CN201057511Y - 测长机 - Google Patents

Abstract

先有技术的有长程绝对测量功能的测长机，被测物体定位平台是被安放在测量导轨上的。这样被测物体的重力就成为测量导轨的载荷。为了使测量导轨的受力变形在允许的范围内，先有技术的测长机的测量导轨横截面积很大，即制造成本很高，而且被测物体的重量被限制在较小的范围内。本实用新型解决这个问题的方案是把被测物体定位平台安装在一个支承装置上。被测物体的重力由这个支承装置传递到地面。但是这样被测物体定位平台就不能沿导轨移动了。这就需要解决被测物体定位平台与两个滑座之间的位置关系及系统清零的问题。本实用新型解决这个问题的方案是被测物体定位平台被设计成可以升起到足够高的位置，使有传感器读数头的滑座可以在其下往复通过。

Description

测长机

(一)、技术领域

本实用新型涉及在长度计量领域中使用的长度测量仪器。特别是测长机。

(二)、背景技术

测长机在工业与科研中应用已经有上百年历史了。现代测长机在测量基准和读数系统方面已经有了很大的变化。但是在机械结构方面，基本上没有改变。

在测长机的测量工作中，需要使被测物体相对于测量线在五个自由度上移动或转动，以便调整到合适的位置。所以被测物体需要被安放在测长机的被测物体定位平台上，对测长机来说，被测物体的重量是不可预知的。被测物体定位平台本身也有比较大的重量。

测长机在测量时被测物体都要被定位在测头和尾管之间，以便使被测物体两端的测点分别与测头和尾管接触。测头和尾管是被分别被安装在两个可以在测量导轨上移动的滑座上的。所以测长机在测量时，被测物体定位平台要位于两个滑座之间的近似中点，即与两个滑座的距离近似相等。而且测长机在测量之前，必须使两个滑座充分接近，以便测头与尾管的触头互相接触。

根据目前公知的技术，先有技术的具有长程(超过100mm)绝对测量功能的测长机，被测物体定位平台及其各向调整机构，都是被直接安放在测量导轨上的。之所以这样设计，是因为先有技术的具有长程绝对测量功能的测长机的被测物体定位平台，需要沿测量导轨方向移动。这类测长机的测量基准是安装在测量导轨上的。上述测量基准有玻璃刻线尺和光栅尺两种。现代测长机的测量基准一般都采用光栅尺。

使用玻璃刻线尺的先有技术的有长程绝对测量功能的测长机，测头滑座不能离开测量导轨一端附近的位置。但被测物体的长度是多种多样的，所以一个滑座不能离开测量导轨一端附近就决定了测量不同长度被测物体时，两个滑座之间的近似中点的位置是不同的。如前所述，在测量时被测物体定位平台需要位于两个滑座之间的近似中点。所以这类测长机的被测物体定位平台必须能沿测量导轨方向移动。

使用光栅尺的有长程绝对测量功能的测长机，在测量前两个滑座可以在任何位置靠近，使测头和尾管接触，并实现系统清零。但是系统清零后没有光栅读数头的滑座就不能再动了，只能让另一个有光栅读数头的滑座移动到需要的位置。这时被测物体定位平台就需要移动到两个滑座之间的近似中点。当然，如果使用两个光栅读数头，分别安装在两个滑座上，就可以实现把被测物体定位平台固定在测量导轨中点的位置。两个滑座在中点两侧靠近并系统滑零，而后再分别向两边等距离移动到合适的位置。但是这样设计并不合理，因为会增加成本，也会增加计算机对光栅尺修正的困难和增加测量误差。

综上所述，由于上述原因，先有技术的具有长程绝对测量功能的测长机，无一例外都是把被测物体定位平台直接安放在测量导轨上。事实上，长期以来，由于已经形成设计惯例，那些只有比较测量功能的先有技术的测长机，也把被测物体定位平台直接安装(固定或可移动)在测量导轨上。这样被测物体的重力和被测物体定位平台本身的重力就变成了测量导轨的载荷。另外，在实际测量时，被测物体的重量是不确定的，也就是说测量导轨有时可能需要承受很大的载荷。测量导轨的变形与其所受的载荷成正比。而较大的变形会对测量精度产生较大的影响。为了减少测量导轨变形，先有技术从以下两个方面解决。一方面是制造横截面惯性矩很大的测量导轨。另一方面是限制被测物体的重量在较小的范围内。这样做的结果是制造成本较高，同时在被测物体重量方面仪器的使用范围较小。

