（光学工程专业论文）连续变倍体视显微镜装校技术研究.pdf

a b s t r a c t t h i s t e x t i n t r o d u c e d m a i n p r i n c i p l e s a n d i n s t a l l a t i o n 前工作距离大 ( 给操作者留出足够的操作空间) ; 放大倍数可实现连续无级变化 ( 可供观察者选择合适的放大率) 。 这些特点使连续变倍体视显微镜被广泛应用于电子工业、半导体工业、 i t产业、 农林、 医疗卫生机构、 实验室、 研究所以及中、 高等院校等行业和部门从事硅片、 芯 片、 微型线路板、植物学、生物病虫学、生物学、 病理学、细菌学的研究、电子工业 现场质量检控、高等教学等领域及场合。 由于连续变倍体视显微镜具有良好的使用性能， 所以从上世纪九十年代以后， 连 续变倍体视显微镜越来越深受使用者的喜爱， 同时由于其产品价位相对较高， 近几年 来几乎国内所有的光学仪器厂家都在致力于连续变倍体视显微镜的开发。 目前， 连续 变倍体视显 微镜的光学仪器生产厂家有: 德国的l e ic a 、 日 本的o l y m p u s 等跨国公司， 国内的麦克奥迪、 北京泰克、 上海星庆光学、 江南光电、 浙江舜宇、 浙江永新、 桂林 光学、梧州光学等.生产的体视显微镜也各异，有定倍的、也有变倍的。 相比于德国、日本等传统光学仪器生产强国我们的体视显微镜的发展己落后很 多， 但二十一世纪以后发展迅速， 现在上述很多厂家都能生产最大变倍比在1 : 6 .36 .8 的连续变倍体视显微镜，少数厂家还能生产最大变倍比在 1 : 7以上的。公司开发的 x t l 1 0 0 0 连续变倍体视显微镜的变倍比为1 : 7 . 1 ，达到国内先进水平。 虽然有上述众多光学仪器生产厂家都在生产连续变倍体视显微镜。 但相互间的技 术合作较少， 特别是装校工艺等更成为每个生产厂家的高度机密， 想坐享其成根本不 可能， 就连报刊、杂志等发表的可借鉴的有关学术论文、 报告也很少， 公司内部技术 专家、 技术人员以前对该类装校技术研究也涉足较少， 因此， 本次课题研究可以说是 “ 白手起家” 、 “ 从头越” ， 课题的研究成功将填补公司空白，解决公司该类产品存在 的技术、质量难题。 1 .3 课题研究范围及主要研究内容 凤凰光学集团有限公司拟开发的 下: 2 x t l 1 0 0 0 连续变倍体视显微镜基本光学原理如 工程硕上学位论文连续变倍体视鼓 微镜装校技术 研究 图1 . 1 x t l 1 0 0 0 连续变倍体视显微镜基本光学原理图 工作台i 物面上一点以体视角q进入辅助物镜2 再进入左右二光 轴相交1 0 0的 且完全相同的变倍镜体组3 ，经棱镜系统成正像于中间像面4 ，由左右目 镜5出射成 像光束，为人眼接收，从而得到体视像。 本课题要解决的问题: 通过设计或购买必要的装配校正仪器、 探索合理的装配校 正工艺使分别经过左右光路达到 左右目 镜视场5 的像满足规定的要求( ( q / j g 1 1 3高 性能体视显微镜 ) 。 x t l 1 0 0 0 连续变倍体视显微镜能否开发成功有以 下关键技术需要解决: 变倍比1 : 7 . 1 变倍物镜系统的光学设计; 结构紧凑的大变倍比连续变倍物镜系统的结构设计; 超大目 距调节范围双目 观察系统设计; 大行程调焦立柱设计; 高眼点广视场目 镜设计; 像面 位移、光轴的校正方案以及方位差、系统光轴、视场中心等校正技术; 摄影摄像用同步三目 镜筒， 三目 系统光学、结构设计; 变倍镜体组光路结构关键零件加工技术。 其中 由本课题跟踪解决， 这也是本课题的主要任务。 课题的难点: 原己批量生产的x t l - i 、 x t l - n ( 变倍比为 1 : 4 .7 )等连续变倍体视 显微镜，其校正检测仪器尚未齐全，校正方法亦未规范，无参考依据。 况且拟开发的 x t l 1 0 0 0连续变倍体视显微镜，其体视显微变倍比更大 ( 为1 : 7 . 1 ) 。 其校正方法与现有产品相比将有更高难度; 借鉴其它生产厂家成功的装校经验不可能。装校工艺往往是各厂家高度 重视、保密的技术， 不可能给你借鉴，相关的专著、 论文也很少。 绪论 t程硕 : 学位论文 这就需要我们本次立项集中精力独立加以 解决: 一方面在设计过程中考虑校正的 合理性、预留装配校正环节，另一方面需要在实践中运用相关的知识、设计 ( 购买) 使用必要的装配校正仪器，反复试验，探索出合理的装配校正方法，并形成文件。 丁程硕 十 学位论文连续变倍体视显微镜装校技术研究 l 应用的主要原理 2 . 1 光学仪器装配校正的一般知识 1 3 一个定型产品的生产过程， 一般由零件制造和产品装配两个阶段组成。 