CN111351440A - 基于光栅尺的测量装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及测量仪器技术领域，特别涉及一种基于光栅尺的测量装置，包括底座、光栅尺以及测量头，所述光栅尺包括尺壳和读数头，光栅尺的尺壳固定安装在底座上，测量头固定在光栅尺的读数头上用于接触待测物体的表面。光栅尺具有量程大、精度高的特点，我们通过将光栅尺的尺壳固定在底座上，待测产品放置在底座上，再通过光栅尺的读数头上固定的测量头就可以方便的对待测产品进行测量，该装置可以同时实现外径和内径的测量，也可以进行高度的测量，使用起来非常方便。

Description

基于光栅尺的测量装置

技术领域

本发明涉及测量仪器技术领域，特别涉及一种基于光栅尺的测量装置。

背景技术

螺旋测微器又称千分尺(micrometer)、螺旋测微仪、分厘卡，是比游标卡尺更精密的测量长度的工具，用它测长度可以准确到0.01mm，测量范围为几个厘米。它的一部分加工成螺距为0.5mm的螺纹，当它在固定套管B的螺套中转动时，将前进或后退，活动套管C和螺杆连成一体，其周边等分成50个分格。螺杆转动的整圈数由固定套管上间隔0.5mm的刻线去测量，不足一圈的部分由活动套管周边的刻线去测量，最终测量结果需要估读一位小数。

某些场合下，企业需要精确测量其生产的产品尺寸，以验证是否为合格品，千分尺由于非常精确被广泛使用，但使用过程中依然存在几个不足之处：其一，千分尺的量程较小，当多种产品需要测量的尺寸跨度较大的时候，就需要采购多个不同量程的千分尺；其二，量需要测量产品外径或内径的时候，需要使用不同种类的千分尺。基于这两点，对于产品线较为丰富的厂家来说，就需要准备多种量程的外径千分尺和内径千分尺各一套，千分尺本身的成本已经较为昂贵，按照这种配置带来的成本更是可观。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于光栅尺的测量装置，能够精确的实现多种尺寸的测量且量程大、精度高。

为实现以上目的，本发明采用的技术方案为：一种基于光栅尺的测量装置，包括底座、光栅尺以及测量头，所述光栅尺包括尺壳和读数头，光栅尺的尺壳固定安装在底座上，测量头固定在光栅尺的读数头上用于接触待测物体的表面。

与现有技术相比，本发明存在以下技术效果：光栅尺具有量程大、精度高的特点，我们通过将光栅尺的尺壳固定在底座上，待测产品放置在底座上，再通过光栅尺的读数头上固定的测量头就可以方便的对待测产品进行测量，该装置可以同时实现外径和内径的测量，也可以进行高度的测量，使用起来非常方便。

附图说明

图1是本发明实施例一的立体结构示意图；

图2是实施例一中部分零部件的立体结构示意图；

图3是图2另一个视角的立体结构示意图；

图4是实施例一中微调单元的部分零部件立体结构示意图；

图5是前后调节单元的立体结构示意图；

图6是图5另一个视角的立体结构示意图；

图7是底座本体和定位单元的立体结构示意图；

图8是图7的俯视图；

图9是本发明实施例二的立体结构示意图；

图10是图9另一个视角的立体结构示意图；

图11是实施例二中测量头的立体结构示意图。

具体实施方式

下面结合图1至图11，对本发明做进一步详细叙述。

参阅图1和图9，一种基于光栅尺的测量装置，包括底座10、光栅尺20以及测量头30，所述光栅尺20包括尺壳21和读数头22，光栅尺20的尺壳21固定安装在底座10上，测量头30固定在光栅尺20的读数头22上用于接触待测物体的表面。光栅尺20具有量程大、精度高的特点，我们通过将光栅尺20的尺壳21固定在底座10上，待测产品放置在底座10上，再通过光栅尺20的读数头22上固定的测量头30就可以方便的对待测产品进行测量，该装置可以同时实现外径和内径的测量，也可以进行高度的测量，使用起来非常方便。这里设置底座10，一方面是为了固定安装光栅尺20，另一方面可以用来放置待测物体。在测量的时候，只需要将测量头30接触待测物体的表面，测量头30运动的时候会带动读数头22一起动作且测量头30的运动距离可以通过读数头22的运动距离读取出来。比如在测量外径或内径或长度时，首先将测量头30抵靠在待测物体的一侧，然后记住读数或者直接以此为基点进行清零，再将测量头30抵靠在待测物体的另一侧，然后读取读数并根据读数差就可以计算出所需要的外径或内径或长度，当然，实际测量时还需要减去测量头30的头部尺寸。

