CN1162678C - 摆动量的倍率转换机构 - Google Patents

Abstract

一种将可自由摆动地安装在第1轴(5)上的第1臂(41)的摆动角S，通过相邻的第2臂(26)，转换为摆动角θ的倍率转换机构，它是将第1臂(41)的摆动传递到第2臂(26)的传动销(28A)上的移动面(141A)倾斜于中立轴线(M)。由此，不影响传动销(28A)在中立轴线(M)方向的移动，在θ角较宽的范围内能够得到稳定的放大系数K(θ/S)，同时不用进行大量部件的变更，通过一定的放大系数，就能够高精度地转换摆动量。

Description

摆动量的倍率转换机构

本发明涉及一种摆动量的倍率转换机构，例如，它能够使用将测头的摆动量作为指针旋转量加以表示的杠杆式刻度表等。

以往所知的是一种根据杠杆原理，将设定测头中臂的摆动量进行倍率转换并传递到其他臂上的摆动量的倍率转换机构，它利用了将测头的摆动量作为指针旋转量加以表示的杠杆式刻度表等。

如采用这样的刻度表，微小的摆动量能够通过倍率转换机构放大，变成指针表示的较大的变位量来加以检测。

具体的是，由日本特开平6-109401所示的杠杆式刻度表，其构造如图13、图14所示。

在图13和图14中，1是杠杆式刻度表的基体，51是它的盖，11是表示指针旋转量的刻度盘，41是第1臂，26是第2臂。

在前述基体1的单侧表面是形成开口的凹部2，同时，凹部2上，形成朝前端面侧开口的测头插入孔3和图13中朝上表面侧开口并安装刻度盘11的切口部9。

夹住测头插入孔3的两侧表面上形成有成一体的一对轴承部4A，4B。

在位于前述的第1臂41前端的测头31露出的状态下第1臂41插入测头插入孔3中，而形成于第1臂41中部的第1轴5通过轴承5A、5B可自由摆动地支承到前述轴承部4A、4B上。

另外，在基体1的凹部2上，设有放大第1臂41摆动角的第2臂26，和将第2臂的摆动传递到前述刻度盘11上的小齿轮23、冠齿轮24。

第2臂26与插入测头插入孔3的第1臂41相邻设置，并由形成于其中部的第2轴27可自由摆动地安装到基体1的底面1A上。此外，小齿轮23、冠齿轮24成一体地、可自由回转地安装到基体1的底面1B上。

第1臂41上设有将前述测头31的前端作为与前述第1轴5对应的相反侧，而且，在前述测头插入孔3中的插入1侧部分上根据第1臂41的摆动而移动的移动面41A和移动面41B。

在第2臂26上设有分别与形成于第1臂41上的移动面41A、41B相对应接触，并将第1臂41的移动传递到第2臂26的传动销28A、28B，另外，第2臂26的端部还设有与小齿轮23啮合的扇形齿轮25。

图14中，第2臂26通过设在凹部2内的线簧29，以第2轴27为中心，施加朝顺时针方向旋转的力，由此，移动面41A、41B及传动销28A、28B不管是在摆动量测定时还是未测定时，都始终保持在接触状态。

下面，参照图14说明这种构造的杠杆式刻度表中放大测头3 1移动量、且放大刻度盘11的指针旋转量的机构。

当测头31在图14中U方向摆动时，第1臂41以第1轴5为中心在图14中反时针旋转，随之，移动面41B朝图14的下方移动。由于移动面41B下移，第2臂26的传动销28B也朝图14下方推，随之，第2臂26以第2轴27为中心反时针旋转。

于是，随着第2臂26下移，经扇形齿轮25，使小齿轮23顺时针旋转，并经冠齿轮24，还将此旋转传递到设置于刻度盘11上的中心小齿轮14，最后经旋转轴15，将指针16的旋转量作为摆动量加以表示。

接着，测头31在D方向摆动时，第1臂41以第1轴5为中心，在图14中，顺时针旋转，此时，移动面41A在图14上方移动。随之，第2臂26的传动销28A在图14中上提，第2臂26以第2轴27为中心，与测头31U方向的摆动同样的反时针旋转。

