专利名称：一种高精度游标卡尺的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种游标卡尺类量具，特别是一种高精度游标卡尺。主要用于精密测量外径和厚度等。
背景技术：
经网上检索专利文献和《工具技术》、《机械制造》、《机械工程师》等有关刊物目录，及国内量具生产厂家的产品介绍，均未发现和本发明结构类似的一种高精度游标卡尺。
在现有技术中，众所周知，国内外广泛使用的游标卡尺，读游标刻线式的，以分度值为0.02mm精度最高，其可读值为0.02mm，示值误差即测量误差仅为±0.02mm；数显游标卡尺虽可读值为0.01mm，但示值误差达±0.03mm，且测量范围越大，它们的示值误差越大。
上述卡尺虽均有结构简单、使用方便、用途广泛、价格较低、测量范围大等优点，但其测量精度均不及一般示值范围间隔为25mm规格的普通千分尺。该类最广泛使用的千分尺，可读值为0.01mm，一级品0-25mm规格的，示值误差为±0.004mm。测量精度更高的杠杆千分尺和杠杆卡规类及微米千分尺，属千分尺类的精品，示值误差为±0.002mm。但由于可读测微范围或量程有限及价格高等因素制约，在一般企业的一线车间里运用并不普遍，据说大多为检验员使用。
由于精密量具、量仪类大多价格较高或昂贵且测微范围较小，有的对一线生产环境难以适应等诸多因素的存在，使得在正向数字化、高速、高效、高精方向发展的机械制造业的一线车间里，有许多按公差与配合等级要求本应使用精密量具测量的工件常常被迫使用游标卡尺或一般千分尺去进行费时费力且难度很大的高精度测量。这不但影响产品质量，也阻碍生产率的进一步提高。这些都是通用量具精密化技术发展滞后造成的。
本发明的目的就在于克服上述现有技术的不足之处，提供一种结构简单，耐用且特别能适用于一线车间生产人员和检验员等使用的高精度游标卡尺。该尺最低设计标准的起点为可读值0.002mm，示值误差应为±0.002mm，较高精度的，其可读值便进入微米以外的区域。
本发明是这样实现的。
本发明的高精度游标卡尺，主要由尺框及其上的游标副尺和主尺等组成。尺框左边上部向左悬伸部分为量爪。该量爪，可只有一个量爪面，也可有多个量爪面朝下向右下方向呈阶梯状分布，各爪面互相平行。尺框里的与主尺下部斜面接触的斜面导轨向右下方倾斜，倾斜角度大小与主尺斜面角度相同、方向相反。主尺的左边零线与尺框上安装的游标副尺的左零线对齐时，主尺的上平面和与其相对的尺框里的上平面间有较大的垂直空间，该空间略大于为主尺设计的上升值即最佳升程。主尺上平面与尺框上各量爪面、尺框里的上平面及尺框的底平面平行，与尺框内壁及各导向面垂直。主尺上平面与主尺本身两侧面及两端面也垂直。主尺上刻有和普通游标卡尺一样间距为1mm的刻线，但布线方向沿主尺斜边倾斜方向从右向左分布，长短线分布规律及线长之间的比例均参照现有游标卡尺取值或稍长些。主尺和游标副尺上的阿拉伯数字均从右向左按数值大小排列。排列方向与现有卡尺相反并允许出现小数。游标分度值可按现有卡尺范围取。主尺和副尺的刻线，在主尺和尺框里的斜面导轨以正弦函数取角度值时，刻线均应垂直于主尺的斜边，以正切函数取值时，刻线必须垂直于主尺的上平面，游标副尺要求一样。主尺的上平面即为主尺上的量爪面。
尺框量爪的数量，优选地，可以为一个或多个，该尺所用角度的函数值越小，量爪面可设数越多，量爪面越多，总示值范围越大。量爪悬伸长度越长可设的量爪面就越多。在该尺尺框底平面的适当位置上可加工两个小螺丝孔，必要时以供安装支承件，使该尺立放用于测量。
量爪面之间的落差相等，且分别等于主尺拟定的最佳升程为最佳。因为这样就多一个量爪面，示值范围就可扩大。
主尺在尺框里允许的纵向移位量的最大值决定主尺最大升程值。优选地，主尺用于测量的最佳纵向位移量长度值，为主尺两端零线之间的距离，该距离乘该尺所用锐角对应的正切值等于拟定主尺的最佳升程。在取相同角度时，主尺有效升程越大，示值范围越大。