零件制造 阶段由零件生产车间生产出产品所属的、 并符合图纸要求的全部合格零件; 产品装配 阶段则由装配车间将前一阶段所提供的全部零件， 加上标准件、 外购件、 以及装配图 明细表所规定的其他特殊件和辅助材料等， 按照装配图所表示的装配关系和所规定的 技术要求， 将它们组合成为一个合格产品。 从制造零件到成品的生产过程中都伴随着 一系列的装配和校正，这一系列的装配和校正对保证产品的质量具有极为重要的作 用。掌握产品的装配和校正过程的一般知识就显得很有必要。 一般地，光学仪器成品具有以下要求: 要求成品内部 ( 特别是装有光学零件的部件)应严格清洁，否则会影响光学 系统的透光度，从而影响产品的像质、鉴别率等质量要求。 要求精密的定位精度和传动精度，从而实现整个产品的精度要求。 要求具有高的稳定性。 由于光学仪器具有的上述要求， 决定了光学仪器的装配一般应由机械装配和光学 装配两部分完成。 前者主要指产品所属的精密传动部分的装配， 而后者则主要是指经 过清洁处理并与光学件有关的金属件与光学件之间的装配。 2 . 1 . 1机械装配 对一些比较简单、 并且要求不高的产品， 或者虽然有一定的复杂程度、 但总的说 来要求不高的产品， 一般地采用安全互换法进行装配， 而对于那些既复杂又有一定精 度要求的产品， 就不可能将全部零件都按安全互换法进行装配， 而大量采用的是补偿 法， 这时在设计时就必须考虑在装配过程中进行补偿的措施。 因此， 补偿法在光学仪 器装配过程中被大量采用。 对于光学仪器的装配， 补偿又可分为机械补偿和光学补偿。 机械补偿指补偿一个 机械量， 这一补偿往往是以装配尺寸链的形式出现， 求补偿量时需要进行尺寸链计算。 光学补偿指补偿一个象点的位移量或光束方向的改变量。 有时， 象点位移量的补偿也 可以表现为装配尺寸链形式， 而在一般情况下， 光学补偿表现为通过某一光学件的位 置改变量的传递而得到。 在装配过程中可采用的机械补偿方法通常有修配法、 分组选配法和调整法等三种 方法。 2 . 1 .2光学装配 光学部件通常分为圆形光学零件组成的部件 ( 如透镜、 圆形分划板、 圆形反射镜 等) 和非圆形光学零件组成的部件 ( 如棱镜、反射镜等) 在光学零件的装配过程中应考虑: 对于透镜组成的部件来说， 有各透镜光轴的不 5 应用的主要原理丁程硕 1 : 学位论文 同 轴度和各透镜顶点之间的间距要求， 有时 还应考虑有补偿结构; 对于非圆形光学零 件组成的部件来说， 光学零件的某一工作面与 所装入的金属零件的某一点、 线、 面之 间的相对位置要求。 此外， 对有些要求比较高的光学部件， 则还有保证光学零件受最 小应力要求。 2 . 1 .3影响装校精度的因素 在x t l 1 0 0 0 连续变倍体视显微镜的装校过程还应考虑所有光学仪器装校过程中 存在的影响装校精度的普遍因素。包括: ( 1 )零件的加工精度 保证零件的加工精度， 其目的在于保证最终成品的装校精度。 一般来说， 零件的 精度愈高， 装校精度愈容易保证， 但并不是零件精度愈高愈好， 因为这样会增加产品 的成本， 并且造成一定的浪费。 所以， 应根据装校精度来分析、 控制有关零件的精度。 重点控制对产品的最终质量有重大影响的零件的加工精度。 ( 2 )零件之间的配合要求和接触质量 零件之间的配合要求是指配合面间的间隙量或过盈量，它决定了配合性质。 零件之间的接触质量是指配合面或连接表面之间接触面积大小和接触位置的要 求，它主要影响接触刚度，即接触变形，同时也影响配合性质。 在现代产品的装校过程中， 提高配合质量和接触质量是十分重要的， 特别是提高 配合面的接触刚度， 对提高产品的精度、 刚度、 抗振性和寿命等都有极其重要的作用。 提高接触刚度的主要措施是减少相连零件数， 使接触面的数量尽量少; 另一方面是增 加实际接触面积，减少单位面积上所承受的压力，从而减少接触变形。 ( 3 )力、热、内应力等所引起的零件变形 零件产生变形的原因很多， 有些零件在机械加工后是合格的， 但由于装配不当产 生了变形; 有些产品在装配时由于零件本身自 重产生变形; 有些产品在装配时精度是 合格的， 但由于零件加工时存在残余内应力影响， 经过一段时间或外界条件变化时产 生内应力变形; 有些产品在静态下装配精度是合格的， 但在运动过程中由于摩擦生热， 使某些运动件产生热变形;所有这些变形，都将影响产品的装校精度。 ( 4 ) 旋转零部件的不平衡 在现代产品的装校过程中， 装校精度与旋转零部件的平衡有着密切的关系， 这主要是 从工作平稳性、降低机器振动、提高工作质量和寿命等来考虑的。 2 .2 x t l i 0 0 0 连续变倍体视显微镜装校过程应用的主要原理 根据市场分析及顾客需求. 凤凰光学集团有限公司拟开发的一款高性能、 高变倍 比的x t l 1 0 0 0 连续变倍体视显微镜， 经过课题组人员 认真的 理论分析、 评审， 翻阅 大 量 的 资 料4 . 12 , ， 决 定x t l 1 0 0 0 连 续 变 倍体 视显 微 镜 拟 采 用 的 光 学 系 统 设 计如 图2 . 