CN1261733C - 容栅直移式数显千分尺 - Google Patents

Abstract

本容栅直移式数显千分尺机座的微电机通过传送带传送轮或齿轮齿条等机械传动与量杆连接。微电机带动量杆左右直线平移，量杆上的主栅尺和机座上的副栅尺相对位移。检测电路和限位感应开关与微电机连接，只要按下开关，量杆自动右移，当活动测头和固定测头之间的距离可以容纳待测工件时，放松开关，量杆自动左移，当测头与被测工件接触后，控制电路又自动切断电源，量杆停止左移，显示屏显示测量结果，完成一个测量周期。只需按动开关即可自动完成测量操作，方便快捷；微电机带动量杆移动，拉力均匀，运动平稳，保证了测量精度；配装高精度的容栅传感器，其精度可达到量程30mm时示值误差≤4μm；产品结构简单，降低了工艺难度。

Description

容栅直移式数显千分尺

(一)技术领域

本发明涉及一种计量位移仪器千分尺，具体为一种容栅直移式数显千分尺。

(二)技术背景

千分尺是使用广泛的测量工具。机械式的千分尺因使用不便和误差大，正逐步被数显千分尺取代。目前国内市场上的数显千分尺基本上是采用精密加工的螺纹副旋转给进实现位移测量，显示测量值的是相对运动的两片圆形电容极片组成的容栅传感器数显单元。产品的测量精度取决于螺纹副的加工精度，其机械加工工艺难度大，成本高，产品结构复杂，使用不便。特别是测量时量杆是以旋转方式行进，量杆的量面在触及被测工件端面的瞬间是转动状态，从而也增大了测量误差。

国内现有的直移式容栅数显千分尺专利申请尚未能解决量杆位移和提高测量精度的问题。如中国实用新型专利98212013“直动式容栅数显千分尺”，虽采用了直线容栅位移传感器，但其测杆的移动，还是通过推进螺母转动而使推进螺杆直线移动，从而带动测杆。测量时的操作方式与机械式千分尺相似，仍要转动推动螺母，测量速度慢、且不便。此外螺杆螺母等零部件的结构复杂，对加工精度要求高。难以实用。

本公司的实用新型专利01214035“直移式容栅数显千分尺”，采用直线式容栅数显单元，测量时只要将被测工件置于二测头之间，拉簧即将活动测头自动推向工件夹紧，液晶显示屏立即显示测量结果。此方案的缺点为测量时还要提起提帽，另外在测量不同大小的工件时拉簧的拉力不同，影响测量精度。

(三)发明内容

本发明的目的是设计一种容栅直移式数显千分尺，测量时其量杆自动位移完成测量。

本发明设计的容栅直移式数显千分尺包括机座、显示屏、主栅尺、副栅尺、量杆，显示屏固定于机座上，固定测头固装于机座。副栅尺固装于机座上。量杆顶端为活动测头。主栅尺固装于量杆。机座内有通孔，量杆安装于机座的通孔上，二者为动配合。量杆顶端的活动测头与固定测头相对。主栅尺与副栅尺相互靠近平行但不接触，二者间电容变化的感应信号经集成电路处理，送入显示屏显示位移测量结果。机座上安装有微电机，微电机上的传动轮通过机械传动与量杆连接。微电机的转动带动量杆左右直线平移，主栅尺相对于副栅尺位移。

微电机带动量杆平移，只要按下开关，量杆自动右移，当活动测头和固定测头之间的距离可以容纳待测工件时，放松开关，量杆自动左移，当活动测头与被测工件接触后，控制电路又自动切断电源，量杆停止左移，显示屏显示测量结果，完成一个测量周期。

本发明的容栅直移式数显千分尺的优点是：1只需按动开关即可自动完成测量操作，方便快捷；2微电机带动量杆移动，拉力均匀，运动平稳，保证了测量精度；3配装高精度的容栅传感器，如实用新型专利03233564.4“高精度容栅传感器”或03233565.2“玻璃容栅传感器”，其精度可达到量程30mm时示值误差≤4μm；4无需螺纹螺杆副作为位移测量的必备零件，产品结构简单，大大降低了加工工艺难度。

