CN103528454A

CN103528454A - 千分尺

Info

Publication number: CN103528454A
Application number: CN201310276591.0A
Authority: CN
Inventors: C·E·艾特曼
Original assignee: Mitutoyo Corp
Current assignee: Mitutoyo Corp
Priority date: 2012-07-03
Filing date: 2013-07-03
Publication date: 2014-01-22
Anticipated expiration: 2033-07-03
Also published as: JP2014013237A; US8739428B2; DE102013210564A1; US20140007446A1; JP6239281B2; CN103528454B

Abstract

公开了一种千分尺，其包括恒力驱动弹簧致动器构造，该千分尺包括：框架；砧；主轴；线性位移传感器，其感测主轴的位移；和包括按钮的致动器，其被构造成使主轴朝向或远离砧移动。主轴驱动器安装到恒力弹簧致动器，恒力弹簧致动器包括朝向主轴延伸的至少一个恒力弹簧线圈，并且恒力弹簧线圈安装在主轴和框架之间使得恒力弹簧线圈的力的总和以近似恒力朝向砧驱动主轴。在一些实施方式中，恒力弹簧致动器包括朝向主轴、平行延伸的至少两个平行的恒力弹簧线圈。与已知构造相比，可以使得恒力弹簧更紧凑、施加更大的力并且具有延长的寿命。

Description

千分尺

技术领域

本发明大体上涉及手持千分尺，并且更具体地，涉及利用恒力弹簧致动器（constant force spring actuator）使主轴移动与工件接触的手持千分尺。

背景技术

在现有技术中已知各种千分尺装置，用于使用手持机构来进行工件的高精度测量。例如，美国专利NO.1,132,704、NO.3,849,890、NO.4,485,556、NO.4,561,185和NO.8,091,251（此处称为'704、'890、'556、'185和'251专利）公开了千分尺装置，这些专利的全部内容均通过引用而包含于此。特别地，诸如在美国专利NO.5,495,677（'667专利）中公开的现代千分尺包括用于检测测量的线性数字传感器，其不依靠与转动位置传感装置组合的精密的千分尺螺纹，该专利的全部内容通过引用而包含于此。使用线性数字传感器消除了使用精密或细牙螺纹（fine pitch thread）以便驱动千分尺的需求。

在手持测量工具中已知用于提供恒力的各种方法。例如，美国专利NO.4,035,922（'922专利）公开了一种包括朝向彼此驱动两个砧（anvil）的恒力弹簧的数字千分尺或数字千分尺计，其全部内容通过引用而合并于此。然而，这种特定配置体积大并且倾向于具有潜在的短寿命。此外，如果这种设计要更紧凑，则恒力弹簧不能提供足够的力以适当地朝向彼此驱动砧。

发明内容

提供该发明内容概要以简要的形式简介在下述具体实施方式中说明的构思的节选。该发明内容概要既不意图确认权利要求主题的关键特征，也不意图用于帮助确定权利要求主题的范围。

在此处说明的各种实施方式中，千分尺在以恒力朝向砧驱动主轴的状态下利用使用者方面限定的动作将主轴快速地驱动到期望的位置。此处说明的各种实施方式与已知构造相比包括紧凑的设计，由恒力弹簧配置提供的力更大并且弹簧线圈具有更长的寿命。此处说明的各种实施方式向使用者提供符合人体工程学的、迅速的且方便的功能性。

例如，此处公开了一种包括恒力弹簧致动器构造的千分尺，与诸如'922专利等已知构造相比，该千分尺更紧凑、施加的力更大且寿命更长。在各种实施方式中，千分尺包括：框架，所述框架包括砧；主轴；线性位移传感器，所述线性位移传感器感测所述主轴的位移；以及致动器，该致动器包括安装到主轴的按钮，该按钮被构造成使所述主轴朝向或远离所述砧移动。所述主轴安装到恒力弹簧致动器，所述恒力弹簧致动器包括朝向所述主轴、相互平行延伸的至少两个恒力弹簧线圈，并且所述恒力弹簧线圈安装在所述主轴和所述框架之间使得所述恒力弹簧线圈的力的总和以恒力朝向所述砧驱动所述主轴。

