1　概述

　　在端度計(jì)量?jī)x器上進(jìn)行精密比較測(cè)量時(shí)，必須對(duì)儀器的可調(diào)式工作臺(tái)進(jìn)行調(diào)整，使工作臺(tái)表面與測(cè)量軸線的垂直度達(dá)到允許的精度范圍之內(nèi)。但是，一些計(jì)量檢定人員，由于對(duì)工作的結(jié)構(gòu)、調(diào)整原理及調(diào)整方法不太清楚，往往花費(fèi)較多的時(shí)間，仍不能將工作臺(tái)表面與測(cè)量軸線的垂直度調(diào)整到應(yīng)有的精度。
　　本文以立式光學(xué)計(jì)常用的三點(diǎn)支承工作臺(tái)和錐面支承工作臺(tái)為例，談?wù)効烧{(diào)式工作臺(tái)的結(jié)構(gòu)、調(diào)整原理和調(diào)整方法。實(shí)踐證明，該調(diào)整方法簡(jiǎn)便，調(diào)整速度快，精度高，一般在1～2min即可將工作臺(tái)表面與測(cè)量軸線的垂直度調(diào)整到允許的精度(0.3μm)范圍之內(nèi)。

2　可調(diào)式工作臺(tái)的結(jié)構(gòu)

　　可調(diào)式工作臺(tái)的結(jié)構(gòu)如圖1所示。圖1(a)為三點(diǎn)支承工作臺(tái)，其上層由3個(gè)支承點(diǎn)A、B、C支承著，其中C是固定支承點(diǎn)，A和B是由2個(gè)微調(diào)螺釘構(gòu)成的活動(dòng)支承點(diǎn)。由AC和BC構(gòu)成2條相互垂直的傾轉(zhuǎn)軸線。注意，在將工作臺(tái)安裝在儀器底座的錐孔中時(shí)，一定要將傾轉(zhuǎn)軸線AC和BC與操作者的左右、前后方位相一致，調(diào)節(jié)螺釘A和B,即可使工作臺(tái)表面與儀器測(cè)量軸線相互垂直，達(dá)到工作臺(tái)調(diào)整的目的。
　　圖1(b)為錐面支承工作臺(tái)，它是一個(gè)由環(huán)形錐面支承著的活動(dòng)工作臺(tái)。通過調(diào)節(jié)兩對(duì)相互垂直的左右和前后4個(gè)調(diào)整螺釘A、B、C、D來(lái)改變工作臺(tái)相對(duì)于錐面支承的位置，從而達(dá)到調(diào)整工作臺(tái)表面與測(cè)量軸線相互垂直的目的。

圖1　可調(diào)式工作臺(tái)的結(jié)構(gòu)

3　可調(diào)式工作臺(tái)的調(diào)整原理

　　可調(diào)式工作臺(tái)的調(diào)整原理是依據(jù)“一平面上兩相交直線分別平行于另一平面上的兩相交直線，則此兩平面平行”的幾何原理，并通過裝在測(cè)量軸線上平面測(cè)帽的端面與放置在工作臺(tái)面上的量塊的上表面相互平行而達(dá)到調(diào)整的目的。工作臺(tái)的調(diào)整原理如圖2所示。

圖2　可調(diào)式工作臺(tái)的調(diào)整原理

　　由圖2(a)和圖2(b)均可看出，無(wú)論是三點(diǎn)支承工作臺(tái)，還是錐面支承工作臺(tái)，工作臺(tái)實(shí)際表面EE'與理想表面CC'相交于P（為方便敘述，本文均把工作臺(tái)表面與測(cè)帽端面平行時(shí)的表面稱為“理想表面”，且工作臺(tái)實(shí)際表面、理想表面均指工作臺(tái)上放置的量塊的上表面）。EE'和CC'重合的過程，點(diǎn)P也沿 CC'移動(dòng)。當(dāng)EE'和CC'重合時(shí)，工作臺(tái)表面為理想表面。由點(diǎn)P所在的位置，即OP的距離，可以求出把傾斜的工作臺(tái)表面調(diào)為理想表面時(shí)，測(cè)帽端面所移動(dòng)的距離t,由圖2(a)和圖2(b)均可得到：

tgα=2δ/d=2(N₁-N₂)/d      (1)

　　式中　N₁——量塊置于測(cè)帽左（前）半部?jī)x器讀數(shù)；
　　　　　N₂——量塊置于測(cè)帽右（后）半部?jī)x器讀數(shù)；
　　　　　d——平面測(cè)帽直徑；
　　　　　α——工作臺(tái)實(shí)際表面與理想表面的夾角。
　　由式(1)可以看出，當(dāng)兩次儀器讀數(shù)差為零時(shí)，即δ=N₁-N₂=0時(shí)，工作臺(tái)表面為理想表面。