1 所示: 6 丁程硕 学位论文连续变信体视v微镜装校技术研究 双目转向棱镜系统 变倍物镜后组 变倍物镜中前组 变倍物镜中后f f l 电1，| 到1.、 变倍物镜系统 变倍物镜前组 图2 . 1 x t l 1 0 0 0 连续变倍体视显微镜光学系统图 x t l 1 0 0 0 连续变倍体视显微镜左右两条相交成 1 0 。的光轴应相交于物面上同一 点， 该物点的像经过变倍物镜系统、 分别进入相同的左右平面镜棱镜系统、 在左右视 场内成像。 每组光路都由变倍物镜系统、 双目 转向棱镜系统组成。 校正的主要工作内 容也是针对变倍物镜系统、 双目 转向 棱镜系统两部分进行的。 因此， 我们有必要首先 了解这两部分校正过程中将使用到的一些基本原理。 2 . 2 . 1 光学偏心及其调整原理 我们知道: x t l 1 0 0 0 连续变倍体视显微镜的变倍物镜系统由前组、 变倍中前组、 变倍中后组、后组共四组镜片组成 ( 如图2 . 1 ) ，任何两组都可以形成一条“ 光轴” 我们的工作就是要通过 “ 校正” 使这些所有 “ 光轴” 都同轴。 因此， 有必要研究“ 光 轴”不同轴 ( 即 “ 偏心” )对光学系统的影响，以消除或减少其影响 ( 有时，要 “ 校 正”完全同轴是不可能的，也是不经济的) 。 光 学系 统“ 偏心” 对光学 系 统的 像 质量有直 接的 影响 1 3 - 16 , 。 对 于一般 结构的 光 学系 统， 各组光 学元件的位置都是 固定的， 装配时分组调整 或提高结构件的加工定位 精度均能满足偏心要求; 但对于变倍系统来说. 其“ 偏心” 问 题就显得复杂得多， 问 题的复杂性主要源于系统中的变倍中前组、 变倍中后组位置的不固定性。 因此， 在装 配校正 过程中如何调整变倍系统中 变倍中前 组、 变倍中后组的系 统“ 偏心” 就成了 解 ， 应用的主要原理 t程硕 卜 学位论文 决问题的关键。 对x t l 1 0 0 0 连续变倍体视显微镜的变倍物镜系统，我们对每组光路单独进行分 析， 由 于系统中的变倍中前组、 变倍中 后组位置的不确定性 ( 通过变倍手轮调节产生 变倍) ，往往存在变倍中前组、变倍中后组光学轴线与前 ( 后)组光学轴线 “ 偏心” 现象，下面探索该 当变倍中前组、 “ 偏心” 对光学系统的 影响 7 一。 变倍中后组光学轴线与前 ( 后) 组光学轴线有一个平行位移的偏 心误差h时，简图如图2 .2 : 图2 . 2 “ 偏心” 现象 因为有了一个偏心误差 h ，所以前组在基准轴上的像点 a对变倍中前组、变倍 中后组成像时是以光轴偏离h的离轴物点a成像。因此最终成像的像点与光轴偏离 量为h的轴外点a。 设在短焦距的 状态下物体a b到变倍中前 组的物距为!z ， 其像距为! z ， 成像为 a , b , ; 变倍中前 组、 变倍中后组间的 距离为d 2 3 ; 像a , b : 作为变倍中后组的 物成像a ， b ，像距1 3 ，物距1 3 = 一 ( d 2 3 1 2 ) 。 应用高斯方程。可知有如下关系 ( 变倍组对a b成像) : 得出: 1 2 = 1 1 1 2 f 2 1 2 f 2 1 2 + f 2 所以，放大率为: f 2 日 2 = 1 2 + f 2 像a , b ! 作为 变倍中后组的物成像a b 1 1 l ( 2 . 1 ) 应用高斯方程，可知有如下关系: 1 3 1 3几 工程硕十学位论文 连续变估体视v.微镜装校技术研究 得出: 1 3 f 3 1 3 ” 1 3 + f 3 所以，放大率为: f 3 p 3 = 1 3 + f 3 将1 3 = 一( d 2 3 - 1 2 )代入上式得: f 3 0 3 = 1 2 f 2 /( 1 2 + f 2 )一 d 2 , + f 3 ( 2 2) ( 2 3) 经过变倍中前组、变倍中后组成像后的总放大率为: f 2 f 3 日=一( 2 4) 1 2 ( f 2 + f 3 )一 d 2 3 ( 1 2 + f 2 ) +f 2 f 3 在放大率0 的表达式中， 只有1 2 和d 2 3 是变动的， 并且由调焦系统的光学原理可 知: 设系统在由短焦向长焦的变化过程中， 变倍中前组向后移动x 距离， 则变倍中后 组向前 移动y 距离， y = f ( x ) 。则变倍中前 组、 变倍中后组间的距离可表示为: d =山3 - x - f ( x ) 因此我们可用关于x的函数来表示总放大率0，记作:日 = f ( x ) 物体a b的最终成像a b 的高度为: h , = 0 h a相对于基准轴的距离h =( h - 1 ) h ，即原来在基准轴上的点通过与基准轴 有一个平行偏离误差h的变倍中前组、 变倍中后组成像后偏离基准轴的距离为h = ( 0 - 1 ) h ，放大率越大，偏离量就越大。 