CN113939709A - 机动式卷尺 - Google Patents
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Abstract
示出了具有传感器、马达和离合器中的一个或多个的卷尺的各个方面。本文描述的传感器通过各个机构检测卷尺的缩回系统的位置。传感器进行的测量可以用于控制马达以调节卷尺的螺旋弹簧中的张力的量。在各个实施例中,马达通过离合器与卷尺的缩回系统相互作用,这调节了马达可以传送到缩回系统的力的量。
Description
相关专利申请的交叉引用
本申请要求于2019年6月14日提交的美国临时申请号62/861,710的权益和优先权,该美国临时申请的全部内容通过援引并入本文。
背景技术
本披露内容总体上涉及卷尺的领域。本披露具体地涉及一种卷尺,该卷尺具有缩回弹簧和缩回马达以及向控制器/控制系统提供关于缩回系统的操作的信息(例如弹簧扭矩、缩回速度等)的传感器。
卷尺是用于多种测量应用(包括用在建筑和建造行业中)的测量工具。一些卷尺包括卷绕在卷轴上的带刻度、带标记的尺条,并且还包括用于将尺条自动地缩回到卷轴上的缩回系统。在一些卷尺设计中,缩回系统由盘卷弹簧或螺旋弹簧驱动,该盘卷弹簧或螺旋弹簧在卷尺伸展时被张紧从而储存能量,并且释放能量以使卷轴旋转从而将尺条卷绕回到卷轴上。
发明内容
本披露的一个实施例涉及一种卷尺,该卷尺包括壳体、可旋转地安装在壳体内的卷尺卷轴、由卷尺卷轴限定的卷尺卷轴围绕其旋转的旋转轴线、围绕卷尺卷轴卷绕的长形尺条、联接到卷尺卷轴的螺旋弹簧、由导电的第二材料制成的检测器、以及测量检测器的电容的传感器。当该长形尺条从该卷尺卷轴解绕以从该壳体延展出来时该螺旋弹簧储存能量,并且,该螺旋弹簧释放能量驱动该长形尺条重新卷绕到该卷尺卷轴上。螺旋弹簧由导电的第一材料制成。
本披露的另一个实施例涉及一种卷尺,该卷尺包括壳体、可旋转地安装在壳体内的卷尺卷轴、由卷尺卷轴限定的卷尺卷轴围绕其旋转的旋转轴线、围绕卷尺卷轴卷绕的长形尺条、位于壳体内的螺旋弹簧、发出磁场的磁体、以及检测器,该检测器测量由响应于尺条的一部分从壳体延展出或收回到壳体中重新定位螺旋弹簧而引起的磁场变化。当该长形尺条从该卷尺卷轴解绕以从该壳体延展出来时该螺旋弹簧储存能量,并且,该螺旋弹簧释放能量驱动该长形尺条重新卷绕到该卷尺卷轴上。螺旋弹簧由导电的第一材料制成。
本披露的另一个实施例涉及一种卷尺,该卷尺包括限定内表面的壳体、可旋转地安装在壳体内的卷尺卷轴、由卷尺卷轴限定的卷尺卷轴围绕其旋转的旋转轴线、围绕卷尺卷轴卷绕的长形尺条、位于壳体内的螺旋弹簧、可旋转地安装在壳体内的桥轴、可旋转地安装在壳体内的马达轴、以及测量马达轴的第二端的位置的传感器,桥轴限定第一端和相反的第二端,马达轴限定第一端和相反的第二端,马达轴的第一端与桥轴的第一端接口连接。当该长形尺条从该卷尺卷轴解绕以从该壳体延展出来时该螺旋弹簧储存能量,并且,该螺旋弹簧释放能量驱动该长形尺条重新卷绕到该卷尺卷轴上。
本披露的另一个实施例涉及一种具有传感器的机动式卷尺。传感器测量卷尺的一方面,比如卷尺从壳体抽出或收回到壳体的速度、卷尺仍在壳体中的量、和/或由缩回系统施加的估计的张力的量。基于这些测量结果,马达在卷尺线轴上施加力。例如,马达可以在缩回系统上施加反作用力,从而缓和尺条收回到壳体中的速度。
根据一个实施例,一种卷尺包括传感器、壳体、在壳体内旋转的心轴、在壳体内旋转的卷尺卷轴、围绕卷尺卷轴卷绕的长形尺条、用于长形尺条的缩回系统、联接到长形尺条的外端的钩组件、螺旋弹簧、以及与缩回系统接口连接的马达。当该长形尺条从该卷尺卷轴解绕以从该壳体延展出来时该螺旋弹簧储存能量,并且,该螺旋弹簧释放能量驱动该长形尺条重新卷绕到该卷尺卷轴上。传感器测量卷尺的一方面并产生控制信号。马达接收控制信号并基于控制信号与缩回系统接口连接。
在更具体的实施例中,马达通过离合器(比如止动离合器或滑动离合器)与卷尺线轴接口连接。离合器为缩回系统中的张力的量提供上限,因此当超过最大张力的量时,离合器打滑以防止张力进一步增加。离合器包括调节机构,调节机构允许使用者控制离合器在打滑之前可以接收的最大张力的量。
在另一个具体实施例中,卷尺包括电路板和位置传感器。位置传感器比如通过检测弹簧与位置传感器的一个或多个感测位置的接近度而测量弹簧的定位。在一个示例中,位置传感器包括一系列同心圆,这些同心圆的直径从弹簧围绕其居中的轴线变化。不同的同心圆测量弹簧靠近相应圆的量(例如,磁干扰、密度、质量)。至少部分地基于这些测量,电路板产生用于使马达与缩回系统接口连接的控制信号。在一个具体实施例中,位置传感器是一个或多个金属检测器。
