專利名稱：光標(biāo)自動(dòng)秤的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
光標(biāo)自動(dòng)秤是一種自行指示衡器。
目前使用的自行指示衡器有電子秤和機(jī)械自動(dòng)秤兩大類。電子秤的造價(jià)較高，還難以普及使用。機(jī)械自動(dòng)秤按其所采用的機(jī)械式計(jì)量元件的不同，可以分為彈簧式、擺砣式……等等。1988年輕工業(yè)出版社出版、石沉平編著的《衡器的檢定與調(diào)修》一書中所論述的“度盤秤”就屬于擺砣式自動(dòng)秤；1989年4月3日《國(guó)家技術(shù)監(jiān)督局、國(guó)家工商行政管理局聯(lián)合發(fā)文》技監(jiān)局量發(fā)(1989)189號(hào)文中建議推廣使用的經(jīng)國(guó)家技術(shù)監(jiān)督局批準(zhǔn)的雙面字盤彈簧秤則是一種彈簧式自動(dòng)秤。上述兩種機(jī)械自動(dòng)秤雖然所用的計(jì)量元件不同，但顯示方式卻是相同的——計(jì)量元件對(duì)所稱重量的反映都是經(jīng)過齒條齒輪帶動(dòng)指針在字盤上顯示。這種顯示方式有兩個(gè)缺點(diǎn)一、由于齒條齒輪受到摩擦阻力和存在嚙合間隙，因而不能把計(jì)量元件的計(jì)量精度充分顯示出來；二、齒條齒輪傳動(dòng)機(jī)構(gòu)會(huì)隨著使用時(shí)間而受到磨損，因而影響整個(gè)自動(dòng)秤的使用壽命。
本來，作為計(jì)量元件的彈簧和擺砣結(jié)構(gòu)經(jīng)過人們的研究改進(jìn)已經(jīng)達(dá)到很好的計(jì)量精度。例如李德輝等人研制成功的一種擺砣結(jié)構(gòu)，理論上可以使稱量誤差不超過最大稱量的0.01％，經(jīng)批量生產(chǎn)檢驗(yàn)，實(shí)際稱量誤差不超過0.05％(詳見《精密自動(dòng)秤的秤體設(shè)計(jì)與實(shí)踐》，此文載于中國(guó)計(jì)量科學(xué)研究院編、技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)出版社出版的《計(jì)量技術(shù)》1978年第4期和全國(guó)商業(yè)機(jī)械科技情報(bào)中心站、北京市商業(yè)機(jī)械研究所編輯出版的《商業(yè)機(jī)械科技》1978年第2期)。計(jì)量精度這樣好的計(jì)量元件如果配上齒條齒輪帶動(dòng)指針這樣一種顯示裝置，使計(jì)量精度在顯示過程中蒙受損失，那是很可惜的。
本實(shí)用新型的目的是要把自動(dòng)秤中的機(jī)械式計(jì)量元件的計(jì)量精度充分地顯示出來，同時(shí)提高自動(dòng)秤的穩(wěn)定性和使用壽命。
在本實(shí)用新型一光標(biāo)自動(dòng)秤中取消了齒條齒輪帶動(dòng)指針這樣一種顯示裝置。它設(shè)置一個(gè)直接反映計(jì)量元件的計(jì)量精度的標(biāo)示所稱重量的標(biāo)尺。例如，在彈簧秤中，把標(biāo)示所稱重量的標(biāo)尺固定在彈簧上的一個(gè)因稱重而有位移的點(diǎn)上，或把此標(biāo)尺經(jīng)過杠桿與彈簧上的一個(gè)因稱重而有位移的點(diǎn)相聯(lián)結(jié)。又如，在擺砣式自動(dòng)秤中，把標(biāo)示所稱重量的標(biāo)尺固定在擺砣上。在計(jì)量元件的計(jì)量精度較高的情況下，標(biāo)尺的刻度應(yīng)當(dāng)是足夠細(xì)密的。我們利用光學(xué)系統(tǒng)把這細(xì)密的標(biāo)尺在讀數(shù)位置的局部或整個(gè)地進(jìn)行放大并投影到顯示屏上，從而可以讀出所稱重量。本文把投影出來的標(biāo)尺像稱為光標(biāo)，把顯示標(biāo)尺像的光學(xué)系統(tǒng)稱為光標(biāo)顯示裝置。
本實(shí)用新型的優(yōu)點(diǎn)一、由于光標(biāo)顯示裝置與計(jì)置元件不接觸、無摩擦，整個(gè)顯示過程都沒有損害計(jì)量元件的計(jì)量精度，因而與具有同樣計(jì)量元件的用齒條齒輪帶動(dòng)指針在字盤上顯示的自動(dòng)秤對(duì)比起來，光標(biāo)自動(dòng)秤的準(zhǔn)確度較高；二、光標(biāo)顯示裝置是一種不動(dòng)的固定結(jié)構(gòu)，又不會(huì)受到磨損，因而具有較好的穩(wěn)定性和較長(zhǎng)的使用壽命。


