基于人机工程学的光学显微镜机械结构设计

　　0　引　言

　　光学显微镜的机械结构是显微镜的重要组成部分,这种机械结构不仅对光学系统起着固定和保护作用,而且起着重要的调节作用,如果没有良好的机械结 构,任何高性能的光学系统都不能发挥它的作用[1]。光学显微镜的机械结构主要包括物镜转换器、载物台及调焦机构等。设计时,不仅要考虑结构的稳定、可 靠,还要使其适合人体功能,这就要求设计者在众多的约束条件中寻求平衡点,如空间布置的限制与舒适性要求的矛盾等。本文以金相显微镜为例,应用人机工程学 的设计理念,对显微镜的相关规范中的机械结构设计进行分析研究,针对具体的机械装置为设计人员的合理设计提供科学的指导依据。

　　1　中国成年男性人体尺寸

　　人机工程学是20世纪70年代初迅速发展起来的一门新兴学科,它从人的生理和心理出发,研究人-机-环境的相互关系和相互作用规律,并使人-机 系统工作效能达到最佳。在光学显微镜机械结构设计中应用人机工程学,就是以人为中心来指导镜架结构的设计和改造,使作业在效率、安全和舒适等几个方面的特 性得以提高,即设计一个最佳的人-机-环境系统。

　　人机工程学设计基本原理[2]为:既要达到适合体型矮小的使用者尺寸,也要达到适合体型高大的使用者尺寸。为使设计满足上述原理,必须合理选用 百分位数。百分位数是一种位置指标、一个界值,以符号PK表示。一个百分位数将群体或样本的全部观测值分为两部分,有的观测值小于等于它,则有(100- K)%的观测值大于它。称用百分位数表示的人体尺寸为人体尺寸百分位数[3]。

　　通常,百分位数选用原则[2]是:在不涉及使用者的健康和安全时,选用适当偏离极端百分位的第5百分位和第95百分位作为界限值较为适宜;当身 体尺寸在界限值以外的人使用下会危害其健康或增加事故危险时,则尺寸界限应扩大到第1百分位和第99百分位。本文根据需要多以第95百分位数为设计依据。

　　显微镜的操作人员均为18~60岁的成年人(以男性为例)。表1参照文献[4],列出了中国成年男性人体部分尺寸。

　　2　机械结构设计

　　2.1　规范的相关内容

　　对于显微镜的机械结构设计,国家并没有明确的相关标准,并且因为不同的功能要求,显微镜也分为很多种,如生物显微镜、金相显微镜等。设计人员通常根据显微镜的光学系统对其进行机械结构的设计。图1给出了正置金相显微镜的组成[5]。

　　2.2　载物台设计

　　载物台是用来放置金属试样的,分为方形移动台和圆形旋转台,根据金相显微镜的功能与用途大多采用方形移动台的形式,试样移动范围在 30mm×76mm和50mm×76mm。载物台宜人性设计的主要标准是载物台与工作面的高度B1及载物台与人体的水平距离B2,而这些标准是通过人体在 坐姿状态下手摆放金属试样的最佳活动范围来衡量的。即肘关节以工作面为支撑面,人体前手臂的最佳活动范围[6],所以