在另一个具体实施例中,卷尺进一步包括扭矩开关。扭矩开关包括联接到心轴的心轴隔板和联接到马达的马达轴隔板。心轴隔板和马达轴隔板被一个或多个偏置元件背离彼此周向偏置。心轴隔板和马达轴隔板的取向响应于卷尺的缩回系统中的张力而变化。测量扭矩开关的部件的相对取向的变化,并且基于该测量产生用于马达的控制信号。
在另一个具体实施例中,马达包括与心轴轴向对齐的轴。马达轴和心轴在凸轮接口处接口连接。心轴和马达轴限定了总长度,该总长度响应于心轴和马达轴相对于彼此的旋转而变化。卷尺进一步包括偏置元件,该偏置元件施加将心轴和马达轴压缩在一起的偏置力。测量马达轴和壳体之间的距离,并且基于该测量产生用于马达的控制信号。
在另一个具体实施例中,长形尺条包括沿长形尺条的长度布置的一系列标记。在另一个具体实施例中,卷尺中的旋转部件(比如卷尺线轴)包括围绕中心轴线径向布置的一系列标记。传感器监测一系列标记以确定卷尺的状态。在各个使用中,传感器监测标记移动的速度,和/或(例如,通过对移动经过传感器的标记的总数进行计数)监测长形尺条的总位移。
在以下的详细描述中将阐述附加特征和优点,并且对于本领域技术人员而言,从描述中或者通过实践如书面描述及其权利要求以及附图中所述的实施例而部分地认识到这些附加特征和优点是显而易见的。应当理解,前述概括描述和以下详细描述都是示例性的。
附图被包含在内以提供进一步的理解,并且结合在本说明书中并且构成本说明书的一部分。附图展示了一个或多个实施例,并且与描述一起用于说明多种不同实施例的原理和操作。
附图说明
图1是根据示例性实施例的具有马达和离合器的卷尺的透视图。
图2是图1中描绘的卷尺的一部分的详细视图。
图3是根据实施例的卷尺的示意图。
图4是根据实施例的卷尺的示意图。
图5是根据实施例的卷尺的示意图。
图6是根据实施例的卷尺的分解视图。
图7是图6的卷尺的一部分的详细视图。
图8是根据实施例的卷尺的分解视图。
图9是图8的卷尺的一部分的详细视图。
图10是根据实施例的卷尺的示意图。
图11是图10的卷尺的分解视图。
图12是图10的卷尺的一部分的详细视图。
图13是图12中描绘的卷尺的部分的详细视图,以不同的构型示出。
图14是根据实施例的卷尺的分解视图。
图15是图14的卷尺的一部分的示意图。
图16是图15中描绘的卷尺的部分的详细视图,以不同的构型示出。
图17是根据实施例的卷尺的透视图。
图18是根据实施例的图17的卷尺的透视图。
图19是根据实施例的图18的卷尺的示意图。
图20是根据实施例的卷尺的分解视图。
图21是根据实施例的图20的卷尺的一部分的详细视图。
图22是根据实施例的图20的卷尺的一部分的详细视图。
图23是根据实施例的图20的卷尺的一部分的详细视图。
图24是根据实施例的卷尺的分解视图。
具体实施方式
总体上参考附图,示出了卷尺的多个不同实施例。本文讨论的卷尺的各个实施例包括新型缩回系统,该缩回系统包括马达和产生用于马达的控制信号的(多个)传感器。一些卷尺尺条在缩回期间由于高速而容易损坏/破损。例如,缩回期间的高速可能引起尺条抖动(例如在快速缩回期间,卷尺尺条弯曲或迅速恢复到自身的趋势),这会使尺条破裂或撕裂,并且类似地,当卷尺钩在缩回结束时接触卷尺壳体时,高缩回速度会损坏尺条。申请人相信,本文所描述的卷尺缩回系统提供了缩回速度控制,这种控制可以限制这种卷尺损坏源,而同时提供更紧凑的卷尺而不牺牲卷尺长度或缩回性能。
如通常将理解的,在某些卷尺设计中,弹簧在尺条延展期间储存能量并且在尺条缩回期间向卷轴施加力/扭矩,从而使尺条卷绕在卷轴上。选择弹簧设计的各个方面(比如弹簧能量、扭矩分布、弹簧常数等)以确保弹簧的操作具有足够的能量以提供令人满意的卷尺缩回。然而,由于典型卷尺螺旋弹簧的物理性和特性,为了确保以令人满意的速度完全缩回卷尺,典型的卷尺螺旋弹簧在缩回期间向尺条传递多余的能量,此能量进而转化为不期望的高缩回速度和抖动,特别是接近缩回结束时。此外,对于给定的螺旋弹簧设计,增加弹簧能量以提供更长、更宽和/或更厚的卷尺尺条的缩回典型地需要使用更大的螺旋弹簧,这进而产生更大的卷尺。
