1　概述

　　在端度計量儀器上進行精密比較測量時，必須對儀器的可調(diào)式工作臺進行調(diào)整，使工作臺表面與測量軸線的垂直度達到允許的精度范圍之內(nèi)。但是，一些計量檢定人員，由于對工作的結(jié)構(gòu)、調(diào)整原理及調(diào)整方法不太清楚，往往花費較多的時間，仍不能將工作臺表面與測量軸線的垂直度調(diào)整到應(yīng)有的精度。
　　本文以立式光學(xué)計常用的三點支承工作臺和錐面支承工作臺為例，談?wù)効烧{(diào)式工作臺的結(jié)構(gòu)、調(diào)整原理和調(diào)整方法。實踐證明，該調(diào)整方法簡便，調(diào)整速度快，精度高，一般在1～2min即可將工作臺表面與測量軸線的垂直度調(diào)整到允許的精度(0.3μm)范圍之內(nèi)。

2　可調(diào)式工作臺的結(jié)構(gòu)

　　可調(diào)式工作臺的結(jié)構(gòu)如圖1所示。圖1(a)為三點支承工作臺，其上層由3個支承點A、B、C支承著，其中C是固定支承點，A和B是由2個微調(diào)螺釘構(gòu)成的活動支承點。由AC和BC構(gòu)成2條相互垂直的傾轉(zhuǎn)軸線。注意，在將工作臺安裝在儀器底座的錐孔中時，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,即可使工作臺表面與儀器測量軸線相互垂直，達到工作臺調(diào)整的目的。
　　圖1(b)為錐面支承工作臺，它是一個由環(huán)形錐面支承著的活動工作臺。通過調(diào)節(jié)兩對相互垂直的左右和前后4個調(diào)整螺釘A、B、C、D來改變工作臺相對于錐面支承的位置，從而達到調(diào)整工作臺表面與測量軸線相互垂直的目的。

圖1　可調(diào)式工作臺的結(jié)構(gòu)

3　可調(diào)式工作臺的調(diào)整原理

　　可調(diào)式工作臺的調(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，并通過裝在測量軸線上平面測帽的端面與放置在工作臺面上的量塊的上表面相互平行而達到調(diào)整的目的。工作臺的調(diào)整原理如圖2所示。

圖2　可調(diào)式工作臺的調(diào)整原理

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

tgα=2δ/d=2(N₁-N₂)/d      (1)

　　式中　N₁——量塊置于測帽左（前）半部儀器讀數(shù)；
　　　　　N₂——量塊置于測帽右（后）半部儀器讀數(shù)；
　　　　　d——平面測帽直徑；
　　　　　α——工作臺實際表面與理想表面的夾角。
　　由式(1)可以看出，當兩次儀器讀數(shù)差為零時，即δ=N₁-N₂=0時，工作臺表面為理想表面。

4　工作臺的調(diào)整方法

4.1　t值的求解
4.1.1　三點支承工作臺的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　三點支承工作臺的t值計算

　　實際上，由于工作臺表面傾斜角很小，α≈0,可以認為tg(α/2)≈1/2tgα=δ/d,得

Δl=Hδ/d      (3)

將式(3)代入式(2)，化簡后得：

t=2lδ/d±2H^.(δ/d)²      (4)

　　當固定支承中心C處于工作臺表面高位置一側(cè)（圖3(a)）,t值按式(4)中的負號計算；處于低位置一側(cè)時（圖3(b)）,t值按式(4)中的正號計算。
　　由于α≈0,且dδ,這時(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t值的影響可以忽略不計，式(4)可改寫為

t=2lδ/d      (5)

　　式中　t——測帽端面至理想表面的距離；
　　　　　l——測量軸線與傾轉(zhuǎn)軸線在理想表面上的投影間的距離；
　　　　　δ——工作臺高、低點儀器讀數(shù)差；
　　　　　d——平面測帽直徑。
　　根據(jù)立式光學(xué)計三點支承工作臺的各設(shè)計參數(shù)：工作臺兩傾轉(zhuǎn)軸線垂直，即圖1(a)中的∠ACB=90°，l=12.5mm,當選用d=8mm平面測帽，用10mm量塊（量塊尺寸大小對調(diào)整無影響）調(diào)整時，由式(5)可計算出

t=3.13δ≈3δ

式中　t和δ均以μm計。

4.1.2　錐面支承工作臺的
　　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，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，工作臺表面的傾斜角很小，α≈0,這就可以認為cosα=1,tgα=sinα=2tg(α/2),將式(9)代入式(10)，并以α≈0為條件進行整理，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t值的影響可以忽略不計，則式(12)可以改寫為

t=2Dctg(δ/d)²      (13)

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

t=0.027δ²≈0.03δ²

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

表 　t表值

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

圖4　可調(diào)式工作臺調(diào)整時量塊的放置

　　*　三點支承工作臺的調(diào)整方法
　　將量塊放置在工作臺與測帽端面之間，使量塊在左、右、前、后4個位置上，見圖5。調(diào)整螺釘A,則上層工作臺以BC為軸線作傾轉(zhuǎn)運動，可調(diào)整工作臺表面 AC方向的傾斜；調(diào)整螺釘B,則上層工作臺以AC為軸線作傾轉(zhuǎn)運動，可調(diào)整工作臺表面BC方向的傾斜。這樣，反復(fù)調(diào)整螺釘A和B,即可使工作臺表面與測量軸線相垂直。

