改善傳統(tǒng)幾何量光學(xué)測量儀器照明問題

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一、傳統(tǒng)光路特點(diǎn)

目前，市場上在用的傳統(tǒng)幾何量光學(xué)測量儀器主要有萬能工具顯微鏡、測長機(jī)、光學(xué)分度頭等，一般都包括瞄準(zhǔn)測量光路和讀數(shù)系統(tǒng)光路兩部分。隨著技術(shù)的不斷更新，儀器的讀數(shù)系統(tǒng)逐漸被光柵和數(shù)顯系統(tǒng)所替代，但測量瞄準(zhǔn)系統(tǒng)仍然未變，這類測量瞄準(zhǔn)系統(tǒng)均采用物方無窮遠(yuǎn)光路，由放置在聚光鏡物方焦點(diǎn)上的光源提供照明，經(jīng)聚光鏡后形成一束平行光照射被測件，由顯微瞄準(zhǔn)系統(tǒng)進(jìn)行定位并測量。因此，整個光路的光照質(zhì)量對測量瞄準(zhǔn)有著重要影響（讀數(shù)系統(tǒng)則關(guān)系到刻線的清晰度），但由于整個光學(xué)系統(tǒng)在使用過程中受到空氣中酸性物質(zhì)的長期侵蝕，其光學(xué)零件表面的鍍膜層發(fā)生退化或消失，都將影響光能傳輸，從而降低光學(xué)系統(tǒng)的光通量。影響光學(xué)系統(tǒng)質(zhì)量的另一個因素是照明光源，理論上該光源應(yīng)為點(diǎn)光源，以保證經(jīng)聚光鏡出射的是平行光。但實際所用的光源通常是由專用的照明燈泡來提供，需要將燈絲（并非真正意義的點(diǎn)光源）的位置調(diào)整到聚光鏡的焦點(diǎn)上（如果更換照明燈泡，還需要進(jìn)行再次調(diào)整）。但由于各種市場因素的影響，目前能購置到的這種專用燈泡的質(zhì)量已大不如前，主要是其燈絲不一定就位于燈泡的軸線上，因此在調(diào)整時很難將燈絲精準(zhǔn)定位于聚光鏡的焦點(diǎn)上，造成經(jīng)聚光鏡出射的光束不是平行光，從而影響了測量的質(zhì)量。另外，有些照明燈泡的功率較大，長期使用后，其發(fā)熱也會影響到光學(xué)零件的壽命和形狀，也是造成這類儀器長期使用后性能下降的原因之一。基于以上諸多因素的影響，造成這類光學(xué)儀器出現(xiàn)視場亮度低、分劃板對比度差、刻線目力不易分辨、瞄不準(zhǔn)等現(xiàn)象，直接加大了操作人員的工作難度，并且容易出現(xiàn)錯誤的測量結(jié)果。因此，改善光路系統(tǒng)的亮度和清晰度就成為使用這類光學(xué)測量儀器的基本要求。

二、改善方法和效果

LED燈具有其亮度高、發(fā)熱低、壽命長等優(yōu)點(diǎn)，特別是其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，與筆者所要求的點(diǎn)光源十分接近，因此嘗試使用LED燈替代原有的專用燈泡照明，是一個較為理想的選擇。筆者單位在用的投影測長機(jī)和光學(xué)分度頭（投影窗瞄準(zhǔn)讀數(shù)）都是前述傳統(tǒng)的光路照明方式，儀器使用已近20年，其中所用的專用燈泡也已經(jīng)購置過無數(shù)次。筆者就嘗試用LED燈照明來替代現(xiàn)有的傳統(tǒng)照明。由于LED照明配有專門的驅(qū)動器，致使其電氣部分的連接和安裝相當(dāng)簡單。本次選擇了3W的LED燈泡，其亮度會隨供電電流的變化而改變。經(jīng)過安裝并實際調(diào)試實驗后，發(fā)現(xiàn)電流增加亮度提高后，視場內(nèi)的亮度并沒有發(fā)生明顯的改變，也未造成LED燈發(fā)熱，因此就將其工作電流確定在300mA左右，供電電壓在（4~6）V之間，通過計算，LED燈的功率在1.5W左右。接下來就是將LED燈固定在儀器燈座上，此時需要根據(jù)儀器燈座的具體結(jié)構(gòu)進(jìn)行改造。對于投影測長機(jī)，筆者選擇了對原有專用燈泡座進(jìn)行改造，將玻璃泡去掉，用玻璃膠將LED燈粘接在這個位置的中心處，然后將改裝的LED燈裝到投影測長機(jī)的尾座燈座位置（頭座的光學(xué)計光源也按此方法進(jìn)行改造）。經(jīng)過簡單調(diào)整LED燈的位置后，在分米讀數(shù)窗中即可看到較為清晰的分米和毫米刻線，相比未改造之前的視窗亮度有了很大的提高和改善。此外，LED燈的耗電量低、發(fā)熱低，經(jīng)過近半年的使用，效果穩(wěn)定。采取同樣的方法對光學(xué)分度頭的照明進(jìn)行改造后，也達(dá)到了很好的效果，相比于原來的傳統(tǒng)照明，LED燈的照明使視窗中的刻線清晰了很多，基本滿足了測量瞄準(zhǔn)和讀數(shù)的需要。需要注意的是，LED燈的亮度與其功率有關(guān)，一般情況下，其與傳統(tǒng)照明的功率比值大致在1:8左右，對于投影測長機(jī)的光源功率是12W，所配LED燈的有效功率約為1.5W，而萬能工具顯微鏡中主光路的光源功率為36W，選擇的LED燈的有用功率則約為5W，相較傳統(tǒng)的照明光源也有很多優(yōu)點(diǎn)。

作者：常晟 常青 張輝 單位：西安賽寶工業(yè)技術(shù)研究院有限公司