專利名稱：長(zhǎng)度測(cè)量裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種按權(quán)利要求1的前序部分所述的長(zhǎng)度測(cè)量裝置。
背景技術(shù)：
這種長(zhǎng)度測(cè)量裝置用于測(cè)量制造加工技術(shù)中的工件。例如可以求出厚度、寬度、深度、長(zhǎng)度以及內(nèi)徑或外徑。
US 5,072,174描述了一種具有權(quán)利要求前序部分所述特征的長(zhǎng)度測(cè)量裝置，測(cè)量頭借助于一個(gè)成球?qū)驒C(jī)構(gòu)形式的導(dǎo)向件在縱向上可滑動(dòng)地支承在一個(gè)基體里。用于觸卡待測(cè)工件所需的接觸壓力由一個(gè)螺旋彈簧產(chǎn)生，該彈簧一端固定在測(cè)量頭上，而另一端固定在基體上。
螺旋彈簧的長(zhǎng)度必須至少等于測(cè)量頭行程，但長(zhǎng)螺旋彈簧有側(cè)向彎折的傾向。測(cè)量頭所希望的行程越大，球?qū)驒C(jī)構(gòu)也必須設(shè)計(jì)得越長(zhǎng)，以便能夠根據(jù)杠桿作用承受在用測(cè)量頭接觸工件時(shí)所產(chǎn)生的橫向力。長(zhǎng)度測(cè)量裝置具有較大的測(cè)量范圍，也就是測(cè)量頭行程較大，因而裝置的結(jié)構(gòu)就較長(zhǎng)。
為縮短一種長(zhǎng)度測(cè)量裝置的結(jié)構(gòu)長(zhǎng)度，已經(jīng)按照US 4,347,492設(shè)置了兩個(gè)相互間隔開的球?qū)?。在這兩個(gè)球?qū)蛑g布置了一個(gè)用于檢測(cè)測(cè)量頭位置的一個(gè)檢測(cè)裝置。螺旋彈簧就放在測(cè)量頭的一個(gè)孔里，這就限制了一個(gè)相對(duì)較厚的測(cè)量頭。對(duì)于所要求的測(cè)量頭的大行程以及長(zhǎng)螺旋彈簧的應(yīng)用來說，此處還存在側(cè)向折彎的問題，這會(huì)引起螺旋彈簧和測(cè)量頭之間的摩擦。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的任務(wù)是提出一種長(zhǎng)度測(cè)量裝置，該裝置的結(jié)構(gòu)即使在測(cè)量頭行程可能比較長(zhǎng)時(shí)也緊湊而穩(wěn)固，或者說，此時(shí)導(dǎo)向件對(duì)測(cè)量過程沒有不利的影響。
該任務(wù)通過權(quán)利要求1的特征來解決。
本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于螺旋彈簧緊湊地布置，而測(cè)量頭在整個(gè)行程上都可以克服橫向力。由于一個(gè)長(zhǎng)的螺旋彈簧分成多個(gè)短的螺旋彈簧并在它們之間布置有導(dǎo)向件，因而就避免了螺旋彈簧的側(cè)向折彎。那么存在著使用這種螺旋彈簧的可能性，這種彈簧產(chǎn)生較小的壓力或拉力F，盡管其繞圈較細(xì)，因而彈性常數(shù)較小而不會(huì)側(cè)向折彎。因而就避免了在測(cè)量頭和螺旋彈簧的繞圈之間起干擾作用的并影響到使用壽命和測(cè)試精度的摩擦?，F(xiàn)在也可以這樣來選擇這種裝置，從而使得固定在測(cè)量頭上的刻度尺在測(cè)試時(shí)插入到至少其中一個(gè)螺旋彈簧的圈里。
通過本發(fā)明實(shí)現(xiàn)的另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是導(dǎo)向件具有確定的運(yùn)動(dòng)。螺旋彈簧使導(dǎo)向件總是確定地保持在彈簧之間，在彈簧特性相同時(shí)由于受力平衡而保持在彈簧之間的中央。
本發(fā)明的優(yōu)選的方案在相關(guān)的權(quán)利要求中給予說明。


