CN102331213B - 双零位卡尺 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种双零位卡尺，包括双零位尺体和测微机构；所述双零位尺体包括主尺和副尺。所述副尺具有前副尺和后副尺，所述后副尺可相对所述前副尺在有限范围内移动，移动方向与所述整数刻线排列方向平行；所述前副尺具有动量爪和测标；所述前副尺负责测量测量值的整数值，所述后副尺负责测量测量值与所述整数值之差。所述后副尺中设有定位轴，所述卡尺还具有杠杆，自锁机构和离合机构，共同控制所述前、后副尺的位移。本申请所述双零位卡尺采用了“双零位测量”新概念，能大幅度的缩短游标线、量表、电子传感器等现代测微机构的工作行程，理论上可缩短到最大仅为1毫米的程度，为突破现代卡尺的四大技术极限奠定了极为有利的基础。

Description

双零位卡尺

技术领域

本发明涉及卡尺技术领域，具体的，是一种双零位卡尺，包括双零位尺体和测微机构，更具体地，该双零位卡尺为双零位机械表卡尺、双零位电子表卡尺和双零位游标卡尺。

技术背景

卡尺是一种年代久远的测量工具，其古老的历史可以追朔到公元一世纪初，那时的中国就已经发明了古代卡尺并应用在生产中。尽管中国的古代卡尺没有测微机构，不能测量小于1毫米的数值，但它已经具有了固定的主尺和能沿主尺运动的副尺，主尺和副尺上都分别带有测量爪，两爪之间可以相对运动，从而可以卡住被测物进行测量。这一极具灵便性的结构，经历了千锤百炼的考验，成为卡尺结构的经典，至今仍为一切现代卡尺所恪守享用而无法超越。现代卡尺只是多了一套测微机构，因而可以测量和显示小于1毫米的数值。

卡尺因其结构简单、改动余地不大，使得卡尺的更新换代周期极其漫长。从公元9年中国制造的古代卡尺算起，历经1851年美国制造的第一把游标卡尺、1973年瑞士制造的第一把带表卡尺、1980年日本率先生产的电子卡尺，前后至今已历时两千年。

迄今为止的所有公知卡尺，无论是中国的古代卡尺还是世界通用的现代卡尺，全都是按照“单零位”的概念设计的，即卡尺的测量值全都是通过离开一个位置固定的原始零位即静量爪的测量操作而得到的，它记录的是从原始零位到被测点的位移。这种“单零位”的测量概念沿用了两千余年，既取得了巨大成功，也产生了一些至今无法逾越的技术极限，那就是：①游标卡尺的最高显示精度只能达0.02毫米。②带表卡尺的齿条长度必须大于标定量程，进而因此制造大于1米的大量程带表卡尺至今仍是空白。③线位移容栅电子卡尺至今不能防水。④所有的公知卡尺都会因测量者用力大小的不同而引起示值差异。这四大技术极限已成专业定论，它们是制造更好卡尺的障碍，但又难以跨越。两千年来，积留在卡尺领域里的上述四大技术极限，从未有过突破。

发明内容

针对所述的四大技术极限，本发明提供一种卡尺设计的新原理，以及一种能体现该新原理的卡尺尺体，和在该尺体上分别安装量表、电子传感器和游标三种不同测微机构而成的新型卡尺。这些新型卡尺既打破了两千余年从未有变的旧原理，又完全保留了现代卡尺的经典特征，可全面突破所述的四大技术极限。需要说明，述及的卡尺尺体和述及的分别安装了三种不同测微机构的新型卡尺，具有技术上的关联性，它们共同组成本发明内容。

所述的卡尺设计新原理是：先设定每一个测量值都等于整数值+小数值之和。主尺设有原始零位，用于测量整数值，并以整数值为小数零位，用于测量小数值，简称“双零位测量”。根据“双零位测量”新原理，游标、量表、电子传感器等现代测微机构都只用于测量相对某一整数值的小数值，因此，其工作行程都可大幅度的缩短，理论上可缩短到最大仅为1毫米的程度。于是，带表卡尺上齿条与齿轮之间的啮合行程、电子卡尺上动定栅之间的耦合行程、游标卡尺上游标线与整数刻线之间的移动行程，都将局限在至多1毫米的理论范围之内，这就使突破所述的四大技术极限成为可能。由于“双零位测量”新原理必须通过尺体的改造和创新而实现，为此，特将能体现该新原理的卡尺尺体简称为双零位尺体，凡在双零位尺体上安装不同测微机构而形成的卡尺统称为双零位卡尺，再按测微机构的性质分别称为双零位机械表卡尺、双零位电子表卡尺和双零位游标卡尺，以区别于传统公知。

本发明的技术方案如下：一种双零位卡尺，包括双零位尺体和测微机构；所述双零位尺体包括主尺和副尺；所述测微机构为机械量表、或电子位移传感器、或游标细分装置；所述主尺具有静量爪和主尺尺体，所述主尺尺体上标有两两距离为1毫米的整数倍的整数刻线，距静量爪最近的起始整数刻线为原始零位；所述副尺包容所述主尺尺体并可相对所述主尺尺体自锁不动或沿所述整数刻线的排列方向移动；

所述副尺具有前副尺和后副尺，所述后副尺可相对所述前副尺在有限范围内移动，移动方向与所述整数刻线的排列方向平行；所述前副尺具有动量爪和测标；所述前副尺负责测量测量值的整数值，所述后副尺负责测量测量值与所述整数值之差；

所述前副尺为一框体，所述框体下部枢接一杠杆，该杠杆自由端设有一个能自由转动的滚轮，该滚轮靠近所述主尺尺体的下侧面；所述杠杆和所述后副尺上设有相互配合的离合机构，按压所述滚轮使其接触所述主尺尺体的下侧面时，所述杠杆偏转，所述离合机构闭合，此时，所述前、后副尺形成同步位移的刚性结构；松开所述滚轮，所述杠杆复位，所述离合机构分开；

所述前副尺上还具由锁紧轴和压缩弹簧组成的自锁机构；所述锁紧轴上设有锁紧面与所述主尺尺体紧密抵持，从而将所述前副尺锁紧在所述主尺尺体上而不能移动；所述锁紧轴一端抵接所述杠杆，所述杠杆施加在所述锁紧轴上的力使所述锁紧面与所述主尺尺体分离，从而使所述前副尺与所述主尺尺体之间的锁紧状态解除，此时所述前副尺可沿所述整数刻线的排列方向移动；所述杠杆施加在所述锁紧轴上的力撤销后，所述压缩弹簧令所述锁紧轴复位，使所述锁紧轴恢复到与所述主尺尺体紧密抵持的锁紧状态；

所述后副尺也为一框体，且后副尺具有一仅可沿轴心线方向移动的定位轴，所述定位轴部分容置于框体内，所述定位轴上套装有弹性元件，该弹性元件可使所述定位轴在令其产生位移的外力撤销后复位；

所述的主尺上设有一排定位凹凸，所述定位凹凸的形状与所述定位轴的径向断面形状相匹配，所述定位凹凸的数量至少能使其排列长度等于标定量程，每个所述定位凹凸的形状和大小都相同，每个所述定位凹凸的中心都与所述整数刻线保持固定不变的对应关系，且相邻两个所述定位凹凸的中心距相等；当所述前副尺的测标对准所述原始零位时，按压所述滚轮使所述离合机构闭合，所述定位轴的对称中心与某个所述定位凹凸的中心重合，该定位凹凸即为起始定位凹凸；