具体的测量的时候，如何将读数头的数据转换成物体的尺寸信息有很多种实施方案。并且根据所需要测量的尺寸类型，我们可以选用两种较为优选的实施方式来进行测量，实施例一，所述光栅尺20的尺壳21沿水平方向固定在底座10上，主要用于测量物体的内径、外径、长度等尺寸；实施例二，所述光栅尺20的尺壳21沿竖直方向固定在底座10上，可以用来测量台阶面的高度、物体的高度和厚度等。下面分别对实施例一和实施例二的优选方案进行详细描述。

参阅图1-图8，实施例一，所述的光栅尺20的尺壳21沿水平方向固定在底座10上，光栅尺20和底座10之间设置有微调单元50，微调单元50包括构成滑动配合的第二滑轨52和第二滑块53，第二滑轨52平行布置在光栅尺20的尺壳21旁侧，第二滑块53上固定设置有相对布置的第二微分头542和第三微分头543，第二微分头542和第三微分头543之间夹持有用于固定连接光栅尺20读数头22的第三连接块56。将光栅尺20水平放置时，通过拨动测量头30动作，让测量头30抵靠在物体上，此时，由于手工操作，力度会把握不好，容易出现抵靠力度过大或过小，影响到最终的测量结果，虽然光栅尺20本身的测量精度非常高，但由于抵靠力度会带来误差，也使得最终的测量结果有很大的误差，导致测量结果不准确。故实施例一中，通过设置微调单元50，在测量头30快要靠近待测物体时，通过调整微调单元50上的第二微分头542、第三微分头543来实现小距离的调节，并且这里尽量使用带有棘轮的微分头，可以保证调节的时候，测量头30抵靠在待测物体时继续转动微分头后面的旋钮，微分头也不会驱动第三连接块56移动。微分头又名测微头、千分尺头、分厘卡头，由不可动部分安装套、轴套和可动部分测杆、微分筒、微调钮组成，一般是用来产生位移并指示出位移量的工具，我们这里不需要指示出位移量，只需要进行细微的位移调节。这里设置有两个微分头且两个微分头的端部将第三连接块56卡在中间，这样就可以通过调节两个微分头来实现第三连接块56的左、右位移。

参阅图2-图4，进一步地，所述的微调单元50包括条形块51，条形块51固定安装在底座10的支架11上，光栅尺20的尺壳21固定在条形块51上，第二滑轨52固定设置在条形块51上，通过设置条形块51，可以方便的实现第二滑轨52和尺壳21的固定。第二滑块53上固定安装第二连接块54，第二连接块54通过第二定位销55锁紧在条形块51上，这样设置以后，在粗调时，松开第二定位销55，移动第二连接块54，第二连接块54通过第三连接块56驱动读数头22快速移动至距离待测物体1-5毫米位置处，然后拧紧第二定位销55，将第二连接块54固定锁紧，再通过第二微分头542、第三微分头543来进行微调，第二微分头542、第三微分头543微调时，会通过第三连接块56来带动读数头22进行细微的移动，并且调节到测量头30抵靠在待测物体上的时候，由于棘轮的作用，使得继续旋转微分头的旋钮时测量头30依然能够保持不动。第二连接块54上设置有两块竖直布置的安装板541，两块安装板541彼此平行，两块安装板541上分别固定第二微分头542、第三微分头543，第二连接块54的具体结构如图4所示。

底座10的结构有很多种，一方面是为了方便的实现光栅尺20的固定，另一方面可以作为托撑待测量物体的平台。本发明中优选地，所述的底座10包括支架11、前后调节单元12以及底座本体13，支架11底部通过前后调节单元12固定在底座本体13上，支架11呈竖直状布置，前后调节单元12用于调节支架11沿底座本体13的前后方向平移；支架11的一侧面固定设置有沿竖直方向布置的滑轨111，滑轨111上设置有可沿其长度方向移动的滑块112，条形块51固定安装在滑块112上；支架11沿底座本体13的前后平移方向、滑块112沿滑轨111的平移方向、读数头22的平移方向两两垂直。通过设置前后调节单元12，可以方便的对支架11进行前后位置的调节，这样就能实现测量头30前后位置的调节，保证测量时能够适用于更多场合、更多结构的待测物体，并且使得在测量物体外径或内径的时候，测量头30正好处于直径所在的直线上，避免测量时的误差。滑轨111和滑块112的设置，可以实现测量头30的上下调节，这样在测量的时候，对于不同高度的物体也能方便的进行测量，并且在需要移动测量头30的时候，不会和待测物体发生干涉。