即，这种构造的杠杆式刻度表不考虑测头31的摆动方向，始终都与指针16同一方向旋转。

可是，这样的杠杆转换摆动量倍率的机构与将2杠杆分别作支点、根据作用点间的距离来放大倍率的机构是不同的，下面，根据图15，图16所示的模式图，具体地说明倍率转换的机构。

图15示出在测头31不摆动的中立状态下，第1臂41及第2臂26的位置关系，第1臂41、第2臂26呈直线地布置在联接第1轴5和第2轴27的中立轴线M上，设置在第2臂上的传动销28A，28B也沿中立轴线M布置。

传动销28A布置在将第1轴5与第2轴27相连接的长度为L的线段的内分处，与第1轴5的距离为RA1，与第2轴27的距离为RA2。同样，传动销28B布置在长度L的线段的外分处，与第1轴5的距离为RB1，与第2轴27的距离为RB2。并且，RA1至RB2满足RA2＜RA1＜L，RB2＜L＜RB1的关系。

图16是比图15更简略的模式图，表示测头31只在D方向摆动角度S的状态。

由于测头31在D方向的摆动，第1臂41以第1轴5为中心只顺时针旋转角度S，随之，因第1臂41的移动面41A，第2臂26的传动销28A以第2轴27为中心只反时针旋转角度θ，上提到中立轴线M上方。

在此状态下，第1臂41的摆动角S与第2臂的摆动角θ之间关系为

LA1×sinS＝RA2×sinθ

s及θ的变化微小，可使 $\sin \mathrm{\θ}\≅\mathrm{\θ},$ $\sin S\≅S$ 从而

LA1×S：RA2×θ

θ＝K×S(K＝LA1/RA2)

正如上述，由于 $\mathrm{LA}1(\≅\mathrm{RA}1)>\mathrm{RA}2,$

第1臂41的摆动角S按放大系数K的比例转换为第2臂26的摆动角θ。

这种关系式在图16中简略地示出，当测头31在与D方向相反的U方向摆动时，对于传动销28B也满足此关系式。

上述的S与θ的关系是，与中立轴线M的摆动角S、θ各自较小时，放大系数K的值稳定，根据一定的放大系数K、S转换为θ，但由于S、θ变大，不能无视传动销28A在中立轴线M方向的变位，从而放大系数K值随θ的增加而增大。

特别是传动销28A布置在第1轴5与第2轴27间内分点时，由于RA2，LA1的绝对尺寸较小，放大系数的变化如图17所示，受摆动角θ增加的影响变大。

为防止放大系数K的这种大的变化，以往是将第1轴5与第2轴27之间的距离L做得十分大，通过由θ的增加降低LA1的变化率，来谋求摆动量倍率转换机构的高精度。

但是，轴间距离L较大，则必须加长第1臂的尺寸，在刻度表制作中，必须按照测头的摆动范围预先准备多个臂，具有制作时部件管理复杂，第1臂的制作成本上升的问题。

此外，如第1臂长度较长，随之，上述刻度表的基体1和盖件51等部件也必须做大，具有刻度表大型化的问题，并且，部件管理复杂化、制作成本上升的问题更加显著。

本发明的目的是，提供一种克服上述以往缺陷的高精度的摆动量倍率转换机构，在由多个杠杆组合的摆动量的倍率转换机构中，即使摆动范围较大，也不需要大幅度地变更部件，就能根据一定的放大系数转换摆动量。

本发明的摆动量的倍率转换机构，第1臂和第2臂，第1臂和第2臂分别具有与旋转轴线同一方向的第1轴及第2轴，第1臂可自由摆动地安装在所述第1轴上，第2臂相邻于第1臂布置且可自由摆动地安装在所述第2轴上；在所述第1臂及所述第2臂之中的任一臂上设有根据该臂摆动而移动的移动面；在所述第1臂及所述第2臂中的另一任一臂上设有与所述移动面相接触、并将所述任一臂的摆动传递到所述另一任一臂上的传动销；随着所述第1臂的摆动，通过所述传动销使所述第2臂绕所述第2轴旋转；将所述第1臂的摆动角倍率转换，并传递到所述第2臂上，其特征在于：所述移动面在初期状态下，倾斜于联接所述第1轴和所述第2轴的中立轴线，并且是与所述中立轴线的距离从所述第1轴朝向所述第2轴逐渐拉开的倾斜面。

