎn)心物鏡旋入原顯微鏡的一個物鏡接口，標(biāo)志物通過該遠(yuǎn)心物鏡成象，由光電傳感器接收檢測信號。當(dāng)檢查顯微鏡物鏡光軸與其螺紋軸線的同軸度偏差時，要用專門設(shè)計(jì)的光學(xué)檢測系統(tǒng)。本實(shí)用新型采用的光學(xué)檢測系統(tǒng)包括聚光照明部件、標(biāo)志板、升降載物臺、復(fù)位指示表、機(jī)械轉(zhuǎn)動裝置等組成。
本實(shí)用新型操作簡便、無主觀誤差，即減輕勞動強(qiáng)度、又提高了工作效率，特別適用于成批檢驗(yàn)。
附圖簡要說明
圖1為本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)框圖。
圖2為本實(shí)用新型最佳實(shí)施例結(jié)構(gòu)示意圖。
圖3為本實(shí)施例工作原理舉例之一示意圖。
圖4為本實(shí)施例工作原理舉例之一示意圖。
其中［1］信號處理器［2］顯示儀表［3］百分表［4］立式旋轉(zhuǎn)主軸［5］軸套［6］壓簧［7］外殼［8］止推軸承［9］光電傳感器［10］光電傳感器／目鏡插座［11］同軸度檢查器［12］物鏡接頭［13］被檢物鏡［14］立式支架［15］載物臺［16］聚光照明器［17］旋轉(zhuǎn)手輪［18］底座［19］可調(diào)支腳［20］被檢顯微鏡［21］遠(yuǎn)心物鏡。
下面結(jié)合圖2對本實(shí)用新型的一種最佳實(shí)施例進(jìn)行詳細(xì)描述。圖2中，［11］為用于檢測物鏡光軸與其螺紋軸成同軸度的光學(xué)檢測系統(tǒng)(簡稱同軸度檢查器)，本實(shí)施例采用一種半運(yùn)動軸系結(jié)構(gòu)，由一中空立式旋轉(zhuǎn)主軸［4］和與之研配的軸套［5］組成，軸套［5］頂部有一個內(nèi)錐面，其中填滿尺寸一致的滾珠、起軸向定位及徑向?qū)χ卸€作用。主軸［4］上方有圓柱螺旋壓簧［6］及止推軸承［8］，它們固定在外殼［7］之中。保證主軸在旋轉(zhuǎn)過程中無軸向竄動及自動補(bǔ)償磨損。只要彈簧力控制適當(dāng)，它可使軸系抵抗側(cè)向力矩的能力大大提高，這種側(cè)向力矩在使用過程中是不可避免的。光電傳感器／目鏡插座［10］與外殼［7］相連接，主軸［4］下端與物鏡接頭［12］相連，主軸［4］下方有一能通光的載物臺［15］，它可通過轉(zhuǎn)動手輪［17］升降。聚光照明器［16］設(shè)置在載物臺［15］下方，底座［18］和立式支架［14］固定及支撐著主軸及載物臺，底座［18］通過水泡(圖中未畫出)及可調(diào)支腳［19］使整個儀器保持水平垂直狀態(tài)，載物臺上方的百分表［3］固定在支架上用來確定載物臺移動后的復(fù)位位置。
信號處理器［1］由放大器、減法器、加法器、除法器、低通濾波器所組成，光電傳感器［9］把接收到的光信號轉(zhuǎn)換成電信號后輸入到信號處理器［1］中，經(jīng)過放大、運(yùn)算、濾波，送到顯示儀表［2］進(jìn)行顯示。顯示儀表［2］包括φ表頭、X表頭和Y表頭。顯示儀表可采用模擬顯示儀表或數(shù)字顯示儀表，經(jīng)過標(biāo)定，直接顯示幾何偏差值。本實(shí)施例采用的光電傳感器包括對光斑位置敏感的光電傳感器以及檢測齊焦專用的對光斑形狀敏感的光電傳感器。