以下的說明結(jié)合附圖詳細(xì)地?cái)⑹隽藢?shí)施例。附圖示出圖1測(cè)量頭在伸出終端位置時(shí)的長(zhǎng)度測(cè)量裝置的一個(gè)剖面；圖2在一個(gè)觸靠位置中的按圖1所示的長(zhǎng)度測(cè)量裝置；圖3具有一個(gè)固定在其上面的拉力彈簧的一個(gè)長(zhǎng)度測(cè)量裝置的一部分；圖4另外一種長(zhǎng)度測(cè)量裝置的截面圖。
具體實(shí)施例方式
根據(jù)圖1和圖2以下對(duì)按本發(fā)明設(shè)計(jì)的一種長(zhǎng)度測(cè)量裝置的實(shí)施例進(jìn)行敘述。這些附圖簡(jiǎn)明表示了整個(gè)長(zhǎng)度測(cè)量裝置的一個(gè)橫截面圖，該測(cè)量裝置包括有一個(gè)基體1，在其中支承有一個(gè)桿狀的測(cè)量頭2，它可在測(cè)量方向X上滑動(dòng)。
為接觸測(cè)量一個(gè)圖2所示的工件5，測(cè)量頭2的端部設(shè)計(jì)成球形觸靠件6。在一個(gè)觸靠過程中測(cè)量頭2用觸靠部件6以力F壓緊在工件5的待測(cè)量的表面上。該力F由螺旋彈簧7和8產(chǎn)生，這兩個(gè)彈簧前后布置在測(cè)量方向X上并使觸靠件6擠壓到工件5上。為使結(jié)構(gòu)緊湊，螺旋彈簧7、8的繞圈圍繞著圓形測(cè)量頭2的圓周而沿伸。為了在測(cè)量頭2進(jìn)行觸靠運(yùn)動(dòng)時(shí)避免在測(cè)量頭2和螺旋彈簧7、8之間的摩擦，在圓周上測(cè)量頭2和螺旋彈簧7、8的繞圈之間設(shè)有一個(gè)自由空腔。
為測(cè)量測(cè)量頭2相對(duì)于基體1的直線滑動(dòng)，設(shè)置有一個(gè)檢測(cè)機(jī)構(gòu)9。它按已知的方式包括有一個(gè)刻度尺91和一個(gè)掃描單元92，后者用來掃描刻度尺91的測(cè)量分度?？潭瘸?1固定在測(cè)量頭2上，而探測(cè)單元92則固定于對(duì)面的基體1上。由探測(cè)單元92產(chǎn)生了與位置有關(guān)的電信號(hào)，該電信號(hào)傳送給一個(gè)顯示單元或一個(gè)求值處理單元。刻度尺91的測(cè)量分度可以設(shè)計(jì)成光電的、電容的、磁的或者感應(yīng)可探測(cè)的。為使結(jié)構(gòu)特別緊湊，在確定刻度尺91的尺寸時(shí)應(yīng)使刻度尺在測(cè)量頭2往復(fù)直線移動(dòng)時(shí)能夠插入到螺旋彈簧8的繞圈之內(nèi)。為此在靜止的探測(cè)單元92和螺旋彈簧8的后端之間的軸向距離小于測(cè)量頭2可能的行程或者小于檢測(cè)機(jī)構(gòu)9的測(cè)量范圍。
測(cè)量頭2在基體1里的導(dǎo)向借助于多個(gè)在測(cè)量方向X上相互間隔布置的導(dǎo)向件來實(shí)現(xiàn)，這些導(dǎo)向件尤其設(shè)計(jì)成球?qū)驒C(jī)構(gòu)3和4。其中一個(gè)球?qū)驒C(jī)構(gòu)3布置在基體1的觸靠側(cè)的端部。為了能夠更好地承受在觸靠測(cè)量時(shí)通過測(cè)量頭2而導(dǎo)入的橫向力，與之相隔至少布置另外一個(gè)球?qū)驒C(jī)構(gòu)4。為使結(jié)構(gòu)特別緊湊，這個(gè)另外的球?qū)驒C(jī)構(gòu)4布置在兩個(gè)螺旋彈簧7、8之間。此時(shí)第一個(gè)螺旋彈簧7就用一端支承在測(cè)量頭2上，而另一端則支承在球?qū)驒C(jī)構(gòu)4上。在這個(gè)球?qū)驒C(jī)構(gòu)4的對(duì)面?zhèn)葎t同樣支承有第二個(gè)螺旋彈簧的一端，而該螺旋彈簧8的另一端支承在基體1上。
