CN1229615C - 长度测量装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种长度测量装置，它具有：一个测量头(2)，它有一个用于触靠一个测量目标(5)的触靠件(6)，该测量头可以借助至少一个导向件(4)沿测量方向X并克服弹簧力(F)相对一个基体(1)滑动地支承着；一个用于检测该测量头(2)相对该基体(1)的位置的检测机构(9)；其中，该测量头(2)通过多个在该测量方向X上前后布置的弹簧件(7，8)被预张紧；在各自两个所述弹簧件(7，8)之间布置有一个所述导向件(4)，所述两个弹簧件(7，8)的面向该导向件的端部被固定在该导向件上，其中该导向件(4)能在所述测量方向X上滑动地支承在该测量头(2)和该基体(1)上。

Description

长度测量装置

技术领域

本发明涉及长度测量装置。

背景技术

这种长度测量装置用于测量制造加工技术中的工件。例如可以求出厚度、宽度、深度、长度以及内径或外径。

US 5,072,174描述了一种具有长度测量装置，测量头借助于一个成球导向机构形式的导向件在纵向上可滑动地支承在一个基体里。用于触卡待测工件所需的接触压力由一个螺旋弹簧产生，该弹簧一端固定在测量头上，而另一端固定在基体上。

螺旋弹簧的长度必须至少等于测量头行程，但长螺旋弹簧有侧向弯折的倾向。测量头所希望的行程越大，球导向机构也必须设计得越长，以便能够根据杠杆作用承受在用测量头接触工件时所产生的横向力。长度测量装置具有较大的测量范围，也就是测量头行程较大，因而装置的结构就较长。

为缩短一种长度测量装置的结构长度，已经按照US 4,347,492设置了两个相互间隔开的球导向。在这两个球导向之间布置了一个用于检测测量头位置的一个检测装置。螺旋弹簧就放在测量头的一个孔里，这就限制了一个相对较厚的测量头。对于所要求的测量头的大行程以及长螺旋弹簧的应用来说，此处还存在侧向折弯的问题，这会引起螺旋弹簧和测量头之间的摩擦。

发明内容

本发明的任务是提出一种长度测量装置，该装置的结构即使在测量头行程可能比较长时也紧凑而稳固，或者说，此时导向件对测量过程没有不利的影响。

为了完成该任务，本发明提供一种长度测量装置，它具有：一个测量头，它具有一个用于触靠一个测量目标的触靠件，该测量头可以借助至少一个导向件沿测量方向并克服弹簧力相对一个基体滑动地支承着；一个用于检测该测量头相对该基体的位置的检测机构，其中，该测量头通过多个在该测量方向上前后布置的弹簧件被预张紧；在各自两个所述弹簧件之间布置有一个所述导向件，这两个弹簧件的面向该导向件的端部被固定在该导向件上，其中该导向件能在所述测量方向上滑动地支承在该测量头和该基体上。

本发明的优点在于：螺旋弹簧紧凑地布置，而测量头在整个行程上都可以克服横向力。由于一个长的螺旋弹簧分成多个短的螺旋弹簧并在它们之间布置有导向件，因而就避免了螺旋弹簧的侧向折弯。那么存在着使用这种螺旋弹簧的可能性，这种弹簧产生较小的压力或拉力F，尽管其绕圈较细，因而弹性常数较小而不会侧向折弯。因而就避免了在测量头和螺旋弹簧的绕圈之间起干扰作用的并影响到使用寿命和测试精度的摩擦。现在也可以这样来选择这种装置，从而使得固定在测量头上的刻度尺在测试时插入到至少其中一个螺旋弹簧的圈里。