在实际作业过程中变倍中前组、 变倍中后组的位置在调焦过程在不停地移动、 在 变化，因此， 要使像点不发生偏移， 校正光轴偏心显得尤为重要。以上的探索告诉我 们，在变倍系统的光轴偏心的校正上应考虑以下调整要领: 因 ( 0 - 1 ) #0 ， 要使h = 0只有h = 0 。即: 只有使变倍中 前组、 变倍中 后 组的光轴与固定组间光轴重合，才能使变倍中前组、变倍中后组在位置发生 变化时，所成的像点不发生偏移。 由于放大率日 越大，偏离距离h 越大。即:小倍率时像点距光学中心近、 大倍率时像点距光学中心远。因此，调整应在大倍率下进行。 每次调整时不要一次到位， 应采用逐步逼近法， 每次调整像点最大移动量的 一半，这样有助于控制收敛方向。 每次调整测量要在变倍系统的两个极限位置进行，如果两个极限位置调好， 应用的主要原理 丁 程硕 t : 学位论文 而中间有移动 2 . 2 . 2 平面棱镜的移动、 应怀疑是变倍系统的导轨的直线误差。 转动影响及其调整原理 x t l 1 0 0 0 连续变倍体视显微镜的双目 转向棱镜系统如图2 .3 : 平而镜 普罗持错 平 而精 2 图2 3 双目 转向棱镜系统 可以看出:x t l 1 0 0 0连续变倍体视显微镜的双目 转向棱镜系统由普罗棱镜、平 面镜1 、 平面镜2 组成， 它对经变倍物镜系统所成的像起“ 转向” 的作用， 对x t l 1 0 0 0 连续变倍体视显微镜， 它是“ 双目 观察” 系统，为了使使用者在“ 双目” 观察物体时 不会产生双象、 不晕眩，往往需要 “ 双目 观察”系统的 “ 光轴平行性” 。 双目 转向 棱镜系统中的平面镜遵循几何光学反射、 折射原理， 这里不再重复。 本 节着 重 研究 棱 镜在转动 ( 移动) 过 程中 ， 像 偏 转的 变 化1z ， 一。 2 . 2 . 2 . 1 棱镜系统的特点 相对于共轴球面系统，平面棱镜系统具有以下特点: a ) 光轴可以任意折转; b )共扼物象的大小永远相等，与物象位置无关; c ) 包含光轴的共骊面一般不平行于同一平面; d )当物面绕系统的入射光轴旋转一角度0 时，象面绕系统的出射光轴旋转 ( - 1 ) 0 $ 角 ( m为平面镜棱镜系统的总反射次数) 。 以上特点说明: 平面棱镜系统物象的方向共辘关系与位置共扼关系无关， 它也是 我们研究平面镜棱镜系统中棱镜的微量转动对象偏转影响的前 提。 1 0 工程硕士 学位论文 连续变倍体视u微镜装校技术研究 2 . 2 . 2 .2 棱镜调整定理 如图2 入 射 光 辅 -, , 刀出 射光 岁 卜 产 图2 .4棱镜 设向量u , 为由 棱镜微量转动e 所造成的象空间坐标 x , y z 偏转向量， 根据任意角转动向量公式，并略去二阶小量，得: u , = 。( p , . + ( - t ) “ 一 ， p , ( 2 . 5 ) 式中:p , 和p , 为单位向量p 和p 分别在r ， 轴上的分量。 设 r 在偶数反射棱镜情形时代表 r 在物空间内所对应的共扼轴，而在奇数反射 棱镜情形时代表r 在物空间内所对应的共扼轴的反向。考虑到物、象空间内的对应 关系以及上述假设.则有: p , =( - 1 ) ” p , ( 2 .6 ) 这里， p ， 为p 在r 轴上的分量， n 仍为棱镜的反射次数。 将 ( 2 .6 ) 代入 ( 2 . 5 ) ，得奇、 偶次反射棱镜的 统一公式: u ,= 6 ( p r - p , ) ( 2 . 7 ) 设e 和e 分别代表沿r 轴和r ， 轴的单位向量，根据数积的定义，有: p , = p e;p , = p e 将上式代入 ( 2 . 7 ) ， 得: u , = 9 ( p. e ， 一 p. e ) = p ( 9 e 一6 e ) ( 2 . 8 ) 引入向 量$ r , ，6 r , = a。( e 一 e ) 则公式 ( 2 .8 )可以写成: u ， = p8 ， = s ， c o s ( p . s .)( 2 .9 ) 这就是 “ 棱镜调整定理”的基本公式。 2 .2 .2 .3 棱镜微量转动 ( 移动) 对象偏转的影响 下面应用“ 棱镜调整定理” 分析平行光路中棱镜的微量转动之对于与象偏转的影 o . 1 应用的主要原理 t程硕十 学位论文 在平行光路中平面镜棱镜系统的调整计算包括象倾斜计算和光轴偏计算。 用物空间的x , y . z 取代上述的r 轴、 用象空间的x 、 y 、 z 取代上述的r 轴， i , j , k 和i f 、 j i 、 k 代表 沿x y z 和x , y , z ， 坐 标轴的 六个单位向 量， 则 式 ( 2 . 9 )可分别写成: 1、|j 、了、/、少 / 入、 = ps 、 = p.s ， = s 、 c o s ( p , s : =s y c o s =ps ，= 6 ， c o s ( 价s ， ( v , 、: ( 2 . 