4　工作臺(tái)的調(diào)整方法

4.1　t值的求解
4.1.1　三點(diǎn)支承工作臺(tái)的t值。
　　由于圖3中的ΔABD∽ΔPOD,所以

OD=BD^.OP/AB      (1')

將OD=t,BD=δ,OP=l±Δl(圖3(a)中的OP=l-Δl,圖3(b)中的OP=l+Δl),AB=d/2,代入式(1')得

t=2δ(l±Δl)/d      (2)

又由ΔCKP中得

Δl=H^.tg(α/2)      (2')

圖3　三點(diǎn)支承工作臺(tái)的t值計(jì)算

　　實(shí)際上，由于工作臺(tái)表面傾斜角很小，α≈0,可以認(rèn)為tg(α/2)≈1/2tgα=δ/d,得

Δl=Hδ/d      (3)

將式(3)代入式(2)，化簡(jiǎn)后得：

t=2lδ/d±2H^.(δ/d)²      (4)

　　當(dāng)固定支承中心C處于工作臺(tái)表面高位置一側(cè)（圖3(a)）,t值按式(4)中的負(fù)號(hào)計(jì)算；處于低位置一側(cè)時(shí)（圖3(b)）,t值按式(4)中的正號(hào)計(jì)算。
　　由于α≈0,且dδ,這時(shí)(δ/d)²趨近于零，固定支承中心C至理想表面CC'的高度H對(duì)t值的影響可以忽略不計(jì)，式(4)可改寫為

t=2lδ/d      (5)

　　式中　t——測(cè)帽端面至理想表面的距離；
　　　　　l——測(cè)量軸線與傾轉(zhuǎn)軸線在理想表面上的投影間的距離；
　　　　　δ——工作臺(tái)高、低點(diǎn)儀器讀數(shù)差；
　　　　　d——平面測(cè)帽直徑。
　　根據(jù)立式光學(xué)計(jì)三點(diǎn)支承工作臺(tái)的各設(shè)計(jì)參數(shù)：工作臺(tái)兩傾轉(zhuǎn)軸線垂直，即圖1(a)中的∠ACB=90°，l=12.5mm,當(dāng)選用d=8mm平面測(cè)帽，用10mm量塊（量塊尺寸大小對(duì)調(diào)整無(wú)影響）調(diào)整時(shí)，由式(5)可計(jì)算出

t=3.13δ≈3δ

式中　t和δ均以μm計(jì)。

4.1.2　錐面支承工作臺(tái)的
　　t值在圖2(b)中，分別作BD∥AC,B'D'∥A'C'，且BD=AC,B'D'=A'C'，連接DD'及CC'，這時(shí)，DD'與CC'交于P'。
由于　ΔCDP'≌ΔABQ
得　∠DCP'=∠BAQ=
　　∠CDP'=180°-(+α)
由正弦定理可得

DP'=CP'sin/sin(+α)      (6)

同理

ΔC'D'P'≌ΔA'B'Q

得　∠C'D'P'=∠A'B'Q=-α
　　∠D'C'P'=180°-

由正弦定理可得

P'D'=C'P'sin?/sin(-α)      (7)

又

DP'+P'D'=CP'+P'C'=D      (8)

　　從式(6)、(7)、(8)可求得

　　由圖2(b)可知

OP'=CP'-OC=CP'-D/2

故

在ΔPP'Q中

∠PQP'=α/2,P'Q=AC=H'

得　PP'=Htg(α/2)
從而得到

      (9)

t=OPtgα      (10)

　　在一般情況下，工作臺(tái)表面的傾斜角很小，α≈0,這就可以認(rèn)為cosα=1,tgα=sinα=2tg(α/2),將式(9)代入式(10)，并以α≈0為條件進(jìn)行整理，即可得到

t=2(Dctg+H)^.tg²(α/2)      (11)

又由式(1)得

tg(α/2)=δ/d

將上式代入式(11)，則

t=2(Dctg+H)      (12)

由于環(huán)形支承錐面的斜角較小(約5°)，支承面至理想表面的高度H對(duì)t值的影響可以忽略不計(jì)，則式(12)可以改寫為

t=2Dctg(δ/d)²      (13)