所述前、后副尺在沿所述整数刻线的排列方向上分离一小段距离，记为δ＇；所述前副尺和所述后副尺上设有相互配合的限位装置，所述限位装置使所述后副尺相对所述前副尺的最大位移距离≯δ＇；所述离合机构闭合时，所述前、后副尺在沿所述整数刻线的排列方向上的分离距离，记为δ，δ＇＞δ≥1毫米且等于一排所述定位凹凸中相邻两个定位凹凸的中心距；

所述测微机构的相对运动部分分别固装在所述前副尺上和所述后副尺上，使所述测微机构能够产生工作行程；所述测微机构仅测量和显示所述后副尺相对所述前副尺的位移距离。

较佳地，所述离合机构为相互配合的V型凸部和V型凹部。

较佳地，所述定位轴是一球头轴。

较佳地，所述定位凹凸为定位孔，定位孔的直径小于所述球头轴的球径。

较佳地，按压所述滚轮使其接触主尺的下侧面时，所述滚轮的外圆面与所述杠杆的边缘面平齐。

较佳地，所述定位凹凸的中心与所述整数刻线的偶数刻线保持一一对应的固定关系。

一种双零位机械表卡尺，包括双零位尺体和测微机构；所述双零位尺体包括主尺和副尺；所述测微机构为带齿轮组的机械指示表；所述主尺具有静量爪和主尺尺体，所述主尺尺体上标有两两距离为1毫米的整数倍的整数刻线，距静量爪最近的起始整数刻线为原始零位；所述副尺包容所述主尺尺体并可相对所述主尺尺体自锁不动或沿所述整数刻线的排列方向移动；

所述副尺具有前副尺和后副尺，所述后副尺可相对所述前副尺在有限范围内移动，移动方向与所述整数刻线的排列方向平行；所述前副尺具有动量爪和测标；所述前副尺负责测量测量值的整数值，所述后副尺负责测量测量值与所述整数值之差；

所述前副尺为一框体，所述框体下部枢接一杠杆，该杠杆自由端设有一个能自由转动的滚轮，该滚轮靠近所述主尺尺体的下侧面；所述杠杆和所述后副尺上设有相互配合的离合机构，按压所述滚轮使其接触所述主尺尺体的下侧面时，所述杠杆偏转，所述离合机构闭合，此时，所述前、后副尺形成同步位移的刚性结构；松开所述滚轮，所述杠杆复位，所述离合机构分开；

所述前副尺上还具由锁紧轴和压缩弹簧组成的自锁机构；所述锁紧轴上设有锁紧面与所述主尺尺体紧密抵持，从而将所述前副尺锁紧在所述主尺尺体上而不能移动；所述锁紧轴一端抵接所述杠杆，所述杠杆施加在所述锁紧轴上的力使所述锁紧面与所述主尺尺体分离，从而使所述前副尺与所述主尺尺体之间的锁紧状态解除，此时所述前副尺可沿所述整数刻线的排列方向移动；所述杠杆施加在所述锁紧轴上的力撤销后，所述压缩弹簧令所述锁紧轴复位，使所述锁紧轴恢复到与所述主尺尺体紧密抵持的锁紧状态；

所述后副尺也为一框体，且后副尺具有一仅可沿轴心线方向移动的定位轴，所述定位轴部分容置于框体内，所述定位轴上套装有弹性元件，该弹性元件可使所述定位轴在令其产生位移的外力撤销后复位；

所述的主尺上设有一排定位凹凸，所述定位凹凸的形状与所述定位轴的径向断面形状相匹配，所述定位凹凸的数量至少能使其排列长度等于标定量程，每个所述定位凹凸的形状和大小都相同，每个所述定位凹凸的中心都与所述整数刻线保持固定不变的对应关系，且相邻两个所述定位凹凸的中心距相等；当所述前副尺的测标对准所述原始零位时，按压所述滚轮使所述离合机构闭合，所述定位轴的对称中心与某个所述定位凹凸的中心重合，该定位凹凸即为起始定位凹凸；

所述前、后副尺在沿所述整数刻线的排列方向上分离一小段距离，记为δ＇；所述前副尺和所述后副尺上设有相互配合的限位装置，所述限位装置使所述后副尺相对所述前副尺的最大位移距离≯δ＇；所述离合机构闭合时，所述前、后副尺在沿所述整数刻线的排列方向上的分离距离，记为δ，δ＇＞δ≥1毫米且等于一排所述定位凹凸中相邻两个定位凹凸的中心距；

所述后副尺的框体向靠近所述原始零位的方向延伸出凸出部，该凸出部伸入到所述前副尺内部，在该凸出部上固装有一短齿条；一弹压簧片抵接所述凸出部将所述凸出部与所述主尺下侧面紧贴；所述带齿轮组的机械表固装于所述前副尺；所述齿轮组与所述短齿条在所述前副尺的内部空间里相啮合，啮合行程的最大值为δ＇；

所述带齿轮组的机械指示表仅测量和显示所述后副尺相对所述前副尺的位移距离。

一种双零位电子表卡尺，包括双零位尺体和测微机构；所述双零位尺体包括主尺和副尺；所述测微机构为线位移电子传感器；所述主尺具有静量爪和主尺尺体，所述主尺尺体上标有两两距离为1毫米的整数倍的整数刻线，距静量爪最近的起始整数刻线为原始零位；所述副尺包容所述主尺尺体并可相对所述主尺尺体自锁不动或沿所述整数刻线的排列方向移动；

所述副尺具有前副尺和后副尺，所述后副尺可相对所述前副尺在有限范围内移动，移动方向与所述整数刻线的排列方向平行；所述前副尺具有动量爪和测标；所述前副尺负责测量测量值的整数值，所述后副尺负责测量测量值与所述整数值之差；

所述前副尺为一框体，所述框体下部枢接一杠杆，该杠杆自由端设有一个能自由转动的滚轮，该滚轮靠近所述主尺尺体的下侧面；所述杠杆和所述后副尺上设有相互配合的离合机构，按压所述滚轮使其接触所述主尺尺体的下侧面时，所述杠杆偏转，所述离合机构闭合，此时，所述前、后副尺形成同步位移的刚性结构；松开所述滚轮，所述杠杆复位，所述离合机构分开；

所述前副尺上还具由锁紧轴和压缩弹簧组成的自锁机构；所述锁紧轴上设有锁紧面与所述主尺尺体紧密抵持，从而将所述前副尺锁紧在所述主尺尺体上而不能移动；所述锁紧轴一端抵接所述杠杆，所述杠杆施加在所述锁紧轴上的力使所述锁紧面与所述主尺尺体分离，从而使所述前副尺与所述主尺尺体之间的锁紧状态解除，此时所述前副尺可沿所述整数刻线的排列方向移动；所述杠杆施加在所述锁紧轴上的力撤销后，所述压缩弹簧令所述锁紧轴复位，使所述锁紧轴恢复到与所述主尺尺体紧密抵持的锁紧状态；

所述后副尺也为一框体，且后副尺具有一仅可沿轴心线方向移动的定位轴，所述定位轴部分容置于框体内，所述定位轴上套装有弹性元件，该弹性元件可使所述定位轴在令其产生位移的外力撤销后复位；

所述的主尺上设有一排定位凹凸，所述定位凹凸的形状与所述定位轴的径向断面形状相匹配，所述定位凹凸的数量至少能使其排列长度等于标定量程，每个所述定位凹凸的形状和大小都相同，每个所述定位凹凸的中心都与所述整数刻线保持固定不变的对应关系，且相邻两个所述定位凹凸的中心距相等；当所述前副尺的测标对准所述原始零位时，按压所述滚轮使所述离合机构闭合，所述定位轴的对称中心与某个所述定位凹凸的中心重合，该定位凹凸即为起始定位凹凸；

