萬能工設計2013年

1、2014萬能工具顯微鏡外形尺寸設計萬能工具顯微鏡外形尺寸設計一、簡介一、簡介 萬能工具顯微萬能工具顯微鏡用以瞄準工件。鏡用以瞄準工件。屬于瞄準定位系屬于瞄準定位系統(tǒng)，因此系統(tǒng)的統(tǒng)，因此系統(tǒng)的總放大率由瞄準總放大率由瞄準精度來決定。精度來決定。 萬能工具顯微鏡實際圖萬能工具顯微鏡實際圖1光源 2集光鏡 3-濾色片 4可變孔徑光闌 5反射鏡 6聚光鏡 7保護玻璃 8工作臺9物鏡 10孔徑光闌 11光源 12濾色片 13讀數(shù)顯微鏡 14目鏡 15分劃板 16測角分劃板 17保護玻璃 18保護玻璃 19斯米特棱鏡 二、系統(tǒng)設計要求二、系統(tǒng)設計要求1 1 瞄準精度瞄準精度( (一次瞄準的最大允許誤差一次

2、瞄準的最大允許誤差) ) 為為m8 . 02 2 瞄準方式及相應的眼睛瞄準度瞄準方式及相應的眼睛瞄準度 瞄準方式為：瞄準方式為： 米字形虛線瞄準米字形虛線瞄準 眼睛瞄準精度：眼睛瞄準精度：3020 3 3 系統(tǒng)總體放大率系統(tǒng)總體放大率二、系統(tǒng)設計要求二、系統(tǒng)設計要求301022503三、物鏡、目鏡放大率的設計三、物鏡、目鏡放大率的設計1 放大率的分配原則：放大率的分配原則：（1）物鏡所觀測的工件沿光軸方向有一定深度，為使 工作時，鏡筒端部與工件不致相碰，要求物鏡鏡存較大的工作距離；為使總的共扼距不致太長，物鏡倍率不宜過大。（2）目鏡倍率可以適當取大一些，但也不能太大，以目鏡距太短，或使分劃板的

3、粗糙度要求過高而造成求加工困難。2 目鏡和物鏡的選定（1）鑒于口前國內(nèi)外通用的目鏡的放大率為 ，所以本設計的目鏡放大率采用 。 （2）由目鏡的放大率及總體放大率確定物鏡的放大率為 ，同時也滿足了物鏡放大率的要求。三、物鏡、目鏡放大率的分配及確三、物鏡、目鏡放大率的分配及確定定10103四、物鏡數(shù)值孔徑的確四、物鏡數(shù)值孔徑的確定定1 數(shù)值孔徑與系統(tǒng)總體放大率關(guān)系NA300 代入數(shù)值得，NA=0.09。2 由NA=nsinu，得 u=0.09rad五、物方線視場的確定五、物方線視場的確定1 視場的大小根據(jù)使用要求而定，并要考慮校正象差的可能性。 例如，對3 物鏡，要求能看到6mm 的圓柱，因此取物

4、方線視場為7mm，其相應的視場光闌直徑為21mm。2 對于不同倍率的物鏡，采用視場光闌的直徑是統(tǒng)一的，因此，不同倍率的物方線視場大小不同。 本設計選擇物鏡的工作距離為76cm，根據(jù)薄透鏡的計算公式可以得到六、物鏡的工作距離和焦距六、物鏡的工作距離和焦距cmfcmlcml5722876七、物鏡的通光口徑七、物鏡的通光口徑D D物物和孔徑光闌直徑和孔徑光闌直徑D D孔孔1.物鏡 2.孔徑光闌3.由斯米特棱鏡展開的空氣平板4.分劃板5.場鏡6.目鏡接目鏡7.出瞳mmyluD7 .20)5 . 309. 076(2)(2物 mmNAfufD26.1009. 05722211孔k為棱鏡出射面至視場光闌的

5、距離， k30mm 1 主要作用：主要作用： 正象作用，正象作用，又可使出射又可使出射光軸和水平光軸和水平線傾斜線傾斜45度。度。八、斯米特屋脊棱鏡尺寸計算八、斯米特屋脊棱鏡尺寸計算八、斯米特屋脊棱鏡尺寸計八、斯米特屋脊棱鏡尺寸計算算首先確定決定棱鏡口徑的光線傾角首先確定決定棱鏡口徑的光線傾角 rad0292. 02孔Dy在棱鏡的通光口徑在棱鏡的通光口徑D棱棱mmkyD19)(2棱考慮安裝余量，取考慮安裝余量，取D棱21mm八、斯米特屋脊棱鏡尺寸計算八、斯米特屋脊棱鏡尺寸計算2 確定了棱鏡的通光口徑后，查閱光學儀器設計手冊，確定了棱鏡的通光口徑后，查閱光學儀器設計手冊，確定斯米特屋脊棱鏡的結(jié)構(gòu)

