專利名稱：一種雙零位機械表卡尺的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及卡尺技術(shù)領(lǐng)域，具體的是一種雙零位機械表卡尺。
背景技術(shù)：
卡尺是一種年代久遠的測量工具，其古老的歷史可以追朔到公元一世紀(jì)初，那時的中國就已經(jīng)發(fā)明了古代卡尺并應(yīng)用在生產(chǎn)中。盡管中國的古代卡尺沒有測微機構(gòu)，不能測量小于I毫米的數(shù)值，但它已經(jīng)具有了固定的主尺和能沿主尺運動的副尺，主尺和副尺上都分別帶有測量爪，兩爪之間可以相對運動，從而可以卡住被測物進行測量。這一極具靈便性的結(jié)構(gòu)，經(jīng)歷了千錘百煉的考驗，成為卡尺結(jié)構(gòu)的經(jīng)典，至今仍為一切現(xiàn)代卡尺所恪守享用而無法超越。現(xiàn)代卡尺只是多了一套測微機構(gòu)，因而可以測量和顯示小于I毫米的數(shù) 值?？ǔ咭蚱浣Y(jié)構(gòu)簡單、改動余地不大，使得卡尺的更新?lián)Q代周期極其漫長。從公元9年中國制造的古代卡尺算起，歷經(jīng)1851年美國制造的第一把游標(biāo)卡尺、1973年瑞士制造的第一把帶表卡尺、1980年日本率先生產(chǎn)的電子卡尺，前后至今已歷時兩千年。迄今為止的所有公知卡尺，無論是中國的古代卡尺還是世界通用的現(xiàn)代卡尺，全都是按照“單零位”的概念設(shè)計的，即卡尺的測量值全都是通過離開一個位置固定的原始零位即靜量爪的測量操作而得到的，它記錄的是從原始零位到被測點的位移。這種“單零位”的測量概念沿用了兩千余年，既取得了巨大成功，也產(chǎn)生了一些至今無法逾越的技術(shù)極限，那就是①游標(biāo)卡尺的最高顯示精度只能達O. 02毫米。②帶表卡尺的齒條長度必須大于標(biāo)定量程，進而因此制造大于I米的大量程帶表卡尺至今仍是空白。③線位移容柵電子卡尺至今不能防水。④所有的公知卡尺都會因測量者用力大小的不同而引起示值差異。這四大技術(shù)極限已成專業(yè)定論，它們是制造更好卡尺的障礙，但又難以跨越。兩千年來，積留在卡尺領(lǐng)域里的上述四大技術(shù)極限，從未有過突破。

發(fā)明內(nèi)容
針對所述的四大技術(shù)極限，本發(fā)明提供一種卡尺設(shè)計的新原理，以及一種能體現(xiàn)該新原理的卡尺尺體，和在該尺體上分別安裝量表、電子傳感器和游標(biāo)三種不同測微機構(gòu)而成的新型卡尺。這些新型卡尺既打破了兩千余年從未有變的舊原理，又完全保留了現(xiàn)代卡尺的經(jīng)典特征，可全面突破所述的四大技術(shù)極限。需要說明，述及的卡尺尺體和述及的分別安裝了三種不同測微機構(gòu)的新型卡尺，具有技術(shù)上的關(guān)聯(lián)性，它們共同組成本發(fā)明內(nèi)容。所述的卡尺設(shè)計新原理是先設(shè)定每一個測量值都等于整數(shù)值+小數(shù)值之和。主尺設(shè)有原始零位，用于測量整數(shù)值，并以整數(shù)值為小數(shù)零位，用于測量小數(shù)值，簡稱“雙零位測量”。根據(jù)“雙零位測量”新原理，游標(biāo)、量表、電子傳感器等現(xiàn)代測微機構(gòu)都只用于測量相對某一整數(shù)值的小數(shù)值，因此，其工作行程都可大幅度的縮短，理論上可縮短到最大僅為I毫米的程度。于是，帶表卡尺上齒條與齒輪之間的嚙合行程、電子卡尺上動定柵之間的耦合行程、游標(biāo)卡尺上游標(biāo)線與整數(shù)刻線之間的移動行程，都將局限在至多I毫米的理論范圍之內(nèi)，這就使突破所述的四大技術(shù)極限成為可能。由于“雙零位測量”新原理必須通過尺體的改造和創(chuàng)新而實現(xiàn)，為此，特將能體現(xiàn)該新原理的卡尺尺體簡稱為雙零位尺體，凡在雙零位尺體上安裝不同測微機構(gòu)而形成的卡尺統(tǒng)稱為雙零位卡尺，再按測微機構(gòu)的性質(zhì)分別稱為雙零位機械表卡尺、雙零位電子表卡尺和雙零位游標(biāo)卡尺，以區(qū)別于傳統(tǒng)公知。本發(fā)明的技術(shù)方案如下一種雙零位卡尺,包括雙零位尺體和測微機構(gòu)；所述雙零位尺體包括主尺和副尺；所述測微機構(gòu)為機械量表、或電子位移傳感器、或游標(biāo)細分裝置；所述主尺具有靜量爪和主尺尺體，所述主尺尺體上標(biāo)有兩兩距離為I毫米的整數(shù)倍的整數(shù)刻線，距靜量爪最近的起始整數(shù)刻線為原始零位；所述副尺包容所述主尺尺體并可相對所述主尺尺體自鎖不動或沿所述整數(shù)刻線的排列方向移動；所述副尺具有前副尺和后副尺，所述后副尺可相對所述前副尺在有限范圍內(nèi)移 動，移動方向與所述整數(shù)刻線的排列方向平行；所述前副尺具有動量爪和測標(biāo)；所述前副尺負責(zé)測量測量值的整數(shù)值，所述后副尺負責(zé)測量測量值與所述整數(shù)值之差；所述前副尺為一框體，所述框體下部樞接一杠桿，該杠桿自由端設(shè)有一個能自由轉(zhuǎn)動的滾輪，該滾輪靠近所述主尺尺體的下側(cè)面；所述杠桿和所述后副尺上設(shè)有相互配合的離合機構(gòu)，按壓所述滾輪使其接觸所述主尺尺體的下側(cè)面時，所述杠桿偏轉(zhuǎn)，所述離合機構(gòu)閉合，此時，所述前、后副尺形成同步位移的剛性結(jié)構(gòu)；松開所述滾輪，所述杠桿復(fù)位，所述離合機構(gòu)分開；所述前副尺上還具由鎖緊軸和壓縮彈簧組成的自鎖機構(gòu)；所述鎖緊軸上設(shè)有鎖緊面與所述主尺尺體緊密抵持，從而將所述前副尺鎖緊在所述主尺尺體上而不能移動；所述鎖緊軸一端抵接所述杠桿，所述杠桿施加在所述鎖緊軸上的力使所述鎖緊面與所述主尺尺體分離，從而使所述前副尺與所述主尺尺體之間的鎖緊狀態(tài)解除，此時所述前副尺可沿所述整數(shù)刻線的排列方向移動；所述杠桿施加在所述鎖緊軸上的力撤銷后，所述壓縮彈簧令所述鎖緊軸復(fù)位，使所述鎖緊軸恢復(fù)到與所述主尺尺體緊密抵持的鎖緊狀態(tài)；所述后副尺也為一框體，且后副尺具有一僅可沿軸心線方向移動的定位軸，所述定位軸部分容置于框體內(nèi)，所述定位軸上套裝有彈性元件，該彈性元件可使所述定位軸在令其產(chǎn)生位移的外力撤銷后復(fù)位；所述的主尺上設(shè)有一排定位凹凸，所述定位凹凸的形狀與所述定位軸的徑向斷面形狀相匹配，所述定位凹凸的數(shù)量至少能使其排列長度等于標(biāo)定量程，每個所述定位凹凸的形狀和大小都相同，每個所述定位凹凸的中心都與所述整數(shù)刻線保持固定不變的對應(yīng)關(guān)系，且相鄰兩個所述定位凹凸的中心距相等；當(dāng)所述前副尺的測標(biāo)對準(zhǔn)所述原始零位時，按壓所述滾輪使所述離合機構(gòu)閉合，所述定位軸的對稱中心與某個所述定位凹凸的中心重合，該定位凹凸即為起始定位凹凸；所述前、后副尺在沿所述整數(shù)刻線的排列方向上分離一小段距離，記為δ ';所述前副尺和所述后副尺上設(shè)有相互配合的限位裝置，所述限位裝置使所述后副尺相對所述前副尺的最大位移距離氺δ ';所述離合機構(gòu)閉合時，所述前、后副尺在沿所述整數(shù)刻線的排列方向上的分離距離，記為δ，δ ' > δ彡I毫米且等于一排所述定位凹凸中相鄰兩個定位凹凸的中心距；