所述前、后副尺在沿所述整数刻线的排列方向上分离一小段距离，记为δ＇；所述前副尺和所述后副尺上设有相互配合的限位装置，所述限位装置使所述后副尺相对所述前副尺的最大位移距离≯δ＇；所述离合机构闭合时，所述前、后副尺在沿所述整数刻线的排列方向上的分离距离，记为δ，δ＇＞δ≥1毫米且等于一排所述定位凹凸中相邻两个定位凹凸的中心距；

所述线位移电子传感器，具有固装于所述前副尺的防水密封盒，所述防水密封盒内装有线路板和动栅板，所述线路板和动栅板通过电路耦合，耦合行程的最大值为δ＇；所述动栅板与一驱动轴相连接，所述驱动轴穿越并伸出到所述防水密封盒外部而与所述后副尺固接、并带动所述动栅板随所述后副尺同步直线移动；所述防水密封盒表面设有电子显示屏，所述电子显示屏与所述线路板电连接，其上显示的整数位在δ=2时凝固为0；所述驱动轴穿越所述防水密封盒处设有密封轴承；

所述线位移电子传感器仅测量和显示所述后副尺相对所述前副尺的位移距离。

一种双零位电子表卡尺，包括双零位尺体和测微机构；所述双零位尺体包括主尺和副尺；所述测微机构为角位移电子传感器；所述主尺具有静量爪和主尺尺体，所述主尺尺体上标有两两距离为1毫米的整数倍的整数刻线，距静量爪最近的起始整数刻线为原始零位；所述副尺包容所述主尺尺体并可相对所述主尺尺体自锁不动或沿所述整数刻线的排列方向移动；

所述副尺具有前副尺和后副尺，所述后副尺可相对所述前副尺在有限范围内移动，移动方向与所述整数刻线的排列方向平行；所述前副尺具有动量爪和测标；所述前副尺负责测量测量值的整数值，所述后副尺负责测量测量值与所述整数值之差；

所述前副尺为一框体，所述框体下部枢接一杠杆，该杠杆自由端设有一个能自由转动的滚轮，该滚轮靠近所述主尺尺体的下侧面；所述杠杆和所述后副尺上设有相互配合的离合机构，按压所述滚轮使其接触所述主尺尺体的下侧面时，所述杠杆偏转，所述离合机构闭合，此时，所述前、后副尺形成同步位移的刚性结构；松开所述滚轮，所述杠杆复位，所述离合机构分开；

所述前副尺上还具由锁紧轴和压缩弹簧组成的自锁机构；所述锁紧轴上设有锁紧面与所述主尺尺体紧密抵持，从而将所述前副尺锁紧在所述主尺尺体上而不能移动；所述锁紧轴一端抵接所述杠杆，所述杠杆施加在所述锁紧轴上的力使所述锁紧面与所述主尺尺体分离，从而使所述前副尺与所述主尺尺体之间的锁紧状态解除，此时所述前副尺可沿所述整数刻线的排列方向移动；所述杠杆施加在所述锁紧轴上的力撤销后，所述压缩弹簧令所述锁紧轴复位，使所述锁紧轴恢复到与所述主尺尺体紧密抵持的锁紧状态；

所述后副尺也为一框体，且后副尺具有一仅可沿轴心线方向移动的定位轴，所述定位轴部分容置于框体内，所述定位轴上套装有弹性元件，该弹性元件可使所述定位轴在令其产生位移的外力撤销后复位；

所述的主尺上设有一排定位凹凸，所述定位凹凸的形状与所述定位轴的径向断面形状相匹配，所述定位凹凸的数量至少能使其排列长度等于标定量程，每个所述定位凹凸的形状和大小都相同，每个所述定位凹凸的中心都与所述整数刻线保持固定不变的对应关系，且相邻两个所述定位凹凸的中心距相等；当所述前副尺的测标对准所述原始零位时，按压所述滚轮使所述离合机构闭合，所述定位轴的对称中心与某个所述定位凹凸的中心重合，该定位凹凸即为起始定位凹凸；

所述前、后副尺在沿所述整数刻线的排列方向上分离一小段距离，记为δ＇；所述前副尺和所述后副尺上设有相互配合的限位装置，所述限位装置使所述后副尺相对所述前副尺的最大位移距离≯δ＇；所述离合机构闭合时，所述前、后副尺在沿所述整数刻线的排列方向上的分离距离，记为δ，δ＇＞δ≥1毫米且等于一排所述定位凹凸中相邻两个定位凹凸的中心距；

所述后副尺的框体向靠近所述原始零位的方向延伸出凸出部二，该凸出部二伸入到所述前副尺内部，一弹压簧片二抵接所述凸出部二将所述凸出部二与所述主尺下侧面紧贴；一根短齿条二在所述前副尺的内部空间里固装在凸出部二上；

所述角位移传感器具有与前副尺固装的齿轮组二，所述齿轮组二的输出端为一根旋转轴二；所述齿轮组二与所述短齿条二在所述前副尺的内部空间里无间隙啮合，可啮合行程的最大值为δ＇；所述角位移传感器还具有与所述前副尺固装的防水密封盒二，所述旋转轴二穿越并进入所述防水密封盒二内，穿越处有防水密封轴承二；所述防水密封盒二内装有电路板二，所述旋转轴二在所述防水密封盒二内固装一圆形动栅片，所述圆形动栅片可随所述旋转轴二同步转动；所述圆形动栅片与所述电路板二通过电路耦合，通过检测所述圆形动栅片相对所述电路板二的角度位置和所述圆形动栅片因所述短齿条二移动而产生的旋转圈数，而测量和显示所述后副尺相对所述前副尺所出现的直线位移距离，该直线位移距离的最大值为δ＇；所述防水密封盒二表面设有电子显示屏二，所述电子显示屏二与所述线路板二电连接，其上显示的整数位在δ=2时凝固为0。

一种双零位游标卡尺，包括双零位尺体和测微机构；所述双零位尺体包括主尺和副尺；所述测微机构为游标细分装置；所述主尺具有静量爪和主尺尺体，所述主尺尺体上标有两两距离为1毫米的整数倍的整数刻线，距静量爪最近的起始整数刻线为原始零位；所述副尺包容所述主尺尺体并可相对所述主尺尺体自锁不动或沿所述整数刻线的排列方向移动；

所述副尺具有前副尺和后副尺，所述后副尺可相对所述前副尺在有限范围内移动，移动方向与所述整数刻线的排列方向平行；所述前副尺具有动量爪和测标；所述前副尺负责测量测量值的整数值，所述后副尺负责测量测量值与所述整数值之差；

所述前副尺为一框体，所述框体下部枢接一杠杆，该杠杆自由端设有一个能自由转动的滚轮，该滚轮靠近所述主尺尺体的下侧面；所述杠杆和所述后副尺上设有相互配合的离合机构，按压所述滚轮使其接触所述主尺尺体的下侧面时，所述杠杆偏转，所述离合机构闭合，此时，所述前、后副尺形成同步位移的刚性结构；松开所述滚轮，所述杠杆复位，所述离合机构分开；

所述前副尺上还具由锁紧轴和压缩弹簧组成的自锁机构；所述锁紧轴上设有锁紧面与所述主尺尺体紧密抵持，从而将所述前副尺锁紧在所述主尺尺体上而不能移动；所述锁紧轴一端抵接所述杠杆，所述杠杆施加在所述锁紧轴上的力使所述锁紧面与所述主尺尺体分离，从而使所述前副尺与所述主尺尺体之间的锁紧状态解除，此时所述前副尺可沿所述整数刻线的排列方向移动；所述杠杆施加在所述锁紧轴上的力撤销后，所述压缩弹簧令所述锁紧轴复位，使所述锁紧轴恢复到与所述主尺尺体紧密抵持的锁紧状态；