(三)、发明内容

本实用新型的目的是提供一种新型测长机的设计结构，以便在减少制造成本的同时，在被测物体重量方面增加仪器的使用范围。

本实用新型设计的测长机由一个测量导轨、一个被测物体定位平台、一个直接支承被测物体定位平台和被测物体重力的支承装置、一个测量导轨水平旋转轴系，一个测量导轨水平旋转驱动机构、一个专用计算机、至少一个长度传感器、一个尾管、一个测头滑座、一个尾管滑座组成，其特征在于，被测物体定位平台和被测物体的重力直接由支承装置承担。

本实用新型把被测物体定位平台固定安装在一个直接承受其重力的支承部件上。这样被测物体定位平台的重力和被测物体的重力，就可以不通过测量导轨而直接通过支承部件传递到地面。在测量线方向上，被测物体定位平台的中心与测量导轨的中心重合。

如前所述，本实用新型的测长机把被测物体定位平台直接固定安装在支承部件上，而没有安装在测量导轨上，被测物体定位平台当然就不能沿导轨方向移动了。所以本实用新型需要解决前面提出过的那个问题：在测量前需要两个滑座接近，测头和尾管接触，并且系统清零。在测量时只能移动一个滑座，使两个滑座离开合适的距离，而且被测物体定位平台必须位于两个滑座之间的近似中点。本实用新型是这样解决这个问题的：本实用新型的测长机把被测物体定位平台的垂直移动(升降)机构的行程设计得足够大，使得被测物体定位平台可以升得足够高，以至于安装光栅读数头的滑座可以从被测物体定位平台下面钻过去。这样，可以在测量前让没有光栅读数头的滑座移动到一个确定的位置，这个位置与测量导轨中点的距离近似等于被测物体长度的二分之一。而后有光栅读数头的滑座从被测物体定位平台下面钻过去，靠近没有光栅读数头的滑座，使测头和尾管接触，并且使系统清零。而后有光栅读数头的滑座再从被测物体定位平台下钻回来，移动到合适的位置，再把被测物体定位平台降低到合适的位置，在其上安装被测物体，进行测量。

如图1和图7，前文所述的“被测物体定位平台”由下述多个零部件组成。升降移动付运动件23与升降悬臂轴11固定连接。升降悬臂轴11与X轴旋转板9是一对转动付，用于调整被测物体相对于测量轴线绕X轴旋转的位置。X轴旋转板9与X向滑板10是一对移动付，用于调整被测物体相对于测量轴线沿X轴平移的位置。X向滑板10与Z向滑板24是一对移动付，用于调整被测物体相对于测量轴线沿Z轴平移的位置。

如图1和图7，升降移动付运动件23与升降移动付固定件31(在图1中看不见，见图7)是一对移动付，用于调整被测物体相对于测量轴线沿Y轴平移的位置。升降移动付固定件31与支承部件22固定连接。所以被测物体的重量和被测物体定位平台的重力都通过支承部件22传递到地面。

如图1，使测量导轨5承受重力的部件，只有尾管1、尾管滑座2、测头20、测头滑座19等四个部件。这四个部件重量都是固定的和已知的，且重量都不大。所以设计测量导轨时，只要能使这四个部件在任意位置时，测量导轨都有足够小的变形即可。这使得根据本实用新型制造的测长机的测量导轨可以大幅度减少横截面尺寸，大幅度降低生产成本。

再一点，由于被测物体定位平台及其各向运动调整机构都不再与测量导轨连接，所以测量导轨的形状可以最大程度地简化。这又带来了一个很大的好处，这就是相对于先有技术的测长机，本实用新型的测长机大幅度减少了测量导轨对环境温度变化的复杂响应。复杂形状的物体，或者与其它物体有复杂连接的物体，在环境温度变化时，不只会出现单纯的直线胀缩变化，而会出现很多极难分析的胀缩和弯曲复合的反应。这类反应对测量精度的破坏程度要比单纯的直线胀缩反应大很多倍。