6、尺寸。確定斯米特屋脊棱鏡的結(jié)構(gòu)尺寸。)(6220. 1)(mm36.39)(mm84.638040. 3mm545.34645. 1 mm,23.13063mm21 mm,623.28636. 110的介質(zhì)折射率等效空氣板厚度展成平板厚度棱棱棱棱棱ZKnnLLDLDhDtDbDa八、斯米特屋脊棱鏡尺寸計算八、斯米特屋脊棱鏡尺寸計算斯米特屋脊棱鏡尺寸結(jié)構(gòu)圖八、斯米特屋脊棱鏡尺寸計算八、斯米特屋脊棱鏡尺寸計算1 由于加入了棱鏡，使象面產(chǎn)生了軸向移。mm48.24)11 (LLnll2 物鏡的實際共軛距為：mmlllL48.328實九、目鏡結(jié)構(gòu)參數(shù)計算九、目鏡結(jié)構(gòu)參數(shù)計算目鏡焦距為mmmmf2525

7、02目目鏡型式為肯涅爾目鏡，其物方截距p約為mmfp1052目九、目鏡結(jié)構(gòu)參數(shù)計算九、目鏡結(jié)構(gòu)參數(shù)計算向場鏡的通光直徑 場D計算公式如下lDyplDD222物物場因此mmD8 .22物肯涅爾目鏡的向場鏡的焦距為mmff4559目場向場鏡與接目鏡之間的距離q為mmfq6.193527目九、目鏡結(jié)構(gòu)參數(shù)計九、目鏡結(jié)構(gòu)參數(shù)計算算由第七節(jié)中的圖得知，接目鏡的口徑接D被經(jīng)過B點的軸外光線所限制，該光線與光軸的交點C到向場鏡的距離場l由圖中幾何關(guān)系求出場場孔場lplDD22故mml09.122場利用高斯公式得mml26.71場九、目鏡結(jié)構(gòu)參數(shù)計九、目鏡結(jié)構(gòu)參數(shù)計算算接目鏡的口徑接DmmqllDD53.16

8、場場場接接目鏡的焦距接f 由組合光組焦距公式可求出接場接場目ffqfff故mmf8 .31接九、目鏡結(jié)構(gòu)參數(shù)計算九、目鏡結(jié)構(gòu)參數(shù)計算目鏡的視場角2由下式求得42. 0目fytg63452鏡目距t為mmtgDDt4 .162接式中，D為出瞳直徑mmmmNANAfD5 . 15002十、主顯微鏡照明系統(tǒng)的設計十、主顯微鏡照明系統(tǒng)的設計1 均勻照明被測物體。2 照明象方孔徑角應滿足物鏡的數(shù)值孔徑。3 使眼睛得到適于觀察的主觀亮度。4 當測量工作面上下變動，使物鏡與聚光鏡之間的距離發(fā)生改變時，應仍滿足以上條件。照明系統(tǒng)設計的要求：十、主顯微鏡照明系統(tǒng)的設計十、主顯微鏡照明系統(tǒng)的設計 主顯微鏡照明系統(tǒng)示

9、意圖十、主顯微鏡照明系統(tǒng)的設計十、主顯微鏡照明系統(tǒng)的設計1 采用燈泡為6V30W，燈絲面積為2 2mm2 。燈絲經(jīng)集光鏡成象在可變孔徑光闌處，燈絲象的大小應充滿可變孔徑光闌的最大直徑。2 在孔徑光闌處放一塊磨砂玻璃，使燈絲發(fā)出的光以漫射光進入聚光鏡。3 孔徑光闌應放在聚光鏡的物方焦平面處，其經(jīng)聚光鏡后，出瞳位于無窮遠處。 照明系統(tǒng)采用象方遠心柯拉照明系統(tǒng)，系統(tǒng)各元件及位置有以下配合關(guān)系：1 入瞳的大小應等于或小于光源發(fā)光面的幾何尺寸。2 本設計采用的是固定視場光闌，因此把集光鏡框子作為視場光闌。十、主顯微鏡照明系統(tǒng)的設計十、主顯微鏡照明系統(tǒng)的設計十、主顯微鏡照明系統(tǒng)的設計十、主顯微鏡照明系統(tǒng)的

10、設計圖2 照明系統(tǒng)的光路圖 十、主顯微鏡照明系統(tǒng)的設計十、主顯微鏡照明系統(tǒng)的設計聚光鏡參數(shù)計算聚光鏡的口徑mmNAlGEDkk4322max聚聚光鏡的焦距mmDf1704聚聚由圖2中的幾何關(guān)系可求出可變孔徑光闌的直徑mmNAfufABD3122孔經(jīng)1x 、5x 物鏡驗算后，應取mmD40孔十、主顯微鏡照明系統(tǒng)的設計十、主顯微鏡照明系統(tǒng)的設計集光鏡參數(shù)的計算設共軛距mmllM50011燈絲高度mmy220mmD40孔根據(jù)幾何光學的知識，得以下方程集孔fllllmmllMyD1112050020211110上述方程可求得mmfmmlmml8 .224768 .2311集集光鏡的通光口徑為radynyNAynnyuu315. 000000由于毛玻璃散射引起的光能損失，實際取radu6 . 00即45360U集光鏡