所述后副尺也为一框体，且后副尺具有一仅可沿轴心线方向移动的定位轴，所述定位轴部分容置于框体内，所述定位轴上套装有弹性元件，该弹性元件可使所述定位轴在令其产生位移的外力撤销后复位；

所述的主尺上设有一排定位凹凸，所述定位凹凸的形状与所述定位轴的径向断面形状相匹配，所述定位凹凸的数量至少能使其排列长度等于标定量程，每个所述定位凹凸的形状和大小都相同，每个所述定位凹凸的中心都与所述整数刻线保持固定不变的对应关系，且相邻两个所述定位凹凸的中心距相等；当所述前副尺的测标对准所述原始零位时，按压所述滚轮使所述离合机构闭合，所述定位轴的对称中心与某个所述定位凹凸的中心重合，该定位凹凸即为起始定位凹凸；

所述前、后副尺在沿所述整数刻线的排列方向上分离一小段距离，记为δ＇；所述前副尺和所述后副尺上设有相互配合的限位装置，所述限位装置使所述后副尺相对所述前副尺的最大位移距离≯δ＇；所述离合机构闭合时，所述前、后副尺在沿所述整数刻线的排列方向上的分离距离，记为δ，δ＇＞δ≥1毫米且等于一排所述定位凹凸中相邻两个定位凹凸的中心距；

所述游标细分装置具有与所述前副尺固接的滑槽板和与所述后副尺固接的驱动件；所述滑槽板上固装一个直线位移放大器，所述直线位移放大器的输入端设有所述的驱动件、输出端设有游标筒，所述游标筒可在所述滑槽板内规范滑动，所述直线位移放大器通过所述驱动件将所述后副尺的位移距离接收并放大后，再输出给所述游标筒接收；一排两两距离为1毫米的小刻线刻制在所述滑槽板上，一段游标线刻制在所述游标筒上且与所述小刻线共面，可游动的所述游标线与相对固定的所述小刻线共同组成共面的无视差游标读数装置；

所述游标线相对所述小刻线的最大有效移动行程为δK，K为所述直线位移放大器的放大倍数；放大倍数K可按需选取，当K＝10时：所述游标线按将所述小刻线的9毫米排列长度等分成10等份设置，所述小刻线的排列总长度为10×（δ＋1），所述游标细分装置的显示精度标识为0.01毫米；

所述游标细分装置仅测量和显示所述后副尺相对所述前副尺的位移距离。

本发明的有益效果：本发明所述双零位卡尺打破了两千年从未有变的卡尺设计旧原理，采用了“双零位测量”新原理，能一次性的全面跨越现代卡尺所面临的四大技术极限，使传统公知卡尺产生前所未有的新变化，技术进步显著。由于效应是多方面、连锁性的，其更多的效果内容将在具体实施例中列述。

附图说明

图1为本发明所述双零位卡尺的设计原理图；

图2为本发明所述双零位尺体的结构示意图；

图3为本发明所述双零位尺体的另一结构示意图，为了显示清楚，图中没有显示框体213的框盖；

图4为本发明所述双零位尺体的局部结构示意图，为了显示清楚，图中没有显示主尺100；

图5为本发明所述后副尺的结构示意图，为了显示清楚，图中没有显示框体222的框盖；

图6为前副尺210和后副尺220的组装结构示意图，为了显示清楚，图中没有显示前副尺210的框盖和后副尺的框盖；

图7a为原始零位111、前副尺210、后副尺220、定位凹凸150、整数刻线112五者之间的有序关系结构示意图，为了显示清楚，图中后副尺框盖和前副尺210的框盖被部分切除；

图7b为图7a H处的放大图；

图8a为本发明所述双零位尺体小数值显示的第一设计原理图，为了图示清楚，图中将球心实际位置从定位孔连心线处移离到了连心线上方，图8b～图8d均同；

图8b为本发明所述双零位尺体小数值显示的第二设计原理图；

图8c为本发明所述双零位尺体小数值显示的第三设计原理图；

图8d为本发明所述双零位尺体小数值显示的第四设计原理图；

图9为本发明所述双零位尺体的第三结构示意图，图中离合机构400为闭合状态；

图10a为本发明所述双零位机械表卡尺的内部结构示意图；

图10b为本发明所述双零位机械表卡尺的外部结构示意图；

图10c为本发明所述双零位机械表卡尺齿条与齿轮组的啮合示意图；

图11a为本发明所述双零位电子表卡尺的内部结构示意图；

图11b为本发明所述双零位电子表卡尺的外部结构示意图；

图12a为本发明所述双零位电子表卡尺的结构示意图，该电子表卡尺由双零位尺体和传统公知的角位移电子传感器组成；

图12b为图12a所示电子表卡尺的短齿条701和齿轮组900无间隙啮合的结构示意图；

图12c为图12a所示电子表卡尺的防水密封盒二1000的内部结构示意图；

图13a为本发明所述双零位游标卡尺的外部结构示意图；

图13b为图13aⅠ处的放大图；

图13c为本发明所述双零位游标卡尺在t＝T时的A段读数图；

图13d为本发明所述双零位游标卡尺在t＝T-1时的B段读数图；

图13e为本发明所述双零位游标卡尺的局部结构示意图，为了显示清楚，图中没有显示游标筒215。

具体实施方式

为了便于理解本发明所述双零位卡尺的设计原理和实施方式，以下分五部分详述本发明。

一、本发明所述双零位卡尺的设计原理

参照图1，每一把卡尺的主尺上都标有或可以标有一组最小单位为1毫米的整数刻线，且该整数刻线的起始值为“0”，即为本发明所述的原始零位。卡尺卡住被测物进行测量时，卡尺的测标总是恰好对准或越过主尺上的某一整数刻线的位置，即测量值L所在的位置，该整数刻线表示的数值即为本发明所述的整数值L1。该整数刻线所在的位置即为本发明所述的小数零位。小数零位和测量值之间的距离值即为本发明所述的小数值t。因此，本发明中，测量值L为整数值L1和小数值t之和。本发明所述双零位卡尺的核心即是优化小数值t的测量。

二、本发明所述双零位尺体的结构

参照图2，所述的双零位尺体，包括双零位尺体和测微机构；所述双零位尺体包括主尺100和包容主尺100的副尺200。主尺100具有静量爪120和主尺尺体110，主尺尺体110上标注有两两距离为1毫米的整数倍的整数刻线112，整数刻线112距静量爪120最近的排列起始线为原始零位111。所述副尺200具有前副尺210和后副尺220，前副尺210具有测标211和动量爪212；后副尺220可相对前副尺210在一定范围内滑动，其滑动方向与整数刻线112的排列方向平行。在本发明所述的双零位尺体中，前副尺210负责测量整数值，后副尺220负责测量测量值与所述整数值之差。

参照图3，前副尺210是一框体213,框体213的下部枢接一仅可绕圆心O转动的杠杆300，杠杆300的自由端设有一个能自由转动的滚轮310，滚轮310靠近主尺100的下侧面130。杠杆300和后副尺220上设有相互配合的离合机构400。较佳地，离合机构400为V型的凸部410和V型的凹部420。前副尺210和后副尺220之间分离了一小段距离，该距离的最大值记为δ＇；当离合机构400紧密闭合时，前副尺210和后副尺220形成可同步位移的刚性结构，且前副尺210和后副尺220之间的相对距离为固定值δ。显然，δ＜δ＇。

