金相顯微鏡

電腦型金相顯微鏡或是數碼金相顯微鏡是將光學顯微鏡技術、光電轉換技術、計算機圖像處理技術地結合在一起而開發研制成的高科技產品，可以在計算機上很方便地觀察金相圖像，從而對金相圖譜進行分析，評級等以及對圖片進行輸出、打印。

基本信息

目錄

系統簡介

金相顯微鏡系統是將傳統的光學顯微鏡與計算機(數碼相機 )通過光電轉換有機的結合在一起，不僅可以在目鏡上作顯微觀察，還能在計算機(數碼相機)顯示屏幕上觀察實時動態圖像，電腦型金相顯微鏡并能將所需要的圖片進行編輯、保存和打印。

技術參數

光學系統:ICCS光學系統，鏡體:FEM設計，ACR位置編碼

1、物境倍數:5X 10X 20X 50X 100X 可選1.25X、2.5X、150X金相顯微鏡組圖

2、目鏡倍數:10X

3、視場數:20、22

4、物鏡轉盤:5孔

5、觀察功能:明場、暗場、簡易偏光、微分干涉

6、光源:12V 50W鹵素燈

7、可擴展性:可配圖像分析系統(數碼相機、攝像頭、圖像分析軟件

系統組成

電腦型金相顯微鏡:1、金相顯微鏡2、適配鏡 3、攝像器(CCD) 4、A/D(圖像采集) 5、計算機

數碼相機型金相顯微鏡:1、金相顯微鏡 2、適配鏡 3、數碼相機

特點特性

金相學主要指借助光學(金相)顯微鏡和體視顯微鏡等對材料顯微組織、低倍組織和斷口組織等進行分析研究和表征的材料學科分支，既包含材料顯微組織的成像及其定性、定量表征，亦包含必要的樣品制備、準備和取樣方法。其主要反映和表征構成材料的相和組織組成物、晶粒(亦包括可能存在的亞晶)、非金屬夾雜物乃至某些晶體缺陷(例如位錯)的數量、形貌、大小、分布、取向、空間排布狀態等。

特點:

1.采用世界上zui的無限遠雙重色彩校正及反差增強型(ICCS)光學系統，為用戶提供zui銳利的圖像。

2.采用5種上部部件和3種下部部件及兩個立柱組合方式，可根據您對材料檢測的要求和經濟成本進行任意靈活的組合，可實現對透明材料、不透明材料以及熒光材料的分析，同時具有強大的升級空間，保證您未來的檢測要求。

3.業界zui大式樣高度可達到380毫米的，給您提供非凡的操作空間。

4. 貼近用戶的靈活性，設備的部件升級無需專業人員，用戶可自行操作完成。

工作原理

放大系統 是影響顯微鏡用途和質量的關鍵。主要由物鏡和目鏡組成。其光路見圖2 [金相顯微鏡光路圖]。金相顯微鏡顯微鏡的放大率為:

M顯=L/f物×250/f目=M物×M目 式中[m1] M顯--表示顯微鏡放大率;[m2] M物、[m3]M目 和[f2]f物、[f1]f目 分別表示物鏡和目鏡的放大率和焦距;L為光學鏡筒長度;250為明視距離。長度單位皆為mm。

分辨率和象差透鏡的分辨率和象差缺陷的校正程度是衡量顯微鏡質量的重要標志。在金相技術中分辨率指的是物鏡對目的物的zui小分辨距離。由于光的衍射現象，物鏡的zui小分辨距離是有限的。德國人阿貝(Abb)對zui小分辨距離d提出了以下公式

d=λ/2nsinφ式中λ為光源波長; n為樣品和物鏡間介質的折射系數(空氣;=1;松節油:=1.5);φ為物鏡的孔徑角之半。

從上式可知，分辨率隨著和的增加而提高。由于可見光的波長[kg2][kg2]在4000~7000之間。在[kg2][kg2]角接近于90的zui有利的情況下，分辨距離也不會比[kg2]0.2m[kg2]更高。因此，小于[kg2]0.2m[kg2]的顯微組織，必須借助于電子顯微鏡來觀察(見)，而尺度介于[kg2]0.2~500m[kg2]之間的組織形貌、分布、晶粒度的變化，以及滑移帶的厚度和間隔等，都可以用光學顯微鏡觀察。這對于分析合金性能、了解冶金過程、進行冶金產品質量控制及零部件失效分析等，都有重要作用。