参阅图5和图6，前后调节单元12的结构有很多种，本发明中优选地，所述的前后调节单元12包括凹型块121、凸型块122、第一微分头123、定位板124以及第一定位销125，凹型块121固定在底座本体13上且其凹口朝上设置，凸型块122反向插置于凹型块121的凹口中构成凹凸配合且凸型块122可顺延凹型块121前后滑移，支架11固定在凸型块122上方。这样设置以后，凸型块122就可以带动支架11在底座本体13上前后滑移。为了精确的控制支架11的滑移距离，凸型块122沿滑移方向的两侧分别固定设置有第一微分头123和定位板124；凹型块121位于第一微分头123的一侧设置有挡块，第一微分头123的伸缩头抵靠在挡块上；定位板124延伸至凹型块121的旁侧，位于凹型块121旁侧的定位板124上开设有腰型孔，腰型孔的长度方向平行于凸型块122的前后滑移方向，第一定位销125自腰型孔中穿过并通过螺纹孔固定在凹型块121上。通过在定位板124上设置腰型孔和第一定位销125，可以在凸型块122滑移至合适的位置时锁紧凸型块122和凹型块121，这样支架11被固定住，测量头30的位置也不会在测量时发生前后移动。

本测量装置在加工并组装完成后，由于装配的误差，使得测量头30和待测物体的直径不在同一条之间上，这样测量出来的内径或者外径就会不够准确。此时，可以在测量之前，取一个标准尺寸的校准件，校准件的外径或者内径是固定尺寸的，通过调节第一微分头123，支架11会带动测量头30前后运动，每调节一次第一微分头123，都进行一次测量，等到测量到的尺寸和标准件的尺寸相吻合的时候，说明调节到精确位置了，然后拧紧第一定位销125即可完成校准。以后可直接进行测量，并且长时间使用后应当再次进行一次校准。

参阅图7和图8，进一步地，为了保证测量时待测物体的固定，本发明中优选地，所述的底座本体13上设置有定位单元60用于固定待测物体，定位单元60包括第三滑轨61、第三滑块62、左定位块63、右定位块64、第三定位销65以及浮动V型卡头66，第三滑轨61固定安装在底座本体13上且第三滑轨61平行读数头22移动方向设置，第三滑轨61的一端固定设置有左定位块63，第三滑轨61上设置有可沿其长度方向平移的第三滑块62，右定位块64固定在第三滑块62上，这里第三滑轨61平行设置有两个，右定位块64同时固定在两个第三滑块62上，这样右定位块平移时方向性更佳，不会出现偏移现象。右定位块64通过第三定位销65锁紧在底座本体13上，在夹持好待测物体进行测量前，拧紧第三定位销65以后在进行测量，需要更换待测物体时，松开第三定位销65即可。右定位块64朝向左定位块63一侧设置有浮动V型卡头66和柱塞弹簧641，浮动V型卡头66通过螺栓固定在右定位块64上且浮动V型卡头66可顺延螺栓的杆身方向滑移，柱塞弹簧641的端部抵靠在浮动V型卡头66朝向右定位块64一侧面上，浮动V型卡头66朝向左定位块63一侧面呈V型用于夹持待测物体。由于左定位块63和右定位块64都是刚性件，在夹持待测物体比如管状件时，可能会因为夹持力度过大而导致待测物体发生形变，产生测量误差，故这里设置了浮动V型卡头66，浮动V型卡头66通过螺栓固定在右定位块64上且固定后螺栓的杆身延伸出一定的长度使得浮动V型卡头66能够顺延螺栓的杆身方向滑移，浮动V型卡头66外侧通过螺栓的螺帽限位不至于掉落。然后在浮动V型卡头66和右定位块64之间设置了柱塞弹簧641，柱塞弹簧641的弹性作用力使得浮动V型卡头66朝向远离右定位块64的方向运动至与螺帽相抵的位置。将待测物体放置到底座本体13上的时候，将右定位块64向左定位块63一侧移动并夹持住待测物体，此时由于右定位块64上设置有浮动V型卡头66，所以夹持的时候，不会导致待测物体发生形变，在夹持的时候，浮动V型卡头66会克服柱塞弹簧641的弹性力向右定位块64一侧运动，运动一定距离后可以通过第三定位销65锁紧右定位块64，这样，待测物体就会被左定位块63、浮动V型卡头66夹持固定。

参阅图2，为了保证光栅尺20读数头22的可靠滑移，本发明中优选地，包括连接单元40，连接单元40由第一滑轨41、第一滑块42以及第一连接块43构成，第一滑轨41固定在光栅尺20的尺壳21上且第一滑轨41的长度方向平行于光栅尺20读数头22的位移方向，第一滑块42沿第一滑轨41的长度方向滑移，第一连接块43固定安装在第一滑块42以及光栅尺20的读数头22上；第三连接块56固定安装在第一连接块43上。这样设置以后可以保证读数头22滑移时更佳可靠。