参照图3和图4，前副尺210上还设置有由锁紧轴510和压缩弹簧520组成的自锁机构500，锁紧轴510上有锁紧面511与主尺尺体110的上侧面140紧密抵持，从而将前副尺210锁紧在主尺尺体110上不能自由移动；锁紧轴510的一端与所述压缩弹簧520套接，另一端512抵接杠杆300。当按压滚轮310至其抵触主尺尺体110的下侧面130时，杠杆300逆时针偏转，从而推动锁紧轴510去压缩压缩弹簧520，同时锁紧轴510发生位移，使锁紧面511离开主尺尺体110的上侧面140，前副尺210与主尺尺体110之间原有的锁紧状态被解除，此时若搓动滚轮310，便可带动副尺200沿整数刻线112的排列方向移动。当松开滚轮310后，压缩弹簧520产生反弹力使锁紧轴510复位，锁紧状态恢复，同时锁紧轴510推动杠杆300顺时针复位。

参照图5，后副尺220也为一框体222。框体222内置了一定位轴600，较佳地，该定位轴600为球头轴。定位轴600具有轴体610、球头620和外露的柄630，定位轴600仅可沿其轴心线方向往复位移；轴体610上套装有弹性簧片223，弹性簧片223可使定位轴600在使其发生位移的外力撤销后带着球头620复位。

参照图6，前副尺框体213上设有限位块213a，后副尺框体222上设有限位孔222a,限位块213a与限位孔222a相互配合，以限制后副尺220相对前副尺210的最大移动距离≯δ＇。

参照图7a和图7b，主尺尺体110的下侧面130设有一排定位凹凸，较佳地，所述一排定位凹凸为一排定位孔150（为叙述方便，记为排孔150）；每个定位孔（为叙述方便，记为个孔150’）的形状和大小都相同，且其内径小于球头620的球径；每两个相邻个孔150’之间的中心距都相等，且每个个孔150’的中心都与整数刻线112的某根相应刻线保持一一对应的固定关系，这种对应关系可以根据需要选取确定。对于小量程卡尺而言，每个个孔150’优选与整数刻线112的偶数刻线保持一一对应的固定关系，此时每两个相邻个孔150’之间的中心距离是2毫米，个孔150’的总数量至少是标定量程数值的一半。为了清楚的显示所述排孔150和所述球头620之间的关系，图7b为图7aH处的放大图。

排孔150的起始位置是这样确定的：当副尺200的动量爪212和主尺100的静量爪120闭合，即前副尺210的测标211对准整数刻线112的原始零位111时，按压滚轮310使离合机构400紧密闭合，球头620的球心恰好与某个个孔150’的中心同轴重合，该个孔150’的所在位置即为排孔150的起始位置。此时原始零位111、前副尺210、后副尺220、排孔150、整数刻线112这五者之间就建立了固定的有序关系，哪怕因离合机构400脱开致使有序关系受到破坏，但只要离合机构400闭合，这种有序关系就会恢复。不难推理：在这种有序关系的约束下，假定闭合离合机构400，使前副尺210和后副尺220作为一个整体同步移动到球头620的球心与图7a所示左起第二个个孔150’的中心同轴重合时，前副尺210的测标211将恰好对准整数刻线“2”。以此类推，前副尺210和后副尺220之间永远保持着2毫米的设定关系，这2毫米就是前副尺210和后副尺220之间分离距离的原始设定值δ，即δ＝2，此时δ＇略大于2即可。对于大量程卡尺而言，每个个孔150’可以不选取与整数刻线112的偶数刻线保持一一对应的固定关系、而是选取其它固定对应关系，这时δ及δ＇的值也相应有所变化。无论选取何种对应的固定关系，必须保证δ≥1。以下所述均以δ＝2为前提。

位置确定后的个孔150’的孔中心等效于所述的小数零位。

个孔150’等效于所述小数零位的位置一旦确定，即意味着：当前副尺210和后副尺220同步位移而离开原始零位111后，无论前副尺210位于主尺尺体110上任何位置并被锁定在该位置时，只要定位轴600的球头620出现移动、沿整数刻线112的排列方向去与附近某个个孔150’的中心同轴重合时，定位轴600的径向侧力必定带动后副尺220产生相对前副尺210的位移，且后副尺220相对前副尺210的位移距离T，必定与前副尺210的测标211越过某根整数刻线的距离t即所需测量的小数值相关。T与t的相关关系为：

假设1：当定位轴600仅是沿轴线单向受力时，球头620会自动滑落进入距其最近的某个个孔150’中而与该个孔150’的孔心自然同轴重合，此时会出现两种情况两种结果：

参照图8a,当球头620是沿接近原始零位111方向移动去与距其最近的个孔150’的孔心自然同轴重合时，因为T+2=t+2，所以t=T。

参照图8b,当球头620是沿背离原始零位111方向移动去与距其最近的个孔150’的孔心自然同轴重合时，因为T=3－2－t，所以t=1－T。

假设2：当定位轴600是轴向和径向同时受力时，球头620会沿轴向力和径向力的合力方向去与距其最近的某个个孔150’的孔心被迫同轴重合，此时也会出现两种情况两种结果：

参照图8c，当球头620是沿背离原始零位111方向移动去与距其最近的个孔150’的孔心受迫同轴重合时，因为t＋2=t’＋2，所以t=t’；又因为t’=2-T，所以t=2－T。

参照图8d，当球头620是沿接近原始零位111方向移动去与距其最近的个孔150’的孔心被迫同轴重合时，因为t＋2=t’＋2，所以t=t’；又因为t’=T－1，所以t=T－1。

上述的4种相关关系便是小数值t显示的设计依据。为兼容各种测微机构的显示特性并兼顾操作心理，需同时并用t＝T和t＝T－1为设计依据。实现该依据的必要条件是：①必须沿3点钟方向去推压球头轴600使球头620受迫落入距其最近的前一个个孔150’（接近原始零位111方向为前）；②必须有限位装置以绝对禁止球头620落入距其最近的后一个个孔150’（背离原始零位111方向为后），并绝对禁止球头620超越距其最近的前一个个孔150’而落入更前一个个孔150’。由于T值绝不会大于2毫米，所以前副尺210和后副尺220之间的自由分离距离δ’选择在略大于2毫米范围即可。

参照图9，所述双零位尺体是这样工作的：

步骤一：拇指按压并搓动滚轮310，移动副尺200。

无论副尺200位于主尺尺体110上的任何位置，也无论离合机构400的V型凸部410和V型凹部420是否偏离，只要拇指按压滚轮310使其接触主尺尺体110的下侧面130，杠杆300便立刻发生逆时针偏转，使得前副尺210与主尺尺体110原先的自锁状态被解除，前副尺210可以沿主尺尺体110自由移动；同时V型凸部410向V型凹部420靠拢直至紧密贴合，离合机构400闭合，使前、后副尺210和220形成一个刚性的整体，前副尺210可以带动后副尺220同步移动；同时前副尺210和后副尺220之间的分离距离被复原至原始设定值δ。此时前副尺210和后副尺220之间不能也没有相对运动。为了使拇指的按压力能始终直接施加在杠杆300上，以保证离合机构400能充分可靠闭合，又能使拇指的按压力同时施加在滚轮310上予以搓动使副尺200出现位移。较佳地，滚轮310的外圆面311是被设计为与杠杆300的边缘面301平齐的。

步骤二：拇指离开滚轮310。

当副尺200移动到测定位置时，前副尺210的测标211恰好对准或越过的那根整数刻线所代表的数值即为本发明所定义的整数值L1。此时拇指停止搓动并离开滚轮310，按压力撤销，前副尺210立刻又恢复自锁状态而不再能够自由移动；与此同时，杠杆300发生逆时针偏转，离合机构400的V型凸部410离开V型凹部420，离合机构400分离。此时的前副尺210和后副尺220不再是一个刚性的整体，后副尺220可以相对已又被自锁不动的前副尺210出现位移。