象差的校正程度，也是影響成象質量的重要因素。在低倍情況下，象差主要通過物鏡進行校正，在高倍情況下，則需要目鏡和物鏡配合校正。透鏡的象差主要有七種，其中對單色光的五種是球面象差、彗星象差、象散性、象場彎曲和畸變。對復色光有縱向色差和橫向色差兩種。早期的顯微鏡主要著眼于色差和部分球面象差的校正，根據校正的程度而有消色差和復消色差物鏡。隨著不斷發展，金相顯微鏡對象場彎曲和畸變等象差，也給予了足夠的重視。物鏡和目鏡經過這些象差校正后，不僅圖象清晰，并可在較大的范圍內保持其平面性，這對金相顯微照相尤為重要。因而現已廣泛采用平場消色差物鏡、平場復消色差物鏡以及廣視場目鏡等。上述象差校正程度，都分別以鏡頭類型的形式標志在物鏡和目鏡上。

光源 zui早的金相顯微鏡，采用一般的白熾燈泡照明，以后為了提高亮度及照明效果，出現了低壓鎢絲燈、碳弧燈、氙燈、鹵素燈、水銀燈等。有些特殊性能的顯微鏡需要單色光源，鈉光燈、鉈燈能發出單色光。

照明方式金相顯微鏡與生物顯微鏡不同，它不是用透射光，而是采用反射光成像，因而必須有一套特殊的附加照明系統，也就是垂直照明裝置。1872年蘭(V.vonLang)創造出這種裝置，并制成了*臺金相顯微鏡。原始的金相顯微鏡只有明場照明，以后發展用斜光照明以提高某些組織的襯度。

使用方法

1、根據觀察試樣所需的放大倍數要求，正確選配物鏡和目鏡，分別安裝在物鏡座上和目鏡筒內。

2、調節載物臺中心與物鏡中心對齊，將制備好的試樣放在載物臺中心，試樣的觀察表面應朝下。

3、將顯微鏡的燈泡插在低壓變壓器上(6~8V)，再將變壓器插頭插在220V的電源插座上，使燈泡發亮。

4、轉動粗調焦手輪，降低載物臺，使試樣觀察表面接近物鏡;然后反向轉動粗調焦旋鈕，升起載物臺，使在目鏡中可以看到模糊形象;zui后轉動微調焦手輪，直至影象zui清晰為止。

5、適當調節孔徑光闌和視場光闌，選用合適的濾鏡片，以獲得理想的物像。

6、前后左右移動載物臺，觀察試樣的不同部位，以便全面分析并找到代表性的顯微組織。

7、觀察完畢后應及時切斷電源，以延長燈泡使用壽命。

8、實驗結束后，應小心卸下物鏡和目鏡，并檢查是否有灰塵等污染，如有污染，應及時用鏡頭紙輕輕擦試干凈，然后放入干燥器內保存，以防止潮濕霉變。顯微鏡也應隨時蓋上防塵罩。

日常維護

為保證系統的使用壽命及可靠性，注意以下事項:

1.試驗室應具備三防條件:防震(遠離震源)、防潮(使用空調、干燥器)、防塵(地面鋪上地板);電源:220V+-10%,50HZ溫度:0度-40度.