圖5　三點支承工作臺的調(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，位置左、右的儀器讀數(shù)差為

δ=N₁-N₂

　　當δ超出規(guī)定時，需進行工作臺的調(diào)整，根據(jù)d和δ的大小，由t值表中查出t值，以低點為基準調(diào)整工作臺。當δ為正時，位置右為低點，N₂為低點儀器讀數(shù)；當δ為負時，位置左為低點，N₁為低點儀器讀數(shù)。當傾轉(zhuǎn)軸線（固定支承中心C）于高點一側(cè)時（見圖3(a)）,將低點升高一個t值；當傾轉(zhuǎn)軸線于低點一側(cè)時（見圖3(b)）,將低點降低一個t值。即通過升降A(chǔ)可得到工作臺表面為理想表面時的儀器讀數(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進行BC(前、后)方向傾斜的調(diào)整。當前、后方向的傾斜調(diào)整好后，再校對左、右方向，直至左、右、前、后方向均在規(guī)定范圍之內(nèi)，則認為工作臺表面與測量軸線的垂直度合格。
　　*　錐面支承工作臺的調(diào)整方法
　　錐面支承工作臺的調(diào)整可按如下3種方法進行。
　　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，以低點為基準進行工作臺調(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,則工作臺表面處于理想表面，如圖6所示。

圖6　錐面支承工作臺的調(diào)整方法

　　②　精調(diào)——高點調(diào)低法。
　　從t值表可以看出，當δ不大時，t值很小，可以不考慮t值的影響。直接將量塊放在高點位置（圖6(a)）,讀出儀器讀數(shù)N₁,再把量塊移至低點位置（圖6(b)）,讀出儀器讀數(shù)N₂,然后把量塊放回高點位置，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，則工作臺表面處于理想表面。
　　③　經(jīng)驗法——轉(zhuǎn)折點法。
　　對于熟練的儀器操作者，也可以按高、低點的儀器讀數(shù)變化直接進行調(diào)整。其方法是，找到如圖2(b)中的點P與點O相重合的那一瞬間的儀器讀數(shù)，即轉(zhuǎn)折點的示值。由圖6得

N=N₂-t=N₁-(t+δ)

　　式中　N₂——低點儀器讀數(shù)；
　　　　　N₁——高點儀器讀數(shù)；
　　調(diào)整A、B螺釘，使高點1降低，這時低點2也降低。當讀數(shù)N₂減小t,N₁減小t+δ時，則表明工作臺表面為理想表面。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。這時儀器讀數(shù)是轉(zhuǎn)折點的示值，即工作臺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，無論是三點支承工作臺還是錐面支承工作臺，當以圖4所示的左、右、前、后4個位置放置量塊進行復(fù)驗（校對）時，如果儀器的讀數(shù)差δ未超出規(guī)定范圍(0.3μm)，則說明工作臺表面已處于理想表面，也就是說完成了工作臺表面與測量軸線垂直度的調(diào)整。

5　幾點說明

　　①　當確定了高、低點的儀器讀數(shù)，求出δ后，通過工作臺的微動升降裝置，將低點讀數(shù)調(diào)為零（不改變工作臺表面的傾斜），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，可使工作臺調(diào)整更簡便，速度更快，且不易出差錯。
　　②　三點支承工作臺的活動支承A、B(微動螺釘)和固定支承C(鋼球)與上工作臺底面的接觸時的曲率半徑不一致時（立式光學(xué)計就是例證），當調(diào)整工作臺另一方向的傾斜時會影響已調(diào)好的這一方向，因而影響調(diào)整速度。如果使2個微調(diào)螺釘?shù)那蚨税霃胶凸潭ㄖС袖撉虻陌霃较嗤墒构ぷ髋_的調(diào)整速度更快一些。
　　③　如果同立式接觸式干涉儀的工作臺一樣，將固定支承中心C設(shè)計在三點支承工作臺的中心（嚴格說來，是測量軸線在工作臺面上的投影的那一點）。這樣，調(diào)整時必然有一個點落在傾轉(zhuǎn)軸線上，這時t值等于零，可直接按高、低點的讀數(shù)差δ進行調(diào)整：如果高點落在傾轉(zhuǎn)軸線上，就將低點升高δ；如果低點落在傾轉(zhuǎn)軸線上，就將高點降低δ。只是將工作臺的結(jié)構(gòu)稍加改進，就會使工作臺的調(diào)整更加簡便，且可大大提高工作臺的調(diào)整速度。
　　④　可調(diào)式工作臺的調(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，以及工作臺調(diào)整的一些細節(jié)和技巧，則調(diào)整過程中還將會出現(xiàn)失誤，甚至致使調(diào)整失敗。這對于初操作帶可調(diào)式工作臺儀器的計量檢定人員來說，更應(yīng)引起注意。