参阅图9和图10，实施例二，所述的光栅尺20的尺壳21沿竖直方向固定在底座10上，底座10包括底座本体13和支架11，支架11固定在底座本体13上且沿竖直方向布置，光栅尺20的尺壳21固定在支架11的一侧面上；包括连接单元40，连接单元40由第一滑轨41、第一滑块42以及第一连接块43构成，第一滑轨41固定在光栅尺20的尺壳21上且第一滑轨41的长度方向平行于光栅尺20读数头22的位移方向，第一滑块42沿第一滑轨41的长度方向滑移，第一连接块43固定安装在第一滑块42以及光栅尺20的读数头22上。该实施例中，主要用于测量待测物体的高度或厚度尺寸，由于此时读数头22的运动方向是竖直方向的，所以结构会简单很多。因为不需要测量内径或外径，所以无需设置前后调节单元12；由于测量头30本身具有自重，可以方便的将待测物体夹持在测量头30和底座本体13之间，所以也无需设置微调单元50和定位单元60，其他的结构细节以及优点在实施例一中已经详细阐述，这里就不再赘述。

更进一步地，所述的测量头30包括固定板31、悬伸板32以及直杆33，测量头30的结构如图11所示，测量头30通过固定板31固定安装在光栅尺20的读数头22上，悬伸板32向外悬伸且其悬置端固定有沿竖直方向布置的直杆33，直杆33的端部设置有大直径的圆柱段或球头，这样设置以后，可以方便的进行测量头30的拆卸和安装，并且测量起来更可靠。支架11的顶部设置有控制模块70，读数头22与控制模块70相连用于接收控制指令和输出测量数据，控制模块70包括显示屏71和按键72，按键72设置有多个用于接收用户输入的控制指令，显示屏71用于显示光栅尺20的读数以及按键72发出的指令。设置控制模块70，可以方便测量人员和本装置进行交互，实现更多功能和控制，并且控制模块70可以自动对读数头22测量到的数据进行处理，直接输出待测的尺寸信息，简化测量流程。

Claims (10)

1.一种基于光栅尺的测量装置，其特征在于：包括底座(10)、光栅尺(20)以及测量头(30)，所述光栅尺(20)包括尺壳(21)和读数头(22)，光栅尺(20)的尺壳(21)固定安装在底座(10)上，测量头(30)固定在光栅尺(20)的读数头(22)上用于接触待测物体的表面。

2.如权利要求1所述的基于光栅尺的测量装置，其特征在于：所述光栅尺(20)的尺壳(21)沿水平或竖直方向固定在底座(10)上。

3.如权利要求2所述的基于光栅尺的测量装置，其特征在于：所述的光栅尺(20)的尺壳(21)沿水平方向固定在底座(10)上，光栅尺(20)和底座(10)之间设置有微调单元(50)，微调单元(50)包括构成滑动配合的第二滑轨(52)和第二滑块(53)，第二滑轨(52)平行布置在光栅尺(20)的尺壳(21)旁侧，第二滑块(53)上固定设置有相对布置的第二微分头(542)和第三微分头(543)，第二微分头(542)和第三微分头(543)之间夹持有用于固定连接光栅尺(20)读数头(22)的第三连接块(56)。

4.如权利要求3所述的基于光栅尺的测量装置，其特征在于：所述的微调单元(50)包括条形块(51)，条形块(51)固定安装在底座(10)的支架(11)上，光栅尺(20)的尺壳(21)固定在条形块(51)上，第二滑轨(52)固定设置在条形块(51)上；第二滑块(53)上固定安装第二连接块(54)，第二连接块(54)通过第二定位销(55)锁紧在条形块(51)上，第二连接块(54)上设置有两块竖直布置的安装板(541)，两块安装板(541)彼此平行，两块安装板(541)上分别固定第二微分头(542)、第三微分头(543)。

5.如权利要求4所述的基于光栅尺的测量装置，其特征在于：所述的底座(10)包括支架(11)、前后调节单元(12)以及底座本体(13)，支架(11)底部通过前后调节单元(12)固定在底座本体(13)上，支架(11)呈竖直状布置，前后调节单元(12)用于调节支架(11)沿底座本体(13)的前后方向平移；支架(11)的一侧面固定设置有沿竖直方向布置的滑轨(111)，滑轨(111)上设置有可沿其长度方向移动的滑块(112)，条形块(51)固定安装在滑块(112)上；支架(11)沿底座本体(13)的前后平移方向、滑块(112)沿滑轨(111)的平移方向、读数头(22)的平移方向两两垂直。