2.調焦時注意不要使物鏡碰到試樣，以免劃傷物鏡。

3.當載物臺墊片圓孔中心的位置遠離物鏡中心位置時不要切換物鏡，以免劃傷物鏡。

4.亮度調整切忌忽大忽小，也不要過亮，影響燈泡的使用壽命，同時也有損視力。

5.所有(功能)切換，動作要輕，要到位。

6.關機時要將亮度調到zui小。

7.非專業人員不要調整照明系統(燈絲位置燈)，以免影響成像質量。

8.更換鹵素燈時要注意高溫，以免灼傷;注意不要用手直接接觸鹵素燈的玻璃體。

9.關機不使用時，將物鏡通過調焦機構調整到zui低狀態。

10.關機不使用時，不要立即該蓋防塵罩，待冷卻后再蓋，注意防火。

11.不經常使用的光學部件放置于干燥皿內。

12.非專業人員不要嘗試擦物鏡及其它光學部件。目鏡可以用脫脂棉簽蘸1:1比例(*:乙醛)混合液體甩干后擦拭，不要用其他液體，以免損傷目鏡。

電子目鏡

簡介信息

金相顯微鏡電子目鏡是一種針對金相顯微鏡成像專門研制而成的光學電子儀器。該系列金相顯微鏡電子目鏡作為一款新型光電裝置，傳輸接口為USB2.0高速接口，金相顯微鏡電子目鏡采用1/2″CMOS大面陣圖像傳感器及大口徑光學鏡頭，使獲取的圖像具有*的清晰度;單幅照相影像更佳。分辨率可達130-300萬像素，并可以方便地應用于任何標準生物顯微鏡、體視顯微鏡及望遠鏡中。從而給觀察、教學、科研、臨床、家庭帶來了極大的快捷和便利。

金相顯微鏡電子目鏡是一種針對普通光學顯微鏡通用目鏡筒而開發的一種能替代人眼觀察視野，將鏡下圖像真實反映在電子圖像顯示及輸出設備上的光電設備，從而實現了圖像時時共享，資料數字化、電子存檔化。

金相顯微鏡電子目鏡采用高分辨率圖像傳感器、光學部分由國家光學重點實驗室設計，性能優異、體積小巧，更適合教師教學和裝備數字化實驗室。

功能特點

金相顯微鏡

1、安裝簡單，即插即用，計算機端采用USB2.0接口插拔方便。

2、操作簡單。操作軟件兼容性強，界面簡潔。可自由調整曝光幀速率、對比度、亮度、銳度及影像尺寸等。拍攝軟件有著優異的人機界面，使用者可輕易在計算機上進行攝像、攝影操作。

3、共享性強，可隨時對圖像進行編輯、處理、保存、傳輸數據等。金相顯微鏡電子目鏡可配合投影機組成一個電子多媒體教學、演示系統，提高設備利用率、共享性，促進相互交流。

應用領域

金相顯微鏡電子目鏡適用于任何標準的生物、體視、金相顯微鏡的拍攝，可以廣泛的應用于醫療衛生機構、實驗室、研究所、高等學校做生物學、病理學、細菌學觀察、教學和研究、臨床實驗和常規醫療檢驗;工廠、實驗室對材料的分析和鑒定。

金相顯微鏡由于易于操作、視場較大、價格相對低廉，直到現在仍然是常規檢驗和研究工作中zui常使用的儀器.

改進方式

金相顯微鏡的改進主要有以下幾點:

普遍采用無限遠光學系統

物鏡按照無限遠象距進行設計而不是象常規物鏡那樣按照有限象距進行設計，這種光學系統稱為無限遠色差和象差校正的光學系統或簡稱無限遠光學系統.使用這種光學系統時，當入射光從試樣表面反射再次進入物鏡后，并不收斂而是保持為平行光束，直到通過鏡筒透鏡后才收斂并形成中間象，即一次放大實象，然后才供目鏡再次放大.無限遠光學系統的優點是顯微鏡中的各種光學附件(如暗視場光束分離器、偏振光分離器、用于微差干涉襯度)的棱鏡、檢偏振鏡，以及其它附加濾色鏡等)都可以放置在物鏡凸緣與鏡簡透鏡之間平行光束的空間，由于成象光束沒有受到上述光學附件的干擾，物象的質量不會受到損害，從而簡化了物鏡設計中色差和象差的校正.此外，在無限遠光學系統中，鏡筒長度系數保持為一，無論物鏡與目鏡之間的距離有多遠，也不需要一個固定的中轉透鏡系統。德國、日本的公司生產的金相顯微鏡均已先后采用無限遠光學系統設計.