如本文所讨论的,申请人已经开发了各个新型卷尺尺条缩回系统,该卷尺尺条缩回系统在利用相对短或小体积的弹簧时提供期望水平的弹簧能量,同时保持相对小的卷尺壳体(例如,卷尺外径)和/或同时提供期望的缩回特性。如更详细地讨论的,本文讨论的卷尺缩回系统利用马达,该马达基于传感器执行的测量与缩回系统接口连接。传感器监测卷尺的当前状态(例如,螺旋弹簧当前施加的扭矩量)和卷尺的变化状态(例如,卷尺从壳体中抽出或收回的速度)。基于此信息,卷尺缩回系统调节弹簧的张力来减缓尺条的缩回速度,从而减少当卷尺钩在缩回结束时碰到壳体时尺条抖动或高缩回速度从而损坏尺条的机会。
在各个实施例中,卷尺缩回系统包括在马达和卷尺卷轴之间的离合器,尺条缠绕在该卷尺卷轴周围。离合器通过限制螺旋弹簧中的张力的量来限制和/或防止马达对卷尺卷轴施加过大的扭矩。
转向图1至图2,示出了卷尺(示出为卷尺10)的各个方面。在图1至图2中,卷尺10包括壳体12、传感器、卷尺卷轴14、长形尺条20、联接到长形尺条20的端部的钩组件、螺旋弹簧16和马达。
卷尺10中的马达至少部分地基于由传感器产生的信号与卷尺10的缩回系统接口连接。尺条20卷绕在卷尺卷轴14周围,该卷尺卷轴可旋转地联接到壳体,相对于壳体12绕轴线8旋转。螺旋弹簧16联接到卷尺卷轴14,使得当长形尺条20从卷尺卷轴解绕以从壳体延展出来时,螺旋弹簧16储存能量,并且螺旋弹簧16释放能量驱动长形尺条20重新卷绕到卷尺卷轴14上。总体上,尺条20是包括多个刻度式测量标记的长形材料条,并且在具体实施例中,尺条20是长形金属材料(例如,钢材料)条,该长形金属材料条的最外端联接至钩组件。尺条20可以包括各种涂层(例如,聚合物涂层),以帮助保护尺条20和/或尺条的刻度式标记免于磨损、破坏等。
卷尺10包括缩回系统,该缩回系统包括比如螺旋弹簧16的弹簧。总体上,螺旋弹簧16联接在心轴18与卷尺卷轴14之间(或穿过卷尺卷轴14以直接联接到长形尺条的内端),使得螺旋弹簧16被盘绕或卷绕成在卷尺从壳体12延展出来期间储存能量并且在缩回尺条20(例如,接着释放或解锁尺条20)期间解绕,释放能量、驱动将尺条20重新卷绕到卷尺卷轴14上。具体地,当尺条20被解锁或释放时,弹簧16扩张,驱动卷尺卷轴14卷绕尺条20并且将尺条20向回拉到壳体12中。
转向图3至图5,示出了各种卷尺的示意图。转向图3,卷尺30包括马达22,该马达与卷尺卷轴14接口连接,卷尺卷轴联接到尺条20。传感器24监测卷尺卷轴14的状态,比如螺旋弹簧16的位置和/或螺旋弹簧储存的张力的量。在一个实施例中,卷尺的静止状态由传感器24测量,比如在给定时间由螺旋弹簧施加的扭矩。替代地,测量卷尺的移动分量,比如长形尺条从卷尺壳体中抽出或收回到卷尺壳体中的速度。基于传感器24的测量结果,控制马达22以调节联接到卷尺卷轴14的螺旋弹簧中的张力。
转向图4,在具体实施例中,卷尺40、马达22通过离合器26与卷尺卷轴14接口连接。离合器26限制和/或防止马达22向联接到卷尺卷轴14的螺旋弹簧提供过量的张力。类似于图3,传感器24监测卷尺卷轴14的状态,比如螺旋弹簧储存的张力的量。
转向图5,在具体实施例中,卷尺50、马达22通过离合器26与卷尺卷轴14接口连接。离合器26限制和/或防止马达22向联接到卷尺卷轴14的螺旋弹簧提供过量的张力。类似于图3,传感器24监测卷尺卷轴14的状态,比如螺旋弹簧储存的张力的量。基于传感器24的测量结果,控制马达22以调节联接到卷尺卷轴14的螺旋弹簧中的张力。
转向图6至图24,提供了用于卷尺的传感器和离合器的各个方面。图6至图19描绘了在卷尺中使用的传感器的各个方面,并且图20至图24描绘了在机动式卷尺中使用的在马达与卷尺卷轴之间的离合器的各个方面。本文预期,与在图5中描绘的卷尺50的示意性描绘一致,本文描述的任何传感器可以与本文描述的任何离合器一起使用。
转向图6至图7,示出了卷尺110的传感器的各个方面。除了本文描述的不同之处,卷尺110类似于卷尺10、30、40和50。卷尺110包括传感器(示出为电容传感器112),传感器与天线114、120和126相互作用以检测螺旋弹簧16的扭矩和/或位置。螺旋弹簧16联接到卷尺卷轴14并在尺条20从卷尺110收回时储存能量。
在具体实施例中,传感器112测量第一天线114、第二天线120和第三天线126中的一个或多个的电容。天线114、120和126布置在平台(示出为电路板)上。基于(多个)电容测量结果,传感器112确定是否发送信号以调节螺旋弹簧16中的张力的量。
