新型光学扭簧比较仪的设计

    一、概述

    扭簧比较仪是当今机械式位移测量仪表中精度和分辫率最高的仪表之一，它广泛用于轴承、油泵油嘴、液压元件等制造行业和计量测试部门对精密零件的尺寸和形状位置偏差开展刚量。目前国内制造的扭簧比较仪产品分度值已达0.2µm。扭簧比较仪采用玻璃丝(或空芯玻璃丝)作指针，尽管它份量很轻、直径很小(小于Ø0.1mm)，但终究有一定的质量和长度，还是给比较仪关健传动元件—极细薄的扭簧带来较大负担，限制了它自身精度的进一步提高，因而在某些要求更高的场合无法使用。

    光学扭簧比较仪是在普通扭簧比较仪的基础上去掉玻璃指针，改用小直径薄片镜面反光镜和光“指针”的方法来提高自身精度和灵敏度。这种型式的比较仪其分度值已达0.1µm，示值误差约为0.05一0.1µm，图1是它的结构示意图。光学扭簧比较仪采用反射光源作“指针”，不但减轻了扭赞元件的负重，而且也使它的转角减少一半，结果是比较仪的线性明显改善，扭簧元件的疲劳大为减少，寿命增加。比较仪的光学“指针”需要光源，传统光源是一发热元件，在超精密测量情况下，那怕工作环境有极少的温度变化，也会影响到比较仪的示值稳定性，使得浏量结果不真实。目前用得较普追的光源形式有两种，一种是原西德产的比较仪，采用普通白炽灯泡，宜接将其安装在比较仪的表头上。这种形式比较仪由于灯泡发热，常常引起示值漂移;另一种是国产比较仪，它将发热元件—白炽灯池装在光源箱中，经光导纤维将光源引入比较仪表头。由于灯泡离开表头有一定距离(约0.sm)，使灯泡发热对比较仪的影响有了较大改善。但这种比较仪尚有两点不足，一是光纤对光的传导有损耗，为了使光学“指针”比较清晰，必须加大光源箱中灯泡功率，使光源箱发热严重，据测定，光源箱的发热在一定条件下会改变比较仪周围空间的温度达零点几摄氏度，也易引起示值漂移;另一点是比较仪体积大，造价高，灯泡寿命低，使用不便。

    新设计的光学扭簧比较仪可以完全克服现有国产比较仪的不足，具有体积小，造价低，带公差带设定及越限报警功能，电池(或AC/DC变换电源)供电，在超精密测童时，使比较仪工作得更稳定。

    二、结构及工作原理

    新型光学扭簧比较仪主要是对原有比较仪的光源部分作了重新设计，同时增设了公差带设定标志和越限报警机构，为了减小原比较仪厚度，在前表壳上增加弧形反射镜，其外形见图2。

    比较仪工作时(参见图1和图2)，照明光源10发出的光束经视场光阂11和透镜12形成光学“指针”象，该象经反光镜片T和弧形反射镜反射，照射在表盘8上。此时若刚量杆2有δ的直线位移量(即被测量)就会使三角传动元件4以A为支点作转动，并将扭簧元件6拉伸，使其带动反光镜片7转动Q角度。由于三角传动元件的杠杆比、扭簧元件的转角/拉伸比、表盘刻线间距、表盘刻线与光学“指针”回转中心距离以及反射角增量等均与比较仪的传动比有关，因此比较仪总传动比可由下式来决定，