圖1是光標(biāo)顯示裝置的光路示意圖，其中雙點(diǎn)劃線代表光軸線。透鏡U、Z和平面鏡h組成聚光鏡頭(其中h的作用是使光路轉(zhuǎn)向，以縮短圖面縱向的寬度)。燈絲S發(fā)出的光通過聚光鏡頭使標(biāo)尺(整體或位于光軸附近的局部)面積m受到既均勻又強(qiáng)的照明。由m出射的光通過投影鏡頭o和平面鏡n將m成像并投影到顯示屏f上。在f上畫一個(gè)標(biāo)志作為固定的讀數(shù)位置。面對(duì)顯示屏即可對(duì)放大了的標(biāo)尺像進(jìn)行讀數(shù)。物距(om)、像距(onf)與投影鏡頭的焦距F有一定的關(guān)系 1/(Om) ＋ 1/(onf) ＝ 1/(F) 。放大倍數(shù)＝ (Onf)/(Om) 。當(dāng)采用一個(gè)薄透鏡作為投影鏡頭時(shí)，物距(Om)、像距(Onf)都是以該薄透鏡的中心為起點(diǎn)沿著光軸計(jì)量的距離。
設(shè)想光軸nf與平面鏡n和顯示屏f固定成一個(gè)整體，這個(gè)整體以nh為轉(zhuǎn)軸向圖面外轉(zhuǎn)起一個(gè)角度，則傾斜了的顯示屏仍將得到放大的標(biāo)尺像。這就是說，只要平面鏡n有如所述的適當(dāng)?shù)膬A角也可以在傾斜面上實(shí)現(xiàn)光標(biāo)顯示。
如果希望標(biāo)尺進(jìn)行雙向投影，可以增加一個(gè)平面鏡e，同時(shí)把n平移到光軸的一側(cè)(使它的一條直邊與光軸相交并且垂直于所投影的標(biāo)尺的刻度線)讓它只反射從投影鏡頭O出射的光束的一半，余下的一半則經(jīng)e反射到顯示屏g上。像距(oeg)＝(onf)。這種雙向投影的效果是面積m內(nèi)各刻度線的一端在f上得到清晰的像，另一端在g上得到清晰的像。因此，用于雙向投影的標(biāo)尺應(yīng)當(dāng)在刻度線的兩頭都標(biāo)上數(shù)碼——兩頭數(shù)碼分別投影到f和g?？潭染€則是共用的，雙向投影的刻度嚴(yán)格相同。
光標(biāo)顯示裝置可以像圖1那樣安排，但是我們并不打算做這樣的限制。按照同樣的原理，具體的光路布置是可以有各種變形的，其中所用的零件也可以替換和增減。例如，投影鏡頭O可以用單個(gè)透鏡，也可以用能夠投影成像的光具組；可以把Sheg拉成直線而取消平面鏡h和e；在單向顯示時(shí)甚至還可以包括n在內(nèi)全部平面鏡都取消；每個(gè)平面鏡都可以用能夠起反射作用的其他零件來代替；雙向顯示時(shí)，平面鏡n的作用是把從投影鏡頭O出射的光束分成兩半，用其他光學(xué)器件(如棱鏡)取代平面鏡n也能夠達(dá)到同樣的目的；聚光鏡頭的作用是使面積m受到既均勻又強(qiáng)的照明，任何能夠達(dá)到這種目的的照明系統(tǒng)都是可用的；當(dāng)被投影的標(biāo)尺由交替的透明線不透明線構(gòu)成時(shí)采用如圖透射式的照明，當(dāng)標(biāo)尺是不透明物時(shí)可采用反射式的照明(照到面積m的光線反射或散射后進(jìn)入投影鏡頭)；等等實(shí)際可用的變化是很多的。但總的作用都是把標(biāo)尺放大投影到顯示屏上。
圖2是一個(gè)實(shí)施例的示意圖。它是一個(gè)雙向顯示的擺砣式的光標(biāo)自動(dòng)秤。此秤采用前面引證的《精密自動(dòng)秤的秤體設(shè)計(jì)與實(shí)踐》這篇論文中所論述的擺砣結(jié)構(gòu)。根據(jù)這篇論文，只要預(yù)先選定偏心輪的半徑r就可以確定擺砣結(jié)構(gòu)的各種參數(shù)。我們把圖2中的r取值為30毫米。圖中仍以雙點(diǎn)劃線代表光標(biāo)顯示裝置的光軸線。可以把圖1視為圖2中的光標(biāo)顯示裝置的腑視圖。在兩圖中用相同的符號(hào)代表相同的零件，只是圖1中的零件Z、m、O、n、e在正視圖(圖2)中已經(jīng)被平面鏡h擋住而看不見。實(shí)際光路如圖2，光標(biāo)是投影在兩塊分別傾斜45°的顯示屏f、g上的。如前所述，分別把光反射到f、g上的平面鏡n、e也是有一定的傾角的。只是把光軸nf連同平面鏡n、顯示屏f整個(gè)地以nh為轉(zhuǎn)軸往下轉(zhuǎn)45°(另一邊eg也類似地往下轉(zhuǎn)45°)才得到圖1所示的n、f、e、g各平面都成了正立的形象。此外，圖1中的m只是圖2中整個(gè)標(biāo)尺M(jìn)M′的一個(gè)局部。