1 0 ) 丫z 林p 、|卜ij i)j)k rrk 6 、 。 =0 6 、= 0 =a 0 ( 2 . 1 1 ) 8 : m ax m axmax x = e 二八 0 之 6 ， 二 0 i ( i 一) i ( j 一 7 ) !( k 一 k ) ( 2 . 1 2) “ x l ， “ ) =px =p， / 入、 _ m a x c o s ( p , ax , )=。 、c o s a ( 2 . 1 3 ) 协z=fz m m c o s ( 广6 ， ， ) 二 s ， c o s 。 /、 、 c o s ( p , 5 ，) = s : c o s ￥ 其中: “ 、产、“ ， pz 分别代表x y 2 象偏转。 显然，p 、为象倾斜， y8 pv pz，为光轴偏;6 、6 y6 ， 为经棱镜调整后在各像平面x 、 z 上的象偏转量;。 、日 、丫 为棱镜转轴p分别同极 值轴向6 ,5 ， 、 z的 夹角。0 为棱镜绕光轴调整的微动转角。 2 . 2 . 2 .4 棱镜微量转动 ( 移动) 对x t l 1 0 0 0 连续变倍体视显微镜之象偏转的影响 下面对x t l 1 0 0 0 连续变倍体视显微镜采用的棱镜转像系统 ( 如图2 . 3 ) ，应用上 述棱镜调整的计算公式，进行分析、计算: 工程硕十学位论文 连续变倍休视显微镜装校技术研究 - - x 图2 . 5 :双目 转向棱镜系统分析图 假设入射坐标系为x y z ( 如图2 .5 所示) ， 因光学系 统经过4 次反射， 属偶次反射 棱镜， 故y 的方向 应为入射光轴的同向， 沿x 方向 作一微量移动 x ， 可以 得出x 方向如图2 .5 所示，利用右手系规则，可以得出z 方向 ( 如图2 . 5 所示) 。下面来分 析棱镜微量转动 ( 移动) 对系 统中x , y , z 方向 象偏转的 影响程度。 用坐 标x y z 的 三个单 位向 量i t 、 j 、 k 来表 达坐 标x y z 的 三个单位向 量i , j , k ，根据图2 . 5 ，有以 下关系式: k =k i = - i t c o s 4 5 0一 j s i n 4 5 0 j = - i t s i n 4 5 0+j c o s 4 5 0 将上述关系式代入公式 ( 2 . 1 1 ) ，得: s 、 一0。( i 一 i ) = 。( i t+1 c o s 4 5 0+j s in 4 5 0) =( 1 .7 1 i + 0 .7 1 ) )8 5 y . = e ( y j ) = o e ( i f +i s in 4 5 一 c o s 4 5 0) =旧. 7 1 i t +0 . 2 9 j )e s z . = 0 ( k 一 k ) 司 1 3 应用的主要原理 t程硕 卜 学位论文 可以得出: ， 、 m a z = s 、 =( 1 .7 1 2 + 0 .7 1 ) a 0 = 1 .8 5 0 u ， ， 。 一 s . 一( 0 .7 1 2 + 0 . 2 9 2 ) a 0 = 0 .7 7 0 0 u : m a y = 然后把物镜中前组拨叉组套在变焦导柱上:在其下方再依次装 入钢球 ( 其表面涂果冻油) 、 变焦导柱压钉， 调节变焦导柱压钉的松紧，使变 焦导 柱转动舒适; 将装有上述零部件的变焦导柱装入变焦座上 ( 如图 3 . 8所 示) 。( 注:原设计时，导柱与变焦座间不是采用轴承结构，只是在装配过程 中发现两者间间隙过大，后才改用轴承结构。 ) 取导柱一根， 将表面均匀涂抹果冻油， 然后将物镜中后组拨叉组套在导柱上， 紧接下方套入物镜中后组拨叉压簧，而后将装有上述零部件的导柱装在变焦 座上，用挡圈、螺钉旋紧固定导柱。 取导柱四根，将表面均匀涂抹果冻油，然后将变倍物镜中前镜组和变倍物镜 中后组分别套在四根导柱上，而后将导柱装在变焦座上 ( 方法同步骤) 。 将人 锥齿轮套在变倍手轮轴上， 然后将变倍手轮轴装在变焦座上 ( 如图示) ， 左边用挡圈将变倍手轮轴定位，然后将左变倍手轮装入，用螺钉固定;右边 用变倍定位钉轴套定位变倍手轮轴，然后将右变倍手轮装入，用螺钉固定。 沿变倍手轮轴横向调节大锥齿轮，使大锥齿轮与小锥齿轮啮合舒适，无明显 间隙，此时用螺钉将大锥齿轮固定。 检查变倍系统装配是否合格:转动左右变倍手轮，使大锥齿轮带动小锥齿轮 转动，小锥齿轮带动变焦导柱转动，从而使中前组拨叉组和中后组拨叉组的 导向螺钉上下移动， 中前组拨叉组和中后组拨叉组的u型槽 ( 如图3 .8 所示) 又分别带动左 ( 右) 变倍中前镜组和左 ( 右)变倍中后组上下移动，从而使 整个系统实现连续变倍。 变倍物镜系统整体装配的技术要求: 光学零部件应清洁，不允许有脱胶、脱膜、 霉点、 污迹和显著的气泡、 麻点、 擦痕、尘埃及其他疵病。 