所述測微機構(gòu)的相對運動部分分別固裝在所述前副尺上和所述后副尺上，使所述測微機構(gòu)能夠產(chǎn)生工作行程；所述測微機構(gòu)僅測量和顯示所述后副尺相對所述前副尺的位移距離。較佳地，所述離合機構(gòu)為相互配合的V型凸部和V型凹部。較佳地，所述定位軸是一球頭軸。較佳地，所述定位凹凸為定位孔，定位孔的直徑小于所述球頭軸的球徑。較佳地，按壓所述滾輪使其接觸主尺的下側(cè)面時，所述滾輪的外圓面與所述杠桿的邊緣面平齊。較佳地，所述定位凹凸的中心與所述整數(shù)刻線的偶數(shù)刻線保持一一對應(yīng)的固定關(guān)系O一種雙零位機械表卡尺，包括雙零位尺體和測微機構(gòu)；所述雙零位尺體包括主尺和副尺；所述測微機構(gòu)為帶齒輪組的機械指示表；所述主尺具有靜量爪和主尺尺體，所述主尺尺體上標(biāo)有兩兩距離為I毫米的整數(shù)倍的整數(shù)刻線，距靜量爪最近的起始整數(shù)刻線為原始零位；所述副尺包容所述主尺尺體并可相對所述主尺尺體自鎖不動或沿所述整數(shù)刻線的排列方向移動；所述副尺具有前副尺和后副尺，所述后副尺可相對所述前副尺在有限范圍內(nèi)移動，移動方向與所述整數(shù)刻線的排列方向平行；所述前副尺具有動量爪和測標(biāo)；所述前副尺負責(zé)測量測量值的整數(shù)值，所述后副尺負責(zé)測量測量值與所述整數(shù)值之差；所述前副尺為一框體，所述框體下部樞接一杠桿，該杠桿自由端設(shè)有一個能自由轉(zhuǎn)動的滾輪，該滾輪靠近所述主尺尺體的下側(cè)面；所述杠桿和所述后副尺上設(shè)有相互配合的離合機構(gòu)，按壓所述滾輪使其接觸所述主尺尺體的下側(cè)面時，所述杠桿偏轉(zhuǎn)，所述離合機構(gòu)閉合，此時，所述前、后副尺形成同步位移的剛性結(jié)構(gòu)；松開所述滾輪，所述杠桿復(fù)位，所述離合機構(gòu)分開；所述前副尺上還具由鎖緊軸和壓縮彈簧組成的自鎖機構(gòu)；所述鎖緊軸上設(shè)有鎖緊面與所述主尺尺體緊密抵持，從而將所述前副尺鎖緊在所述主尺尺體上而不能移動；所述鎖緊軸一端抵接所述杠桿，所述杠桿施加在所述鎖緊軸上的力使所述鎖緊面與所述主尺尺體分離，從而使所述前副尺與所述主尺尺體之間的鎖緊狀態(tài)解除，此時所述前副尺可沿所述整數(shù)刻線的排列方向移動；所述杠桿施加在所述鎖緊軸上的力撤銷后，所述壓縮彈簧令所述鎖緊軸復(fù)位，使所述鎖緊軸恢復(fù)到與所述主尺尺體緊密抵持的鎖緊狀態(tài)；所述后副尺也為一框體，且后副尺具有一僅可沿軸心線方向移動的定位軸，所述定位軸部分容置于框體內(nèi)，所述定位軸上套裝有彈性元件，該彈性元件可使所述定位軸在令其產(chǎn)生位移的外力撤銷后復(fù)位；所述的主尺上設(shè)有一排定位凹凸，所述定位凹凸的形狀與所述定位軸的徑向斷面形狀相匹配，所述定位凹凸的數(shù)量至少能使其排列長度等于標(biāo)定量程，每個所述定位凹凸的形狀和大小都相同，每個所述定位凹凸的中心都與所述整數(shù)刻線保持固定不變的對應(yīng)關(guān)系，且相鄰兩個所述定位凹凸的中心距相等；當(dāng)所述前副尺的測標(biāo)對準(zhǔn)所述原始零位時，按壓所述滾輪使所述離合機構(gòu)閉合，所述定位軸的對稱中心與某個所述定位凹凸的中心重合，該定位凹凸即為起始定位凹凸；所述前、后副尺在沿所述整數(shù)刻線的排列方向上分離一小段距離，記為δ ';所述前副尺和所述后副尺上設(shè)有相互配合的限位裝置，所述限位裝置使所述后副尺相對所述前副尺的最大位移距離氺δ ';所述離合機構(gòu)閉合時，所述前、后副尺在沿所述整數(shù)刻線的排列方向上的分離距離，記為δ，δ ' > δ彡I毫米且等于一排所述定位凹凸中相鄰兩個定位凹凸的中心距；所述后副尺的框體向靠近所述原始零位的方向延伸出凸出部，該凸出部伸入到所述前副尺內(nèi)部，在該凸出部上固裝有一短齒條；一彈壓簧片抵接所述凸出部將所述凸出部與所述主尺下側(cè)面緊貼；所述帶齒輪組的機械表固裝于所述前副尺；所述齒輪組與所述短齒條在所述前副尺的內(nèi)部空間里相嚙合，嚙合行程的最大值為δ '；所述帶齒輪組的機械指示表僅測量和顯示所述后副尺相對所述前副尺的位移距離。一種雙零位電子表卡尺，包括雙零位尺體和測微機構(gòu)；所述雙零位尺體包括主尺和副尺；所述測微機構(gòu)為線位移電子傳感器；所述主尺具有靜量爪和主尺尺體，所述主尺尺體上標(biāo)有兩兩距離為I毫米的整數(shù)倍的整數(shù)刻線，距靜量爪最近的起始整數(shù)刻線為原始 零位；所述副尺包容所述主尺尺體并可相對所述主尺尺體自鎖不動或沿所述整數(shù)刻線的排列方向移動；所述副尺具有前副尺和后副尺，所述后副尺可相對所述前副尺在有限范圍內(nèi)移動，移動方向與所述整數(shù)刻線的排列方向平行；所述前副尺具有動量爪和測標(biāo)；所述前副尺負責(zé)測量測量值的整數(shù)值，所述后副尺負責(zé)測量測量值與所述整數(shù)值之差；所述前副尺為一框體，所述框體下部樞接一杠桿，該杠桿自由端設(shè)有一個能自由轉(zhuǎn)動的滾輪，該滾輪靠近所述主尺尺體的下側(cè)面；所述杠桿和所述后副尺上設(shè)有相互配合的離合機構(gòu)，按壓所述滾輪使其接觸所述主尺尺體的下側(cè)面時，所述杠桿偏轉(zhuǎn)，所述離合機構(gòu)閉合，此時，所述前、后副尺形成同步位移的剛性結(jié)構(gòu)；松開所述滾輪，所述杠桿復(fù)位，所述離合機構(gòu)分開；所述前副尺上還具由鎖緊軸和壓縮彈簧組成的自鎖機構(gòu)；所述鎖緊軸上設(shè)有鎖緊面與所述主尺尺體緊密抵持，從而將所述前副尺鎖緊在所述主尺尺體上而不能移動；所述鎖緊軸一端抵接所述杠桿，所述杠桿施加在所述鎖緊軸上的力使所述鎖緊面與所述主尺尺體分離，從而使所述前副尺與所述主尺尺體之間的鎖緊狀態(tài)解除，此時所述前副尺可沿所述整數(shù)刻線的排列方向移動；所述杠桿施加在所述鎖緊軸上的力撤銷后，所述壓縮彈簧令所述鎖緊軸復(fù)位，使所述鎖緊軸恢復(fù)到與所述主尺尺體緊密抵持的鎖緊狀態(tài)；所述后副尺也為一框體，且后副尺具有一僅可沿軸心線方向移動的定位軸，所述定位軸部分容置于框體內(nèi)，所述定位軸上套裝有彈性元件，該彈性元件可使所述定位軸在令其產(chǎn)生位移的外力撤銷后復(fù)位；所述的主尺上設(shè)有一排定位凹凸，所述定位凹凸的形狀與所述定位軸的徑向斷面形狀相匹配，所述定位凹凸的數(shù)量至少能使其排列長度等于標(biāo)定量程，每個所述定位凹凸的形狀和大小都相同，每個所述定位凹凸的中心都與所述整數(shù)刻線保持固定不變的對應(yīng)關(guān)系，且相鄰兩個所述定位凹凸的中心距相等；當(dāng)所述前副尺的測標(biāo)對準(zhǔn)所述原始零位時，按壓所述滾輪使所述離合機構(gòu)閉合，所述定位軸的對稱中心與某個所述定位凹凸的中心重合，該定位凹凸即為起始定位凹凸；所述前、后副尺在沿所述整數(shù)刻線的排列方向上分離一小段距離，記為δ ';所述前副尺和所述后副尺上設(shè)有相互配合的限位裝置，所述限位裝置使所述后副尺相對所述前副尺的最大位移距離氺δ ';所述離合機構(gòu)閉合時，所述前、后副尺在沿所述整數(shù)刻線的排列方向上的分離距離，記為δ，δ ' > δ彡I毫米且等于一排所述定位凹凸中相鄰兩個定位凹凸的中心距；所述線位移電子傳感器，具有固裝于所述前副尺的防水密封盒，所述防水密封盒內(nèi)裝有線路板和動?xùn)虐?，所述線路板和動?xùn)虐逋ㄟ^電路耦合，耦合行程的最大值為δ ';所述動?xùn)虐迮c一驅(qū)動軸相連接，所述驅(qū)動軸穿越并伸出到所述防水密封盒外部而與所述后副尺固接、并帶動所述動?xùn)虐咫S所述后副尺同步直線移動；所述防水密封盒表面設(shè)有電子顯示屏，所述電子顯示屏與所述線路板電連接，其上顯示的整數(shù)位在δ =2時凝固為O ;所述驅(qū)動軸穿越所述防水密封盒處設(shè)有密封軸承；所述線位移電子傳感器僅測量和顯示所述后副尺相對所述前副尺的位移距離。