6.如权利要求5所述的基于光栅尺的测量装置，其特征在于：所述的前后调节单元(12)包括凹型块(121)、凸型块(122)、第一微分头(123)、定位板(124)以及第一定位销(125)，凹型块(121)固定在底座本体(13)上且其凹口朝上设置，凸型块(122)反向插置于凹型块(121)的凹口中构成凹凸配合且凸型块(122)可顺延凹型块(121)前后滑移，支架(11)固定在凸型块(122)上方，凸型块(122)沿滑移方向的两侧分别固定设置有第一微分头(123)和定位板(124)；凹型块(121)位于第一微分头(123)的一侧设置有挡块，第一微分头(123)的伸缩头抵靠在挡块上；定位板(124)延伸至凹型块(121)的旁侧，位于凹型块(121)旁侧的定位板(124)上开设有腰型孔，腰型孔的长度方向平行于凸型块(122)的前后滑移方向，第一定位销(125)自腰型孔中穿过并通过螺纹孔固定在凹型块(121)上。

7.如权利要求5所述的基于光栅尺的测量装置，其特征在于：所述的底座本体(13)上设置有定位单元(60)用于固定待测物体，定位单元(60)包括第三滑轨(61)、第三滑块(62)、左定位块(63)、右定位块(64)、第三定位销(65)以及浮动V型卡头(66)，第三滑轨(61)固定安装在底座本体(13)上且第三滑轨(61)平行读数头(22)移动方向设置，第三滑轨(61)的一端固定设置有左定位块(63)，第三滑轨(61)上设置有可沿其长度方向平移的第三滑块(62)，右定位块(64)固定在第三滑块(62)上，右定位块(64)通过第三定位销(65)锁紧在底座本体(13)上；右定位块(64)朝向左定位块(63)一侧设置有浮动V型卡头(66)和柱塞弹簧(641)，浮动V型卡头(66)通过螺栓固定在右定位块(64)上且浮动V型卡头(66)可顺延螺栓的杆身方向滑移，柱塞弹簧(641)的端部抵靠在浮动V型卡头(66)朝向右定位块(64)一侧面上，浮动V型卡头(66)朝向左定位块(63)一侧面呈V型用于夹持待测物体。

8.如权利要求4所述的基于光栅尺的测量装置，其特征在于：包括连接单元(40)，连接单元(40)由第一滑轨(41)、第一滑块(42)以及第一连接块(43)构成，第一滑轨(41)固定在光栅尺(20)的尺壳(21)上且第一滑轨(41)的长度方向平行于光栅尺(20)读数头(22)的位移方向，第一滑块(42)沿第一滑轨(41)的长度方向滑移，第一连接块(43)固定安装在第一滑块(42)以及光栅尺(20)的读数头(22)上；第三连接块(56)固定安装在第一连接块(43)上。

9.如权利要求2所述的基于光栅尺的测量装置，其特征在于：所述的光栅尺(20)的尺壳(21)沿竖直方向固定在底座(10)上，底座(10)包括底座本体(13)和支架(11)，支架(11)固定在底座本体(13)上且沿竖直方向布置，光栅尺(20)的尺壳(21)固定在支架(11)的一侧面上；包括连接单元(40)，连接单元(40)由第一滑轨(41)、第一滑块(42)以及第一连接块(43)构成，第一滑轨(41)固定在光栅尺(20)的尺壳(21)上且第一滑轨(41)的长度方向平行于光栅尺(20)读数头(22)的位移方向，第一滑块(42)沿第一滑轨(41)的长度方向滑移，第一连接块(43)固定安装在第一滑块(42)以及光栅尺(20)的读数头(22)上。

10.如权利要求5-9任一项所述的基于光栅尺的测量装置，其特征在于：所述的测量头(30)包括固定板(31)、悬伸板(32)以及直杆(33)，测量头(30)通过固定板(31)固定安装在光栅尺(20)的读数头(22)上，悬伸板(32)向外悬伸且其悬置端固定有沿竖直方向布置的直杆(33)，直杆(33)的端部设置有大直径的圆柱段或球头；支架(11)的顶部设置有控制模块(70)，读数头(22)与控制模块(70)相连用于接收控制指令和输出测量数据，控制模块(70)包括显示屏(71)和按键(72)，按键(72)设置有多个用于接收用户输入的控制指令，显示屏(71)用于显示光栅尺(20)的读数以及按键(72)发出的指令。

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