此實(shí)施例中，固定在擺砣上的、標(biāo)示所稱重量的標(biāo)尺M(jìn)M′是按照最大稱量為5kg設(shè)計(jì)并刻制在透明板上的。在以擺砣的擺動(dòng)支點(diǎn)C為中心、張角為25°，半徑為163.7毫米的弧線
上等間隔地劃出500個(gè)刻度線(各刻度線與弧線垂直、長(zhǎng)度1毫米，刻度線的密度為每毫米7線)。每十個(gè)刻度標(biāo)一個(gè)數(shù)碼，相鄰數(shù)碼遞增0.1(kg)。其中每一個(gè)數(shù)碼都重復(fù)地在刻度線的兩頭標(biāo)寫(把圖2順時(shí)針旋轉(zhuǎn)90°來看，刻于弧線
外側(cè)的數(shù)碼應(yīng)是正立的數(shù)字；刻于弧線內(nèi)側(cè)的數(shù)碼則應(yīng)是把圖2逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)90°來看時(shí)才是正立的)。
光標(biāo)顯示裝置的有關(guān)參數(shù)為①燈絲S——可用功率為12瓦的低壓燈泡；②透鏡U和Z相同——焦距都是25毫米、直徑30毫米；③透鏡O——焦距15毫米、直徑18毫米；④平面鏡h、n和e可以從日用品的鏡片切下來篩選(多數(shù)可用)；⑤顯示屏采用單面砂毛的毛玻璃；⑥沿光軸計(jì)量的距離(都以毫米為單位)——SU＝25；Uh＝30；hZ＝25；Zm＝22；mo＝16.2；On＝22.5；nf＝180；ne＝54；eg＝126；⑦由上列參數(shù)決定的標(biāo)尺的放大倍數(shù)為12.5倍；⑧標(biāo)尺上被投影的局部面積m的寬度≥6毫米(即42個(gè)刻度線所占的寬度)。這也是光線通過聚光鏡頭后應(yīng)當(dāng)照明的范圍。
采用專門設(shè)計(jì)的投影鏡頭可以使光標(biāo)顯示更為清晰。實(shí)施例以一個(gè)透鏡充當(dāng)投影鏡頭則是最簡(jiǎn)單，也是完全有效的方法。
權(quán)利要求1.光標(biāo)自動(dòng)秤是一種自行指示衡器，它有一個(gè)機(jī)械式計(jì)量元件，一個(gè)標(biāo)示所稱重量的標(biāo)尺和一個(gè)光標(biāo)顯示裝置，其特征在于標(biāo)示所稱重量的標(biāo)尺是一個(gè)直接反映計(jì)量元件的計(jì)量精度的細(xì)密的標(biāo)尺，這標(biāo)尺被光學(xué)系統(tǒng)放大投影在顯示屏上。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光標(biāo)自動(dòng)秤，其特征在于標(biāo)示所稱重量的標(biāo)尺在讀數(shù)位置的局部被光學(xué)系統(tǒng)放大投影在顯示屏上。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光標(biāo)自動(dòng)秤，其特征在于在光標(biāo)顯示裝置中把從一個(gè)投影鏡頭出射的光束分成兩半，分別投射到兩個(gè)顯示屏上。
專利摘要光標(biāo)自動(dòng)秤是一種自行指示衡器，它包括一個(gè)機(jī)械式計(jì)量元件、一個(gè)標(biāo)示所稱重量的標(biāo)尺和一個(gè)光標(biāo)顯示裝置。其特征是，標(biāo)示所稱重量的標(biāo)尺是一個(gè)直接反映計(jì)量元件的計(jì)量精度的細(xì)密的標(biāo)尺，這標(biāo)尺被光學(xué)系統(tǒng)放大投影在顯示屏上(雙向或單向顯示)。這種顯示方式使計(jì)量元件的計(jì)量精度得到充分利用，可以提高自動(dòng)秤的準(zhǔn)確度、穩(wěn)定性和使用壽命。
文檔編號(hào)G01G23/18GK2062834SQ8921195
公開日1990年9月26日 申請(qǐng)日期1989年12月18日 優(yōu)先權(quán)日1989年12月18日
發(fā)明者李德輝 申請(qǐng)人:李德輝