一種雙零位電子表卡尺，包括雙零位尺體和測微機構(gòu)；所述雙零位尺體包括主尺和副尺；所述測微機構(gòu)為角位移電子傳感器；所述主尺具有靜量爪和主尺尺體，所述主尺尺體上標(biāo)有兩兩距離為I毫米的整數(shù)倍的整數(shù)刻線，距靜量爪最近的起始整數(shù)刻線為原始零位；所述副尺包容所述主尺尺體并可相對所述主尺尺體自鎖不動或沿所述整數(shù)刻線的排列方向移動；所述副尺具有前副尺和后副尺，所述后副尺可相對所述前副尺在有限范圍內(nèi)移動，移動方向與所述整數(shù)刻線的排列方向平行；所述前副尺具有動量爪和測標(biāo)；所述前副尺負責(zé)測量測量值的整數(shù)值，所述后副尺負責(zé)測量測量值與所述整數(shù)值之差；所述前副尺為一框體，所述框體下部樞接一杠桿，該杠桿自由端設(shè)有一個能自由轉(zhuǎn)動的滾輪，該滾輪靠近所述主尺尺體的下側(cè)面；所述杠桿和所述后副尺上設(shè)有相互配合的離合機構(gòu)，按壓所述滾輪使其接觸所述主尺尺體的下側(cè)面時，所述杠桿偏轉(zhuǎn)，所述離合機構(gòu)閉合，此時，所述前、后副尺形成同步位移的剛性結(jié)構(gòu)；松開所述滾輪，所述杠桿復(fù)位，所述離合機構(gòu)分開；所述前副尺上還具由鎖緊軸和壓縮彈簧組成的自鎖機構(gòu)；所述鎖緊軸上設(shè)有鎖緊面與所述主尺尺體緊密抵持，從而將所述前副尺鎖緊在所述主尺尺體上而不能移動；所述鎖緊軸一端抵接所述杠桿，所述杠桿施加在所述鎖緊軸上的力使所述鎖緊面與所述主尺尺體分離，從而使所述前副尺與所述主尺尺體之間的鎖緊狀態(tài)解除，此時所述前副尺可沿所述整數(shù)刻線的排列方向移動；所述杠桿施加在所述鎖緊軸上的力撤銷后，所述壓縮彈簧令所述鎖緊軸復(fù)位，使所述鎖緊軸恢復(fù)到與所述主尺尺體緊密抵持的鎖緊狀態(tài)；所述后副尺也為一框體，且后副尺具有一僅可沿軸心線方向移動的定位軸，所述定位軸部分容置于框體內(nèi)，所述定位軸上套裝有彈性元件，該彈性元件可使所述定位軸在令其產(chǎn)生位移的外力撤銷后復(fù)位；所述的主尺上設(shè)有一排定位凹凸，所述定位凹凸的形狀與所述定位軸的徑向斷面形狀相匹配，所述定位凹凸的數(shù)量至少能使其排列長度等于標(biāo)定量程，每個所述定位凹凸的形狀和大小都相同，每個所述定位凹凸的中心都與所述整數(shù)刻線保持固定不變的對應(yīng)關(guān)系，且相鄰兩個所述定位凹凸的中心距相等；當(dāng)所述前副尺的測標(biāo)對準(zhǔn)所述原始零位時，按壓所述滾輪使所述離合機構(gòu)閉合，所述定位軸的對稱中心與某個所述定位凹凸的中心重合，該定位凹凸即為起始定位凹凸；
所述前、后副尺在沿所述整數(shù)刻線的排列方向上分離一小段距離，記為δ ';所述前副尺和所述后副尺上設(shè)有相互配合的限位裝置，所述限位裝置使所述后副尺相對所述前副尺的最大位移距離氺δ ';所述離合機構(gòu)閉合時，所述前、后副尺在沿所述整數(shù)刻線的排列方向上的分離距離，記為δ，δ ' > δ彡I毫米且等于一排所述定位凹凸中相鄰兩個定位凹凸的中心距；所述后副尺的框體向靠近所述原始零位的方向延伸出凸出部二，該凸出部二伸入到所述前副尺內(nèi)部，一彈壓簧片二抵接所述凸出部二將所述凸出部二與所述主尺下側(cè)面緊貼；一根短齒條二在所述前副尺的內(nèi)部空間里固裝在凸出部二上；所述角位移傳感器具有與前副尺固裝的齒輪組二，所述齒輪組二的輸出端為一根旋轉(zhuǎn)軸二 ；所述齒輪組二與所述短齒條二在所述前副尺的內(nèi)部空間里無間隙嚙合，可嚙合行程的最大值為S ；;所述角位移傳感器還具有與所述前副尺固裝的防水密封盒二，所述旋轉(zhuǎn)軸二穿越并進入所述防水密封盒二內(nèi)，穿越處有防水密封軸承二 ；所述防水密封盒二內(nèi)裝有電路板二，所述旋轉(zhuǎn)軸二在所述防水密封盒二內(nèi)固裝一圓形動?xùn)牌鰣A形動?xùn)牌呻S所述旋轉(zhuǎn)軸二同步轉(zhuǎn)動；所述圓形動?xùn)牌c所述電路板二通過電路耦合，通過檢測 所述圓形動?xùn)牌鄬λ鲭娐钒宥慕嵌任恢煤退鰣A形動?xùn)牌蛩龆听X條二移動而產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)圈數(shù)，而測量和顯示所述后副尺相對所述前副尺所出現(xiàn)的直線位移距離，該直線位移距離的最大值為S ；;所述防水密封盒二表面設(shè)有電子顯示屏二，所述電子顯示屏二與所述線路板二電連接，其上顯示的整數(shù)位在S =2時凝固為O。一種雙零位游標(biāo)卡尺，包括雙零位尺體和測微機構(gòu)；所述雙零位尺體包括主尺和副尺；所述測微機構(gòu)為游標(biāo)細分裝置；所述主尺具有靜量爪和主尺尺體，所述主尺尺體上標(biāo)有兩兩距離為I毫米的整數(shù)倍的整數(shù)刻線，距靜量爪最近的起始整數(shù)刻線為原始零位；所述副尺包容所述主尺尺體并可相對所述主尺尺體自鎖不動或沿所述整數(shù)刻線的排列方向移動；所述副尺具有前副尺和后副尺，所述后副尺可相對所述前副尺在有限范圍內(nèi)移動，移動方向與所述整數(shù)刻線的排列方向平行；所述前副尺具有動量爪和測標(biāo)；所述前副尺負責(zé)測量測量值的整數(shù)值，所述后副尺負責(zé)測量測量值與所述整數(shù)值之差；所述前副尺為一框體，所述框體下部樞接一杠桿，該杠桿自由端設(shè)有一個能自由轉(zhuǎn)動的滾輪，該滾輪靠近所述主尺尺體的下側(cè)面；所述杠桿和所述后副尺上設(shè)有相互配合的離合機構(gòu)，按壓所述滾輪使其接觸所述主尺尺體的下側(cè)面時，所述杠桿偏轉(zhuǎn)，所述離合機構(gòu)閉合，此時，所述前、后副尺形成同步位移的剛性結(jié)構(gòu)；松開所述滾輪，所述杠桿復(fù)位，所述離合機構(gòu)分開；所述前副尺上還具由鎖緊軸和壓縮彈簧組成的自鎖機構(gòu)；所述鎖緊軸上設(shè)有鎖緊面與所述主尺尺體緊密抵持，從而將所述前副尺鎖緊在所述主尺尺體上而不能移動；所述鎖緊軸一端抵接所述杠桿，所述杠桿施加在所述鎖緊軸上的力使所述鎖緊面與所述主尺尺體分離，從而使所述前副尺與所述主尺尺體之間的鎖緊狀態(tài)解除，此時所述前副尺可沿所述整數(shù)刻線的排列方向移動；所述杠桿施加在所述鎖緊軸上的力撤銷后，所述壓縮彈簧令所述鎖緊軸復(fù)位，使所述鎖緊軸恢復(fù)到與所述主尺尺體緊密抵持的鎖緊狀態(tài)；所述后副尺也為一框體，且后副尺具有一僅可沿軸心線方向移動的定位軸，所述定位軸部分容置于框體內(nèi)，所述定位軸上套裝有彈性元件，該彈性元件可使所述定位軸在令其產(chǎn)生位移的外力撤銷后復(fù)位；所述的主尺上設(shè)有一排定位凹凸，所述定位凹凸的形狀與所述定位軸的徑向斷面形狀相匹配，所述定位凹凸的數(shù)量至少能使其排列長度等于標(biāo)定量程，每個所述定位凹凸的形狀和大小都相同，每個所述定位凹凸的中心都與所述整數(shù)刻線保持固定不變的對應(yīng)關(guān)系，且相鄰兩個所述定位凹凸的中心距相等；當(dāng)所述前副尺的測標(biāo)對準(zhǔn)所述原始零位時，按壓所述滾輪使所述離合機構(gòu)閉合，所述定位軸的對稱中心與某個所述定位凹凸的中心重合，該定位凹凸即為起始定位凹凸；所述前、后副尺在沿所述整數(shù)刻線的排列方向上分離一小段距離，記為δ ';所述前副尺和所述后副尺上設(shè)有相互配合的限位裝置，所述限位裝置使所述后副尺相對所述前副尺的最大位移距離氺δ ';所述離合機構(gòu)閉合時，所述前、后副尺在沿所述整數(shù)刻線的排列方向上的分離距離，記為δ，δ ' > δ彡I毫米且等于一排所述定位凹凸中相鄰兩個定位凹凸的中心距；所述游標(biāo)細分裝置具有與所述前副尺固接的滑槽板和與所述后副尺固接的驅(qū)動 件；所述滑槽板上固裝一個直線位移放大器，所述直線位移放大器的輸入端設(shè)有所述的驅(qū)動件、輸出端設(shè)有游標(biāo)筒，所述游標(biāo)筒可在所述滑槽板內(nèi)規(guī)范滑動，所述直線位移放大器通過所述驅(qū)動件將所述后副尺的位移距離接收并放大后，再輸出給所述游標(biāo)筒接收；一排兩兩距離為I毫米的小刻線刻制在所述滑槽板上，一段游標(biāo)線刻制在所述游標(biāo)筒上且與所述小刻線共面，可游動的所述游標(biāo)線與相對固定的所述小刻線共同組成共面的無視差游標(biāo)讀數(shù)裝置；所述游標(biāo)線相對所述小刻線的最大有效移動行程為δ K，K為所述直線位移放大器的放大倍數(shù)；放大倍數(shù)K可按需選取，當(dāng)K = 10時所述游標(biāo)線按將所述小刻線的9毫米排列長度等分成10等份設(shè)置，所述小刻線的排列總長度為10Χ( δ + 1)，所述游標(biāo)細分裝置的顯示精度標(biāo)識為0.01毫米；所述游標(biāo)細分裝置僅測量和顯示所述后副尺相對所述前副尺的位移距離。本發(fā)明的有益效果本發(fā)明所述雙零位卡尺打破了兩千年從未有變的卡尺設(shè)計舊原理，采用了“雙零位測量”新原理，能一次性的全面跨越現(xiàn)代卡尺所面臨的四大技術(shù)極限，使傳統(tǒng)公知卡尺產(chǎn)生前所未有的新變化，技術(shù)進步顯著。由于效應(yīng)是多方面、連鎖性的，其更多的效果內(nèi)容將在具體實施例中列述。