上述的摆动量的倍率转换机构，可用作杠杆式刻度表的倍率转换机构以测定对象物的垂直错位。

即，如图1所示，以往，设置于第1臂上的移动面41A大致平行于中立轴线M设置，用垂直于中立轴线M方向的变位H1导出S与θ的关系式。为此，由于第1臂的摆动角S变大，传动销28A在中立轴线M的方向朝离开第1轴5的方式移动，产生S、θ间的转换误差。

而在本发明中，如图2所示，第1臂的移动面141A相对中立轴线M倾斜，并且成为与中立轴线M的距离为从第1轴5朝向第2轴27逐渐远离的倾斜面。

于是，这样的移动面141A成为倾斜面的话，第1臂41的摆动角S为，以第1轴5为中心设定半径R0的圆弧C，从传动销28A的初期位置及移动后的位置起各与圆弧C相连的连线T0及T1所成的角度。

因此，通过垂直于连线T0方向的变位H2导出S与θ的关系式，由图2可理解到，因传动销28A朝连线T0方向的移动比以往的小，摆动角S能根据稳定的放大系数K转换为θ，使摆动量的倍率转换机构高精度化。

并且，由于只倾斜第1臂的移动面，就能使摆动量的倍率转换机构高精度化，从而不必变更第2臂等其他部件，简化了刻度表的部件管理，降低了制作成本。

另外，由于不必加大第1轴5与第2轴27间的轴间距离L，从而防止了刻度表的大型化，同时，能使刻度表基体，盖等部件标准化，进一步简化了部件管理和降低了制作成本。

以上，第1臂的移动面是从上述的半径R0的圆弧C与传动销28A连线(T0，T1)相平行的倾斜面，而且，该半径R0最好根据第1臂的摆动范围决定。

即，根据第1臂的摆动范围预先决定半径R0的话，由于第1臂的移动面的倾斜由此半径R0所定，所以能简化刻度表制作过程的生产控制。

另外，本发明的摆动量的倍率转换机构，第1臂和第2臂，第1臂和第2臂分别具有与旋转轴线同一方向的第1轴及第2轴，第1臂可自由摆动地安装在所述第1轴上，第2臂相邻于第1臂布置且可自由摆动地安装在所述第2轴上；在所述第1臂及所述第2臂之中的任一臂上设有根据该臂摆动而移动的移动面；在所述第1臂及所述第2臂中的另一任一臂上设有与所述移动面相接触、并将所述任一臂的摆动传递到所述另一任一臂上的传动销；随着所述第1臂的摆动，通过所述传动销使所述第2臂绕所述第2轴旋转；将所述第1臂的摆动角倍率转换，并传递到所述第2臂上，其特征在于：所述第1臂及所述第2臂位于联接所述第1轴和所述第2轴的一中立轴线上时，所述传动销(128A，128B)布置在错开所述中立轴线的位置上，可跨过所述中立轴线而移动。

上述的摆动量的倍率转换机构，可用作杠杆式刻度表的倍率转换机构以测定对象物的垂直错位。

在上述的摆动量的倍率转换机构中，移动面是平行于中立轴线的面。

传动销处于这样的位置的话，由于在垂直于中立轴线M附近设定第2臂的摆动角θ的范围，从而传动销28A在中立轴线M方向的移动较小，放大系数K变化不大。

因而，为使摆动量的倍率转换机构高精度化，与上述同样，也不必变更第1臂与第2臂的轴间距离，在防止刻度表的大型化的同时，还能使基体，盖等其他部件标准化，简化部件管理，降低制作成本。