步骤三：拇指推压球头轴。

拇指离开滚轮310后，顺势滑挪到左边按3点钟方向去推动并按压定位轴600外露的柄630，使球头620沿接近前副尺210方向受迫进入与其最接近的个孔150’中直至不能继续推动和按压，此时球头620的球心与其所进入的个孔150’的孔心必定已经同轴重合。后副尺220在定位轴600径向力的带动下，也会随着球头620的移动而同步位移相同距离。

至此，所述双零位尺体的工作过程结束。如果前副尺210和后副尺220上分别安装了测微机构的相对运动部分，则所述测微机构将能测量和显示出步骤三过程中后副尺220相对前副尺210的位移量，该位移量即是本发明所定义的小数值t。将步骤二过程中所得的整数值L1与小数值t相加，便得到一个完整的测量值。

本发明所述的双零位尺体虽比传统公知的卡尺操作多了一个推压定位轴600外露柄630的动作，但它能满足双零位测量的要求从而能给卡尺带来前所未有的变化，同时这一动作本身还另有两个不容忽视的技术价值即有益效果：

①实现恒测力测量。无论拇指推压外露柄630的力有多大，都不会传递到前副尺210的动量爪212上、从而与动量爪212接触被测面的状态无关，且与测微机构的显示值无关，因而实现了恒测力测量，避免了由于测量力不同而造成的示值差异，使测量结果更客观一致，由此提高了量值的传递质量，这是任何现代卡尺都渴望实现但未实现的飞跃。

②实现测读分离。由于前副尺210的动量爪212与被测面接触后，前副尺210处于强力自锁状态，此时可将动、静量爪212和120轻轻移离使卡尺离开被测件，再在最舒适的身势下去推压外露柄630进而读数，由此实现了测读分离，对刁难部位的测量有利。

三、本发明所述双零位机械表卡尺

带表卡尺的读数效率高于游标卡尺，可靠性及对使用环境的要求都优于电子卡尺，因而拥有庞大的使用人群。目前公知带表卡尺毫无例外的都是：齿条固装在主尺上，带齿轮的指示表固装在副尺上，齿轮与齿条始终保持啮合，齿条的长度必须大于标定量程。这种构式的弊病在于：①齿条制造难度大、工艺成本高。以显示精度0.02毫米的公制齿条为例，其模数仅为0.19894、齿全高仅有0.45毫米、齿条总宽度3.2毫米、总厚度1.6毫米。对于这种又窄又薄的精密齿条来说，无疑是越短越容易制造、越长越难以制造甚至无法制造。正因如此，目前带表卡尺的最大量程是无法与游标卡尺和电子卡尺相比的，后两者的最大量程已经做到了至少4米，而目前哪怕是超过1米量程的带表卡尺都仍是空白。②测量精度难以保证。由于作为测量基准元件的齿条薄、窄、长，即使齿条制造合格、但在周转和安装齿条的过程中，也会产生变形，齿条变形即意味测量基准有偏差，测量精度是很难达到全量程都准确的。③使用寿命短。在带表卡尺的使用过程中，其可动量面在从原始零位到达被测点的长距离快速往复移动（拉开和回送）过程中，齿轮和齿条始终在做剧烈的啮合传动，测量完毕归零复位时，齿轮和齿条再次做反向的长距离剧烈啮合传动，这种剧烈啮合传动的出现频率极高，无效磨损极其巨大。在一次测量过程中，齿轮和齿条的无效磨损传动约占99％，大大缩短了齿形元件的有效使用寿命。④普遍的，公知带表卡尺的齿条在测量时是敞露的，没有防护能力，细小的铁屑和磨削粒等异物可无阻挡的落入齿间，更不能应用于粉尘场合；敞露的齿条其齿间还容易形成油泥积垢，以至卡尺很容易出现拉动不畅或强行拉动致损的现象。齿条敞露的缺陷困扰了量具界几十年，直到200620006379.8号中国专利公示了一种高防护带表卡尺，才首次解决了齿条敞露问题，不足的是，该发明没有解决齿形元件的无效磨损极其巨大的问题。

本发明所述双零位机械表卡尺的目的是：实现一种短齿条、长寿命、高防护、恒测力、能自锁、测读可分离的纯机械式带表卡尺。

它是这样实现的：一种双零位机械表卡尺，由本发明所述的双零位尺体和测微机构，所述测微机构为传统公知的机械量表700组成；所述机械量表700所需的齿轮齿条最大啮合行程为δ＇，但远小于标定量程。

参照图10a、图10b和图10c。在本发明所述的双零位尺体中，后副尺220的框体222延伸出凸出部224，凸出部224一直延伸到前副尺210内部，且在弹压簧片225的作用下与主尺下侧面130紧贴。将一根短齿条701在前副尺210的内部空间里固装到凸出部224上，并与固装在前副尺210上的机械量表700的齿轮组702啮合，可啮合行程为δ＇。按所述双零位尺体的工作步骤，可以完成所述双零位机械表卡尺的测量操作。所述双零位机械表卡尺的读数方法与传统公知带表卡尺完全一样：先读主尺上的整数，再读表盘上由圆刻度表达的小数，再将两数相加，即为测量值。

本发明所述的双零位机械表卡尺具有如下技术效果：

①突破了齿条长度必须大于标定量程这一从上世纪70年代初至今从未跨越的技术禁区，齿条大幅缩短，制造容易，不易变形，安装调整方便，卡尺精度易于保证。②齿轮和齿条之间只存在极短距离的必要有效啮合传动，因而齿形元件的无效磨损极其微小，卡尺使用寿命因此大幅提高。以量程150毫米、显示精度0.02毫米的传统带表卡尺测量中间值75毫米长度为例：卡尺从闭合状态拉开到卡住75毫米长度的两端，卡尺的副尺至少需要移动75毫米；测量完毕后，卡尺复位到闭合状态，又需要移动至少75毫米，两次移动共计75毫米×2＝150毫米。显示精度0.02毫米的量表是指针每转一圈为2毫米，因此量表的指针共计转了150÷2＝75圈。而对于相同量程、相同显示精度、相同测量过程的双零位机械表卡尺，当应用到t=T时，表盘指针至多只需转动半圈即0.5圈便可完成测量过程。两者相比较，75圈÷0.5圈＝150倍。当应用到t＝T－1时，也至多仅需转动1圈便可完成测量过程，两者相比较，75圈÷1圈＝75倍。所以双零位机械表卡尺齿轮组的磨损量比传统带表卡尺大幅减少，被测的长度越长，齿轮组无效磨损的减少量就越显著。③可以制造量程与游标卡尺和电子卡尺一样长的大量程带表卡尺（如3米尺、4米尺），填补了制造空白。④齿条密闭抗污染，损害齿形的粒状异物不能进入，齿间距不会产生变化。相对目前防护能力最高的200620006379.8号中国专利所公示的高防护带表卡尺，本尺的齿条防护能力更高、可以呈密封状态，需要时，对固体污染物质的防护能力可以极大的提高到公知带表卡尺望尘莫及的IP60级。⑤由于前副尺和后副尺在主尺上被拉开、回送和复位过程中均为相对静止状态，量表的指针是不转的、即齿轮和齿条之间是没有啮合传动的，因此拉动更加快速平稳，测量效率因此更高。⑥相对传统带表卡尺，齿条的安装没有挤占主尺面积，因而整数刻线平面宽敞了数倍，更清晰、更容易辨读。⑦所用的量表无需另行特别设计和制造，核心部件的通用性强。⑧测量力是恒定的，不受测量者用力大小的影响，避免了由于测量力不同而引起的示值差异，测量结果更客观一致，提高了量值的传递质量。⑨可以测读分离，对于深度测量或普通车床操作中的直径测量或其它刁难部位的测量尤显便利，不需歪头扭身去读数或无法读数。⑩具备强力自锁功能。相对传统自锁卡尺，自锁力更加强大，但解除自锁又因杠杆而远更轻松省力。