圖I為本發(fā)明所述雙零位卡尺的設(shè)計原理圖；圖2為本發(fā)明所述雙零位尺體的結(jié)構(gòu)示意圖；圖3為本發(fā)明所述雙零位尺體的另一結(jié)構(gòu)示意圖，為了顯示清楚，圖中沒有顯示框體213的框蓋；圖4為本發(fā)明所述雙零位尺體的局部結(jié)構(gòu)示意圖，為了顯示清楚，圖中沒有顯示主尺100 ；圖5為本發(fā)明所述后副尺的結(jié)構(gòu)示意圖，為了顯示清楚，圖中沒有顯示框體222的框蓋；圖6為前副尺210和后副尺220的組裝結(jié)構(gòu)示意圖，為了顯示清楚，圖中沒有顯示前副尺210的框蓋和后副尺的框蓋；圖7a為原始零位111、前副尺210、后副尺220、定位凹凸150、整數(shù)刻線112五者之間的有序關(guān)系結(jié)構(gòu)示意圖，為了顯示清楚，圖中后副尺框蓋和前副尺210的框蓋被部分切除；圖7b為圖7a H處的放大圖；圖8a為本發(fā)明所述雙零位尺體小數(shù)值顯示的第一設(shè)計原理圖，為了圖示清楚，圖中將球心實際位置從定位孔連心線處移離到了連心線上方，圖8b 圖8d均同；圖Sb為本發(fā)明所述雙零位尺體小數(shù)值顯示的第二設(shè)計原理圖；圖Sc為本發(fā)明所述雙零位尺體小數(shù)值顯示的第三設(shè)計原理圖；
圖8d為本發(fā)明所述雙零位尺體小數(shù)值顯示的第四設(shè)計原理圖；圖9為本發(fā)明所述雙零位尺體的第三結(jié)構(gòu)示意圖，圖中離合機構(gòu)400為閉合狀態(tài)；圖IOa為本發(fā)明所述雙零位機械表卡尺的內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖；圖IOb為本發(fā)明所述雙零位機械表卡尺的外部結(jié)構(gòu)示意圖；圖IOc為本發(fā)明所述雙零位機械表卡尺齒條與齒輪組的嚙合示意圖；圖Ila為本發(fā)明所述雙零位電子表卡尺的內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖；圖Ilb為本發(fā)明所述雙零位電子表卡尺的外部結(jié)構(gòu)示意圖；圖12a為本發(fā)明所述雙零位電子表卡尺的結(jié)構(gòu)示意圖，該電子表卡尺由雙零位尺體和傳統(tǒng)公知的角位移電子傳感器組成；圖12b為圖12a所示電子表卡尺的短齒條701和齒輪組900無間隙嚙合的結(jié)構(gòu)示意圖；圖12c為圖12a所示電子表卡尺的防水密封盒二 1000的內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖；圖13a為本發(fā)明所述雙零位游標(biāo)卡尺的外部結(jié)構(gòu)示意圖；圖13b為圖13a I處的放大圖；圖13c為本發(fā)明所述雙零位游標(biāo)卡尺在t = T時的A段讀數(shù)圖；圖13d為本發(fā)明所述雙零位游標(biāo)卡尺在t = T-I時的B段讀數(shù)圖；圖13e為本發(fā)明所述雙零位游標(biāo)卡尺的局部結(jié)構(gòu)示意圖，為了顯示清楚，圖中沒有顯示游標(biāo)筒215。
具體實施例方式為了便于理解本發(fā)明所述雙零位卡尺的設(shè)計原理和實施方式，以下分五部分詳述本發(fā)明。一、本發(fā)明所述雙零位卡尺的設(shè)計原理參照圖1，每一把卡尺的主尺上都標(biāo)有或可以標(biāo)有一組最小單位為I毫米的整數(shù)刻線，且該整數(shù)刻線的起始值為“0”，即為本發(fā)明所述的原始零位?？ǔ呖ㄗ”粶y物進行測量時，卡尺的測標(biāo)總是恰好對準(zhǔn)或越過主尺上的某一整數(shù)刻線的位置，即測量值L所在的位置，該整數(shù)刻線表示的數(shù)值即為本發(fā)明所述的整數(shù)值LI。該整數(shù)刻線所在的位置即為本發(fā)明所述的小數(shù)零位。小數(shù)零位和測量值之間的距離值即為本發(fā)明所述的小數(shù)值t。因此，本發(fā)明中，測量值L為整數(shù)值LI和小數(shù)值t之和。本發(fā)明所述雙零位卡尺的核心即是優(yōu)化小數(shù)值t的測量。二、本發(fā)明所述雙零位尺體的結(jié)構(gòu)參照圖2,所述的雙零位尺體,包括雙零位尺體和測微機構(gòu)；所述雙零位尺體包括主尺100和包容主尺100的副尺200。主尺100具有靜量爪120和主尺尺體110，主尺尺體110上標(biāo)注有兩兩距離為I毫米的整數(shù)倍的整數(shù)刻線112，整數(shù)刻線112距靜量爪120最近的排列起始線為原始零位111。所述副尺200具有前副尺210和后副尺220，前副尺210具有測標(biāo)211和動量爪212 ;后副尺220可相對前副尺210在一定范圍內(nèi)滑動，其滑動方向與整數(shù)刻線112的排列方向平行。在本發(fā)明所述的雙零位尺體中，前副尺210負責(zé)測量整數(shù)值，后副尺220負責(zé)測量測量值與所述整數(shù)值之差。參照圖3，前副尺210是一框體213，框體213的下部樞接一僅可繞圓心O轉(zhuǎn)動的杠桿300，杠桿300的自由端設(shè)有一個能自由轉(zhuǎn)動的滾輪310，滾輪310靠近主尺100的下側(cè)面130。杠桿300和后副尺220上設(shè)有相互配合的離合機構(gòu)400。較佳地，離合機構(gòu)400 為V型的凸部410和V型的凹部420。前副尺210和后副尺220之間分離了一小段距離，該距離的最大值記為S ’ ;當(dāng)離合機構(gòu)400緊密閉合時，前副尺210和后副尺220形成可同步位移的剛性結(jié)構(gòu)，且前副尺210和后副尺220之間的相對距離為固定值δ。顯然，δ< δ '。參照圖3和圖4，前副尺210上還設(shè)置有由鎖緊軸510和壓縮彈簧520組成的自鎖機構(gòu)500，鎖緊軸510上有鎖緊面511與主尺尺體110的上側(cè)面140緊密抵持，從而將前副尺210鎖緊在主尺尺體110上不能自由移動；鎖緊軸510的一端與所述壓縮彈簧520套接，另一端512抵接杠桿300。當(dāng)按壓滾輪310至其抵觸主尺尺體110的下側(cè)面130時，杠桿300逆時針偏轉(zhuǎn)，從而推動鎖緊軸510去壓縮壓縮彈簧520，同時鎖緊軸510發(fā)生位移，使鎖緊面511離開主尺尺體110的上側(cè)面140，前副尺210與主尺尺體110之間原有的鎖緊狀態(tài)被解除，此時若搓動滾輪310，便可帶動副尺200沿整數(shù)刻線112的排列方向移動。當(dāng)松開滾輪310后，壓縮彈簧520產(chǎn)生反彈力使鎖緊軸510復(fù)位，鎖緊狀態(tài)恢復(fù)，同時鎖緊軸510推動杠桿300順時針復(fù)位。參照圖5，后副尺220也為一框體222。框體222內(nèi)置了一定位軸600，較佳地，該定位軸600為球頭軸。定位軸600具有軸體610、球頭620和外露的柄630，定位軸600僅可沿其軸心線方向往復(fù)位移；軸體610上套裝有彈性簧片223，彈性簧片223可使定位軸600在使其發(fā)生位移的外力撤銷后帶著球頭620復(fù)位。參照圖6，前副尺框體213上設(shè)有限位塊213a，后副尺框體222上設(shè)有限位孔222a,限位塊213a與限位孔222a相互配合，以限制后副尺220相對前副尺210的最大移動距離氺δ丨。