高灵敏度容栅式电子塞规

惠兆文 赵忠兴 唐大春 刘清义

(①中国第一汽车集团有限公司教育培训中心，吉林长春 142720;②长春市春求科技开发有限公司，吉林长春 130000;③一汽大众汽车有限公司，吉林长春 130011)

1 背景技术

机械加工生产线(如大批量汽车零件生产线)上广泛使用卡规、塞规等专用量具，在测量内径、键槽等包容尺寸时，一直大量使用电子塞规。通常电子塞规有容栅式和电感式两种。容栅式电子塞规测量精度为6 μm，有些情况下已经不能满足需求;电感式电子塞规的精度为2 μm，精度稍高，缺点是功能单一，装配调试难度大，对环境的要求较高。

为了克服上述两种电子塞规的不足，笔者开发了一种高分辨率容栅式电子塞规，通过弹性杠杆变形元件的放大作用，使容栅电子传感器的分辨率提高了10倍，因而大大提高了它的测量精度。

2 结构与原理

2.1 结构

如图1所示为高精度容栅式电子塞规的主视图和侧视图:弹性杠杆变形元件的下端装有2个球面定心测头。变形元件用定位销轴和锁紧螺母与本体相联。又通过螺钉将左、右托架固定于弹性杠杆变形元件的上部。左右托架之间装有容栅式电子传感器。弹性杠杆变形元件有一狭长的间隙，其中部装有弹性限位螺钉和螺母，起保护变形元件的作用。

测头中心定位盘位于本体下方，其结构(如图2所示)是一个台阶形圆片，中心有一通槽，通槽中心与外圆中心对称重合，弹性杠杆变形元件与其滑动配合确保两侧头测量的尺寸是直径尺寸。导向罩呈台阶形正好与中心定位盘相配合，其下端用端盖封闭。

本体一侧装有液晶控制器、发光二极管和发声器，另一侧装有盖板，用于内部元件的拆装和调整。

塞规电子部分采用分体设计，容栅电子传感器主副栅是扇形结构。液晶控制器具有控制英制和公制尺寸转换、相对和绝对尺寸测量、任意位置清零、正负值显示、数据保持(包括最大值和最小值保持及极限尺寸判断)、电池耗尽报警等诸多功能。

2.2 原理

将电子塞规插入被测工件孔中慢慢移动并转动即可测得直径尺寸。原理如下:

由图1和图3可以看到:球心点的位置在对称中心面A－A上，被测工件直径变化时，测头测量点的位置相应变化，弹性杠杆变形元件以A－A为变形中心面，以B－B为法平面将工件直径变化量按1∶10的比例(这个比例可根据需要来设计)传到另一端容栅电子传感器上，并通过发光二极管将尺寸显示出来，发声器会发出提示音。

本塞规影响测量误差的因素除了量具本身的制造误差以外，主要是用测头的直线位移代替弧长变量引起的误差:若杠杆比例为1∶10，测量孔径公差为0.2 mm(即每个测头位移量为0.1 mm)，球心点到B－B面的距离为15 mm，则位移所对应的弧长计算如下:

sinα=0.1/15(ɑ 为对称中心面 A－A 的摆角)

α=0.381 974 692°

所对应弧长 L=α×π×2×15/360=0.100 000 74 mm

误差值为 δ=L－0.1=0.000 000 74 mm

可见这里用位移变动量代替圆弧变动量所造成的误差可以忽略不计。经省级计量院鉴定本卡规综合测量误差稳定在±0.000 1 mm。

3 结语

机械加工过程中精度与效率都很重要。本塞规用简单的杠杆原理将工件误差放大10倍以上进行测量，不仅大大提高了量具的分辨率，而且测量精度高、操作方便快捷、不需要太高的环境条件，特别适合在线检测。在生产过程中获得了很高的评价，本结构已经获得国家专利(专利号:01207196X)。

［1］杨庆华，赵世平，赵背生，等.采用光纤传感器的电子塞规的设计［J］.中国测试技术，2005(4).

［2］施融和，时艳.电子塞规及其应用［J］.工具技术，1992，26(7).

［3］胡泓，胥尚昆.高精度电子塞规仪的设计与测试［J］.机械，1995(6).

［4］杨秀华，赵世平，廖俊必.光纤式位移传感器塞规的设计［J］.工具技术，2004，38(4).