外露零部件不允许有裂纹、毛刺和显著的伤痕、 塌陷等缺陷， 接合处应平整。 表面镀涂层应平整光滑牢固、 色泽均匀鲜明，不允许有影响美观的缺陷。 紧固部位应连接可靠，不允许有松动现象。 ( 后续有校正调节需要的零部件除 外) 。 各移动和转动机构，运动应平稳、灵活、舒适，无过紧、过松及滞涩、急跳 等现象。 丁程硕 卜 学位论文连续变倍体视u 微镜装校技术研究 3 .4调焦机构的 装配 x t l 1 0 0 0 连续变倍体视显微镜使用的调焦机构的结构图，如图3 .9 ， 、 舀 里 ! 咐 e . 能 图3 . 9 调焦机构 调焦机构的合理的装配过程是: 手轮上装好摩擦块， 把一个手轮装在齿杆的一端上。 在垫圈两面涂上润滑脂， 把一个垫圈装在齿杆上。 在基型立臂两侧的轴孔中分别装入轴套，在轴套孔中涂上润滑油。 把齿杆穿过立臂上的轴套，在齿杆的另一端装上一个垫圈和一个手轮， 螺母，垫圈的两面涂上润滑脂。 调整手轮和齿杆的位置，使手轮转动舒适，无涩紧、晃动等现象。 调焦机构装配技术要求: 手轮转动手感舒适，无紧涩、晃动现象。 手轮固定牢固，无松动现象。 基型立臂部件的装配 x t l i 0 0 0 连续变倍体视显微镜使用的基型立臂部件的结构，如图3 . 1 0 装入 ， 旋上 3 . 5 1压圈 2后镜组外座 3后镜组内 座 4胶合组 ( 四) 5隔圈 6后组透镜三 图3 . 1 0 基型立臂部件 装配过程技术研究 t . 程硕i : 学位论文 基型立臂部件的合理的装配过程是: 按装配图所示零件位置，装配滑板组件，如图3 . 1 1 所示。 1齿条 2分珠板 3短 v ”形条 4滑板 5螺钉 6圆柱销 7钢珠 图3 . 1 1 滑板组件 注意: a )短 + v,. 形条上及滑板的两边均应涂上润滑脂。 按装配图 所示零件位置， 装配滑条组件， 如图3 . 1 2 所示。 注意: a )螺钉4 固定滑条于支架上时，螺钉不要拧紧，以便调整。 v”形条上以及滑条的导轨面上应涂上润滑脂 1支架 2滑条 3长 “ v ”形条 螺钉 螺钉 二. ，尸 图3 . 1 2 滑条组件 将前 述己 装配好的 滑板组件从支架滑条组件的上端装入由 两个滑条组成的导 轨中。( 图3 . 1 0 箭头所示方向) 调整两个滑条的位置， 使钢珠和“ v ” 形槽结合紧密无间隙， 滑板上下滑动时 手感舒适。 调整滑条上的紧定螺钉， 是齿条和齿杆结合舒适， 手轮转动时无空回、 紧涩、 轻重不一等现象. t程硕士学位论文连续变倍体视显微镜装校技术研究 把滑板滑动最顶端，用螺钉把托架连接在滑板上;再把滑板滑到下端，通过 支架上的两个通孔，用螺钉固定托架。 在滑板上的定位螺孔中拧入一螺钉，限定滑板滑动范围。 把指示板分别装到左右两个手轮上。使指示板上的指示标记一致，用 a b胶 粘牢。 基型立臂部件装配技术要求: 装好后，滑板上下滑动时手感舒适、无紧、涩、卡现象。 要求齿条和齿杆结合舒适，手轮转动时无空回、紧涩、轻重不一等现象。 3 .6基型底座部件的装配 x t l 1 0 0 0 连续变倍体视显微镜使用的基型底座部件的结构，如图3 . 1 3 基型底座部件的合理的装配过程是: 在底座上的脚垫孔中点入a b胶，再把脚垫装入脚垫孔中粘牢固。 用螺钉垫上弹簧垫圈把基型立臂部件固定在底座上。 将卡簧与卡簧座对好孔位，用螺钉将之固定在底座上。 把承物板胶合件装在底座上，并用卡簧卡紧。 把止紧螺钉装在托架上。 将切片压片、 弹簧按图示对好孔套在压片柱上。 并一同用螺钉固定在底座上， 摒紧。 o lr几性 1 基型立臂部件 2 底座 3 承物板胶合件 4 脚垫 5 1 卜 紧螺钉 6 螺钉 7 弹簧垫圈 8 卡簧 9 螺钉 1 0 卜 簧座 1 1切片压片 1 2弹簧 1 3压片柱 1 4螺钉 鱼 1 1 1 , 1 3 肠. 9 . 队 尸一 产了 厂 尸一 / i ll / /了 刃/丫 图3 . 1 3 基型底座部 件 3 . 7射灯部件的装配 x t l 1 0 0 0 连续变倍体视显微镜使用的射灯部件的结构，如图3 . 1 4 装配过程技术研究 丁程硕十 学位论文 1 灯座接头 z 螺钉 3 灯头 4 射灯 5 灯座后座 6 弹簧 7 灯座前座 s 滤色片 9开口一 卡 圈 图3 . 1 4 射灯部件 射灯部件的合理的装配过程是: 用螺钉将灯头固定在灯座接头上。 将组装在灯座接头的灯头一同旋入灯座后座上， 再将射灯的灯角插入灯头中。 将滤色片摆放入灯座前座中.并用开口卡圈卡住。 在组装好的 灯座前 座和灯座后座之间按图 示方式放入弹簧并旋合。 将装配好的射灯部件 ( 3 . 1 .7 ) 装入基型立臂部件 ( 3 . 1 .5 ) 的托架相应位置上， 如图 3 . 1 5 ，装配过程是:将垫圈套在连接螺钉上，将己经组装好的基型立臂 部件和射灯部件按图示方式进行组装，并用连接螺钉的螺纹端旋入射灯部件 的螺纹中。 