參照圖7a和圖7b，主尺尺體110的下側(cè)面130設(shè)有一排定位凹凸，較佳地，所述一排定位凹凸為一排定位孔150 (為敘述方便,記為排孔150);每個定位孔(為敘述方便,記為個孔150’)的形狀和大小都相同，且其內(nèi)徑小于球頭620的球徑；每兩個相鄰個孔150’之間的中心距都相等，且每個個孔150’的中心都與整數(shù)刻線112的某根相應(yīng)刻線保持一一對應(yīng)的固定關(guān)系，這種對應(yīng)關(guān)系可以根據(jù)需要選取確定。對于小量程卡尺而言，每個個孔150’優(yōu)選與整數(shù)刻線112的偶數(shù)刻線保持一一對應(yīng)的固定關(guān)系，此時每兩個相鄰個孔150’之間的中心距離是2毫米，個孔150’的總數(shù)量至少是標(biāo)定量程數(shù)值的一半。為了清楚的顯示所述排孔150和所述球頭620之間的關(guān)系，圖7b為圖7aH處的放大圖。排孔150的起始位置是這樣確定的當(dāng)副尺200的動量爪212和主尺100的靜量爪120閉合，即前副尺210的測標(biāo)211對準(zhǔn)整數(shù)刻線112的原始零位111時，按壓滾輪310使離合機構(gòu)400緊密閉合，球頭620的球心恰好與某個個孔150’的中心同軸重合，該個孔150’的所在位置即為排孔150的起始位置。此時原始零位111、前副尺210、后副尺220、排孔150、整數(shù)刻線112這五者之間就建立了固定的有序關(guān)系，哪怕因離合機構(gòu)400脫開致使有序關(guān)系受到破壞，但只要離合機構(gòu)400閉合，這種有序關(guān)系就會恢復(fù)。不難推理在這種有序關(guān)系的約束下，假定閉合離合機構(gòu)400，使前副尺210和后副尺220作為一個整體同步移動到球頭620的球心與圖7a所示左起第二個個孔150’的中心同軸重合時，前副尺210的測標(biāo)211將恰好對準(zhǔn)整數(shù)刻線“2”。以此類推，前副尺210和后副尺220之間永遠保持著2毫米的設(shè)定關(guān)系，這2毫米就是前副尺210和后副尺220之間分離距離的原始設(shè)定值δ，即δ = 2，此時δ '略大于2即可。對于大量程卡尺而言，每個個孔150’可以不選取與整數(shù)刻線112的偶數(shù)刻線保持一一對應(yīng)的固定關(guān)系、而是選取其它固定對應(yīng)關(guān)系，這時δ及
δ丨的值也相應(yīng)有所變化。無論選取何種對應(yīng)的固定關(guān)系，必須保證δ ^ I0以下所述均以δ = 2為前提。位置確定后的個孔150’的孔中心等效于所述的小數(shù)零位。個孔150’等效于所述小數(shù)零位的位置一旦確定，即意味著當(dāng)前副尺210和后副尺220同步位移而離開原始零位111后，無論前副尺210位于主尺尺體110上任何位置并被鎖定在該位置時，只要定位軸600的球頭620出現(xiàn)移動、沿整數(shù)刻線112的排列方向去與附近某個個孔150’的中心同軸重合時，定位軸600的徑向側(cè)力必定帶動后副尺220產(chǎn)生相對前副尺210的位移，且后副尺220相對前副尺210的位移距離Τ，必定與前副尺210的測標(biāo)211越過某根整數(shù)刻線的距離t即所需測量的小數(shù)值相關(guān)。T與t的相關(guān)關(guān)系為假設(shè)I :當(dāng)定位軸600僅是沿軸線單向受力時，球頭620會自動滑落進入距其最近的某個個孔150’中而與該個孔150’的孔心自然同軸重合，此時會出現(xiàn)兩種情況兩種結(jié)果參照圖8a，當(dāng)球頭620是沿接近原始零位111方向移動去與距其最近的個孔150’的孔心自然同軸重合時，因為T+2=t+2，所以t=T。參照圖8b，當(dāng)球頭620是沿背離原始零位111方向移動去與距其最近的個孔150’的孔心自然同軸重合時，因為T=3 - 2 - t，所以t=l - Τ。假設(shè)2 :當(dāng)定位軸600是軸向和徑向同時受力時，球頭620會沿軸向力和徑向力的合力方向去與距其最近的某個個孔150’的孔心被迫同軸重合，此時也會出現(xiàn)兩種情況兩種
結(jié)果參照圖Sc，當(dāng)球頭620是沿背離原始零位111方向移動去與距其最近的個孔150’的孔心受迫同軸重合時，因為t + 2=t’ + 2,所以t=t’ ；又因為t’ =2-T,所以t=2 — To參照圖8d，當(dāng)球頭620是沿接近原始零位111方向移動去與距其最近的個孔150’的孔心被迫同軸重合時，因為t + 2=t’ + 2，所以t=t’ ；又因為t’ =T - 1，所以t=T - I。上述的4種相關(guān)關(guān)系便是小數(shù)值t顯示的設(shè)計依據(jù)。為兼容各種測微機構(gòu)的顯示特性并兼顧操作心理，需同時并用t = T和t = T 一 I為設(shè)計依據(jù)。實現(xiàn)該依據(jù)的必要條件是①必須沿3點鐘方向去推壓球頭軸600使球頭620受迫落入距其最近的前一個個孔150’(接近原始零位111方向為前);②必須有限位裝置以絕對禁止球頭620落入距其最近的后一個個孔150’(背離原始零位111方向為后)，并絕對禁止球頭620超越距其最近的前一個個孔150’而落入更前一個個孔150’。由于T值絕不會大于2毫米，所以前副尺210和后副尺220之間的自由分離距離δ ’選擇在略大于2毫米范圍即可。參照圖9,所述雙零位尺體是這樣工作的步驟一拇指按壓并搓動滾輪310，移動副尺200。無論副尺200位于主尺尺體110上的任何位置，也無論離合機構(gòu)400的V型凸部410和V型凹部420是否偏離，只要拇指按壓滾輪310使其接觸主尺尺體110的下側(cè)面130，杠桿300便立刻發(fā)生逆時針偏轉(zhuǎn)，使得前副尺210與主尺尺體110原先的自鎖狀態(tài)被解除，前副尺210可以沿主尺尺體110自由移動；同時V型凸部410向V型凹部420靠攏直至緊密貼合，離合機構(gòu)400閉合，使前、后副尺210和220形成一個剛性的整體，前副尺210可以帶動后副尺220同步移動；同時前副尺210和后副尺220之間的分離距離被復(fù)原至原始設(shè)定值δ。此時前副尺210和后副尺220之間不能也沒有相對運動。為了使拇指的按壓力能 始終直接施加在杠桿300上，以保證離合機構(gòu)400能充分可靠閉合，又能使拇指的按壓力同時施加在滾輪310上予以搓動使副尺200出現(xiàn)位移。較佳地，滾輪310的外圓面311是被設(shè)計為與杠桿300的邊緣面301平齊的。步驟二 拇指離開滾輪310。當(dāng)副尺200移動到測定位置時，前副尺210的測標(biāo)211恰好對準(zhǔn)或越過的那根整數(shù)刻線所代表的數(shù)值即為本發(fā)明所定義的整數(shù)值LI。此時拇指停止搓動并離開滾輪310，按壓力撤銷，前副尺210立刻又恢復(fù)自鎖狀態(tài)而不再能夠自由移動；與此同時，杠桿300發(fā)生逆時針偏轉(zhuǎn)，離合機構(gòu)400的V型凸部410離開V型凹部420，離合機構(gòu)400分離。此時的前副尺210和后副尺220不再是一個剛性的整體，后副尺220可以相對已又被自鎖不動的前副尺210出現(xiàn)位移。步驟三拇指推壓球頭軸。拇指離開滾輪310后，順勢滑挪到左邊按3點鐘方向去推動并按壓定位軸600外露的柄630，使球頭620沿接近前副尺210方向受迫進入與其最接近的個孔150’中直至不能繼續(xù)推動和按壓，此時球頭620的球心與其所進入的個孔150’的孔心必定已經(jīng)同軸重合。后副尺220在定位軸600徑向力的帶動下，也會隨著球頭620的移動而同步位移相同距離。至此，所述雙零位尺體的工作過程結(jié)束。如果前副尺210和后副尺220上分別安裝了測微機構(gòu)的相對運動部分，則所述測微機構(gòu)將能測量和顯示出步驟三過程中后副尺220相對前副尺210的位移量，該位移量即是本發(fā)明所定義的小數(shù)值t。將步驟二過程中所得的整數(shù)值LI與小數(shù)值t相加，便得到一個完整的測量值。本發(fā)明所述的雙零位尺體雖比傳統(tǒng)公知的卡尺操作多了一個推壓定位軸600外露柄630的動作，但它能滿足雙零位測量的要求從而能給卡尺帶來前所未有的變化，同時這一動作本身還另有兩個不容忽視的技術(shù)價值即有益效果①實現(xiàn)恒測力測量。無論拇指推壓外露柄630的力有多大，都不會傳遞到前副尺210的動量爪212上、從而與動量爪212接觸被測面的狀態(tài)無關(guān)，且與測微機構(gòu)的顯示值無關(guān)，因而實現(xiàn)了恒測力測量，避免了由于測量力不同而造成的示值差異，使測量結(jié)果更客觀一致，由此提高了量值的傳遞質(zhì)量，這是任何現(xiàn)代卡尺都渴望實現(xiàn)但未實現(xiàn)的飛躍。