如图1和图3，本实施例中的测量导轨截面是极简单的矩形。测量导轨的支承，采用了3点支承方案。左边的支承是测量导轨5与滚动轴承架6固定连接，滚动轴承架6内装有一个滚动轴承25(在图1中看不见，可在图3中看见)。滚动轴承25的外环在滚道7上滚动。滚道7与支承部件8固定连接。

如图1和图4，右边的支承是测量导轨与滚动轴承架18固定连接。滚动轴承架18两端分别装有滚动轴承21和滚动轴承26(在图1中看不见，可在图4中看见)。这两个滚动轴承在滚道16上滚动。滚道16与支承部件15固定连接。

如图1和图6，支承部件22承担升降移动付、被测物体定位平台和被测物体的重力，它不参与承担测量导轨的重力。原因如下：支承部件22与滚动轴承座14固定连接。滚动轴承座14内部与一个球面滚动轴承30(在图1中看不见，可在图6中看见)的外环过渡配合连接。滚动轴承30的内环与轴29(在图1中看不见，可在图6中看见)紧配合连接。轴29与卡铁13固定连接，卡铁13与测量导轨5固定连接。轴29与卡铁13的连接原本是动配合，在测量导轨5两边的支承安装完毕之后才由顶丝固定。

如图1、图3、图4和图6，前文所述的“测量导轨水平旋转(绕Y轴旋转)轴系”是由滚动轴承30、滚动轴承25、滚动轴承21、滚动轴承26及其相关部件共同组成。其中滚动轴承25、滚动轴承21、滚动轴承26及其相关部件构成的三个滚动付，其移动轨迹是在水平面上的绕Y轴旋转的圆，此三个滚动付在水平面上三点支承测量导轨的重力。滚动轴承30是以Y轴为旋转轴的球面轴承。综上所述，这样组成的轴系，可以保证测量导轨的重力支承不会对测量导轨产生扭转力。这个轴系即起到了调整被测物体相对于测量线的绕Y轴旋转位置的作用，也起到了支承测量导轨重力的作用。

如图1和图4，在本实施例中，前文所述的“测量导轨水平旋转(绕Y轴旋转)驱动机构”由绕Y轴旋转驱动丝杠17和丝母27组成(在图1中看不见，可在图4中看见)。丝母27与滚动轴承架18的连接配合是球面轴与柱面孔之间的动配合，所以丝母27的直线运动与轴承架18的弧线运动之间不会发生干涉。在先有技术的测长机中，由于测量导轨是固定不动的，所以用于实现这个调整运动的机构，只能做在被测物体定位平台内部，这使得被测物体定位平台在Y轴方向尺寸增加。在测长机的设计中，为了减少阿贝误差，测头和尾管轴线相对于测量导轨平面的高度不能太大，而被测物体需要测量的位置是多样的，所以被测物体定位平台的台面到此轴线间的距离是很宝贵的空间。正是由于本实用新型的特征，所以本实用新型可以把绕Y轴旋转的调整机构从被测物体定位平台内移到测量导轨的支承上，这就可以大幅度减少被测物体定位平台在Y方向的尺寸，从而加大上述距离。这也是本实用新型相对于先有技术的测长机的又一项优点。

(四)、附图说明

图1是本实用新型的总体设计方案图，也是本文后面所述的第一个实施例二米测长机的总装配工程图中的轴测图。

在图1中：

1----尾管；2---尾管滑座；3----手轮；4---光栅尺；5----测量导轨；6----滚动轴承架；7----滚道；8----支承部件；9----X轴旋转板；10----X向滑板；11----升降悬臂轴；12----绕X轴旋转调整钮；13----绕Y轴旋转轴承架；14----滚动轴承座；15----支承部件；16----滚道；17----绕Y轴旋转驱动丝杠；18----滚动轴承架；19----测头滑座；20----测头(短程长度传感器)；21----滚动轴承；22----支承部件；23----升降移动付运动件；24----X向滑板；