四、本发明所述双零位电子表卡尺

电子卡尺的读数效率最高，但IP54或更低防护级别的普通容栅电子卡尺对油水污染极为敏感。目前公知电子卡尺的现状是：为了克服容栅电子卡尺怕水怕油的缺陷，世界各国厂商相继开发生产了防水电子卡尺。目前已成功应用的防水电子卡尺有两类，一类是非容栅的原理防水电子卡尺，另一类是以角位移容栅原理制作的结构防水电子卡尺。前者虽然有防水的能力，但放弃了容栅电子传感器耗电极省、不怕强磁的优势，后者虽然达到了防水的目的，但没有解决齿条的长程动态密封问题，在粉尘环境里工况不佳，综合防护能力不足。用线位移容栅原理制作的防水电子卡尺至今未见面世，究其原因，是因为要在很有限的空间里实现与主尺等长的长栅条动态水封是公认的高难课题。但是，线位移容栅传感器在技术成熟度、生产批量、性价比、电池续航力、抗磁性能等诸方面都具有强大优势，放弃这么多的优势去达到防水的单一目的，技术代价高昂。

本发明所述双零位电子表卡尺的目的是：实现一种恒测力、能自锁、测读可分离、可以采用各种电子位移传感器制作的准电子式防水卡尺。

它是这样实现的：一种双零位电子表卡尺，由本发明所述的双零位尺体和测微机构，所述测微机构为传统公知的各种线位移电子传感器组成；所述的线位移电子传感器，包括容栅线位移电子传感器；所述线位移电子传感器的最大耦合行程略大于所述的原始设定值δ，但远小于标定量程。

参照图11a和图11b，在本发明所述的双零位尺体中，前副尺210上固装了一个防水密封盒800，电路板801等所有的电子部件均安装在防水密封盒800内部。一根驱动轴225与后副尺220固装。驱动轴225穿越并伸入到防水密封盒800的内部空间里，带动防水密封盒800内部的动栅板802随后副尺220同步静止或移动。动栅板802与电路板801之间有电路耦合，耦合行程略大于所述的原始设定值δ。驱动轴225与防水密封盒800的穿越处装有密封轴承（未画出），可以防水、防油、防尘。电子显示屏803所显示的整数位通过电路处理是凝固为0的。按所述双零位尺体的工作步骤，可以完成所述双零位电子表卡尺的测量操作。所述双零位电子表卡尺的读数方法与传统公知带表卡尺完全一样：先读主尺上的整数，再读显示屏上直接由数字显示的小数，再将两数相加，即为测量值。

所述电子表卡尺也可采用各种角位移电子传感器，所述的角位移电子传感器，包括容栅角位移电子传感器。它是这样实现的：一种双零位电子表卡尺，由本发明所述的双零位尺体和测微机构，所述测微机构为传统公知的角位移电子传感器组成；

参照图10a,图12a、图12b和图12c，在本发明所述的双零位尺体中，后副尺220的框体222向靠近所述原始零位的方向延伸出凸出部二224’，该凸出部二224’伸入到前副尺210内部，一弹压簧片二225’抵接凸出部二224’将凸出部二224’与主尺下侧面130紧贴；一根短齿条二701’在前副尺210的内部空间里固装在凸出部二224’上。

所述角位移传感器具有与前副尺固装的齿轮组二900，齿轮组二900的输出端为旋转轴二901；齿轮组二900与短齿条二701’在前副尺210的内部空间里无间隙啮合，可啮合行程的最大值为δ＇；所述角位移传感器还具有与前副尺210固装的防水密封盒二1000，旋转轴二901穿越并进入防水密封盒二1000内部，穿越处有防水密封轴承二1001，可以防水、防油、防尘。

电路板二1002等所有的电子部件均安装在防水密封盒二1000内部。圆形动栅片二1003在防水密封盒二1000内部与旋转轴二901固装，可与旋转轴二901同步旋转或静止。圆形动栅片二1003与电路板二1002之间有电路耦合，通过检测圆形动栅片二1003相对电路板二1002的角度位置和圆形动栅片二1003因短齿条二701’移动而产生的旋转圈数，可以测量和显示后副尺220相对前副尺210所出现的直线位移距离。电子显示屏二1004所显示的整数位通过电路处理是凝固为0的。按所述双零位尺体的工作步骤，可以完成所述双零位电子表卡尺的测量操作。所述双零位电子表卡尺的读数方法与传统公知带表卡尺完全一样：先读主尺上的整数，再读显示屏上直接由数字显示的小数，再将两数相加，即为测量值。

本发明所述的双零位电子表卡尺具有如下技术效果：

①可以采用包括容栅在内的各种线位移和角位移电子传感器来制作防水电子卡尺，能以低的技术代价获得电子卡尺的防水功能，可发挥容栅传感器耗电量省、抗磁能力强、价格低廉等综合优势。②综合防护能力强大，无论齿形机械元件还是电子零部件，均能抵抗固态和液态物质污染，防护等级至少可达IP65；③兼备传统公知带表卡尺和传统公知电子卡尺的优点，小数值直接数字显示，比传统公知带表卡尺的读数效率更高、比IP54或更低防护级别的普通容栅电子卡尺的使用范围更广。④给卡尺家族增添了一个从未有过的新品种，具有很强的实用性，特别适于在有油水污染的环境中快速高效测量。⑤测力恒定、测读分离、强力自锁、解锁轻松省力。

五、本发明所述双零位游标卡尺

游标卡尺是通过将微小量放大从而精确测量长度的最常用工具，它使用可靠，但由于游标的刻线密集，一般要有51根游标线，因而判断困难、读数效率低。传统游标卡尺还由于受人体肉眼分辨力极限的限制，普遍认为其显示精度最高只能达0.02毫米而不能再高了（即最精密的卡尺游标细分装置只能是将49毫米等分成50份）。虽然理论上和制造技术上完全可以按显示精度0.01毫米设置卡尺游标细分装置（即将99毫米等分成100份，如200710300811.3号中国专利所公示），但由于0.01毫米已经接近人眼分辨力极限0.006毫米，因而在这样的高细分游标装置中判断哪根线最为重合对齐极其困难，这时即使采用放大镜，也只不过是将线间差距同倍放大，对判断毫无帮助，因而这样的高细分游标设置在卡尺上没有实用性。也曾有显示精度可达0.01毫米的游标长度量具在文献中出现，但其外形与卡尺相距甚远，已经不是卡尺了。所以游标卡尺自问世以来，没有显示精度0.01毫米的实物产品面世。

本发明所述双零位游标卡尺的目的是：实现一种恒测力、能自锁、测读可分离、显示精度高于0.02毫米但更容易辨读的新型游标卡尺。

它是这样实现的：一种双零位游标卡尺，由本发明所述的双零位尺体和测微机构，所述测微机构为传统公知的游标细分装置，以及一个直线位移放大器组成。所述游标细分装置的最大有效移动行程为δK，δ为本发明所述的原始设定值，K为所述直线位移放大器的放大倍数。δK远小于标定量程。