②實現(xiàn)測讀分離。由于前副尺210的動量爪212與被測面接觸后，前副尺210處于強力自鎖狀態(tài)，此時可將動、靜量爪212和120輕輕移離使卡尺離開被測件，再在最舒適的身勢下去推壓外露柄630進而讀數(shù)，由此實現(xiàn)了測讀分離，對刁難部位的測量有利。三、本發(fā)明所述雙零位機械表卡尺
帶表卡尺的讀數(shù)效率高于游標(biāo)卡尺，可靠性及對使用環(huán)境的要求都優(yōu)于電子卡尺，因而擁有龐大的使用人群。目前公知帶表卡尺毫無例外的都是齒條固裝在主尺上，帶齒輪的指示表固裝在副尺上，齒輪與齒條始終保持嚙合，齒條的長度必須大于標(biāo)定量程。這種構(gòu)式的弊病在于①齒條制造難度大、工藝成本高。以顯示精度O. 02毫米的公制齒條為例，其模數(shù)僅為O. 19894、齒全高僅有O. 45毫米、齒條總寬度3. 2毫米、總厚度I. 6毫米。對于這種又窄又薄的精密齒條來說，無疑是越短越容易制造、越長越難以制造甚至無法制造。正因如此，目前帶表卡尺的最大量程是無法與游標(biāo)卡尺和電子卡尺相比的，后兩者的最大量程已經(jīng)做到了至少4米，而目前哪怕是超過I米量程的帶表卡尺都仍是空白。②測量精度難以保證。由于作為測量基準(zhǔn)元件的齒條薄、窄、長，即使齒條制造合格、但在周轉(zhuǎn)和安裝齒條的過程中，也會產(chǎn)生變形，齒條變形即意味測量基準(zhǔn)有偏差，測量精度是很難達到全量程都準(zhǔn)確的。③使用壽命短。在帶表卡尺的使用過程中，其可動量面在從原始零位到達被測點的長距離快速往復(fù)移動(拉開和回送)過程中，齒輪和齒條始終在做劇烈的嚙合傳動，測量完畢歸零復(fù)位時，齒輪和齒條再次做反向的長距離劇烈嚙合傳動，這種劇烈嚙合傳動的出現(xiàn)頻率極高，無效磨損極其巨大。在一次測量過程中，齒輪和齒條的無效磨損傳動約占99%，大大縮短了齒形元件的有效使用壽命。④普遍的，公知帶表卡尺的齒條在測量時是敞露的，沒有防護能力，細小的鐵屑和磨削粒等異物可無阻擋的落入齒間，更不能應(yīng)用于粉塵場合；敞露的齒條其齒間還容易形成油泥積垢，以至卡尺很容易出現(xiàn)拉動不暢或強行拉動致?lián)p的現(xiàn)象。齒條敞露的缺陷困擾了量具界幾十年，直到200620006379. 8號中國專利公示了一種高防護帶表卡尺，才首次解決了齒條敞露問題，不足的是，該發(fā)明沒有解決齒形元件的無效磨損極其巨大的問題。本發(fā)明所述雙零位機械表卡尺的目的是實現(xiàn)一種短齒條、長壽命、高防護、恒測力、能自鎖、測讀可分離的純機械式帶表卡尺。它是這樣實現(xiàn)的一種雙零位機械表卡尺，由本發(fā)明所述的雙零位尺體和測微機構(gòu)，所述測微機構(gòu)為傳統(tǒng)公知的機械量表700組成；所述機械量表700所需的齒輪齒條最大嚙合行程為δ '，但遠小于標(biāo)定量程。參照圖10a、圖IOb和圖10c。在本發(fā)明所述的雙零位尺體中，后副尺220的框體222延伸出凸出部224，凸出部224—直延伸到前副尺210內(nèi)部，且在彈壓簧片225的作用下與主尺下側(cè)面130緊貼。將一根短齒條701在前副尺210的內(nèi)部空間里固裝到凸出部224上，并與固裝在前副尺210上的機械量表700的齒輪組702嚙合，可嚙合行程為δ '。按所述雙零位尺體的工作步驟，可以完成所述雙零位機械表卡尺的測量操作。所述雙零位機械表卡尺的讀數(shù)方法與傳統(tǒng)公知帶表卡尺完全一樣先讀主尺上的整數(shù)，再讀表盤上由圓刻度表達的小數(shù)，再將兩數(shù)相加，即為測量值。本發(fā)明所述的雙零位機械表卡尺具有如下技術(shù)效果①突破了齒條長度必須大于標(biāo)定量程這一從上世紀(jì)70年代初至今從未跨越的技術(shù)禁區(qū)，齒條大幅縮短，制造容易，不易變形，安裝調(diào)整方便，卡尺精度易于保證。②齒輪和齒條之間只存在極短距離的必要有效嚙合傳動，因而齒形元件的無效磨損極其微小，卡尺使用壽命因此大幅提高。以量程150毫米、顯示精度O. 02毫米的傳統(tǒng)帶表卡尺測量中間值75毫米長度為例卡尺從閉合狀態(tài)拉開到卡住75毫米長度的兩端，卡尺的副尺至少需要移動75毫米；測量完畢后，卡尺復(fù)位到閉合狀態(tài)，又需要移動至少75毫米，兩次移動共計75毫米X2= 150毫米。顯示精度O. 02毫米的量表是指針每轉(zhuǎn)一圈為2毫米，因此量表的指針共計轉(zhuǎn)了 150 + 2 = 75圈。而對于相同量程、相同顯示精度、相同測量過程的雙零位機械表卡尺，當(dāng)應(yīng)用到t=T時，表盤指針至多只需轉(zhuǎn)動半圈即O. 5圈便可完成測量過程。兩者相比較，75圈+0.5圈=150倍。當(dāng)應(yīng)用到t = T 一 I時，也至多僅需轉(zhuǎn)動I圈便可完成測量過程，兩者相比較，75圈+1圈=75倍。所以雙零位機械表卡尺齒輪組的磨損量比傳統(tǒng)帶表卡尺大幅減少，被測的長度越長，齒輪組無效磨損的減少量就越顯著。③可以制造量程與游標(biāo)卡尺和電子卡尺一樣長的大量程帶表卡尺(如3米尺、4米尺)，填補了制造空白。④齒條密閉抗污染，損害齒形的粒狀異物不能進入，齒間距不會產(chǎn)生變化。相對目前防護能力最高的200620006379. 8號中國專利所公示的高防護帶表卡尺，本尺的齒條防護能力更高、可以呈密封狀態(tài)，需要時，對固體污染物質(zhì)的防護能力可以極大的提高到公知帶表卡尺望塵莫及的IP60級。⑤由于前副尺和后副尺在主尺上被拉開、回送和復(fù)位過程中均為相對靜 止?fàn)顟B(tài)，量表的指針是不轉(zhuǎn)的、即齒輪和齒條之間是沒有嚙合傳動的，因此拉動更加快速平穩(wěn)，測量效率因此更高。⑥相對傳統(tǒng)帶表卡尺，齒條的安裝沒有擠占主尺面積，因而整數(shù)刻線平面寬敞了數(shù)倍，更清晰、更容易辨讀。⑦所用的量表無需另行特別設(shè)計和制造，核心部件的通用性強。⑧測量力是恒定的，不受測量者用力大小的影響，避免了由于測量力不同而引起的示值差異，測量結(jié)果更客觀一致，提高了量值的傳遞質(zhì)量。⑨可以測讀分離，對于深度測量或普通車床操作中的直徑測量或其它刁難部位的測量尤顯便利，不需歪頭扭身去讀數(shù)或無法讀數(shù)。⑩具備強力自鎖功能。相對傳統(tǒng)自鎖卡尺，自鎖力更加強大，但解除自鎖又因杠桿而遠更輕松省力。四、本發(fā)明所述雙零位電子表卡尺電子卡尺的讀數(shù)效率最高，但IP54或更低防護級別的普通容柵電子卡尺對油水污染極為敏感。目前公知電子卡尺的現(xiàn)狀是為了克服容柵電子卡尺怕水怕油的缺陷，世界各國廠商相繼開發(fā)生產(chǎn)了防水電子卡尺。目前已成功應(yīng)用的防水電子卡尺有兩類，一類是非容柵的原理防水電子卡尺，另一類是以角位移容柵原理制作的結(jié)構(gòu)防水電子卡尺。前者雖然有防水的能力，但放棄了容柵電子傳感器耗電極省、不怕強磁的優(yōu)勢，后者雖然達到了防水的目的，但沒有解決齒條的長程動態(tài)密封問題，在粉塵環(huán)境里工況不佳，綜合防護能力不足。用線位移容柵原理制作的防水電子卡尺至今未見面世，究其原因，是因為要在很有限的空間里實現(xiàn)與主尺等長的長柵條動態(tài)水封是公認的高難課題。但是，線位移容柵傳感器在技術(shù)成熟度、生產(chǎn)批量、性價比、電池續(xù)航力、抗磁性能等諸方面都具有強大優(yōu)勢，放棄這么多的優(yōu)勢去達到防水的單一目的，技術(shù)代價高昂。本發(fā)明所述雙零位電子表卡尺的目的是實現(xiàn)一種恒測力、能自鎖、測讀可分離、可以采用各種電子位移傳感器制作的準(zhǔn)電子式防水卡尺。