(四)附图说明

图1为本容栅直移式数显千分尺外观结构示意图；

图2为本容栅直移式数显千分尺实施例1内部结构示意图；

图3为本容栅直移式数显千分尺实施例2内部结构示意图；

图4为本容栅直移式数显千分尺量杆控制电路实施例1电路图；

图5为本容栅直移式数显千分尺量杆控制电路实施例2框图；

图6为本容栅直移式数显千分尺量杆控制电路实施例3框图。

(五)具体实施方式

实施例1

本容栅直移式数显千分尺实施例1外部结构如图1所示，内部结构如图2所示。显示屏5、功能键6固定于机座1表面，电池8安装于机座1内，固定测头2固装于机座1，副栅尺固装于机座1内。量杆4顶端为活动测头3。主栅尺11固装于量杆4。机座1内有通孔，量杆4安装于机座1的通孔上，二者为动配合。量杆4顶端的活动测头3与固定测头2相对。主栅尺11与副栅尺相互靠近平行但不接触。机座1内安装有微电机9，微电机9上的传动轮10通过机械传动与量杆4连接。

实施例1使用传动带传动，微电机9的传动轮10通过传动带13与量杆4的尾端连接，量杆4上装有回位弹簧12。当微电机9带动传动轮10正转时，收回传动带13拉动量杆4右移。微电机9带动传动轮10反转时，放出传动带13，回位弹簧12使量杆4左移。

实施例2

实施例2的外部结构与实施例1相同，其内部结构如图3所示，使用齿轮传动，量杆4上有齿条4-1，微电机9的传动轮10与齿轮传动机构18连接，齿轮传动机构18末端与量杆4上的齿条4-1啮合。

本容栅直移式数显千分尺机座内有控制电路17，与按键开关7及微电机9相连接，控制微电机9的运行。

控制电路实施例1

控制电路实施例1适用于如实施例1的、以传动带带动量杆移动结构的、容栅直移式数显千分尺。其控制电路图如图4所示，包括可控硅，按键开关7，张力感应开关16、极限位置限位感应开关14，换向继电器19。

按键开关7有三个触点，初始状态，即按键7未按下时，第一、第三触点闭合，按键7按下时第一、第二触点闭合。

如图2所示，张力感应开关16安装于传送带13附近，用于检测传送带13的张力，检测到张力时，张力感应开关16闭合。初始状态下微电机9未运行，传动带13松弛，张力感应开关16断开。

极限位置限位感应开关14安装于量杆4尾端相对的机座1内，当量杆4右移至极限位置接触到限位感应开关14，该限位开关14闭合。初始状态，量杆4位于最左位置，二测头2、3距离最近，该限位开关14断开。

如图4所示，微电机9经按键开关7的第一、第二触点与换向继电器19、及电源构成回路。张力感应开关16、限位感应开关14与按键开关7并联。可控硅20的基极与电源连接，控制极、发射极经按键开关7的第一、第三触点与换向继电器19相连接成回路。

当按下按键开关7时，其触点第一、第二闭合，电流通过第一、第二触点、换向继电器19流向微电机9正极，电机9正转，同时带动传动轮10收紧传动带13，使量杆4右移。此时张力感应开关16检测到传动带13的张力，该开关16闭合，使微电机9电路闭合自锁。在量杆4右移到一定程度、可以测量时，松开按键开关7，其第一、第三触点闭合，可控硅20的控制极、发射极通过按键开关7第一、第三触点触发导通，换向继电器19通电动作换向，电流经张力感应开关16、换向继电器19流向电机9负极，电机9反转，带动传动轮10放出传动带13，此时传动带13仍有一定张力，故张力感应开关16仍处于闭合状态，微电机9反转，弹簧12作用下量杆4左移至接触到被测工件或固定测头2时，传动带13张力消失，张力感应开关16断开，切断微电机9电路，微电机9停，量杆4停止左移。完成量杆4的一个移动周期。

按下按键开关7后，当量杆4右移到极限位置，即接触到限位感应开关14，该限位开关14闭合，可控硅20通过限位感应开关14触发导通，换向继电器19通电动作换向，电流经限位感应开关14、换向继电器19流向电机9负极，电机9反转，带动传动轮10放出传动带13，在弹簧12作用下量杆4左移。

按键开关7的第一触点后串联感应开关15，按键开关7的第一、第二触点及感应开关15与张力感应开关16并联。电容21与感应开关15并联。按键开关7和感应开关15联动。即当按下按键开关7第一、第二触点闭合，按键开关7下行行程超过2/3时，感应开关15由闭合变为断开。松开按键开关7第一、第三触点闭合，开关7上行行程超过1/3时，感应开关15由断开变为闭合。