图1是以往倍率转换机构的作用模式图，

图2是说明本发明的倍率转换机构作用的模式图，

图3是说明本发明第1实施方案的倍率转换机构中第1臂与第2臂相组合的概略图，

图4是表示图3移动面及销移动状态的模式图，

图5是说明前述实施方案的模式图，

图6示出前述实施方案中第2臂的摆动角θ与放大系数K的关系图，

图7是说明本发明第2实施方案的倍率转换机构中第1臂与第2臂相组合的概略图，

图8是表示图7中移动面及销移动状态的模式图，

图9示出前述实施方案中第2臂的摆动角θ与放大系数K的关系图，

图10是说明本发明第3实施方案的倍率转换机构中第1臂与第2臂相组合的概略图，

图11是表示图10中移动面及销移动状态的模式图，

图12示出前述实施方案中第2臂的摆动角θ与放大系数K的关系图，

图13示出具有以往摆动量倍率转换机构的杠杆式刻度盘，

图14是具有以往摆动量倍率转换机构的杠杆式刻度盘内部结构图，

图15表示采用以往方式的摆动量倍率转换结构中第1臂与第2臂相组合的概略图，

图16表示图15的移动面及销的移动状态的模式图，

图17表示采用以往方式的摆动量倍率转换机构中第2臂的摆动角θ与放大系数K的关系图。

下面，根据附图说明本发明的第1实施方案。对于与所说明的部件、部分相同或类似的部件等标以相同的符号，从而简化或省略对其的说明。

图3，图4示出相当以往例图15，图16的视图，表示第1实施方案的摆动量倍率转换机构。

与上述以往例不同的是，以往例中第1臂41的移动面41A相对中立轴线M大致平行，而第1实施方案中第1臂141的移动面141A相对中立轴线倾斜，且这种倾斜是从第1轴5朝向第2轴27逐渐远离中立轴线的倾斜面。

在第1臂141处于中立的状态下，以第1轴5为中心设定半径为R0的圆弧C，从传动销28A的中心相对此圆弧C引出连线T0，从而移动面141A具有与连线T0的斜度相平行的倾斜面，半径R0是根据第1臂141的摆动范围定义的。

下面，对第1实施方案的作用加以说明。

图3中，当测头31在D方向摆动时，经第1轴5，处于相反侧的移动面141A移动到图3中中立轴线M的上方，随之，将第2臂26的传动销28A上提。

图4中的测头31在D方向摆动的状态放大的话，便成为图5的状态。

另外，在第1臂141只摆动S角度的状态下，传动销28A的中心和半径R0的圆弧C的连线T1与第1轴5和传动销28A的中心的连线LA1之间的角度为α1，LA1与中立轴线M之间的角度为α4。

此外，在第1臂141处于中立状态下，位于中立轴线M上的传动销28A的中心和半径R0的圆弧C的连线T0与中立轴线M之间的角度为α0。

于是，α0，α1，α4，S，θ之间满足下面的关系式。

S＝α0+α4-α1

RA2×cosθ+LA1×cosα4＝L

RA2×sinθ＝LA1×sinα4

(L-RA2)×sinα0＝R0

LA1×sinα1＝R0

解算这些算式所算出的放大系数K(θ/S)的变化成为图6所示。

另外，图4中，测头31在U方向摆动时，将第1臂41的摆动传递到第2臂26的移动面41B与以往例所示的第1臂41相同，成为与中立轴线M大致平行的面，而不成为上述的倾斜面。

传动销28B因布置在将轴间距离为L的第1轴5、第2轴27间的线段外分成RB1：RB2处，从而，能够确保RB1，RB2有充分的距离，使中立轴线M方向的变位影响小。

另外，与上述D方向的摆动不同的U方向的摆动，由于是在第1臂141与第2臂26同样的方向上摆动，S、θ变大，难以生成中立轴线M方向的相对位置差。

采用这样的第1实施方案，具有如下效果。

从图6与以往例图17所示的放大系数的变化可知，只第1臂141的移动面141A成为倾斜面，摆动角θ在从0到θD的宽范围内能够得到稳定的放大系数K，即使是摆动范围大的倍率转换机构，也能够高精度稳定地进行摆动量的放大。

此外，由于能够形成只将第1臂41的移动面141A成为倾斜面的上述高精度的倍率转换机构，不需要改变其他部件的式样，从而，在杠杆式刻度表制作之际，能够使其他部件标准化，简化了部件管理，降低了制造成本。