传感器112可以通过检测弹簧16的质量是在心轴18附近、在卷尺卷轴14的外围壁附近还是在两者之间来检测弹簧16的卷绕或解绕。在具体实施例中,天线114、120和126由导电材料形成,并且弹簧16由导电金属(比如钢)形成。传感器112基于对弹簧16靠近相应天线114、120和126的量的测量来测量天线114、120和126中的一个或多个相对于弹簧16的电容。例如,当弹簧16绕心轴18相对紧密地卷绕时,最内天线114可以(例如,通过将阈值与最内天线114和弹簧16的电容进行比较)检测到这个位置。类似地,最外天线126可以检测到弹簧16被解绕并且弹簧16的大部分质量靠近卷尺卷轴20的内壁28。
在具体实施例中,传感器112基于天线114的电容的测量产生第一信号,基于天线120的电容的测量产生第二信号,并且基于天线126的电容的测量产生第三信号。在另一个实施例中,传感器112基于天线114、天线120和天线126中的一个或多个的电容的测量来产生第一信号。
转到图7,示出了天线114、120和126相对于旋转轴线8的各个半径。在具体实施例中,天线114、120和126围绕轴线8周向延伸,并围绕旋转轴线8以同心圆布置。相对于旋转轴线8,最外天线126具有内半径128和外半径130,中间天线120具有内半径122和外半径124,并且最内天线114具有外半径116和距离为零(0)的内半径,因为最内天线114位于旋转轴线8上。
可以使用任何数量的天线114、120和126来提供任何合适水平的检测分辨率。类似地,也可以通过比较各个天线的电容(例如,比较最内导电环与最外导电环的电容)来使用模拟输出。在各个实施例中,天线可以是电感传感器线圈,电感传感器线圈相对于螺旋弹簧16的位置改变电感。(多个)电感测量的分辨率可以提供数字响应(例如,高于某个阈值与低于某个阈值),或者它可以提供非常精细的测量(例如,类似于模拟信号)。
在具体实施例中,天线114、120和126围绕弹簧16的旋转轴线8对称布置(图6至图7最佳示出)。在另一个实施例中,天线围绕弹簧16的旋转轴线8不对称地布置。在具体实施例中,马达从传感器112接收信号并调节螺旋弹簧16中的张力的量。
转向图8至图9,示出了卷尺210的各个方面。除了所标识的差异之外,卷尺210类似于本文描述的其他卷尺。一个或多个(例如,铜的)霍尔效应传感器(示出为检测器214、220和226)可以放置在距心轴18的中心的不同半径218、224和230处以检测弹簧16的质量。例如,一个或多个检测器214、220和226可以测量由响应于尺条20从壳体12延展出或收回到壳体中重新定位螺旋弹簧16引起的磁场变化。在另一实施例中,检测器214、220和226中的一个或多个测量穿过相应检测器214、220和226的磁场的强度和/或取向。传感器212(比如电路板)接收来自多个检测器214、220和226的测量结果并且基于这些测量结果估计弹簧16被卷绕或解绕的程度(例如,弹簧16的质量在其旋转轴线8附近居中的程度或弹簧16背离其旋转轴线8延展的程度)。
在具体实施例中,检测器214、220和226以及磁体216、222和228位于围绕轴线8的各个半径218、224和230处。磁体216、222和228各自产生磁场,该磁场由检测器214、220和226检测。弹簧16影响由磁体216、222和228产生的磁场,使得随着弹簧16调整位置(例如,当尺条卷绕或解绕时),磁场的强度和/或取向发生变化。检测器214、220和226测量(多个)磁场和/或(多个)磁场的变化并且基于磁场的测量结果产生一个或多个信号到传感器212。作为测量磁场变化的结果,传感器212进而产生第一信号,第一信号指示螺旋弹簧16的构型。在具体实施例中,检测器214、220和226布置为靠近磁体216、222和228中的一个(例如,检测器与磁体接口连接)。
参考图10至图13,示出了用于测量卷尺310中的螺旋弹簧16的扭矩的装置(示出为扭矩开关336)的各个方面。除了指出的差异之外,卷尺310类似于本文所述的其他卷尺。卷尺310包括通过检测通常间隔开的马达轴326和心轴312的相对位置来检测螺旋弹簧16中的扭矩的另一种方式。
在图10中,马达轴326固定地联接到马达轴隔板320,其方式为使得马达轴326和马达轴隔板320不相对于彼此移动。类似地,心轴312和心轴隔板314固定地联接在一起。心轴隔板314和马达轴隔板320都定位成相对于心轴312旋转。心轴隔板314和马达轴隔板320都围绕轴线8旋转,但可以以稍微不同的速率旋转(例如,在一个实施例中,在两个隔板旋转时,一个隔板可以落后或领先另一个隔板,但不能是一个隔板自由旋转而另一个隔板保持静止;在另一实施例中,一个隔板可以旋转而另一个隔板保持静止)。