　　現(xiàn)以立式光學(xué)計(jì)錐面支承工作臺(tái)的設(shè)計(jì)參數(shù)D=76mm,=5°，如果選用d=8mm的平面測(cè)帽，由式(13)可得

t=0.027δ²≈0.03δ²

式中　t和δ均以μm計(jì)。
　　為了方便調(diào)整，避免差錯(cuò)，現(xiàn)將常用的幾種平面測(cè)量帽的t值列入下表。

表 　t表值

4.2　調(diào)整方法、步驟
　　無(wú)論是三點(diǎn)支承工作臺(tái)還是錐面支承工作臺(tái)，其調(diào)整方法都是在如圖4所示的測(cè)帽端面下的左、右、前、后4個(gè)位置放置量塊，并依據(jù)儀器高、低點(diǎn)的讀數(shù)差δ確定調(diào)整量

圖4　可調(diào)式工作臺(tái)調(diào)整時(shí)量塊的放置

　　*　三點(diǎn)支承工作臺(tái)的調(diào)整方法
　　將量塊放置在工作臺(tái)與測(cè)帽端面之間，使量塊在左、右、前、后4個(gè)位置上，見圖5。調(diào)整螺釘A,則上層工作臺(tái)以BC為軸線作傾轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，可調(diào)整工作臺(tái)表面 AC方向的傾斜；調(diào)整螺釘B,則上層工作臺(tái)以AC為軸線作傾轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，可調(diào)整工作臺(tái)表面BC方向的傾斜。這樣，反復(fù)調(diào)整螺釘A和B,即可使工作臺(tái)表面與測(cè)量軸線相垂直。

圖5　三點(diǎn)支承工作臺(tái)的調(diào)整方法

　　例如，選調(diào)整AC(左、右)方向。按圖5(a)將量塊置于位置左，讀出儀器讀數(shù)N₁,然后把量塊移至位置右，讀出儀器讀數(shù)N₂,這時(shí)，位置左、右的儀器讀數(shù)差為

δ=N₁-N₂

　　當(dāng)δ超出規(guī)定時(shí)，需進(jìn)行工作臺(tái)的調(diào)整，根據(jù)d和δ的大小，由t值表中查出t值，以低點(diǎn)為基準(zhǔn)調(diào)整工作臺(tái)。當(dāng)δ為正時(shí)，位置右為低點(diǎn)，N₂為低點(diǎn)儀器讀數(shù)；當(dāng)δ為負(fù)時(shí)，位置左為低點(diǎn)，N₁為低點(diǎn)儀器讀數(shù)。當(dāng)傾轉(zhuǎn)軸線（固定支承中心C）于高點(diǎn)一側(cè)時(shí)（見圖3(a)）,將低點(diǎn)升高一個(gè)t值；當(dāng)傾轉(zhuǎn)軸線于低點(diǎn)一側(cè)時(shí)（見圖3(b)）,將低點(diǎn)降低一個(gè)t值。即通過升降A(chǔ)可得到工作臺(tái)表面為理想表面時(shí)的儀器讀數(shù)N,即

N=N₂+t
N=N₁-t

　　同理，按圖5(b)將量塊置于前、后位置，通過升降B進(jìn)行BC(前、后)方向傾斜的調(diào)整。當(dāng)前、后方向的傾斜調(diào)整好后，再校對(duì)左、右方向，直至左、右、前、后方向均在規(guī)定范圍之內(nèi)，則認(rèn)為工作臺(tái)表面與測(cè)量軸線的垂直度合格。
　　*　錐面支承工作臺(tái)的調(diào)整方法
　　錐面支承工作臺(tái)的調(diào)整可按如下3種方法進(jìn)行。
　　①　粗調(diào)——t值修正法。
　　根據(jù)d和δ的大小，由t值表查出t值，以低點(diǎn)為基準(zhǔn)進(jìn)行工作臺(tái)調(diào)整。通過旋轉(zhuǎn)螺釘A、B(見圖1(b)),使調(diào)整后的儀器讀數(shù)為N=N₂-t,則工作臺(tái)表面處于理想表面，如圖6所示。

圖6　錐面支承工作臺(tái)的調(diào)整方法

　?、凇【{(diào)——高點(diǎn)調(diào)低法。
　　從t值表可以看出，當(dāng)δ不大時(shí)，t值很小，可以不考慮t值的影響。直接將量塊放在高點(diǎn)位置（圖6(a)）,讀出儀器讀數(shù)N₁,再把量塊移至低點(diǎn)位置（圖6(b)）,讀出儀器讀數(shù)N₂,然后把量塊放回高點(diǎn)位置，通過旋轉(zhuǎn)螺釘A、B,把儀器讀數(shù)N₁調(diào)為N₂,即使N₁=N₂。這樣反復(fù)1～2次即可將δ調(diào)整為零，則工作臺(tái)表面處于理想表面。
　?、邸〗?jīng)驗(yàn)法——轉(zhuǎn)折點(diǎn)法。
　　對(duì)于熟練的儀器操作者，也可以按高、低點(diǎn)的儀器讀數(shù)變化直接進(jìn)行調(diào)整。其方法是，找到如圖2(b)中的點(diǎn)P與點(diǎn)O相重合的那一瞬間的儀器讀數(shù)，即轉(zhuǎn)折點(diǎn)的示值。由圖6得