同焦面性設計

在新型顯微鏡中，更換物鏡及目鏡后不須重新調焦，一般只需略微調節微調旋鈕，就可以使物象準確聚焦.為此，物鏡和目鏡的光學機械尺寸應滿足同焦面性的要求，即:①所有物鏡的共軛距離(即從試樣表面到物鏡初次放大實象象面之間的距離)相等:②所有物鏡初次放大實象到目鏡鏡筒口的距離不變;③所有目鏡的焦面與物鏡初次放大實象的象面重合.同焦面性并不是物鏡或目鏡的一個固有特性，而是在新型顯微鏡的設計中為了便于使用者的操作而采取的一種措施.

對顯微鏡有效放大倍數的再認識

顯微鏡的有效放大倍數(M)與物鏡數值孔徑(NA)的關系可以表示為:550NA<M<1100NA>;，長期以來，顯微鏡使用者一直遵循這一關系式.但是，VanderVoort在其所著《金相學--原理與實踐》一書中指出，上式是在用理想的眼睛觀察具有理想反差物象的條件下推導出的，因此不要當做教條來遵循.實際上，分辨率不僅與物鏡的分辨率有關，而且還與物象的反差有關.此外，照明條件、放大倍數、物鏡質量，以及觀察條件都會影響物象的反差,因而也會影響分辨率.他指出，為了獲得zui高分辨率，zui低有效放大倍數應當是*條件下的4倍左右，即M≈2200NA;同時，使用4000×或更高放大倍數的顯微照片也是*合理的.

平場消色差物鏡

現今新型顯微鏡已經普遍使用平場消色差物鏡，甚至還可以配置更的平場復消色差物鏡.老式物鏡初次放大實象的直徑只有18mm~20mm，而平場消色差物鏡則規定高度校正的初次放大平面象的直徑為28mm，即象場面積增大了一倍，并使象場彎曲得到了很好的校正.

高倍干物鏡

為了便于觀察高倍顯微組織，現今顯微鏡一般均備有高倍干物鏡.例如nikon公司生產的EPIPHOT300型金相顯微鏡(圖1)配置有放大100×、150×、200×的CFPlanApoEPI型干物鏡，其NA值均為0.95.盡管干物鏡的分辨率明顯低于油浸物鏡(100×油浸物鏡的NA值一般可達1.40)，但由于簡化了操作并使試樣免于被油污染，已獲得更為廣泛的使用。

廣視場目鏡

廣視場目鏡的結構特點是場光闌顯著增大，一般為22mm~26.5mm(老式目鏡的場光闌直徑只有16mm)，充分利用了平場物鏡擴大了的象場面積.

此外，有的顯微鏡還配置有高眼點目鏡，使眼睛有缺陷(如散光)的人可以戴著眼鏡進行觀察，物象的質量可以免受眼睛缺陷的影響.由于平場消色差物鏡和廣視場目鏡的推廣使用，使顯微組織觀察的視域擴大了許多，這也相應提高了對顯微鏡載物臺加工精度和試樣制備質量的要求.

長工作距離物鏡

有些顯微鏡生產廠商還推出一些工作距離較長的物鏡，這是為了適應生產檢驗或特殊需要(例如高溫臺)而設計的.通常情況下，物鏡的放大倍數越高，工作距離(即物象聚焦時，物鏡接物透鏡與試樣之間的距離)越短，為了避免物鏡因工作中不慎觸及試樣或受熱而損壞，于是就設計了這種特殊物鏡.例如nikonEPIPHOT300型金相顯微鏡的物鏡系列中就有50×和100×兩個工作距離分別為8.7mm和2.0mm的長工作距離物鏡，其NA值分別為0.55和0.8;又如olympusGX系列顯微鏡也可配50×和100×工作距離分別為10.6mm和3.4mm的長工作距離物鏡,其NA值分別為0.55和0.8，而50×和100×普通物鏡的工作距離則分別只有0.54mm和0.3mm，但是其NA值則分別為0.8和0.95.可以看出，長工作距離物鏡的數值孔徑即分辨率有所下降，不過成像質量仍然不錯.