基烈立臂部件 射灯部件 连接螺钉 垫圈 图3 . 1 5 射灯部件装入托架位置示意图 射灯部件装配技术要求: 连接时保证鞍型l l 圈可以 调节松紧， 使射灯在松开 连接螺钉时能够比 较自 由 的调 整射灯的方向。 工程硕士学位论文 连续变倍体视显微镜装校技术研究 4 校正过程技术研究2 7 -3 2 在生产过程中往往会碰到像跳、不齐焦、像偏移等质量问题， 这些问题有的只 能靠零件保证，而大部分的都是靠校正手段保证。因此，校正是 x t l 1 0 0 0连续变 倍体视显微镜开发成功与否的关键，它也是本次课题研究的重点、难点。 连续变倍体视显微镜系统性能要求决定其设计要求， 校正的目的是为了在装配 过程中将零散的零件组装时采用调整的手段来保证设计要求， 具体的校正内容根据 设计和检验标准，所以， 要完成一个好的校正系统，必须了解其检测要求， 根据检 测标准制作相应的工艺、 工装及校正方案以实现显微镜的要求，同时要编制好一个 具有指导意义的工艺并设计有保证的工装， 在制作工艺工装前必须得分析显微镜的 各零件在系统中的作用。 在显微镜的设计过程中，针对每一个零件，对系 统而言， 它们都承载着不同的功能， 而每一个功能在校正中都必须将之发挥到最佳效果，因 此，在校正过程中，必须靠调节承载功能的各个零件去实现校正。 x t l i o o o 连续变倍体视显微镜的光学系统由前组、变倍中前组、变倍中后组、 后组、双目 转向棱镜系统等组成，每个组成部分都有确定的棱镜、透镜、金属件， 这些部件在校正光学系统方面起到比较关键的作用，在整个调整过程中， 整个光学 系统的校正过程基本上就是在调节这些零部件，而从上述的零件的作用看，如变倍 中后组，后组，双目 转向系统，都可以调整中心，在这种状态下，同时用三组零件 去调整一个参数是不可靠的，自由度大对金工零件等的要求会降低， 但对校正来说 是存在很大困难的， 特别是最后的转向 棱镜， 除转向外还会有方位差的引入， 若将 之与其他物镜组去同时校正中心的话，势必无法同时快速的保证。所以，如果要提 高生产效率，保证性能要求，最理想的目 标是将零件进行分工，以每个零件只承担 一个关键的功能为目标，分解后，对于每个关键部件的校正将会独立而有关联。 在 x t l 1 0 0 0连续变倍体视显微镜的成像系统中，关键的只有两大部分， 而这 两大部分是相对独立的，一个是物镜成像系统，一个是双目 转向系统，前者只是成 像，即使没有后面的双目 转向系统， 它的像还是完整的存在;而后者只是转向，即 使换一个物镜系统它还只是 将光路改变了传播方向。因此， 在校正此观察头系统时 可以将两者分开去进行校正，分开时各实现其应有的功能。经过分析研究知道， x t l 1 0 0 0 连续变倍体视显微镜的校正主要 涉及两大系统部件: 变倍物镜系 统、 双目 转向 棱镜系 统。我们把整个 x t l 1 0 0 0连续变倍体视显微镜的校正 过程分双目 转向 棱镜系统的校正、 单光轴变倍系统的校正、 总校双光轴变倍系统保证物镜齐焦和双 目光轴平行性三个方面。下面分别研究各步骤的校正方法和过程。 4 . 1 双目 转向 棱镜系统的校正3 3 1 对于双目 转像棱镜系统的 校正， 需要制作专用校正的工具和机架， 由 于双目 系 校正 过程技术研究t 程硕士 学位论文 统无法校正基准棱镜面，所以可以采用左右转向系统单独校正， 校正时通常使用运 动或旋转的方式进行校正，旋转有利于保证系统与基准垂直，与转轴同轴， 而这两 个都是一个系 统所需要的， 转向 系统围绕校正 机架的主轴旋转3 6 0 0， 调整中心不 超过要求数值格即为合格。 在校正 双目 转像棱镜系统之前， 首先应校正标准物镜 ( 序号5 ) 光轴与系统转 轴同 轴3 6 -3 8 . 。 如图4 . 1 所 示: t目镜 2 标准筒 3校正架 物镜转动座 标准物镜 6调节螺钉 图4 . 1 双目 转像棱镜系统校正架校准示意图 校正架校准过程: 根据双目 转像棱镜系统的光学筒长和垂直度要求， 设计标准筒， 以 备校准装 置使用; 将目镜装在标准筒上，将标准筒装在校正架上; 转动物镜转动座来观察目 镜中分化中 心像的变化， 如果中 心像不在目 镜分划 中 心， 调节标准物镜上的调节螺钉， 使中 心分划像与目 镜分划中 心重合， 且 保证物镜3 6 0 度转动中心分划像的跳动在要求范围内。 物镜与系统转轴校正合格后， 就可以进行双目 转向 棱镜系统的校正。校正装置 如图4 .2 所示: 2 8 丁程硕上学位论文 连续变倍体视9 微镜装校技术研究 /尸 图4 .2校正双目 转向棱镜系统装置 具体校正步骤: 普罗棱镜 ( 序号”用胶预胶在目 镜座上， 将装配好的双目 转向棱镜系统放 置在前述己校正合格的校正架上; 移动载物台上的圆十字分划板，使其十字线所成的像与分划目 镜上的分划 线的像重合; 转动整个双目 转向 棱镜系统至 1 8 0 度的位置， 如果十字丝像不再重合， 根 据棱镜调整原 理应用于x t l 1 0 0 0 连续变倍体视显微镜光学系统得出的结论 ( 2 ,2 .4 ) : 沿x , y 方向 移 动 或 转 动系 统中 的 零 件 ， 达 到 像移 动的目 的 。 