通过本发明实现的另一个优点是导向件具有确定的运动。螺旋弹簧使导向件总是确定地保持在弹簧之间，在弹簧特性相同时由于受力平衡而保持在弹簧之间的中央。

在上述的长度测量装置中，所述测量头通过两个弹簧件被预张紧，一个弹簧件的一个端部被固定在该测量头上并且所述一个弹簧件的另一个端部被固定在所述至少一个导向件上，另一个弹簧件的一个端部被固定在所述至少一个导向件上并且所述另一个弹簧件的另一个端部被固定在该基体上。此外，所述至少一个导向件最好是一个球导向机构。在这里，该球导向机构包括一个球保持架和可旋转地支承在该球保持架里的球，所述两个弹簧件的端部被固定在该球导向机构的该球保持架上。另外，测量头通过至少另一个导向件能在该测量方向上滑动地支承在该基体上，在所述至少另一个导向件上并不固定任何一个所述弹簧件。在这种情况下，所述至少另一个导向件是一个位于该测量头和该基体之间的球导向机构。而且，所述至少另一个导向件最好被固定在该基体上。所有的所述弹簧件是成压力弹簧形式的螺旋弹簧。或者，所有的所述弹簧件是成拉力弹簧形式的螺旋弹簧。所有的所述弹簧件最好具有相同的弹性性能，因而每个所述导向件被保持在各自两个所述弹簧件之间的中心处。

附图说明

以下的说明结合附图详细地叙述了实施例。附图示出：

图1：测量头在伸出终端位置时的长度测量装置的一个剖面；

图2：在一个触靠位置中的按图1所示的长度测量装置；

图3：具有一个固定在其上面的拉力弹簧的一个长度测量装置的一部分；

图4：另外一种长度测量装置的截面图。

具体实施方式

根据图1和图2以下对按本发明设计的一种长度测量装置的实施例进行叙述。这些附图简明表示了整个长度测量装置的一个横截面图，该测量装置包括有一个基体1，在其中支承有一个杆状的测量头2，它可在测量方向X上滑动。

为接触测量一个图2所示的工件5，测量头2的端部设计成球形触靠件6。在一个触靠过程中测量头2用触靠部件6以力F压紧在工件5的待测量的表面上。该力F由螺旋弹簧7和8产生，这两个弹簧前后布置在测量方向X上并使触靠件6挤压到工件5上。为使结构紧凑，螺旋弹簧7、8的绕圈围绕着圆形测量头2的圆周而沿伸。为了在测量头2进行触靠运动时避免在测量头2和螺旋弹簧7、8之间的摩擦，在圆周上测量头2和螺旋弹簧7、8的绕圈之间设有一个自由空腔。

为测量测量头2相对于基体1的直线滑动，设置有一个检测机构9。它按已知的方式包括有一个刻度尺91和一个扫描单元92，后者用来扫描刻度尺91的测量分度。刻度尺91固定在测量头2上，而探测单元92则固定于对面的基体1上。由探测单元92产生了与位置有关的电信号，该电信号传送给一个显示单元或一个求值处理单元。刻度尺91的测量分度可以设计成光电的、电容的、磁的或者感应可探测的。为使结构特别紧凑，在确定刻度尺91的尺寸时应使刻度尺在测量头2往复直线移动时能够插入到螺旋弹簧8的绕圈之内。为此在静止的探测单元92和螺旋弹簧8的后端之间的轴向距离小于测量头2可能的行程或者小于检测机构9的测量范围。

测量头2在基体1里的导向借助于多个在测量方向X上相互间隔布置的导向件来实现，这些导向件尤其设计成球导向机构3和4。其中一个球导向机构3布置在基体1的触靠侧的端部。为了能够更好地承受在触靠测量时通过测量头2而导入的横向力，与之相隔至少布置另外一个球导向机构4。为使结构特别紧凑，这个另外的球导向机构4布置在两个螺旋弹簧7、8之间。此时第一个螺旋弹簧7就用一端支承在测量头2上，而另一端则支承在球导向机构4上。在这个球导向机构4的对面侧则同样支承有第二个螺旋弹簧的一端，而该螺旋弹簧8的另一端支承在基体1上。

每个球导向机构3或4都包括一个球保持架31和41以及支承在保持架里面可以旋转的球32和42，这些球一方面在基体1的内表面上滚动，另一方面在测量头的表面上滚动。由于螺旋弹簧7和8是压力弹簧，它们就固定在球保持架31和41上，其方法是它们在轴向测量方向X上支承在球保持架31、41上。在支承范围内球保持架31、41具有一个罐形部分33、43、44，它们将螺旋弹簧7、8围包住。