心轴隔板314和马达轴隔板320被一个或多个偏置元件(示出为弹簧328、332)相对于轴线8背离彼此偏置。弹簧328、332放置在两个隔板314、320之间。随着(例如,通过马达轴320)施加扭矩,组件旋转,但隔板314、320之间的相对位置改变。例如,心轴隔板314和马达隔板320之间的角度330和角度334改变。角度330限定在心轴隔板314的端部316和马达隔板320的端部322之间。角度334限定在心轴隔板314的端部318和马达隔板320的端部324之间。
角度330和角度334的变化量取决于施加的扭矩量和弹簧328、332的强度。可以以模拟方式(例如,使用比如光学传感器的测距仪来测量隔板314、320上两点之间的距离;当心轴312或马达轴326的速度已知时,通过光学传感器测量开口部分旋转所需的时间)或以离散方式(例如,在隔板314、320之间放置在超过扭矩阈值时连接的机械开关)测量隔板314、320之间的角度330、334。
当马达338接收控制信号以在心轴312上施加力时,马达338对马达轴隔板320产生力。马达轴隔板320从而对偏置元件(示出为弹簧328、332)施加力,偏置元件对心轴隔板314施加力。因为心轴隔板314固定地联接到心轴312,而心轴联接到卷尺310的弹簧16,心轴隔板314和心轴312基于来自弹簧328、332和卷尺310的弹簧16的干扰偏置力调整位置。结果,马达轴隔板320和心轴隔板314之间的角度330、334改变。测量角度330、334中的一个或多个的变化(比较图12和图13)以估计卷尺310弹簧的螺旋弹簧16和弹簧328、332之间施加的当前扭矩。基于这些测量,生成控制信号并且马达338选择性地调节马达338经由马达轴隔板320间接施加在心轴312上的力。
在另一个实施例中,螺旋弹簧16上的扭矩可以通过测量主弹簧的输入角度并将其与卷尺线轴的输出角度进行比较来确定。输出只是卷尺线轴20的输出。一旦已知这两个角度,可以通过软件推断扭矩,因为主弹簧16具有与相对角度相关联的力。
参考图14至图16,示出了卷尺410的各个方面。除了指出的之外,卷尺410类似于本文所述的其他卷尺。联接到卷尺卷轴14的弹簧16的扭矩通过监测心轴416和马达轴422之一的线性运动来测量。壳体12的两侧之间是桥轴(示出为心轴416)、副桥轴(示出为马达轴422)和弹簧430。心轴416从第一端表面418延伸到第二端表面420,并且马达轴422从第一端表面424延伸到第二端表面426。心轴416的第二端表面420和马达轴422的第一端表面424彼此接口连接。在具体实施例中,心轴416的第二端表面420和马达轴422的第一端424都成角度(图15至图16最佳示出)。当马达轴422和心轴416相对于彼此旋转并彼此接口连接时,心轴416和马达轴422的总长度发生变化。
传感器432比如通过监测第二端426和壳体12的内表面之间的距离428而监测心轴416和马达轴422的长度。在具体实施例中,作为测量马达轴422的第二端426的位置的结果,传感器432产生第一信号,第一信号指示螺旋弹簧16的构型。
弹簧430将马达轴422压向心轴416,从而在没有施加扭矩时将心轴416和马达轴422的总长度偏置为尽可能短。随着扭矩被施加,弹簧430的力被克服,并且成角度的表面相对于彼此旋转,从而使得弹簧430压缩并且马达轴422和壳体12之间的距离428减小。距离428可以由传感器432模拟或数字方式测量。
在一个实施例中,当长形尺条20完全缩回到壳体12内时,卷尺410的螺旋弹簧16处于低扭矩/无扭矩状态(在图15中最佳示出)。在此该位置,轴向对齐的弹簧430朝向心轴416偏置马达轴422,并且在马达轴422和壳体12之间测得的距离428最大。当长形尺条20从壳体12中抽出时,心轴416旋转。心轴416与马达轴422经由它们相应的成角度表面接口连接以抵靠弹簧430偏置马达轴422。这减小了马达轴422和壳体12的内表面414之间的距离428。一个或多个传感器监测此距离并且基于(多个)测量结果,系统推断长形尺条20的当前位置(例如,完全缩回壳体12内,完全延展出壳体12外,完全缩回和完全延展之间的中间状态)。心轴416被配置为相对于马达轴422旋转小于360度以避免重置被测量的距离428。
本文预期,可以测量马达轴422和心轴416之间的接口的任何方面,比如心轴416相对于马达轴422的取向、心轴416和壳体12之间的距离(如果允许心轴416沿其轴线而不是马达轴422纵向滑动)。