多功能緊湊設計

在人們的印象中，只有大型臥式顯微鏡才是功能齊全的設備.但是，現今生產的顯微鏡(包括研究型)基本上都采用緊湊的臺式設計并使用先進的平場消色差物鏡或平場復消色差物鏡以及廣視場目鏡.有的顯微鏡還配有電動控制的物鏡回轉頭，只需按下按鈕，所需的物鏡就會自動旋入光程，孔徑光闌和視場光闌的大小也能隨著物鏡的更換自動進行調整.照明方式則有明視場、暗視場、偏振光、微差干涉襯度(DIC)等四種zui常用的照明方式，而且照明方式的變換也極為簡便.此外，觀察到的物象也是正置而不是反置，使物象的移動方向與載物臺的移動方向一致，大大便利了操作.圖1所示的臺式顯微鏡具有低載物臺設計，載物臺的萬向節操縱手柄使載物臺能非常方便地沿x軸和y軸方向來回移動.當照明方式在明視場與暗視場之間變換時，孔徑光闌的調整由內置的連動裝置自動完成.有40種以上放大倍數從1.5×到200×的物鏡可供選用，無限遠光學系統的每一個光學元件都單獨地進行了色差校正，從而保證獲得清晰的物象.各種測量標尺均放置在初次放大實象位置，因此，始終保持聚焦，不受試樣表面形貌的影響.2.5×連續變倍裝置(從0.8×到2.0×，物象始終保持清晰)可用于觀察和顯微照相，當旋鈕調到1.0×，1.25×，1.5×處時，還可以聽到喀噠停頓聲.圖2所示的顯微鏡是一種先進的研究型顯微鏡，1×~2×連續變倍裝置不僅可用于觀察，而且可用于所有的接口.圖3為Carlzeiss公司生產的Axiovert40MAT型倒置式金相顯微鏡，適用于繁忙的材料實驗室的質量檢驗、材料分析、金屬加工工藝分析、材料研制等項工作，以及玻璃和塑料工業、研究機構和學校教學使用.該顯微鏡堅固的載物臺可以放置比較重的大零件，并備有長工作距離物鏡. Carlzeiss公司生產的Axiovert200MAT型倒置式金相顯微鏡，這是一種專業型產品,顯微鏡鏡體可以在手工操作和電動機驅動兩類中挑選.如果選用后者，則物鏡的更換和調焦、載物臺移動等操作均可通過相應的按鈕迅速完成.根據無限遠光學系統設計的物鏡可使物象具有優異的反差;具有高數值孔徑的長工作距離物鏡，既便于操作，又能獲得高分辨率組織.該顯微鏡還利用新研制的"全干涉襯度"(TIC)光學方法測量顯微組織中的階狀高度，其精度可達20nm;還有將圓偏振光代替傳統的線偏振光用于DIC，即"圓DIC"(C-DIC)技術，使原來只能在一定取向才能看到的組織變為可以看到其全貌而與取向無關并與載物臺的轉動位置無關. 顯微照相和圖象分析走進了數字化時代 顯微鏡的內置照相裝置或外置照相附件既可以使用35mm膠卷，也可以使用大尺寸膠片或一次成象感光器材，不過35mm膠卷更為經濟和便捷，從而獲得更加廣泛的使用，數字成象系統也逐漸用于顯微照相，它可以很容易地將數字化的圖象儲存在計算機內，也可以隨時將其打印成照片或通過電子郵件傳遞，免除了暗室操作. 有了圖象分析軟件，還可以將數字化圖象經過圖象處理后，按照國家標準進行定量分析，如晶粒度測定、鍍層或涂層厚度測定、孔隙度測定等.隨著計算機技術的進步和軟件的完善，圖象分析也會越來越方便、迅速、.利用圖象處理軟件，還可以將多個相鄰視場的數字化圖象拼接成一整幅視場寬廣的清晰圖象，而且幾乎看不出接縫的痕跡，對于一個高水平的操作系統，這一操作可以在數秒鐘內完成. 但是，隨著數字化圖象應用的迅速普及，也帶來一個令人憂慮的問題，這就是顯微組織照片的"作假"問題.利用圖象處理軟件對金相組織進行"修理"、甚至"移花接木"已經不是一件難事，但是這樣做卻*違背了"金相組織應當能如實反映試樣真實組織"的重要原則，弄不好還可能造成嚴重的事故，這一憂慮應當不是"聳人聽聞".