参照图13a、图13b。在本发明所述的双零位尺体上，一根驱动杆226与后副尺220固装，可随后副尺220同步静止或移动；一块滑槽板214与前副尺210固装，一个游标筒215可在滑槽板214的滑槽内规范的自由滑动；在驱动杆226与游标筒215之间，有一个直线位移放大器216固装在滑槽板214上。直线位移放大器216的位移放大量K可按需选取，优选的位移放大量是K＝10。驱动杆226将后副尺220的移动量输入直线位移放大器216，经直线位移放大器216将该移动量放大后，再输出给游标筒215接收，也就是说，当后副尺220移动了0.01毫米时，游标筒215可同向移动0.1毫米。一排两两距离为1毫米的小刻线217刻制在滑槽板214的斜面上，一段游标线218刻制在游标筒215上与小刻线217共面的斜面上，可游动的游标线218与相对固定的小刻线217共同组成共面的无视差游标细分装置，该游标细分装置可相对移动的最大值略大于10δ。游标筒215上的游标线218按显示精度0.1毫米设置（即将小刻线217的9毫米等分成10等份），由于它是放大了10倍的精度值，因而该精度值缩小10倍后实为0.01毫米，所以游标线218虽按精度0.1毫米设置，但标示的精度却是每格0.01毫米。小刻线217的排列总长度按后副尺220相对前副尺210的最大有效移动量2毫米加1毫米然后乘10倍设置，它被分成A，B两段应用：

参照图13c，当应用到t＝T时，由于后副尺220的移动量T最大为1毫米，此时，如果t＝T＝0.99毫米，则放大10倍后为9.9毫米，即后副尺220移动了0.99毫米时，游标筒215将移动9.9毫米，在游标线218和小刻线217组成的游标细分装置上，读出的数值为0.99，与实际相符。此时应用到的是图13c所示的A段。

参照图13d，当应用到t＝T－1时，由于所述后副尺200的移动量T最大为2毫米，此时，如果t＝0.99毫米，则T＝t＋1＝1.99毫米，放大10倍后为19.9毫米，即后副尺220移动了1.99毫米时，游标筒215将移动19.9毫米，在游标线218和小刻线217组成的游标细分装置上，读出的数值为0.99，与实际相符。此时应用到的是图13d所示的B段。

参照图13e，拉簧219的一端与游标筒215在内部勾挂（未显示），另一端与直线位移放大器216勾挂，游标筒215在内部与直线位移放大器216的输出端216a抵接。当直线位移放大器216的输出端沿图示左端方向伸出时，游标筒215同向位移，拉簧219被拉长；当驱使输出端216a伸出的力消失后，拉簧219的复原力驱使游标筒215反向位移复位归零，输出端216a也因被游标筒215抵持而同时沿图示右端方向回缩复位。

按所述双零位尺体的工作步骤，可以完成所述双零位游标卡尺的测量操作。所述双零位游标卡尺的读数方法与传统公知游标卡尺没有区别，测量者无需注意应用的是A段还是B段，只需按线读数即可。

本发明所述的双零位游标卡尺具有如下技术效果：

①显示精度可以高达或高于（当K＞10时）0.01毫米。②由于游标细分装置按显示精度0.1毫米设置，故刻线稀少，只有11根游标线，因此非常容易辨读，比显示精度0.02毫米的传统游标卡尺还要容易辨读0.1÷0.02＝5倍。③测力恒定、测读分离、强力自锁、解锁轻松省力。

以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，其架构形式能够灵活多变，可以派生系列产品。只是做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明所提交的权利要求书确定的专利保护范围。

Claims (6)

1.一种双零位卡尺，包括双零位尺体和测微机构；所述双零位尺体包括主尺和副尺；所述测微机构为机械量表、或电子位移传感器、或游标细分装置；所述主尺具有静量爪和主尺尺体，所述主尺尺体上标有两两距离为1毫米的整数倍的整数刻线，距静量爪最近的起始整数刻线为原始零位；所述副尺包容所述主尺尺体并可相对所述主尺尺体自锁不动或沿所述整数刻线的排列方向移动；其特征在于：

所述副尺具有前副尺和后副尺，所述后副尺可相对所述前副尺在有限范围内移动，移动方向与所述整数刻线的排列方向平行；所述前副尺具有动量爪和测标；所述前副尺负责测量测量值的整数值，所述后副尺负责测量测量值与所述整数值之差；

所述前副尺为一框体，所述框体下部枢接一杠杆，该杠杆自由端设有一个能自由转动的滚轮，该滚轮靠近所述主尺尺体的下侧面；所述杠杆和所述后副尺上设有相互配合的离合机构，按压所述滚轮使其接触所述主尺尺体的下侧面时，所述杠杆偏转，所述离合机构闭合，此时，所述前、后副尺形成同步位移的刚性结构；松开所述滚轮，所述杠杆复位，所述离合机构分开；

所述前副尺上还具由锁紧轴和压缩弹簧组成的自锁机构；所述锁紧轴上设有锁紧面与所述主尺尺体紧密抵持，从而将所述前副尺锁紧在所述主尺尺体上而不能移动；所述锁紧轴一端抵接所述杠杆，所述杠杆施加在所述锁紧轴上的力使所述锁紧面与所述主尺尺体分离，从而使所述前副尺与所述主尺尺体之间的锁紧状态解除，此时所述前副尺可沿所述整数刻线的排列方向移动；所述杠杆施加在所述锁紧轴上的力撤销后，所述压缩弹簧令所述锁紧轴复位，使所述锁紧轴恢复到与所述主尺尺体紧密抵持的锁紧状态；

所述后副尺也为一框体，且后副尺具有一仅可沿轴心线方向移动的定位轴，所述定位轴部分容置于框体内，所述定位轴上套装有弹性元件，该弹性元件可使所述定位轴在令其产生位移的外力撤销后复位；

所述的主尺上设有一排定位凹凸，所述定位凹凸的形状与所述定位轴的径向断面形状相匹配，所述定位凹凸的数量至少能使其排列长度等于标定量程，每个所述定位凹凸的形状和大小都相同，每个所述定位凹凸的中心都与所述整数刻线保持固定不变的对应关系，且相邻两个所述定位凹凸的中心距相等；当所述前副尺的测标对准所述原始零位时，按压所述滚轮使所述离合机构闭合，所述定位轴的对称中心与某个所述定位凹凸的中心重合，该定位凹凸即为起始定位凹凸；

所述前、后副尺在沿所述整数刻线的排列方向上分离一小段距离，记为δ＇；所述前副尺和所述后副尺上设有相互配合的限位装置，所述限位装置使所述后副尺相对所述前副尺的最大位移距离≯δ＇；所述离合机构闭合时，所述前、后副尺在沿所述整数刻线的排列方向上的分离距离，记为δ，δ＇＞δ≥1毫米且等于一排所述定位凹凸中相邻两个定位凹凸的中心距；

所述测微机构的相对运动部分分别固装在所述前副尺上和所述后副尺上，使所述测微机构能够产生工作行程；所述测微机构仅测量和显示所述后副尺相对所述前副尺的位移距离。

2.如权利要求1所述的双零位卡尺，其特征在于，所述离合机构为相互配合的V型凸部和V型凹部。

3.如权利要求1所述的双零位卡尺，其特征在于，所述定位轴是一球头轴。

4.如权利要求3所述的双零位卡尺，其特征在于，所述定位凹凸为定位孔，定位孔的直径小于所述球头轴的球径。

5.如权利要求1所述的双零位卡尺，其特征在于，按压所述滚轮使其接触主尺的下侧面时，所述滚轮的外圆面与所述杠杆的边缘面平齐。

6.如权利要求1所述的双零位卡尺，其特征在于，所述定位凹凸的中心与所述整数刻线的偶数刻线保持一一对应的固定关系。

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