在一些实施方式中，所述恒力弹簧致动器的每一个弹簧线圈提供至少0.05N的力。

在一些实施方式中，所述恒力弹簧线圈可以具有至多0.4mm厚的材料。

在一些实施方式中，所述恒力弹簧线圈可以包含长度比所述主轴的范围长的材料。

在一些实施方式中，所述恒力弹簧致动器可以具有至多25mm的宽度。

在一些实施方式中，当所述恒力弹簧致动器被完全卷绕时，所述恒力弹簧致动器可以具有小于35mm的直径。

在一些实施方式中，所述恒力弹簧线圈可以与所述主轴的方向平行。

在一些实施方式中，当所述主轴缩进到所述千分尺的手柄中时，至少两个平行的恒力弹簧线圈可以随同所述主轴延伸到所述手柄中。

在另一个实施方式中，千分尺包括：框架，所述框架包括砧；主轴；线性位移传感器，所述线性位移传感器被构造成感测所述主轴的位移；以及致动器，该致动器包括安装到主轴的按钮，该按钮被构造成使所述主轴朝向或远离所述砧移动。所述主轴安装到恒力弹簧致动器，所述恒力弹簧致动器包括朝向所述主轴延伸的至少一个恒力弹簧线圈，并且所述恒力弹簧线圈安装在所述主轴和所述框架之间使得所述恒力弹簧线圈以恒力朝向所述砧驱动所述主轴。当所述主轴缩进到所述千分尺的手柄中时，至少一个恒力弹簧线圈随同所述主轴延伸到所述手柄中。

附图说明

结合附图，通过参照以下的详细说明，本发明的前述方面和伴随的优点将变得更加明显和更容易理解，其中：

图1是可适于此处公开的原理的基本千分尺计（micrometer gauge）的图；

图2是示出图1中示出的千分尺计的进一步细节的截面图；

图3是示出图1和图2中示出的千分尺计的进一步细节的截面图；

图4是图3中示出的一组恒力弹簧线圈的图；

图5是图1至图4中示出的千分尺计的截面图；

图6是示出进一步细节的图1至图5中示出的千分尺计的进一步细节的分解等距图。

具体实施方式

图1是可适用于此处公开的原理的基本千分尺计。图1的千分尺可以结合共同受让的'677专利的元件并且可附加地适于包括在图3和图4中示出的元件。

在图1中，数字显示千分尺计1具有形成为封闭的防水/防尘结构的主体2。主轴3适于从主体2伸出并适于缩进到主体2中。如图1中所示，盖构件8设置在U形主框架4的前表面上。数字显示装置9和多个操作开关10设置在盖构件8的前表面上。

如图1所示，U形主框架4具有两个向外延伸的限定开口的端部，砧11布置在上述端部中的一个端部处。在主框架4的另一个端部处，主轴3被支撑为使得主轴3可通过滑动致动器按钮17而轴向地移位。主轴3的一个端部适于抵接砧11。手柄元件16和端盖27覆盖致动器按钮17和主轴3之间的连接部。

图1示出了线C-C和D-D。其它图示出了沿着这些线的截面图。

图2是图1中示出的千分尺计1的沿着线D-D的截面图。如图2所示，电子板8'布置在盖构件8和主体2之间。电子板8'被构造成用于处理指示主轴3相对于砧11的位置的位置信号以及提供用于在数字显示装置9上显示指示该位置的信号并且接收和处理来自操作开关10的输入。

图3是示出图1和图2中示出的千分尺计1的进一步细节的沿着穿过主轴3的线A-A（在图2中示出）的截面图。如图2和图3所见，主体2包括U形主框架4、用于使主轴3前进和缩回的主轴驱动机构5（或者主轴驱动器）和用于检测主轴3的位移量的位置传感器6。主轴驱动机构5包括致动器按钮17和恒力弹簧致动器21。位置传感器6是借助于间隙控制机构（未示出）和主刻度尺31（见图6）配置在U形主框架4的内部的线性编码器。主刻度尺31借助于刻度尺安装构件30安装到主轴3。刻度尺安装构件30和主轴3在由端盖27封闭的手柄元件16的内部移动。主轴3通常由密封主框架4的端部的轴衬28包围。

位置传感器6通过诸如计数器和CPU（未示出）等传统的电子装置连接到图1中示出的数字显示装置9。如在图2示意性地所示，位置传感器6采用光电式编码器。例如，可以采用在US专利NO.5,026,164中公开的光电式编码器，该专利的公开内容通过引用而合并于此。位置传感器6在可选的实施方式中还可采用电容式编码器或感应式编码器。