每個(gè)球?qū)驒C(jī)構(gòu)3或4都包括一個(gè)球保持架31和41以及支承在保持架里面可以旋轉(zhuǎn)的球32和42，這些球一方面在基體1的內(nèi)表面上滾動(dòng)，另一方面在測(cè)量頭的表面上滾動(dòng)。由于螺旋彈簧7和8是壓力彈簧，它們就固定在球保持架31和41上，其方法是它們?cè)谳S向測(cè)量方向X上支承在球保持架31、41上。在支承范圍內(nèi)球保持架31、41具有一個(gè)罐形部分33、43、44，它們將螺旋彈簧7、8圍包住。
球?qū)驒C(jī)構(gòu)4軸向安裝在這兩個(gè)螺旋彈簧7和8之間并相對(duì)于測(cè)量頭2以及相對(duì)于基體1在測(cè)量方向X上可以運(yùn)動(dòng)地支承住，但橫向方向上在測(cè)量頭2和基體1上都沒有間隙。測(cè)量頭2在測(cè)量方向X上往復(fù)直線移動(dòng)時(shí)，球?qū)驒C(jī)構(gòu)4的位置適應(yīng)于螺旋彈簧7、8的位置，它總是位于兩個(gè)螺旋彈簧7、8的中間位置上，如果這些彈簧具有相同的彈性常數(shù)的話。
圖1和圖2所示的設(shè)計(jì)布置的優(yōu)點(diǎn)是相對(duì)較短的球?qū)驒C(jī)構(gòu)3，4就足夠良好地克服測(cè)桿2的橫向力。由于在這兩個(gè)螺旋彈簧7和8之間的球?qū)驒C(jī)構(gòu)4，因而與只有唯一一根長(zhǎng)的螺旋彈簧相比就阻礙了螺旋彈簧7、8產(chǎn)生橫向折彎，這是由于其端部通過球?qū)蜓b置4而實(shí)現(xiàn)了良好的導(dǎo)向。
尤其有利的是，若基體1在所有球?qū)驒C(jī)構(gòu)3和4的整個(gè)范圍內(nèi)都設(shè)計(jì)成一體的，這樣就排除了導(dǎo)向面在基體1上的對(duì)中誤差。
也可以使用其它的導(dǎo)向件，例如用滑動(dòng)軸承來代替球?qū)蜓b置3和4。那么觸靠側(cè)的球?qū)驒C(jī)構(gòu)3也可以用一種固定在基體1上的滑動(dòng)軸承或者用一種固定在基體1上的球回轉(zhuǎn)導(dǎo)向機(jī)構(gòu)來替代。與此相反，若球?qū)驒C(jī)構(gòu)4用一個(gè)滑動(dòng)軸承來替代，那么說軸承必須在軸承體和基體1之間具有一個(gè)外滑動(dòng)面，并在軸承體和測(cè)量頭2之間具有一個(gè)內(nèi)滑動(dòng)面，以便使軸承體相對(duì)于基體1以及測(cè)量頭2在軸向方向X可以自由地運(yùn)動(dòng)，而在垂直于此方向上則實(shí)現(xiàn)無間隙。
夾緊在兩個(gè)螺旋彈簧7、8之間的導(dǎo)向件，其形式為球?qū)驒C(jī)構(gòu)4或者一種滑動(dòng)軸承的軸承體，它跟隨著測(cè)量頭2的往復(fù)運(yùn)動(dòng)，其方法是使該測(cè)量頭與螺旋彈簧7、8的位置相適應(yīng)。當(dāng)應(yīng)用兩個(gè)螺旋彈簧7、8時(shí)每個(gè)螺旋彈簧7、8都?jí)嚎s，其行程為測(cè)量頭2的探測(cè)移動(dòng)的一半。除了兩個(gè)螺旋彈簧7、8之外也還可以前后布置另外的螺旋彈簧，其中更有利地是分別在其中兩個(gè)螺旋彈簧之間以所示的方式布置一個(gè)導(dǎo)向件，尤其是一個(gè)球?qū)驒C(jī)構(gòu)4。
若球?qū)驒C(jī)構(gòu)4相應(yīng)地抗橫向力地設(shè)置在這兩個(gè)螺旋彈簧7、8之間，那么測(cè)量頭2也可以僅通過這球?qū)驒C(jī)構(gòu)4導(dǎo)向，并取消觸靠側(cè)的球?qū)驒C(jī)構(gòu)3，如后面還要根據(jù)一個(gè)實(shí)施例詳細(xì)敘述的那樣。