顯微物鏡光軸與螺紋軸線同軸度的檢測方法如下(參看圖2)轉(zhuǎn)動手輪［17］降下載物臺［15］，這樣便可方便地更換被檢物鏡［13］，在檢查第一個物鏡時，需取下光電傳感器［9］，換上目鏡，通過調(diào)整載物臺，使目鏡現(xiàn)場中清楚地出現(xiàn)置于載物臺上的標(biāo)志圖案(比如一個圓孔)，并調(diào)整使其居中。用百分表［3］記住這個位置。然后取下目鏡，裝上光電傳感器，用手將主軸旋轉(zhuǎn)一周，讀出顯示儀表指針的擺幅，這便是所測同軸度的數(shù)值。以后每檢查一只物鏡只需用百分表定位，不必再用目鏡調(diào)焦。
檢測其他性能指標(biāo)時，只要將光電傳感器［9］及遠(yuǎn)心物鏡［21］安裝在被測顯微鏡［20］上即可逐項(xiàng)檢測。
圖3和圖4分別為本實(shí)施例測定物鏡光軸與其螺紋軸線的同軸度與齊焦誤差的原理示意圖，分別詳細(xì)敘述如下如圖3所示，AA′為顯微鏡的正確軸線(光軸與機(jī)械軸重合)，A與A′是物象共軛點(diǎn)。設(shè)物面標(biāo)志物為一個中心位于A的小圓孔，當(dāng)顯微鏡使用過程中，物鏡中心O產(chǎn)生了一個△的橫向位移時，則A點(diǎn)的象將由A′移到A″，即象方產(chǎn)生△′的位移，△′／△＝S′／S＝β，β為顯微物鏡的橫向放大倍數(shù)。若在象平面上如圖放置四象限硅光電池，則圓形象光斑中心的偏移便破壞了原來光電池四部分輸出的平衡狀態(tài)(參閱圖3上方)將四部分輸出信號經(jīng)過前置放大(PM)后，按下列規(guī)則進(jìn)行邏輯運(yùn)算X＝ ((1＋2)－(3＋4))/(1＋2＋3＋4) 便可得到反映光斑X向偏移的輸出Y＝ ((1＋4)－(2＋3))/(1＋2＋3＋4) 便可得到反映光斑Y向偏移的輸出除法器的功能在于消除由于電網(wǎng)波動及環(huán)境因素所引起的誤差，并使信號輸出與入射光強(qiáng)無關(guān)，便于定標(biāo)。
圖4為檢測齊焦誤差的原理圖，這里光電傳感器由一塊柱面鏡與四象限光電池組成。柱面鏡繞光軸偏轉(zhuǎn)45°放置，當(dāng)被觀察的標(biāo)志物A(設(shè)為一圓孔)正確調(diào)焦時，由于柱面鏡造成的象散影響，對應(yīng)于a、b、c三個象面位置分別接收到三種不同的象光斑圖象，如圖4右方所示。因此若將四象限光電池分別放置在a、b、c三個不同位置，便可接收到三種不同的信號組合。對光電信號進(jìn)行如下邏輯運(yùn)算，即W＝ ((1＋3)－(2＋4))/(1＋2＋3＋4)W便反映象接收面軸向位移的信號。反之，當(dāng)人們將四象限硅光電池置于位置b固定不動，則W輸出值便可反映物方被觀察點(diǎn)的離焦情況。正確對焦時W＝0，物面向下離焦時W＞0，物面向上離焦時W＜0。離焦量的讀出方式可以有二種當(dāng)離焦范圍較小時，可直接標(biāo)定W所代表的毫米值；當(dāng)離焦范圍較大時，可借助于千分表(外加一個千分表，打在載物臺上)，測出重新調(diào)焦時，標(biāo)志物相對于顯微物鏡軸向移動的距離。
利用本實(shí)用新型檢測第四項(xiàng)性能，即粗微動滑板移動方向與儀器光軸平行度偏差時采用了遠(yuǎn)心物鏡，比較現(xiàn)行的平晶目測法不僅快速簡便，而且還擴(kuò)大了檢測范圍，可進(jìn)行全行程檢查。同理利用本實(shí)用新型檢測第五項(xiàng)聚光鏡的性能時也明顯優(yōu)越于現(xiàn)行方法。