参考图17至图19,示出了卷尺510的各个方面。除了指出的差异之外,卷尺510类似于本文所述的其他卷尺。卷尺510通过监测卷尺520移动的速度和/或尺条20已经放出或卷入的量来监测螺旋弹簧16的张力。可以通过使用光学检测器530来确定尺条520的速度,该光学检测器检测尺条520的底表面上的标志,比如标记518(例如,交替的白色和黑色条纹图案)。
转到图19,示出了卷尺510的一部分的示意图。在具体实施例中,光学检测器530位于尺条20离开壳体的位置附近。从这个位置,光学检测器530监测尺条520移动经过光学检测器530的速度,和/或光学检测器530(例如,通过对已经移动经过光学检测器530的标记518进行计数)监测已经移动经过光学检测器530离开壳体12的尺条520的量。
在一个实施例中,长形尺条520被监测以确定长形尺条520从壳体12中抽出或收回到壳体中的速度。缩回系统(例如,通过测量相邻标记移动经过传感器之间的时间量)确定标记移动经过传感器的速度。基于该确定,卷尺缩回系统选择性地修改螺旋弹簧中的张力。例如,如果缩回速度处于或接近阈值速度,则卷尺缩回系统与螺旋弹簧接口连接以比如通过减小将尺条偏置到壳体中的螺旋弹簧中的张力而降低缩回速度。在另一个示例中,测量标记的加速度并将其与阈值进行比较。
在另一个实施例中,光学检测器530在标记518移动经过光学检测器530时对它们进行计数以确定卷尺510的当前状态。在一个实施例中,标记518可以在频率/距离上交替,使得光学检测器530可以确定尺条520移动经过光学检测器530的速度和方向。
在另一个实施例中,卷尺510中的旋转部件(比如卷尺卷轴14)包括由(多个)传感器监测的一系列径向布置的标记。传感器识别每个标记何时移动经过传感器,并且基于该识别,缩回系统确定从卷尺壳体中抽出多少尺条卷。基于该确定,卷尺缩回系统选择性地修改螺旋弹簧中的张力。本文预期任何旋转部件(例如,心轴、螺旋弹簧)可以包括或限定径向布置的标记。
在另一个实施例中,通过考虑已经放出的尺条520的量(例如,确定仍盘卷在卷尺卷轴14上的尺条520的外半径),可以将旋转速度转换为尺条520的线性速度。
其他速度检测方法包括磁/霍尔效应传感器。卷尺卷轴上可以放置一个或多个磁体,一个或多个霍尔效应传感器可以确定卷尺卷轴的转数、旋转速度等。另一种方法包括类似于发动机上的调速器操作的装置。当装置旋转得更快时,弹簧加载的臂被离心力向外推。臂外推得越远,装置旋转得越快。
在一个实施例中,一个或多个传感器相对于壳体12旋转(例如,(多个)传感器设置在卷尺卷轴上)。(多个)传感器监测比如壳体上的径向布置的标记,以确定卷尺10的状态(例如,扭矩)。在另一个实施例中,(多个)传感器监测相对于壳体旋转的另一个部件上的径向布置的标记(例如,传感器位于心轴上的卷尺卷轴监测器标记上,当尺条从壳体中抽出或收回到壳体时,心轴相对于卷尺卷轴旋转)。
参考图20至图23,示出了卷尺610的各个方面。除了指出的差异之外,卷尺610类似于本文所述的其他卷尺。离合器626位于心轴618和马达轴632之间以控制弹簧16中的张力的量。
离合器626包括与板634接口连接的扭矩调节部件,示出为轮622。板634周向地限定多个峰630和谷628。在具体实施例中,峰630。在弹簧16中没有扭矩和/或低张力的位置,弹簧636将轮622朝向谷628偏置。当张力施加在弹簧16上时(例如,当尺条20从壳体12中撤出时),心轴618上的扭矩相对于板634旋转,结果轮622相对于板634至少部分地从谷628到峰630周向运动。
参考图24,示出了包括新型离合器736的卷尺710的各个方面。参考图24,机动/混合动力卷尺710包括电动马达22、离合器736和螺旋弹簧16。电动马达22驱动蜗杆传动系统。蜗杆传动系统通过齿轮减速将驱动轴的旋转运动转换为正交旋转运动。蜗杆传动齿轮减速基于使弹簧心轴旋转所需的速度、马达的电压和速度、以及在马达未通电时保持弹簧心轴静止所需的马达制动力等因素进行优化。
离合器736在蜗杆传动系统和弹簧心轴之间。离合器736可以是止动离合器或滑动离合器。此图片中示出的是止动离合器。离合器736防止马达对弹簧心轴过度驱动或过度扭转。离合器板被张紧器弹簧压在一起。弹簧的压缩力越强,离合器打滑前的扭矩极限就越高。施加在离合器板上的力的量可以通过离合器调节螺钉进行调节。弹簧的一端附接到弹簧心轴。弹簧的另一端附接到尺条线轴,尺条线轴可以与弹簧同轴并围绕弹簧。