為使觸靠測(cè)量過程實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化，可以在長(zhǎng)度測(cè)量裝置上設(shè)置一個(gè)用于產(chǎn)生一個(gè)力的氣壓接頭，該力克服壓力彈簧7、8的觸靠力F并將測(cè)量頭2從工件5上抬起。
也可以將螺旋彈簧7、8設(shè)計(jì)成拉力彈簧來代替壓力彈簧。由于拉力彈簧使探頭2在其靜止位置時(shí)處于縮入狀態(tài)。將壓縮空氣通入長(zhǎng)度測(cè)量裝置的內(nèi)腔，從而以眾所周知的方式借助壓縮空氣而氣動(dòng)產(chǎn)生觸靠力F，并因而使測(cè)量頭2產(chǎn)生一個(gè)直線運(yùn)動(dòng)，若要使觸靠測(cè)量自動(dòng)結(jié)束，那就切斷壓縮空氣，這就造成測(cè)量頭2通過拉力彈簧而從工件5上抬起并回到其靜止位置。在應(yīng)用拉力彈簧代替壓力彈簧7、8時(shí)拉力彈簧的端部通過固定機(jī)構(gòu)固定在測(cè)量頭2上、基體1上和導(dǎo)向件3、4上。這種固定裝置可以通過粘結(jié)、焊接或者形狀配合連接來實(shí)現(xiàn)。形狀配合連接是特別有利的，圖3就表示了一個(gè)這樣的例子。圖3表示了一個(gè)螺旋形拉力彈簧10的一端在測(cè)量頭2上的固定方式。為實(shí)現(xiàn)固定，在測(cè)量頭2的圓周上壓配了一個(gè)套11。該套11具有一個(gè)在圓周的一部分上沿伸的凸起12，拉力彈簧10的端部旋入此凸起里。凸起12可以是平的，也可通過穿透入套11而制成，或者凸起12也可以螺旋狀地在套11的圓周上延伸，在縱向X上有一個(gè)升程。
圖4表示了一個(gè)長(zhǎng)度測(cè)量裝置的另一個(gè)實(shí)施例。與圖1和2所示的方案的區(qū)別是，這里沒有觸靠側(cè)的球?qū)驒C(jī)構(gòu)3。測(cè)量頭2由兩個(gè)螺旋彈簧7和8夾緊，也就是保持在一個(gè)靜止位置上并在有觸靠運(yùn)動(dòng)時(shí)就予張緊。在這兩個(gè)螺旋彈簧7、8之間設(shè)有球?qū)驒C(jī)構(gòu)4，螺旋彈簧7、8配置于該機(jī)構(gòu)的端部就支承在這球?qū)驒C(jī)構(gòu)上(壓力彈簧時(shí))，或者如圖所示，在使用拉力彈簧時(shí)通過固定機(jī)構(gòu)而固定在其上面。為實(shí)現(xiàn)這種固定，球支承架41的端部范圍各有一個(gè)在圖3中所示的、用于形狀固定連接地鉤住螺旋彈簧7、8的凸起12。此外，其中一個(gè)螺旋彈簧7支承在基體1上，而另一個(gè)螺旋彈簧8則支承在測(cè)量頭2上。這兩個(gè)螺旋彈簧7、8最好具有相同的彈性特性，因而在測(cè)量頭2相對(duì)于基體1的每個(gè)位置上，球?qū)驒C(jī)構(gòu)4都位于在基體1上的支承點(diǎn)和在測(cè)量頭2上的支承點(diǎn)之間的中間。
在所有的實(shí)施方案中都避免了由于加速度、沖擊或者導(dǎo)向的不精確性而引起的球?qū)驒C(jī)構(gòu)4的永久位移。這兩個(gè)螺旋彈簧7、8設(shè)計(jì)成壓力彈簧或者拉力彈簧，這保證了球?qū)驒C(jī)構(gòu)4在測(cè)量方向X上通過螺旋彈簧7、8的復(fù)位力而補(bǔ)償了每個(gè)不希望的位移。長(zhǎng)度測(cè)量裝置的工作能力就是這樣保證的，因?yàn)榍驅(qū)驒C(jī)構(gòu)4不可能移動(dòng)至一個(gè)終端擋板，并因而可以造成對(duì)測(cè)量頭運(yùn)動(dòng)的制動(dòng)。
權(quán)利要求