本實(shí)用新型能檢測的六項(xiàng)性能指標(biāo)為1.顯微物鏡光軸對螺紋軸線之同軸度≤φ0.04mm；2.物鏡轉(zhuǎn)換器定位準(zhǔn)確穩(wěn)定，定位誤差≤0.03mm；3.轉(zhuǎn)動物鏡轉(zhuǎn)換器，改變放大倍數(shù)后，各物鏡應(yīng)齊焦，其最大調(diào)焦量不應(yīng)大于下表的數(shù)值
物鏡放大倍數(shù)4－10 ＞10-40 ＞40調(diào)焦量(mm) 0.10 0.020.0154.粗微動滑板移動方向與儀器平行度偏差(1)粗微調(diào)共同實(shí)現(xiàn)的機(jī)構(gòu)偏差15′(2)粗微調(diào)分別實(shí)現(xiàn)的粗調(diào)機(jī)構(gòu)≤12′；微調(diào)機(jī)構(gòu)在2mm行程中偏差20′；5.聚光鏡滑板移動方向與儀器光軸平行度差≤6′；6.棱鏡筒作360度旋轉(zhuǎn)時目鏡焦平面上象中心的位移≤0.4mm。
權(quán)利要求1.光電式多功能顯微鏡質(zhì)量檢測儀，其特征在于由光學(xué)檢測系統(tǒng)、光電傳感器、信號處理器及顯示儀表所組成，所說的光學(xué)檢測系統(tǒng)包括聚光照明部件、標(biāo)志板、升降載物臺、復(fù)位指示表、機(jī)械轉(zhuǎn)動裝置、遠(yuǎn)心物鏡等。
2.如權(quán)利要求1所說的檢測儀，其特征在于所說的光學(xué)檢查系統(tǒng)的機(jī)械轉(zhuǎn)動裝置由一個采用止推軸承與壓簧軸向控制的中空的精密施轉(zhuǎn)主軸，與之相配的半運(yùn)動軸套，該軸的上端與光電傳感器插座相連，下端與物鏡的接頭相連。所說的標(biāo)志板是置于所說的主軸下方的載物臺上，所說的聚光照明部件由燈泡、聚光鏡組成，置于載物臺下方。所說的復(fù)位指示表裝夾在立柱上，測頭打在載物臺上，用于確定載物臺的位置。
3.如權(quán)利要求1的光學(xué)檢測系統(tǒng)的特征在于還包括能安裝在顯微鏡物鏡座上的遠(yuǎn)心物鏡。
4.如權(quán)利要求1所說的光電傳感器包括對光斑位置敏感的光電傳感器以及檢查齊焦專用的對光斑形狀敏感的光電傳感器。
5.如權(quán)利要求1所說的檢測儀，其特征在于信號處理器由放大器、減法器、加法器、除法器、低通濾波器所組成。
6.如權(quán)利要求1所說的顯示儀表包括模擬顯示儀表或數(shù)字顯示儀表，經(jīng)過標(biāo)定，直接顯示幾何偏差值。
專利摘要一種光電式多功能顯微鏡質(zhì)量檢測儀，屬于光電計(jì)量儀器。本實(shí)用新型由光學(xué)檢測系統(tǒng)、光電傳感器、信號處理器及顯示儀表所組成。本實(shí)用新型能對生物顯微鏡的六項(xiàng)性能指標(biāo)進(jìn)行測定。本實(shí)用新型操作簡便、無主觀誤差，即減輕勞動強(qiáng)度、又提高了工作效率、特別適用于成批檢驗(yàn)及車間在線質(zhì)量監(jiān)控。
文檔編號G02B21/00GK2062062SQ9020304
公開日1990年9月12日 申請日期1990年3月22日 優(yōu)先權(quán)日1990年3月22日
發(fā)明者蕭澤新, 方仲彥 申請人:清華大學(xué)