它是這樣實現(xiàn)的一種雙零位電子表卡尺，由本發(fā)明所述的雙零位尺體和測微機構(gòu)，所述測微機構(gòu)為傳統(tǒng)公知的各種線位移電子傳感器組成；所述的線位移電子傳感器，包括容柵線位移電子傳感器；所述線位移電子傳感器的最大耦合行程略大于所述的原始設(shè)定值δ，但遠小于標(biāo)定量程。參照圖Ila和圖11b，在本發(fā)明所述的雙零位尺體中，前副尺210上固裝了一個防水密封盒800，電路板801等所有的電子部件均安裝在防水密封盒800內(nèi)部。一根驅(qū)動軸225與后副尺220固裝。驅(qū)動軸225穿越并伸入到防水密封盒800的內(nèi)部空間里，帶動防水密封盒800內(nèi)部的動?xùn)虐?02隨后副尺220同步靜止或移動。動?xùn)虐?02與電路板801之間有電路耦合，耦合行程略大于所述的原始設(shè)定值S。驅(qū)動軸225與防水密封盒800的穿越處裝有密封軸承(未畫出)，可以防水、防油、防塵。電子顯示屏803所顯示的整數(shù)位通過電路處理是凝固為O的。按所述雙零位尺體的工作步驟，可以完成所述雙零位電子表卡尺的測量操作。所述雙零位電子表卡尺的讀數(shù)方法與傳統(tǒng)公知帶表卡尺完全一樣先讀主尺上的整數(shù)，再讀顯示屏上直接由數(shù)字顯示的小數(shù)，再將兩數(shù)相加，即為測量值。所述電子表卡尺也可采用各種角位移電子傳感器，所述的角位移電子傳感器，包括容柵角位移電子傳感器。它是這樣實現(xiàn)的一種雙零位電子表卡尺，由本發(fā)明所述的雙零 位尺體和測微機構(gòu)，所述測微機構(gòu)為傳統(tǒng)公知的角位移電子傳感器組成；參照圖10a，圖12a、圖12b和圖12c，在本發(fā)明所述的雙零位尺體中，后副尺220的框體222向靠近所述原始零位的方向延伸出凸出部二 224’，該凸出部二 224’伸入到前副尺210內(nèi)部，一彈壓簧片二 225’抵接凸出部二 224’將凸出部二 224’與主尺下側(cè)面130緊貼；一根短齒條二 701’在前副尺210的內(nèi)部空間里固裝在凸出部二 224’上。所述角位移傳感器具有與前副尺固裝的齒輪組二 900，齒輪組二 900的輸出端為旋轉(zhuǎn)軸二 901 ;齒輪組二 900與短齒條二 701’在前副尺210的內(nèi)部空間里無間隙嚙合，可嚙合行程的最大值為S ’ ;所述角位移傳感器還具有與前副尺210固裝的防水密封盒二1000，旋轉(zhuǎn)軸二 901穿越并進入防水密封盒二 1000內(nèi)部，穿越處有防水密封軸承二 1001，可以防水、防油、防塵。電路板二 1002等所有的電子部件均安裝在防水密封盒二 1000內(nèi)部。圓形動?xùn)牌?1003在防水密封盒二 1000內(nèi)部與旋轉(zhuǎn)軸二 901固裝，可與旋轉(zhuǎn)軸二 901同步旋轉(zhuǎn)或靜止。圓形動?xùn)牌?1003與電路板二 1002之間有電路耦合，通過檢測圓形動?xùn)牌?1003相對電路板二 1002的角度位置和圓形動?xùn)牌?1003因短齒條二 701’移動而產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)圈數(shù)，可以測量和顯示后副尺220相對前副尺210所出現(xiàn)的直線位移距離。電子顯示屏二1004所顯示的整數(shù)位通過電路處理是凝固為O的。按所述雙零位尺體的工作步驟，可以完成所述雙零位電子表卡尺的測量操作。所述雙零位電子表卡尺的讀數(shù)方法與傳統(tǒng)公知帶表卡尺完全一樣先讀主尺上的整數(shù)，再讀顯示屏上直接由數(shù)字顯示的小數(shù)，再將兩數(shù)相加，即為測量值。本發(fā)明所述的雙零位電子表卡尺具有如下技術(shù)效果①可以采用包括容柵在內(nèi)的各種線位移和角位移電子傳感器來制作防水電子卡尺，能以低的技術(shù)代價獲得電子卡尺的防水功能，可發(fā)揮容柵傳感器耗電量省、抗磁能力強、價格低廉等綜合優(yōu)勢。②綜合防護能力強大，無論齒形機械元件還是電子零部件，均能抵抗固態(tài)和液態(tài)物質(zhì)污染，防護等級至少可達IP65 兼?zhèn)鋫鹘y(tǒng)公知帶表卡尺和傳統(tǒng)公知電子卡尺的優(yōu)點，小數(shù)值直接數(shù)字顯示，比傳統(tǒng)公知帶表卡尺的讀數(shù)效率更高、比IP54或更低防護級別的普通容柵電子卡尺的使用范圍更廣。④給卡尺家族增添了一個從未有過的新品種，具有很強的實用性，特別適于在有油水污染的環(huán)境中快速高效測量。⑤測力恒定、測讀分離、強力自鎖、解鎖輕松省力。五、本發(fā)明所述雙零位游標(biāo)卡尺游標(biāo)卡尺是通過將微小量放大從而精確測量長度的最常用工具，它使用可靠，但由于游標(biāo)的刻線密集，一般要有51根游標(biāo)線，因而判斷困難、讀數(shù)效率低。傳統(tǒng)游標(biāo)卡尺還由于受人體肉眼分辨力極限的限制，普遍認為其顯示精度最高只能達O. 02毫米而不能再高了(即最精密的卡尺游標(biāo)細分裝置只能是將49毫米等分成50份)。雖然理論上和制造技術(shù)上完全可以按顯示精度O. 01毫米設(shè)置卡尺游標(biāo)細分裝置(即將99毫米等分成100份，如200710300811. 3號中國專利所公示)，但由于O. 01毫米已經(jīng)接近人眼分辨力極限O. 006毫米，因而在這樣的高細分游標(biāo)裝置中判斷哪根線最為重合對齊極其困難，這時即使采用放大鏡，也只不過是將線間差距同倍放大，對判斷毫無幫助，因而這樣的高細分游標(biāo)設(shè)置在卡尺上沒有實用性。也曾有顯示精度可達0.01毫米的游標(biāo)長度量具在文獻中出現(xiàn)，但其外形與卡尺相距甚遠，已經(jīng)不是卡尺了。所以游標(biāo)卡尺自問世以來，沒有顯示精度0.01毫米的實物產(chǎn)品面世。 本發(fā)明所述雙零位游標(biāo)卡尺的目的是實現(xiàn)一種恒測力、能自鎖、測讀可分離、顯示精度高于O. 02毫米但更容易辨讀的新型游標(biāo)卡尺。它是這樣實現(xiàn)的一種雙零位游標(biāo)卡尺，由本發(fā)明所述的雙零位尺體和測微機構(gòu)，所述測微機構(gòu)為傳統(tǒng)公知的游標(biāo)細分裝置，以及一個直線位移放大器組成。所述游標(biāo)細分裝置的最大有效移動行程為S K，δ為本發(fā)明所述的原始設(shè)定值，K為所述直線位移放大器的放大倍數(shù)。S K遠小于標(biāo)定量程。參照圖13a、圖13b。在本發(fā)明所述的雙零位尺體上，一根驅(qū)動桿226與后副尺220固裝，可隨后副尺220同步靜止或移動；一塊滑槽板214與前副尺210固裝，一個游標(biāo)筒215可在滑槽板214的滑槽內(nèi)規(guī)范的自由滑動；在驅(qū)動桿226與游標(biāo)筒215之間，有一個直線位移放大器216固裝在滑槽板214上。直線位移放大器216的位移放大量K可按需選取，優(yōu)選的位移放大量是K = 10。驅(qū)動桿226將后副尺220的移動量輸入直線位移放大器216，經(jīng)直線位移放大器216將該移動量放大后，再輸出給游標(biāo)筒215接收，也就是說，當(dāng)后副尺220移動了 O. 01毫米時，游標(biāo)筒215可同向移動O. I毫米。一排兩兩距離為I毫米的小刻線217刻制在滑槽板214的斜面上，一段游標(biāo)線218刻制在游標(biāo)筒215上與小刻線217共面的斜面上，可游動的游標(biāo)線218與相對固定的小刻線217共同組成共面的無視差游標(biāo)細分裝置，該游標(biāo)細分裝置可相對移動的最大值略大于10 δ。游標(biāo)筒215上的游標(biāo)線218按顯示精度O. I毫米設(shè)置(即將小刻線217的9毫米等分成10等份)，由于它是放大了 10倍的精度值，因而該精度值縮小10倍后實為O. 01毫米，所以游標(biāo)線218雖按精度O. I毫米設(shè)置，但標(biāo)示的精度卻是每格O. 