1.一種長(zhǎng)度測(cè)量裝置，它有—一個(gè)測(cè)量頭(2)，它具有一個(gè)用于觸靠一個(gè)測(cè)量目標(biāo)(5)的觸靠件(6)，該測(cè)量頭可以借助至少一個(gè)導(dǎo)向件(4)沿測(cè)量方向X并克服彈簧力地相對(duì)一個(gè)基體(1)F滑動(dòng)地支承著；—一個(gè)用于檢測(cè)測(cè)量頭(2)相對(duì)基體(1)的位置的檢測(cè)機(jī)構(gòu)(9)，其特征在于，—測(cè)量頭(2)通過多個(gè)在測(cè)量方向X上前后布置的彈簧件(7，8)被預(yù)張緊；—在各自兩個(gè)彈簧件(7，8)之間布置有一個(gè)導(dǎo)向件(4)，這兩個(gè)彈簧件(7，8)的面向該導(dǎo)向件的端部被固定在該導(dǎo)向件上，其中導(dǎo)向件(4)可以在測(cè)量方向X上滑動(dòng)地支承在測(cè)量頭(2)和基體(1)上。
2.如權(quán)利要求1所述的長(zhǎng)度測(cè)量裝置，其特征在于，測(cè)量頭(2)通過兩個(gè)彈簧件(7，8)被預(yù)張緊，其中一個(gè)彈簧件(7)的端部固定在測(cè)量頭(2)上，而彈簧件(7)的另一個(gè)端部被固定在導(dǎo)向件(4)上，另一個(gè)彈簧件(8)的端部固定在導(dǎo)向件(4)上，而這個(gè)彈簧件(8)的另一個(gè)端部被固定在基體(1)上。
3.如上述權(quán)利要求之一所述的長(zhǎng)度測(cè)量裝置，其特征在于，該導(dǎo)向件是一個(gè)球?qū)驒C(jī)構(gòu)(4)。
4.如權(quán)利要求3所述的長(zhǎng)度測(cè)量裝置，其特征在于，球?qū)驒C(jī)構(gòu)(4)包括一個(gè)球保持架(41)和可旋轉(zhuǎn)地支承在該保持架里的球(42)，彈簧件(7，8)的端部固定在球?qū)驒C(jī)構(gòu)(4)的球保持架(41)上。
5.如上述權(quán)利要求之一所述的長(zhǎng)度測(cè)量裝置，其特征在于，該測(cè)量頭(2)通過至少另一個(gè)導(dǎo)向件(3)可在測(cè)量方向X上滑動(dòng)地支承在基體(1)，在基體上并不固定任一個(gè)彈簧件(7，8)。
6.如權(quán)利要求5所述的長(zhǎng)度測(cè)量裝置，其特征在于，另一導(dǎo)向件是一個(gè)位于測(cè)量頭(2)和基體(1)之間的球?qū)驒C(jī)構(gòu)(3)。
7.如權(quán)利要求5所述的長(zhǎng)度測(cè)量裝置，其特征在于，另一導(dǎo)向件(3)被牢固固定在基體(1)上。
8.如上述權(quán)利要求之一所述的長(zhǎng)度測(cè)量裝置，其特征在于，該彈簧件是成壓力彈簧形式的螺旋彈簧(7，8)。
9.如上述權(quán)利要求1-7之一所述的長(zhǎng)度測(cè)量裝置，其特征在于，該彈簧件是成拉力彈簧形式的螺旋彈簧(10)。
10.如上述權(quán)利要求之一所述的長(zhǎng)度測(cè)量裝置，其特征在于，該彈簧件(7，8)具有相同的彈性性能，因而該導(dǎo)向件(4)被保持在彈簧件(7，8)之間的中心處。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種長(zhǎng)度測(cè)量裝置，它具有較大的測(cè)量范圍即具有測(cè)量頭(2)的較大行程，為了預(yù)張緊測(cè)量頭(2)而前后設(shè)有多個(gè)螺旋彈簧(7，8)。在兩個(gè)螺旋彈簧(7，8)之間有一個(gè)球?qū)驒C(jī)構(gòu)(4)，一方面測(cè)量頭(2)在縱向X上可滑動(dòng)地支承在這導(dǎo)向機(jī)構(gòu)上，而另一方面該導(dǎo)向機(jī)構(gòu)在縱向X上可滑動(dòng)地支承在基體(1)上。
文檔編號(hào)G01B3/00GK1502034SQ02808050
公開日2004年6月2日 申請(qǐng)日期2002年3月28日 優(yōu)先權(quán)日2001年4月11日
發(fā)明者P·赫爾克特, L·貝格, P 赫爾克特 申請(qǐng)人:約翰尼斯海登海恩博士股份有限公司