N=N₂-t=N₁-(t+δ)

　　式中　N₂——低點(diǎn)儀器讀數(shù)；
　　　　　N₁——高點(diǎn)儀器讀數(shù)；
　　調(diào)整A、B螺釘，使高點(diǎn)1降低，這時(shí)低點(diǎn)2也降低。當(dāng)讀數(shù)N₂減小t,N₁減小t+δ時(shí)，則表明工作臺(tái)表面為理想表面。繼續(xù)調(diào)整A、B螺釘，N₁繼續(xù)減小，而N₂則反而增大，N₂由降轉(zhuǎn)為升的瞬間就是轉(zhuǎn)折點(diǎn)。這時(shí)儀器讀數(shù)是轉(zhuǎn)折點(diǎn)的示值，即工作臺(tái)表面處于理想表面的儀器讀數(shù)N。同理，C、D方向亦按上述方法調(diào)整，直至A、B和C、D方向均合格為止。
　　這里應(yīng)指出，無(wú)論是三點(diǎn)支承工作臺(tái)還是錐面支承工作臺(tái)，當(dāng)以圖4所示的左、右、前、后4個(gè)位置放置量塊進(jìn)行復(fù)驗(yàn)（校對(duì)）時(shí)，如果儀器的讀數(shù)差δ未超出規(guī)定范圍(0.3μm)，則說明工作臺(tái)表面已處于理想表面，也就是說完成了工作臺(tái)表面與測(cè)量軸線垂直度的調(diào)整。

5　幾點(diǎn)說明

　?、佟‘?dāng)確定了高、低點(diǎn)的儀器讀數(shù)，求出δ后，通過工作臺(tái)的微動(dòng)升降裝置，將低點(diǎn)讀數(shù)調(diào)為零（不改變工作臺(tái)表面的傾斜），然后，根據(jù)δ的大小，由t值表查出t值，通過調(diào)整螺釘使儀器讀數(shù)為t或(-t)。這樣，可使工作臺(tái)調(diào)整更簡(jiǎn)便，速度更快，且不易出差錯(cuò)。
　?、凇∪c(diǎn)支承工作臺(tái)的活動(dòng)支承A、B(微動(dòng)螺釘)和固定支承C(鋼球)與上工作臺(tái)底面的接觸時(shí)的曲率半徑不一致時(shí)（立式光學(xué)計(jì)就是例證），當(dāng)調(diào)整工作臺(tái)另一方向的傾斜時(shí)會(huì)影響已調(diào)好的這一方向，因而影響調(diào)整速度。如果使2個(gè)微調(diào)螺釘?shù)那蚨税霃胶凸潭ㄖС袖撉虻陌霃较嗤?，可使工作臺(tái)的調(diào)整速度更快一些。
　?、邸∪绻⑹浇佑|式干涉儀的工作臺(tái)一樣，將固定支承中心C設(shè)計(jì)在三點(diǎn)支承工作臺(tái)的中心（嚴(yán)格說來(lái)，是測(cè)量軸線在工作臺(tái)面上的投影的那一點(diǎn)）。這樣，調(diào)整時(shí)必然有一個(gè)點(diǎn)落在傾轉(zhuǎn)軸線上，這時(shí)t值等于零，可直接按高、低點(diǎn)的讀數(shù)差δ進(jìn)行調(diào)整：如果高點(diǎn)落在傾轉(zhuǎn)軸線上，就將低點(diǎn)升高δ；如果低點(diǎn)落在傾轉(zhuǎn)軸線上，就將高點(diǎn)降低δ。只是將工作臺(tái)的結(jié)構(gòu)稍加改進(jìn)，就會(huì)使工作臺(tái)的調(diào)整更加簡(jiǎn)便，且可大大提高工作臺(tái)的調(diào)整速度。
　　④　可調(diào)式工作臺(tái)的調(diào)整方法很多。本文介紹的是一種通過以定量值快速達(dá)到調(diào)整目的的方法，但這里應(yīng)指出的是，如果僅弄懂了可調(diào)式工作臺(tái)的調(diào)整原理和調(diào)整方法，而不熟悉配用儀器的性能和操作方法，以及工作臺(tái)調(diào)整的一些細(xì)節(jié)和技巧，則調(diào)整過程中還將會(huì)出現(xiàn)失誤，甚至致使調(diào)整失敗。這對(duì)于初操作帶可調(diào)式工作臺(tái)儀器的計(jì)量檢定人員來(lái)說，更應(yīng)引起注意。