檢測標準

人們經常接觸的是一般普通金相顯微鏡，它主要用于測量金屬表機金相組織的測試，用途比較廣泛，對企業，冶金等部門起著實驗，研究*的重要作用。生產金相顯微鏡廠家比較多，型號，規格又不統一，所以對金相顯微鏡檢測至今尚無國家、地方、部門檢定規程，因此，我們依據國家標準對其進行檢測。

物鏡轉換器定位誤差

檢具:

(1)10倍十字目鏡。

(2)分劃值為0.01mm的分劃尺，其任意兩劃線間的極限偏差為±0.005mm。

檢測方法:在被檢金相顯微鏡的轉換器上裝40倍物鏡，目鏡筒內放10倍十字目鏡，對置于載物臺上的0.01mm分劃尺調焦清晰，使分劃尺上某一分劃與目鏡中十字劃中心重合，然后轉動物鏡轉換器向左，右多次定位(不少于3 次)，觀察0.01mm分劃尺像的偏移，以zui大偏移值作為檢測值。

技術要求:不大于0.02 mm。

換物鏡偏差

檢具:

(1)10倍十字分劃目鏡。

(2)二字分劃板。

檢測方法:用10倍十字分劃目鏡和各放大率物鏡在被檢顯微鏡上進行檢測，以偏的zui大值作為檢測值。

技術要求:由10倍物鏡轉換至其它放大率物鏡時均不越出視場。

載物臺旋轉中心偏移

檢具:

(1)10倍十字分劃目鏡。

(2)二字分劃板。

檢測方法:在被檢金相量微鏡上用10倍十字分劃目鏡和10倍物鏡對置于載物臺上的十字分劃板調焦清晰，在轉動載物臺的同時移動十字分劃板，使十字線中心的像趨向于zui小的圓，以zui小圓的直徑作為檢測值。

技術要求:顯微鏡*次像的中心，zui大偏移不大于0.2mm。

目鏡偏差

檢具:十字分劃板。

檢測方法:在顯微鏡上用10倍物鏡和被檢十字分劃目鏡對置于載物臺上的十字分劃板調焦清晰，并使十字分劃板中心的像與十字分劃板目鏡重合，然后旋轉十字分劃目鏡，以兩十字線中心的zui大偏移作為檢測值。

技術要求:十字分劃目鏡的十字線中心應與目鏡升圓軸線重合，其偏差為0.01mm。

顯像部分出現的問題比較嚴重。

1、光學系統

(1)視場模糊或視場一樣不清晰。

(2)像發閃爍，反差不好。

(3)轉換物鏡時不到同焦。

(4)即使用高電壓，視場也難以鮮明。

2 、粗、微調部

(1)粗調控制鈕旋轉時發重。

(2)由于載物臺自然下降或粗調的滑動使觀察中的焦點離開。

3、雙目鏡筒 雙目鏡筒的視場不一致。

以上問題很容易校正過來，基本準確可靠。

保護保養

1、條件許可情況下，建議試驗室應具備三防條件:防震、防潮、防塵;電源:220V±10%，50HZ;溫度:0°C-40°C。

2、亮度調整切忌忽大忽小，也不要過亮，影響燈泡的使用壽命，同時也有損視力。

3、所有(功能)切換，動作要輕，要到位。

4、關機時要將亮度調到zui小。

5、調焦時注意不要使物鏡碰到試樣，以免劃傷物鏡。

6、當載物臺墊片圓孔中心的位置遠離物鏡中心位置時不要切換物鏡，以免劃傷物鏡。

7、非專業人員不要調整照明系統(燈絲位置燈)，以免影響成像質量。

8、更換鹵素燈時要注意高溫，以免灼傷;注意不要用手直接接觸鹵素燈的玻璃體。

9、關機不使用時，將物鏡通過調焦機構調整到zui低狀態。

10、關機不使用時，不要立即該蓋防塵罩，待冷卻后再蓋，注意防火。

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