再次参照图3，致动器按钮17经由销18安装到轴衬19，该轴衬19安装到刻度尺安装构件30。致动器按钮17被构造成使主轴3朝向砧11移动或远离砧11移动。刻度尺安装构件30通过螺钉25安装到恒力弹簧致动器21。恒力弹簧致动器21包括一组恒力弹簧线圈22，该一组恒力弹簧线圈22朝向主轴3、平行地延伸并且被安装在主轴3和主框架4之间，使得恒力弹簧线圈的力的总和以恒力的方式朝向砧11驱动主轴3。恒力弹簧致动器21附加地包括毂23和带肩螺钉（shoulder screw）24。该组恒力弹簧线圈22围绕毂23卷绕，该毂23利用带肩螺钉24固定到主框架4。在图3中示出的实施方式中，致动器按钮17是可由使用者的拇指符合人体工程学地驱动的拇指滑动件。在一些实施方式中，该组恒力弹簧线圈22包括至少两个恒力弹簧线圈。

在一些实施方式中，单个恒力弹簧线圈可提供驱动主轴3的足够力。由某些材料（例如铍铜合金或复合材料）制成的单个恒力弹簧可提供用于驱动主轴3的足够量的力并且具有可接受的寿命。应当领略的是，这些材料的发展可以更有希望制成单个恒力弹簧线圈。然而，在一些实施方式中，装配到由主框架4限定的空间中的单个恒力弹簧线圈在使驱动主轴3具有足够寿命的同时而不能提供足够的力。因此，如图3和图4所示，两个或多个平行的恒力线圈可同时围绕毂23卷绕，以便提供足够量的力，并且通过使力在多个弹簧之间分摊提高期望的寿命。在一些实施方式中，恒力弹簧致动器的每一个弹簧线圈提供至少0.05N的力。毂23的直径的增大减小了恒力弹簧中的应力，由此提高了寿命。应当领略的是，将装配到千分尺主框架4的毂23和该组恒力弹簧线圈22具有最大直径。应当领略的是，由于各弹簧线圈被完全地卷绕时增大了恒力弹簧致动器21的直径，因此对可围绕毂23卷绕的恒力弹簧线圈的数量有限制。在一些实施方式中，当被完全地卷绕时，恒力弹簧致动器21包括小于35mm的直径。另外，由于围绕毂23的每卷绕一圈增大了恒力弹簧致动器21的整体直径，因此各弹簧线圈的长度也可以是限制因素。在一些实施方式中，恒力弹簧致动器21包括比主轴3的范围长至少5mm的材料。例如，典型的千分尺可包括移动通过30mm的范围的主轴，因此这些实施方式中，当完全地展开时，弹簧线圈的长度大于35mm。由于在电子板8'和主框架4之间的宽度有限，因此针对空间约束须考虑各弹簧线圈的宽度。应当领略的是，对于允许弹簧线圈装配到千分尺主框架4的该组恒力弹簧线圈22的宽度存在实际限制。在一些实施方式中，恒力弹簧致动器21包括至多25mm的宽度。弹簧线圈通常额定为受限制的寿命，额定为在弹簧线圈在机械故障之前可被卷绕和展开的次数。例如，来自于泰尔夫德的伍尔坎弹簧公司（Vulcan Spring）的系列L弹簧，PA被额定为25000个周期。如果弹簧线圈由销等改变方向，因为这在恒力弹簧上施加额外的应力，因此寿命周期额定通常减小。为了维持恒力弹簧致动器21的额定寿命，在一些实施方式中，恒力弹簧线圈与主轴的方向平行。因此，与主轴的方向平行的恒力弹簧线圈包括在实施方式中。

图4是图3的该组恒力弹簧线圈22的图。在图4中示出的实施方式中，该组恒力弹簧线圈22包括恒力弹簧线圈22A、22B和22C。应当理解的是，本实施方式仅是示例性的而不是限制性的。根据此处公开的原理，可以使用包括至少两个恒力弹簧线圈的任何组恒力弹簧线圈。此外，在一些实施方式中期望该组恒力弹簧线圈遵循相对于图3说明的并且相对于图5进一步详细所述的参数。