01毫米。小刻線217的排列總長度按后副尺220相對前副尺210的最大有效移動量2暈米加I暈米然后乘10倍設(shè)置，它被分成Α, B兩段應(yīng)用參照圖13c，當(dāng)應(yīng)用到t = T時，由于后副尺220的移動量T最大為I毫米，此時，如果t = T = O. 99暈米，則放大10倍后為9. 9暈米，即后副尺220移動了 O. 99暈米時,游標(biāo)筒215將移動9. 9毫米，在游標(biāo)線218和小刻線217組成的游標(biāo)細分裝置上，讀出的數(shù)值為O. 99，與實際相符。此時應(yīng)用到的是圖13c所示的A段。參照圖13d,當(dāng)應(yīng)用到t = T 一 I時，由于所述后副尺200的移動量T最大為2毫米,此時,如果t = O. 99毫米，則T = t + I = I. 99毫米，放大10倍后為19. 9毫米，即后副尺220移動了 I. 99毫米時，游標(biāo)筒215將移動19. 9毫米，在游標(biāo)線218和小刻線217組成的游標(biāo)細分裝置上，讀出的數(shù)值為O. 99，與實際相符。此時應(yīng)用到的是圖13d所示的B段。參照圖13e,拉簧219的一端與游標(biāo)筒215在內(nèi)部勾掛(未顯不),另一端與直線位移放大器216勾掛，游標(biāo)筒215在內(nèi)部與直線位移放大器216的輸出端216a抵接。當(dāng)直線位移放大器216的輸出端沿圖不左端方向伸出時,游標(biāo)筒215同向位移,拉簧219被拉長；當(dāng)驅(qū)使輸出端216a伸出的力消失后，拉簧219的復(fù)原力驅(qū)使游標(biāo)筒215反向位移復(fù)位歸零，輸出端216a也因被游標(biāo)筒215抵持而同時沿圖示右端方向回縮復(fù)位。按所述雙零位尺體的工作步驟，可以完成所述雙零位游標(biāo)卡尺的測量操作。所述雙零位游標(biāo)卡尺的讀數(shù)方法與傳統(tǒng)公知游標(biāo)卡尺沒有區(qū)別，測量者無需注意應(yīng)用的是A段還是B段，只需按線讀數(shù)即可。本發(fā)明所述的雙零位游標(biāo)卡尺具有如下技術(shù)效果 ①顯示精度可以高達或高于(當(dāng)K > 10時)0. 01毫米。②由于游標(biāo)細分裝置按顯示精度O. I毫米設(shè)置，故刻線稀少，只有11根游標(biāo)線，因此非常容易辨讀，比顯示精度O. 02毫米的傳統(tǒng)游標(biāo)卡尺還要容易辨讀O. 1-0. 02 = 5倍。③測力恒定、測讀分離、強力自鎖、解鎖輕松省力。以上內(nèi)容是結(jié)合具體的優(yōu)選實施方式對本發(fā)明所作的進一步詳細說明，不能認定本發(fā)明的具體實施只局限于這些說明。對于本發(fā)明所屬技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明構(gòu)思的前提下，其架構(gòu)形式能夠靈活多變，可以派生系列產(chǎn)品。只是做出若干簡單推演或替換，都應(yīng)當(dāng)視為屬于本發(fā)明所提交的權(quán)利要求書確定的專利保護范圍。
權(quán)利要求
1.一種雙零位機械表卡尺，包括雙零位尺體和測微機構(gòu)；所述雙零位尺體包括主尺和副尺；所述測微機構(gòu)為帶齒輪組的機械指示表；所述主尺具有靜量爪和主尺尺體，所述主尺尺體上標(biāo)有兩兩距離為I毫米的整數(shù)倍的整數(shù)刻線，距靜量爪最近的起始整數(shù)刻線為原始零位；所述副尺包容所述主尺尺體并可相對所述主尺尺體自鎖不動或沿所述整數(shù)刻線的排列方向移動；其特征在于 所述副尺具有前副尺和后副尺，所述后副尺可相對所述前副尺在有限范圍內(nèi)移動，移動方向與所述整數(shù)刻線的排列方向平行；所述前副尺具有動量爪和測標(biāo)；所述前副尺負責(zé)測量測量值的整數(shù)值，所述后副尺負責(zé)測量測量值與所述整數(shù)值之差； 所述前副尺為一框體，所述框體下部樞接一杠桿，該杠桿自由端設(shè)有一個能自由轉(zhuǎn)動的滾輪，該滾輪靠近所述主尺尺體的下側(cè)面；所述杠桿和所述后副尺上設(shè)有相互配合的離合機構(gòu)，按壓所述滾輪使其接觸所述主尺尺體的下側(cè)面時，所述杠桿偏轉(zhuǎn)，所述離合機構(gòu)閉合，此時，所述前、后副尺形成同步位移的剛性結(jié)構(gòu)；松開所述滾輪，所述杠桿復(fù)位，所述離合機構(gòu)分開； 所述前副尺上還具由鎖緊軸和壓縮彈簧組成的自鎖機構(gòu)；所述鎖緊軸上設(shè)有鎖緊面與所述主尺尺體緊密抵持，從而將所述前副尺鎖緊在所述主尺尺體上而不能移動；所述鎖緊軸一端抵接所述杠桿，所述杠桿施加在所述鎖緊軸上的力使所述鎖緊面與所述主尺尺體分離，從而使所述前副尺與所述主尺尺體之間的鎖緊狀態(tài)解除，此時所述前副尺可沿所述整數(shù)刻線的排列方向移動；所述杠桿施加在所述鎖緊軸上的力撤銷后，所述壓縮彈簧令所述鎖緊軸復(fù)位，使所述鎖緊軸恢復(fù)到與所述主尺尺體緊密抵持的鎖緊狀態(tài)； 所述后副尺也為一框體，且后副尺具有一僅可沿軸心線方向移動的定位軸，所述定位軸部分容置于框體內(nèi)，所述定位軸上套裝有彈性元件，該彈性元件可使所述定位軸在令其產(chǎn)生位移的外力撤銷后復(fù)位； 所述的主尺上設(shè)有一排定位凹凸，所述定位凹凸的形狀與所述定位軸的徑向斷面形狀相匹配，所述定位凹凸的數(shù)量至少能使其排列長度等于標(biāo)定量程，每個所述定位凹凸的形狀和大小都相同，每個所述定位凹凸的中心都與所述整數(shù)刻線保持固定不變的對應(yīng)關(guān)系，且相鄰兩個所述定位凹凸的中心距相等；當(dāng)所述前副尺的測標(biāo)對準(zhǔn)所述原始零位時，按壓所述滾輪使所述離合機構(gòu)閉合，所述定位軸的對稱中心與某個所述定位凹凸的中心重合，該定位凹凸即為起始定位凹凸； 所述前、后副尺在沿所述整數(shù)刻線的排列方向上分離一小段距離，記為δ ';所述前副尺和所述后副尺上設(shè)有相互配合的限位裝置，所述限位裝置使所述后副尺相對所述前副尺的最大位移距離氺δ ';所述離合機構(gòu)閉合時，所述前、后副尺在沿所述整數(shù)刻線的排列方向上的分離距離，記為H > δ彡I毫米且等于一排所述定位凹凸中相鄰兩個定位凹凸的中心距； 所述后副尺的框體向靠近所述原始零位的方向延伸出凸出部，該凸出部伸入到所述前副尺內(nèi)部，在該凸出部上固裝有一短齒條；一彈壓簧片抵接所述凸出部將所述凸出部與所述主尺下側(cè)面緊貼；所述帶齒輪組的機械表固裝于所述前副尺；所述齒輪組與所述短齒條在所述前副尺的內(nèi)部空間里相嚙合，嚙合行程的最大值為δ '； 所述帶齒輪組的機械指示表僅測量和顯示所述后副尺相對所述前副尺的位移距離。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種雙零位機械表卡尺，包括雙零位尺體和測微機構(gòu)；所述雙零位尺體包括主尺和副尺。所述副尺具有前副尺和后副尺，所述后副尺可相對所述前副尺在有限范圍內(nèi)移動，移動方向與所述整數(shù)刻線排列方向平行；所述前副尺具有動量爪和測標(biāo);所述前副尺負責(zé)測量測量值的整數(shù)值，所述后副尺負責(zé)測量測量值與所述整數(shù)值之差。所述后副尺中設(shè)有定位軸，所述卡尺還具有杠桿，自鎖機構(gòu)和離合機構(gòu)，共同控制所述前、后副尺的位移。本發(fā)明所述雙零位卡尺采用了“雙零位測量”新概念，能大幅度的縮短游標(biāo)線、量表、電子傳感器等現(xiàn)代測微機構(gòu)的工作行程，理論上可縮短到最大僅為1毫米的程度，為突破現(xiàn)代卡尺的四大技術(shù)極限奠定了極為有利的基礎(chǔ)。
文檔編號G01B3/20GK102914228SQ20121036271
公開日2013年2月6日 申請日期2011年9月26日 優(yōu)先權(quán)日2011年9月26日
發(fā)明者吳大衛(wèi) 申請人:東莞市邦卡量具科技有限公司