图2是前文所述的“被测物体定位平台可以升得足够高，以至于安装光栅读数头的滑座可以从被测物体定位平台下面钻过去”的情景。图2中零部件编号与图1相同。

图3是单独画出前文所述的测量导轨3点支承方案中左边的滚动支承部件。图3中滚动轴承25在图1中看不见。其它零部件与图1中的编号相同。

图4是单独画出前文所述的测量导轨3点支承方案中右边的滚动支承部件。这个部件也包含前文所述的“测量导轨水平旋转(绕Y轴旋转)驱动机构”。图4中丝杠母27和滚动轴承26在图1中看不见，其余零部件的编号与图1相同。

图5是本说明书中第二个实施例一米测长机的工程图中的轴测图。图5中的支承部件28是图1中二米测长机没有的。其它的零部件与图1中相应的零部件相同或相似。

图6是单独画出前文所述的“测量导轨水平旋转(绕Y轴旋转)轴系”中的滚动轴承30及其相关部件。图6中的滚动轴承30和轴29在图1中看不见。其余的零部件编号与图1相同。

图7是从不同于图1的另一视角单独画出的前文所述的“一个被测物体定位平台”和“一个直接支承被测物体定位平台和被测物体重力的支承装置”。图7中升降移动付固定件31在图1中看不见，其它零部件的编号与图1相同。

(五)、具体实施方式

1、两米测长机

图1既是本实用新型的说明书附图，也是本实用新型的二米测长机实施例的工程图中的轴测图。所以这个实施例的设计结构已经在前文中说明。下面把绝对测量一个2米长的被测物体的过程当作例子，说明本实用新型的测长机的测量过程：先把没有光栅读数头的尾管滑座2移动到测量导轨5的左端，使之与测量导轨中心的距离约等于二分之一被测物体长度，即约1米。把被测物体定位平台充分升高，而后让有光栅读数头的测头滑座19从被测物体定位平台下钻过去，如图2，并且也移动到测量导轨5左端附近的地方。使测头20与尾管1接触，并且使系统清零。而后测头滑座19再从被测物体定位平台下钻回来，并移动到测量导轨的右端，使之与测量导轨中心的距离约等于二分之一被测物体长度，即约1米；把被测物体定位平台下降到合适的高度(见图1)，而后就可以安装被测物体并且移动测头滑座19，使测头20和尾管1都与之接触，而后在5个自由度上调整被测物体相对于测量线的位置，就可以读数了。

在本实施例中，当被测物体的体积或重量特别大时，在支承部件8和支承部件15上还可以各安装一个辅助被测物体定位平台，并把原有的被测物体定位平台降至最低，使之不与被测物体接触。

在被测物体特别长而且特别轻的情况下，比如内径量杆，本实用新型也可以象先有技术的测长机一样，在导轨上直接摆放小型的被测物体定位支架。

2、一米测长机

图5是本实用新型的第二个实施例，一米测长机。

如图5和图1，对比第一个实施例，由于这个实施例测量线方向尺寸较短，所以第一个实施例中的支承部件8、支承部件22、支承部件15，在第二个实施例的图5中合并成了一个支承部件28。除此之外，这个实施例与第一个实施例结构相同。

Claims (6)

1.一种测长机，由一个测量导轨、一个被测物体定位平台、一个直接支承被测物体定位平台和被测物体重力的支承装置、一个测量导轨水平旋转轴系，一个测量导轨水平旋转驱动机构、一个专用计算机、至少一个长度传感器、一个尾管、一个测头滑座、一个尾管滑座组成，其特征在于，被测物体定位平台和被测物体的重力直接由支承装置承担。

2.根据权利要求1所述的测长机，其特征是由三个水平滚动的滚动付和一个垂直旋转的球面轴承组成测量导轨水平旋转轴系。

3.根据权利要求1所述的测长机，其特征是由上述测量导轨水平旋转轴系和测量导轨水平旋转驱动机构组成调整被测物体相对于测量线水平旋转位置的机构。

4.根据权利要求1所述的测长机，其特征是测量导轨由上述测量导轨水平旋转轴系三点支承。

5.根据权利要求1所述的测长机，其特征是水平旋转驱动机构是由丝杠丝母付构成。

6.根据权利要求1所述的测长机，其特征是水平旋转驱动机构的丝母与被驱动部件的连接是球面轴与柱面孔的动配合连接。

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