图7、图8示出了本发明第2实施方案的摆动量倍率转换机构，与以往例不同的是，传动销位于中立状态的第2臂上。

即，在第1臂41的中立状态，以往例中第2臂26的传动销28A是处于中立轴线M上，而第2实施方案中的第2臂126的传动销128A是位于离开中立轴线M处，不同的是，图7中，将位于中立轴线M下方的位置作为初期位置。

于是，在第1臂41的中立状态，传动销128A布置在将错开中立轴线M的位置作为初期位置的情况下，即使第1臂41在图8中D方向摆动，传动销128A以跨越中立轴线M的方式移动从而放大摆动角θ。

因此，由于传动销128B在中立轴线M方向的变位不会很大，即使第2臂126的摆动角θ有较大的变化，放大系数也不会有大的变化(参见图9)，与第1实施方案相同，能够使杠杆式刻度表的摆动量倍率转换机构高精度化。

另外，即使在制造杠杆式刻度表之际，变更第2臂126的传动销128A位置，也能够获得上述的高精度，能够简化部件的管理，降低制造成本。

图10示出本发明的第3实施方案，第3实施方案的倍率转换机构组合了前述第1实施方案和第2实施方案的特征。

即，在第3实施方案的倍率转换机构中，在第1臂241处于中立状态下，它的移动面241A具有与连线T0的斜度相平行的倾斜面，连线T0是传动销28A的中心与以第1轴5为中心设定的半径R0的圆弧C的连线，同时，第2臂226的传动销228A位于错开中立轴线M处。

因此，第3实施方案的倍率转换机构能够分别获得前述第1实施方案和第2实施方案的效果，并且，在摆动角θ非常宽的范围内，能够得到稳定的放大系数(参见图12)，还能够获得更高精度化的摆动量倍率转换机构。

另外，在第3实施方案中，第1臂在图11中沿U方向摆动时，第1臂241的移动面241B倾斜于中立轴线M，而第2臂226的传动销228B的位置，是将图10中位于中立轴线M上方的位置作为初期位置。

下面，将第1实施方案-第3实施方案的第1臂、第2臂加入以往例所示的杠杆式刻度表中后所进行的误差测定结果加以说明。

表1示出第1实施例，第2实施例，第3实施例，和以往例的测定条件。

表1中，所进行的测定是按如下条件进行的，即，以往例使用了背景技术中说明的第1臂41、第2臂26，而在第1实施例中，将这些臂中的第1臂变更为第1实施方案中的第1臂141，第2实施例中，将第2臂变更为第2实施方案中的第2臂126，第3实施例中，将第1臂变更为第3实施方案中的第1臂241，第2臂变更为第2臂226。

误差测定是在第1臂的摆动范围为1.5mm，2.0mm这样2个标准下进行的。

另外，为了公平的评价各臂的精度，对于基体或度盘式指示器等除第1臂、第2臂以外的部件，不变更它们的式样。此外，表1中，测头半径表示从固定有第1臂的第1轴到测头31前端的距离。

表2示出误差测定结果。另外，表2中，D方向表示图14中测头31在D方向的摆动，U方向表示测头31在U方向的摆动。

表2

	D方向测定误差的幅度		U方向测定误差的幅度
					测定范围(mm)	1.5	2.0	1.5	2.0
第1实施例(mm)	0.0038	0.01132	0.0033	0.00683
					第2实施例(mm)	0.00681	0.01501	0.00177	0.00318
第3实施例(mm)	0.00248	0.00489	0.00274	0.00481
					以往例(mm)	0.02303	0.053	0.0033	0.00688

如表2所示，在与以往例相比较的第1实施例一第3实施例中，倍率转换机构的精度高，特别是D方向的高精度非常显著。

并且，对于U方向的测定，在第1实施例中测定精度不能提高，是因为图2中第1臂141的移动面41B不变更的缘故。

另外，本发明并不限于前述的实施方案，可以包括下面的变形。

即，在前述的实施方案中，是变更移动面141A、传动销28A而得到D方向的倍率转换机构的高精度的，但并不限于此，也可以变更U方向的移动面41B、传动销28B而得到U方向的倍率转换机构的高精度。