球导向机构4轴向安装在这两个螺旋弹簧7和8之间并相对于测量头2以及相对于基体1在测量方向X上可以运动地支承住，但横向方向上在测量头2和基体1上都没有间隙。测量头2在测量方向X上往复直线移动时，球导向机构4的位置适应于螺旋弹簧7、8的位置，它总是位于两个螺旋弹簧7、8的中间位置上，如果这些弹簧具有相同的弹性常数的话。

图1和图2所示的设计布置的优点是：相对较短的球导向机构3，4就足够良好地克服测杆2的横向力。由于在这两个螺旋弹簧7和8之间的球导向机构4，因而与只有唯一一根长的螺旋弹簧相比就阻碍了螺旋弹簧7、8产生横向折弯，这是由于其端部通过球导向装置4而实现了良好的导向。

尤其有利的是，若基体1在所有球导向机构3和4的整个范围内都设计成一体的，这样就排除了导向面在基体1上的对中误差。

也可以使用其它的导向件，例如用滑动轴承来代替球导向装置3和4。那么触靠侧的球导向机构3也可以用一种固定在基体1上的滑动轴承或者用一种固定在基体1上的球回转导向机构来替代。与此相反，若球导向机构4用一个滑动轴承来替代，那么说轴承必须在轴承体和基体1之间具有一个外滑动面，并在轴承体和测量头2之间具有一个内滑动面，以便使轴承体相对于基体1以及测量头2在轴向方向X可以自由地运动，而在垂直于此方向上则实现无间隙。

夹紧在两个螺旋弹簧7、8之间的导向件，其形式为球导向机构4或者一种滑动轴承的轴承体，它跟随着测量头2的往复运动，其方法是使该测量头与螺旋弹簧7、8的位置相适应。当应用两个螺旋弹簧7、8时每个螺旋弹簧7、8都压缩，其行程为测量头2的探测移动的一半。除了两个螺旋弹簧7、8之外也还可以前后布置另外的螺旋弹簧，其中更有利地是分别在其中两个螺旋弹簧之间以所示的方式布置一个导向件，尤其是一个球导向机构4。

若球导向机构4相应地抗横向力地设置在这两个螺旋弹簧7、8之间，那么测量头2也可以仅通过这球导向机构4导向，并取消触靠侧的球导向机构3，如后面还要根据一个实施例详细叙述的那样。

为使触靠测量过程实现自动化，可以在长度测量装置上设置一个用于产生一个力的气压接头，该力克服压力弹簧7、8的触靠力F并将测量头2从工件5上抬起。

也可以将螺旋弹簧7、8设计成拉力弹簧来代替压力弹簧。由于拉力弹簧使探头2在其静止位置时处于缩入状态。将压缩空气通入长度测量装置的内腔，从而以众所周知的方式借助压缩空气而气动产生触靠力F，并因而使测量头2产生一个直线运动，若要使触靠测量自动结束，那就切断压缩空气，这就造成测量头2通过拉力弹簧而从工件5上抬起并回到其静止位置。在应用拉力弹簧代替压力弹簧7、8时拉力弹簧的端部通过固定机构固定在测量头2上、基体1上和导向件3、4上。这种固定装置可以通过粘结、焊接或者形状配合连接来实现。形状配合连接是特别有利的，图3就表示了一个这样的例子。图3表示了一个螺旋形拉力弹簧10的一端在测量头2上的固定方式。为实现固定，在测量头2的圆周上压配了一个套11。该套11具有一个在圆周的一部分上沿伸的凸起12，拉力弹簧10的端部旋入此凸起里。凸起12可以是平的，也可通过穿透入套11而制成，或者凸起12也可以螺旋状地在套11的圆周上延伸，在纵向X上有一个升程。