仍然参考图24,马达用于调节弹簧施加到尺条线轴的扭矩量。当使用者从壳体12中拉出尺条20时,弹簧16卷绕,并且如果使用者继续拉出尺条20,则弹簧16卷绕到预设扭矩极限,并且马达用于调整弹簧心轴以使弹簧解绕,使得弹簧施加小于预设扭矩极限。类似地,一旦使用者允许尺条卷回到壳体中,弹簧解绕到另一预设扭矩极限,马达用于调整弹簧心轴以使弹簧卷绕,使得弹簧可以继续向尺条线轴施加足够的扭矩以完全卷入尺条。相应地,在这样的实施例中,测量扭矩。测量扭矩的两个选项是(i)在主弹簧处和(ii)在马达和心轴之间。
为了执行这些测量,卷尺10可以包括一个或多个传感器以检测卷尺710的状态。基于来自一个或多个传感器的(多个)测量结果,生成马达的控制信号。
马达至少部分地基于控制信号与缩回系统接口连接。例如,在图24中,马达与卷尺卷轴接口连接。然而,本文预期马达与缩回系统中的一个或多个部件(例如,卷尺卷轴、长形尺条、心轴)中的任一个接口连接。
在各个实施例中,本文所述的离合器系统与同样在本文中描述的具有传感器的一个或多个实施例组合使用。
在一个实施例中,当长形尺条完全缩回到壳体内时,卷尺的螺旋弹簧处于低扭矩/无扭矩状态。在这个位置,心轴和马达轴的总距离最短。当长形尺条从壳体中抽出时,心轴相对于马达轴旋转并且心轴和马达轴的总距离增加。一个或多个传感器监测马达轴和心轴的距离,并且系统基于(多个)测量结果推断长形尺条的当前位置(例如,完全缩回壳体内,完全延展出壳体,完全缩回和完全延展之间的中间状态)。
在一个实施例中,马达轴可旋转地联接到三个辊,每个辊在谷(例如,一对伸出部分之间的凹入部分)内接口连接。本文预期可以使用任何数量的辊和谷,包括切换哪个桥轴联接到辊以及哪个桥轴包括凸轮表面。
本文预期可以测量马达轴和心轴接口的任何方面,比如心轴相对于马达轴的取向、心轴和壳体之间的距离(如果允许心轴沿其轴线而不是马达轴纵向滑动)和/或壳体和心轴或壳体中的至少一个之间的距离。
应当理解,附图详细地展示了示例性实施例,并且应当理解,本申请不限于在说明书中阐述的或在附图中展示的细节或方法。还应当理解,术语仅出于说明的目的,而不应被视为是限制性的。
鉴于此描述,本发明的多个不同的方面的其他修改和替代性实施例对于本领域技术人员来说将是显而易见的。因此,此描述被解释为仅是说明性的。在多个不同的示例性实施例中示出的构造和布置仅是说明性的。虽然在本披露内容中仅详细描述了几个实施例,但是在不实质上脱离本文描述的主题的新颖教导和优点的情况下,许多修改是可能的(例如,改变多个不同元件的大小、尺寸、结构、形状和比例、参数的值、安装布置、使用材料、颜色、取向等)。被示出为一体成形的一些元件可以由多个部分或元件构成,元件的位置可以是反向的或以其他方式改变,并且离散元件的性质或数量或位置可以变化或改变。根据替代性实施例,任何过程、逻辑算法或方法步骤的顺序或次序都可以改变或重新排序。在不脱离本发明的范围的情况下,还可以在多个不同的示例性实施例的设计、操作条件和布置中进行其他置换、修改、改变和省略。
除非另外明确指出,否则并不以任何方式意图使本文阐述的任何方法解释为要求其步骤按指定顺序执行。相应地,在方法权利要求没有实际列举其步骤应遵循的顺序的情况下或在权利要求或说明书中没有特别声明步骤应限于特定顺序的情况下,绝不意味着可以推断出任何特定顺序。另外,本文使用的冠词“一”旨在包括一个或多个部件或元件,并非旨在被解释为仅有一个。如本文使用的,“刚性联接”是指联接两个部件,其方式使得当受到力作用时,这些部件以固定的位置关系一起移动。
本发明的多个不同实施例涉及任何特征的任何组合,并且在本申请或将来的申请中可以要求保护特征的任何这种组合。上面讨论的任何示例性实施例的任何特征、元件或部件都可以单独使用,或者与上面讨论的任何其他实施例的任何特征、元件或部件相结合使用。
Claims (20)
1.一种卷尺,包括:
壳体;
卷尺卷轴,该卷尺卷轴可旋转地安装在该壳体内;
旋转轴线,该旋转轴线由该卷尺卷轴限定,该卷尺卷轴围绕该旋转轴线旋转;
长形尺条,该长形尺条围绕该卷尺卷轴卷绕;
螺旋弹簧,该螺旋弹簧联接到该卷尺卷轴,其中,当该长形尺条从该卷尺卷轴解绕以从该壳体延展出来时,该螺旋弹簧储存能量,其中,该螺旋弹簧释放能量驱动该长形尺条重新卷绕到该卷尺卷轴上,并且其中,该螺旋弹簧由导电的第一材料制成;
检测器,该检测器由导电的第二材料制成;以及