这 里我们通过用垫垫片的方法调整反光镜 ( 序号2 ) 角度位置的手段， 使其偏 差值缩小到一半位置上，再移动载物台上的圆十字分划板，使其十字线所 成的像与分划目 镜上的分划线的像重合; 转动整个双目 转向 棱镜系统至 0 度的 位置， 检查圆十字分划板的十字线所 成的像与分划目 镜上的分划线的像是否仍然重合。 若不重合，重复之动 校正过程技术 研究 丁程硕十 学位论文 作进行调整。如此反复校正，直到整个双目 转向 棱镜系统 1 8 0度旋转后其 偏差值小于要求范围为合格; 如果只调整反光镜的位置不能校正合格，则少量转 ( 移)动普罗棱镜的位 置使之合格. 然后将普罗棱镜胶牢。 左右转向棱镜系统的校正方法相同。 在该双目转向棱镜系统的实际校正时，偏差值很难校正至符合规定要求。经分 析发现是由于普罗棱镜胶合角度偏差较大而导致普罗棱镜的方位差较大所致。 后设 计制作专用普罗棱镜胶合模具， 重新胶合普罗棱镜， 保证其方位误差满足图样要求， 在重新校正时，可以使偏差值小于要求范围。 4 .2变倍物镜系统的 校正3 9 a 2 我们知道:本次设计、评审定型的 x t l i 0 0 0连续变倍体视显微镜变倍物镜系 统结构如图4 . 3 所示。 s物镜前组 2物镜中前组 3物镜中后组 4偏心调整靠钉 5物镜后组 %4 , 3 x t l 1 0 0 0 连续变倍体视显微镜变倍系统 可以 看出， 整个变倍物镜系统由 两组完全相同、 夹角1 0 “的光路组成， 每组物 镜光路均包含有物镜前组、 3 0 物镜中前组、 物镜中后组、 物镜后组、 偏心调整靠钉等， 工程硕士学位论文 连续变倍体视显 微镜装校技术研究 根据设计结构要求，对它们的作用及校正作出如下分析: 物镜前组:成像系统的第一面透镜，成像的起始面，该零件的位置需要金工零 件保证，不可校正，后面的其他零部件可以补偿其不足。 物镜中前 组:起连续变倍作用的第一面透镜，决定连续变倍的起始轴线方向， 两侧的同步性靠支撑它的零件保证，后面的其他部件也可以补偿其不足。 物镜中后组: 起连续变倍作用的第二面透镜， 在该系统中比较关键的一组光学 小部件， 调整两组的相对高度可以补偿前面两组镜片的齐焦不足， 保证放大倍率和 双目齐焦同步，而调整其上的调节螺钉改变变倍中后组与移动轴线的相对位置，则 可以调节变倍方向的连续变倍过程中心。 物镜后组:其重要性与变倍中后组一样，调整两组镜片的相对高度可以，与变 倍中后组形成互相补偿的校正，保证全程齐焦， 调整后组的中心，可以确保系统的 像的到视场中心。 偏心调整靠钉:调整两组变倍中后组的相对高度，以调整双目 齐焦。 通过上述对变倍物镜系统的校正作出的分析， 我们在对变倍物镜系统的校正时 的最终目的应是通过对变倍物镜中前组、变倍物镜中后组、变倍物镜后组的调节， 达到物镜齐焦、中心不溢出规定、 双目 光轴平行等的技术要求。 要达到技术标准规定的齐焦、中心、光轴平行性等要求， 在本节我们首先研究 单光轴，消除光轴 “ 偏心” 对校正工作的影响，主要工作内容是校正单组物镜系统 的前组、中前组、中后组、后组光轴同轴，尽可能减少光轴 “ 偏心” 对变倍物镜系 统的影响，为后续齐焦校正、中心校正、光轴平行性校正打好基础。 根据本文2 . 1 中原理引出的“ 调整应在大倍率下进行” “ 每次调整一半、 逐步收 敛，等结论, 1 3 i 。经过多次实践过程， 得出如下具体的单光轴同 轴的 校正过程: 校正目镜调节到零视度， 放到一目 镜筒上; 将目 镜筒调节圈也调节到零视度; 在高倍率情况下，调节调焦手轮，使物象清晰; 移动圆十字分划板， 将高倍像点调到一个位置( 记为0 1 ) ， 反复变倍， 找出 变倍过程中偏离0 ， 位置最大的像点位置: 通过旋两个螺钉 ( 图3 .6 之序号i ) 调节中后组的中心将最大的偏离像点调 到o : 一半位置处， 再移动圆 十字分划板至该位置( 记为o z ) ; 再反复变倍， 找出 变倍过程中偏离o z 位置最大的像点位置: 重复、步骤，如此反复校正.直至高低连续变倍过程中像点的偏离范 围在要求之内，即认为光轴同轴。 相同的方法校正另一组物镜光轴同轴。 校t . 过程技术4 1 1 究 t程硕十学位论文 4 . 3整体校正 4 . 3 . 1标准要求 4 .3 . 1 . 1 ( q / j g 1 1 3高性能体视显微镜企业标准中对变倍系统的要求是: 变倍时像平面的横向位移:不得大于0 .4 m m. 物镜齐焦:显微镜各倍率物镜应齐焦， 变倍后不经调焦仍应能看清物体 的轮廓。 4 .3 . 1 .2 x t l 1 0 0 0连续变倍体视显