当按下按键开关7时，电流通过按键开关7的第一、第二触点、电容、换向继电器流向电机9。松开按键开关7时，可控硅通过第一、第三触点、感应开关15导通。

当感应开关15由闭合变为断开的情况下，若出现了张力感应开关16未检测到张力而没有闭合的情况，电容21起到延长微电机9通电时间的作用，防止微电机9失电即刻停止的现象发生。

控制电路实施例2

控制电路实施例2的电路框图如图5所示。此控制电路17包括单片机、键盘输入电路、限位感应开关14、微电机9的检测电路和转换电路，以及驱动电路。

单片机分别与键盘输入电路、感应开关14及微电机9的检测电路相连接。单片机的输出端经驱动电路与微电机9相连接。

微电机的检测电路经转换电路与单片机连接。检测电路检测微电机9工作电流、端电压，检测电路输出的模拟信号经过转换电路转换成数字信号，提供给单片机。

通过键盘输入电路将参数存储于单片机内。

单片机根据预存参数，对限位感应开关14、检测电路采集的微电机9工作电流、端电压信号进行分析、判断，处理后，经驱动电路向微电机9输出控制信号，对微电机9进行正转、反转或停止的驱动。

按下按键开关7，接通电路，单片机开始工作。单片机通过微电机9驱动电路控制微电机9正转，带动量杆4右移，右移到一定程度、可以测量时，松开按键开关7，单片机通过驱动电路控制电机9反转，带动量杆4左移，左移至接触到被测工件或固定测头2时，量杆4停止左移，微电机9的工作状态由正常负载变为过载，微电机9的工作电流、端电压也随之改变，检测电路检测得到微电机9的工作电流、端电压变化量并输出相应的模拟信号，转换电路又将检测电路输出的模拟信号转换成数字信号，提供给单片机进行分析、处理。单片机在通过驱动电路输出控制信号使微电机9停转。再次按下按键开关7，单片机通过驱动电路控制微电机9正转，带动量杆4右移，松开被测工件。放开按键开关7，单片机通过驱动电路控制微电机9反转，带动量杆4左移，进行下一次测量或回零位完成这次测量。当按键开关7没有松开，量杆4右移到右侧极限位置时，限位感应开关14闭合，单片机接受限位感应开关14的信号，通过驱动电路控制微电机9反转，带动量杆4左移，保证量杆4不会被卡死。

控制电路实施例3

控制电路实施例3的电路框图如图6所示。控制电路17包括单片机、键盘输入电路、限位感应开关14、与微电机9联动的编码盘，以及驱动电路。

单片机分别与键盘输入电路、限位感应开关14及与微电机9联动的编码盘相连接。单片机的输出端经驱动电路与微电机9相连接。

通过编码盘检测微电机9工作时的转速变化，获得微电机9的工作状态。

按下按键开关7，单片机通过驱动电路控制微电机9正转，带动量杆4右移，右移到一定程度，可以放入工件测量时，松开按键开关7，单片机通过驱动电路控制电机9反转，带动量杆4左移，左移至接触到被测工件或固定测头2时，量杆4停止左移，微电机9转速发生变化，与微电机联动的编码盘将转速信号送给单片机，单片机对编码的速率进行分析、处理，通过驱动电路控制微电机9停转。再次按下按键开关7，单片机通过驱动电路控制微电机9正转，带动量杆4右移，松开被测工件。放开按键开关7，单片机通过驱动电路控制微电机9反转，带动量杆4左移，进行下一次测量或回零位完成这次测量。限位感应开关14的作用与控制电路

实施例2相同。

Claims (8)

1 一种容栅直移式数显千分尺，包括机座(1)、显示屏(5)、主栅尺(11)、副栅尺、量杆(4)，显示屏(5)、功能键(6)固定于机座(1)表面，固定测头(2)固装于机座(1)；副栅尺固装于机座(1)内，量杆(4)顶端为活动测头(3)，主栅尺(11)固装于量杆(4)，量杆(4)顶端的活动测头(3)与固定测头(2)相对，主栅尺(11)与副栅尺相互靠近平行但不接触，其特征为：