传感器,该传感器测量该检测器的电容。
2.如权利要求1所述的卷尺,其中,作为测量该检测器的电容的结果,该传感器产生第一信号,其中,该第一信号指示该螺旋弹簧的构型。
3.如权利要求1所述的卷尺,其中,该检测器是第一检测器并且该传感器执行该第一检测器的电容的第一测量,该卷尺进一步包括第二检测器,该传感器执行该第二检测器的电容的第二测量。
4.如权利要求3所述的卷尺,其中,该传感器基于该第一检测器的电容的第一测量值和该第二检测器的电容的第二测量值产生第一信号,其中,该第一信号指示该螺旋弹簧的构型。
5.如权利要求3所述的卷尺,其中,该第一检测器围绕该旋转轴线周向延伸并且该第二检测器围绕该旋转轴线周向延伸。
6.如权利要求1所述的卷尺,其中,该检测器是第一检测器并且该传感器执行该第一检测器的电容的第一测量,该卷尺进一步包括第二检测器和第三检测器,该传感器执行该第二检测器的电容的第二测量和该第三检测器的电容的第三测量,并且其中,该第一检测器、该第二检测器和该第三检测器围绕该旋转轴线同心布置。
7.如权利要求1所述的卷尺,其中,该检测器是第一检测器并且该传感器执行该第一检测器的电容的第一测量,该卷尺进一步包括第二检测器,该传感器执行该第二检测器的电容的第二测量,其中,该传感器基于该第一测量和该第二测量的比较产生信号。
8.如权利要求1所述的卷尺,该卷尺进一步包括马达,该马达响应于接收到该第一信号而调整该螺旋弹簧中的张力的量。
9.一种卷尺,包括:
壳体;
卷尺卷轴,该卷尺卷轴可旋转地安装在该壳体内;
旋转轴线,该旋转轴线由该卷尺卷轴限定,该卷尺卷轴围绕该旋转轴线旋转;
长形尺条,该长形尺条围绕该卷尺卷轴卷绕;
螺旋弹簧,该螺旋弹簧位于该壳体内,其中,当该长形尺条从该卷尺卷轴解绕以从该壳体延展出来时该螺旋弹簧储存能量,其中,该螺旋弹簧释放能量驱动该长形尺条重新卷绕到该卷尺卷轴上,并且其中,该螺旋弹簧由导电的第一材料制成;
磁体,该磁体发出磁场;以及
检测器,该检测器测量由响应于该尺条的一部分从该壳体延展出或收回到该壳体中重新定位该螺旋弹簧而引起的磁场变化。
10.如权利要求9所述的卷尺,其中,作为测量该磁场变化的结果,该检测器产生第一信号,并且其中,该第一信号指示该螺旋弹簧的构型。
11.如权利要求9所述的卷尺,其中,该磁体是第一磁体并且该检测器是第一检测器,该卷尺包括:
多个磁体,该多个磁体包括该第一磁体;以及
多个检测器,该多个检测器包括该第一检测器,该多个检测器中的每个测量由该多个磁体发出的一个或多个磁场的一个或多个变化。
12.如权利要求11所述的卷尺,其中,该多个磁体相对于该旋转轴线布置在多个半径处。
13.如权利要求11所述的卷尺,其中,该多个检测器相对于该旋转轴线布置在多个半径处。
14.如权利要求11所述的卷尺,其中,该多个检测器中的每一个布置成靠近该多个磁体中的一个。
15.一种卷尺,包括:
壳体,该壳体限定内表面;
卷尺卷轴,该卷尺卷轴可旋转地安装在该壳体内;
旋转轴线,该旋转轴线由该卷尺卷轴限定,该卷尺卷轴围绕该旋转轴线旋转;
长形尺条,该长形尺条围绕该卷尺卷轴卷绕;
螺旋弹簧,该螺旋弹簧位于该壳体内,其中,当该长形尺条从该卷尺卷轴解绕以从该壳体延展出来时该螺旋弹簧储存能量,其中,该螺旋弹簧释放能量驱动该长形尺条重新卷绕到该卷尺卷轴上;
桥轴,该桥轴可旋转地安装在该壳体内,该桥轴限定第一端和相反的第二端;
马达轴,该马达轴可旋转地安装在该壳体内,该马达轴限定第一端和相反的第二端,其中,该马达轴的第一端与该桥轴的第一端接口连接;以及
传感器,该传感器测量该马达轴的第二端的位置。
16.如权利要求15所述的卷尺,进一步包括:
限定在该马达轴的第二端和该壳体的内表面之间的长度;
其中,该传感器通过测量该长度来测量该马达轴的第二端的位置。
17.如权利要求15所述的卷尺,其中,作为该马达轴的第一端与该桥轴的第一端接口连接的结果,该长度发生变化。
18.如权利要求15所述的卷尺,进一步包括:弹簧,该弹簧在该马达轴的第二端和该壳体的内表面之间延伸,其中,该弹簧在该马达轴上施加将其推向该桥轴的偏置力。
19.如权利要求15所述的卷尺,其中,作为测量该马达轴的第二端的位置的结果,该传感器产生第一信号,其中,该第一信号指示该螺旋弹簧的构型。
20.如权利要求19所述的卷尺,该卷尺进一步包括马达,该马达响应于接收到该第一信号而调整该螺旋弹簧中的张力的量。
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