例如，在上述实施例中，第2实施例的传动销128B的位置，如图7所示，是把位于中立轴线M上方的位置作为初期位置，由此，表2中U方向所测定的精度要比以往例的精度高。

此外，在第3实施例中，即使将移动面241B作为倾斜面，将传动销228B位于中立轴线M上方的位置作为初期位置的情况下，与第1实施例同样，也能获得比以往例高的精度。

此外，在前述的实施方案中，采用将图4中RA2与RA1设定为RA2＜RA1＜L，将第1臂141的摆动角S放大为第2臂26的摆动角θ的放大手段，但并不限于此，也能够设定为RA2＜RA1＜L，将第1臂141的摆动角S缩小转换为第2臂26的摆动角θ的手段，例如，能够利用精密测定器校正用的微小变位生成机构等。

另外，在前述的实施方案中，移动面141A、141B设置在作为被放大侧的第1臂141上，而作为放大侧的第2臂26上设有传动销28A、28B，但并不限于此，可以在被放大侧的第1臂上设有传动销，而在放大侧的第2臂上设有移动面。

此外，在前述的实施方案中，是通过组合第1臂和第2臂的2杠杆形成倍率转换机构的，但并不限于此，可以是组合3个以上杠杆的倍率转换机构。

再有，在前述的实施方案中，测头31是用于检测摆动量的，但并不限于此，例如，可以利用本发明的倍率转换机构的刻度表，将主轴等的移动量转换为指针转量。如用主要由多个杠杆而将测定尺寸进行倍率转换的倍率转换机构的话，也能够获得本发明的效果。

另外，实施本发明的具体的构造及形状等可以是能实现本发明目的的其他构造等。

Claims (8)

1.一种摆动量的倍率转换机构，包括：

第1臂和第2臂，第1臂和第2臂分别具有与旋转轴线同一方向的第1轴及第2轴，第1臂可自由摆动地安装在所述第1轴上，第2臂相邻于第1臂布置且可自由摆动地安装在所述第2轴上；

在所述第1臂及所述第2臂之中的任一臂上设有根据该臂摆动而移动的移动面；

在所述第1臂及所述第2臂中的另一任一臂上设有与所述移动面相接触、并将所述任一臂的摆动传递到所述另一任一臂上的传动销；

随着所述第1臂的摆动，通过所述传动销使所述第2臂绕所述第2轴旋转；

将所述第1臂的摆动角倍率转换，并传递到所述第2臂上，其特征在于：

所述移动面在初期状态下，倾斜于联接所述第1轴和所述第2轴的中立轴线，并且是与所述中立轴线的距离从所述第1轴朝向所述第2轴逐渐拉开的倾斜面。

2.按照权利要求1所述的摆动量的倍率转换机构，其特征在于：所述第1臂的移动面的倾斜是以所述第1轴为中心设定根据第1臂的摆动范围所决定的半径圆弧，并平行于所述第2臂的传动销的中心与该圆弧相连的连线。

3.按照权利要求1所述的摆动量的倍率转换机构，其特征在于：所述第1臂及所述第2臂位于所述中立轴线上时，所述传动销错开所述中立轴线布置。

4.按照权利要求2所述的摆动量的倍率转换机构，其特征在于：所述第1臂及所述第2臂位于所述中立轴线上时，所述传动销错开所述中立轴线布置。

5.按照权利要求1所述的摆动量的倍率转换机构，其特征在于：用作杠杆式刻度表的倍率转换机构以测定对象物的垂直错位。

6.按照权利要求2所述的摆动量的倍率转换机构，其特征在于：用作杠杆式刻度表的倍率转换机构以测定对象物的垂直错位。

7.按照权利要求3所述的摆动量的倍率转换机构，其特征在于：用作杠杆式刻度表的倍率转换机构以测定对象物的垂直错位。

8.按照权利要求4所述的摆动量的倍率转换机构，其特征在于：用作杠杆式刻度表的倍率转换机构以测定对象物的垂直错位。

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