图4表示了一个长度测量装置的另一个实施例。与图1和2所示的方案的区别是，这里没有触靠侧的球导向机构3。测量头2由两个螺旋弹簧7和8夹紧，也就是保持在一个静止位置上并在有触靠运动时就予张紧。在这两个螺旋弹簧7、8之间设有球导向机构4，螺旋弹簧7、8配置于该机构的端部就支承在这球导向机构上(压力弹簧时)，或者如图所示，在使用拉力弹簧时通过固定机构而固定在其上面。为实现这种固定，球支承架41的端部范围各有一个在图3中所示的、用于形状固定连接地钩住螺旋弹簧7、8的凸起12。此外，其中一个螺旋弹簧7支承在基体1上，而另一个螺旋弹簧8则支承在测量头2上。这两个螺旋弹簧7、8最好具有相同的弹性特性，因而在测量头2相对于基体1的每个位置上，球导向机构4都位于在基体1上的支承点和在测量头2上的支承点之间的中间。

在所有的实施方案中都避免了由于加速度、冲击或者导向的不精确性而引起的球导向机构4的永久位移。这两个螺旋弹簧7、8设计成压力弹簧或者拉力弹簧，这保证了球导向机构4在测量方向X上通过螺旋弹簧7、8的复位力而补偿了每个不希望的位移。长度测量装置的工作能力就是这样保证的，因为球导向机构4不可能移动至一个终端挡板，并因而可以造成对测量头运动的制动。

Claims (10)

1.一种长度测量装置，它具有：

—一个测量头(2)，它具有一个用于触靠一个测量目标(5)的触靠件(6)，该测量头可以借助至少一个导向件(4)沿测量方向X并克服弹簧力(F)相对一个基体(1)滑动地支承着；

—一个用于检测该测量头(2)相对该基体(1)的位置的检测机构(9)；其特征在于，

—该测量头(2)通过多个在该测量方向X上前后布置的弹簧件(7，8)被预张紧；

—在各自两个所述弹簧件(7，8)之间布置有一个所述导向件(4)，这两个弹簧件(7，8)的面向该导向件的端部被固定在该导向件上，其中该导向件(4)能在所述测量方向X上滑动地支承在该测量头(2)和该基体(1)上。

2.如权利要求1所述的长度测量装置，其特征在于，所述测量头(2)通过两个弹簧件(7，8)被预张紧，一个弹簧件(7)的一个端部被固定在该测量头(2)上并且所述一个弹簧件(7)的另一个端部被固定在所述至少一个导向件(4)上，另一个弹簧件(8)的一个端部被固定在所述至少一个导向件(4)上并且所述另一个弹簧件(8)的另一个端部被固定在该基体(1)上。

3.如权利要求2所述的长度测量装置，其特征在于，所述至少一个导向件是一个球导向机构(4)。

4.如权利要求3所述的长度测量装置，其特征在于，该球导向机构(4)包括一个球保持架(41)和可旋转地支承在该球保持架里的球(4 2)，所述两个弹簧件(7，8)的端部被固定在该球导向机构(4)的该球保持架(41)上。

5.如权利要求1-4之一所述的长度测量装置，其特征在于，该测量头(2)通过至少另一个导向件(3)能在该测量方向X上滑动地支承在该基体(1)上，在所述至少另一个导向件(3)上并不固定任何一个所述弹簧件(7，8)。

6.如权利要求5所述的长度测量装置，其特征在于，所述至少另一个导向件是一个位于该测量头(2)和该基体(1)之间的球导向机构(3)。

7.如权利要求5所述的长度测量装置，其特征在于，所述至少另一个导向件(3)被固定在该基体(1)上。

8.如权利要求1-4之一所述的长度测量装置，其特征在于，所有的所述弹簧件是成压力弹簧形式的螺旋弹簧(7，8)。

9.如权利要求1-4之一所述的长度测量装置，其特征在于，所有的所述弹簧件是成拉力弹簧(10)形式的螺旋弹簧。

10.如权利要求1-4之一所述的长度测量装置，其特征在于，所有的所述弹簧件(7，8)具有相同的弹性性能，因而每个所述导向件(4)被保持在各自两个所述弹簧件(7，8)之间的中心处。

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