图5是图1至图4中示出的千分尺计1的沿着线C-C的截面图。各恒力弹簧线圈的厚度，或者更具体地，恒力弹簧线圈厚度的总和是千分尺计1的设计上的限制因素。如图5所示，该组恒力弹簧线圈22包括具有合计为总厚度t的厚度的弹簧线圈。总厚度t应当足够的小，使得螺钉25的端部装配在刻度尺构件30和主框架4之间。在某些情况下，这可留下非常紧的空间容许量以提供功能性的千分尺。在一些实施方式中，该组恒力弹簧线圈22的各线圈可以包括至多为0.4mm厚的材料。因而，在具有两个平行恒力弹性线圈的实施方式中，总厚度t小于0.8mm，或在具有三个线圈的实施方式（例如，图4中示出的实施方式）中，总厚度t小于1.2mm。

图6是示出图1至图5中示出的千分尺计1的附加的细节的分解等距图。如图6所示，致动器按钮17被构造成：随着使销18通过手柄元件16中的槽20移动而使主轴朝向或远离砧移动。

基于该公开，在图示和说明的特征的配置和操作序列中的许多变形例对于本领域技术人员而言是明显的。因而，应当领略的是，在不偏离权利要求主题的精神和范畴的情况下，可以对本公开做出各种改变。

要求保护的排他性特性或特权的本发明的实施方式在权利要求中限定。

Claims

1.一种千分尺，其包括：

框架，所述框架包括砧；

主轴；

线性位移传感器，所述线性位移传感器被构造成感测所述主轴的位移；以及

致动器按钮，所述致动器按钮被构造成使所述主轴朝向或远离所述砧移动；

其中，所述主轴安装到恒力弹簧致动器，所述恒力弹簧致动器包括朝向所述主轴、相互平行延伸的至少两个平行的恒力弹簧线圈，并且所述恒力弹簧线圈安装在所述主轴和所述框架之间使得所述恒力弹簧线圈的力的总和以恒力朝向所述砧驱动所述主轴。

2.根据权利要求1所述的千分尺，其特征在于，所述恒力弹簧致动器的每一个弹簧线圈提供至少0.05N的力。

3.根据权利要求1所述的千分尺，其特征在于，所述恒力弹簧线圈具有至多0.4mm厚的材料。

4.根据权利要求1所述的千分尺，其特征在于，所述恒力弹簧致动器所包含的材料的长度比所述主轴的范围长。

5.根据权利要求1所述的千分尺，其特征在于，所述恒力弹簧致动器具有至多25mm的宽度。

6.根据权利要求1所述的千分尺，其特征在于，当所述恒力弹簧致动器被完全卷绕时，所述恒力弹簧致动器具有小于35mm的直径。

7.根据权利要求1所述的千分尺，其特征在于，所述恒力弹簧线圈与所述主轴的方向平行。

8.根据权利要求1所述的千分尺，其特征在于，当所述主轴缩进到所述千分尺的手柄中时，至少两个平行的恒力弹簧线圈随同所述主轴延伸到所述手柄中。

9.一种千分尺，其包括：

框架，所述框架包括砧；

主轴；

其中，所述主轴安装到恒力弹簧致动器，所述恒力弹簧致动器包括朝向所述主轴延伸的至少一个恒力弹簧线圈，并且所述恒力弹簧线圈安装在所述主轴和所述框架之间使得所述恒力弹簧线圈以恒力朝向所述砧驱动所述主轴，并且

当所述主轴缩进到所述千分尺的手柄中时，至少一个恒力弹簧线圈随同所述主轴延伸到所述手柄中。

10.根据权利要求9所述的千分尺，其特征在于，所述恒力弹簧致动器包括至少两个恒力弹簧线圈。

11.根据权利要求9所述的千分尺，其特征在于，至少一个恒力弹簧线圈提供至少0.05N的力。

12.根据权利要求9所述的千分尺，其特征在于，至少一个恒力弹簧线圈具有至多0.4mm厚的材料。

13.根据权利要求9所述的千分尺，其特征在于，所述恒力弹簧致动器所包含的材料的长度比所述主轴的范围长。

14.根据权利要求9所述的千分尺，其特征在于，所述恒力弹簧致动器具有至多25mm的宽度。

15.根据权利要求9所述的千分尺，其特征在于，当所述恒力弹簧致动器被完全卷绕时，所述恒力弹簧致动器具有小于35mm的直径。