机座(1)内有通孔，量杆(4)安装于机座(1)的通孔上，二者为动配合；机座(1)内安装有微电机(9)，微电机(9)的传动轮(10)通过机械传动与量杆(4)连接；

微电机(9)的传动轮(10)通过传动带(13)与量杆(4)的尾端连接，量杆(4)上装有回位弹簧(12)。

2 根据权利要求1所述的容栅直移式数显千分尺，其特征为：

机座(1)内有控制电路(17)，与按键开关(7)及微电机(9)相连接，控制微电机(9)的运行。

3 根据权利要求1所述的容栅直移式数显千分尺，其特征为：

机座(1)内有控制电路(17)，与按键开关(7)及微电机(9)相连接，控制微电机(9)的运行；

控制电路包括可控硅(20)，按键开关(7)，张力感应开关(16)、限位感应开关(14)，换向继电器(19)；

按键开关(7)有三个触点，初始状态，即按键未按下时，第一、第三触点闭合，按键按下时第一、第二触点闭合；

张力感应开关(16)安装于传送带(13)附近，检测到张力时，张力感应开关(16)闭合；限位感应开关(14)安装于量杆(4)尾端相对的机座(1)内，当量杆(4)右移至极限位置接触到限位感应开关(14)，该限位开关(14)闭合；

微电机(9)经按键开关(7)的第一、第二触点与换向继电器(19)、及电源构成回路；张力感应开关(16)、限位感应开关(14)与按键开关(7)并联，可控硅(20)的基极与电源连接，控制极、发射极经按键开关(7)的第一、第三触点与换向继电器(19)相连接成回路。

4 根据权利要求3所述的容栅直移式数显千分尺，其特征为：

控制电路(17)中按键开关(7)的第一触点后串联感应开关(15)，按键开关(7)的第一、第二触点及感应开关(15)与张力感应开关(16)并联，电容(21)与感应开关(15)并联；按键开关(7)和感应开关(15)联动，即当按下按键开关(7)第一、第二触点闭合，按键开关(7)下行行程超过2/3时，感应开关(15)由闭合变为断开，松开按键开关(7)第一、第三触点闭合，开关(7)上行行程超过1/3时，感应开关(15)由断开变为闭合。

5 根据权利要求2所述的容栅直移式数显千分尺，其特征为：

控制电路(17)包括单片机、键盘输入电路、限位感应开关(14)、微电机(9)的检测电路和转换电路，以及驱动电路；

单片机分别与键盘输入电路、限位感应开关(14)及微电机(9)的检测电路相连接，单片机的输出端经驱动电路与微电机(9)相连接；

限位感应开关(14)安装于量杆(4)尾端相对的机座(1)内，当量杆(4)右移至极限位置接触到感应开关(14)，感应开关(14)闭合，初始状态，量杆(4)位于最左位置，感应开关(14)断开；

微电机(9)的检测电路经转换电路与单片机连接。

6 根据权利要求2所述的容栅直移式数显千分尺，其特征为：

控制电路(17)包括单片机、键盘输入电路、感应开关、与微电机联动的编码盘，以及驱动电路；

单片机分别与键盘输入电路、限位感应开关(14)及与微电机(9)联动的编码盘相连接，单片机的输出端经驱动电路与微电机(9)相连接；

限位感应开关(14)安装于量杆(4)尾端相对的机座(1)内，当量杆(4)右移至极限位置接触到感应开关(14)，感应开关(14)闭合，初始状态，量杆(4)位于最左位置，感应开关(14)断开。

7 一种容栅直移式数显千分尺，包括机座(1)、显示屏(5)、主栅尺(11)、副栅尺、量杆(4)，显示屏(5)、功能键(6)固定于机座(1)表面，固定测头(2)固装于机座(1)；副栅尺固装于机座(1)内，量杆(4)顶端为活动测头(3)，主栅尺(11)固装于量杆(4)，量杆(4)顶端的活动测头(3)与固定测头(2)相对，主栅尺(11)与副栅尺相互靠近平行但不接触，其特征为：

机座(1)内有通孔，量杆(4)安装于机座(1)的通孔上，二者为动配合；机座(1)内安装有微电机(9)，微电机(9)的传动轮(10)通过机械传动与量杆(4)连接；量杆(4)上有齿条(4-1)，微电机(9)与齿轮传动机构(18)连接，齿轮传动机构(18)末端与量杆(4)上的齿条(4-1)啮合。

8 根据权利要求7所述的容栅直移式数显千分尺，其特征为：

机座(1)内有控制电路(17)，与按键开关(7)及微电机(9)相连接，控制微电机(9)的运行。

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