尺框上量爪面的上方侧面上，标有该量爪面的测量范围，如标注数为40-50mm时，则表示该量爪面可测Φ40-Φ50或厚度为40mm-50mm的工件或零件，标注为0-10mm，则表示可测量0-10mm尺寸大小的工件或零件等，以此类推。事实上因主尺前端预留了伸出导轨的一部分长度，每量爪面均可测量稍大于其最大可测值的零件。
主尺左端零线与副尺左边零线对齐时，主尺的上平面即主尺的量爪面，与尺框上各量爪面间的垂直距离，为各量爪面上方标注的最大可测值。例如在以正切值0.1或0.05选取该尺斜角时，尺框上量爪面若有标注较小测量范围值，如0-10mm 0-5mm等等，则主尺在尺框里移动至主尺右边零线与副尺左边零线对齐时，主尺的上平面即其量爪面与尺框上的0-5mm 0-10mm量爪面应为无间隙接触的校零状态。此时主尺上平面与尺框上其它量爪面间的垂直距离为其它量爪面上方标注的最小可测范围值。
主尺的斜面和尺框里导轨的倾斜角的正切值可在包括0.1在内的由0.1趋近于0的值中选取，优先地应选择0.1 0.05 0.01 0.001 0.0050.0001等。
以下为主尺面数字排列方法示例本发明的一种高精度游标卡尺的主尺的斜面及尺框里斜面导轨取角所用的正切值为0.1时，拟定最佳升程为10mm时优选地，主尺从左向右的厘米线上的数字为12 11 0 9 8 7 6 5 4 3 2 1 0拟定升程为20mm时，厘米线上的数字为23 22 21 0 19 18 17 16 15 14 13 12 1110 9 8 7 6 5 4 3 2 1 0正切值为0.01时，拟定升程为1mm时，厘米线上的数字为1.5 1.4 1.3 1.2 1.1 0 0.9 0.8 0.7 0.6 0.5 0.4 0.30.2 0.1 0正切值为0.01时，若主尺升程为2mm时主尺厘米线上数字为2.3 2.2 2.1 0 1.9 1.8 1.7 1.6 1.5 1.4 1.3 1.21.1 1.0 0.9 0.8 0.7 0.6 0.5 0.4 0.3 0.2 0.1 0当以正切值0.05取角时，主尺拟定最佳升值为5mm时，主尺厘米线上的数字从左向右排列为
7 6.5 5.5 0 4.5 4 3.5 3 2.5 2 1.5 1 0.5 0当以正切值0.005取角时，主尺拟定最佳升值为0.5mm时，则主尺厘米线上的数字从左向右为0.7 0.65 0.6 0.55 0.45 0.4 0.35 0.3 0.25 0.2 0.150.1 0.05 0总之，本发明的高精度游标卡尺的上述举例中，从主尺厘米线上的数字排列规律可以看出，其数值大小，与该尺的主尺和尺框里的斜面导轨所用斜角即锐角大小对应的正切值的大小有关，即从主尺右零线向左看，其厘线上的厘米长度标记数字，其代表的若干倍毫米的真实长度均已乘过该高精度游标卡尺所用的角的三角函数值，故阅读时见数皆读为若干相应的毫米单位。
本高精度游标卡尺的设计，依据物体在斜面上移动会上升或下降原理，运用直角三角形中边与边及边与角之间存在精确的正切或正弦函数关系的原理，视与主尺的上平面平行的尺框的底平面，为本发明的卡尺尺框的斜面导轨的斜角的邻边，斜面导轨为斜边，尺框左下部的端面为对边。因所用斜角很小，故主尺在尺框里的斜面导轨上较大的纵向位移量，对其上升位移的影响也较小。其上升位移值还同时与该斜角即锐角大小密切相关。其上升值等于其纵向位移量乘以尺框斜面导轨锐角的正切值；以正弦函数值设计斜角大小时，则主尺上升量等于在斜面导轨上的位移量乘正弦函数值。优选的，以斜角的正切函数值取角为宜，方便读数。
本发明的高精度游标卡尺，所用斜角角度越小，测量精确度越高。因为反映在本发明运用现有游标卡尺刻线原理及游标分度值所决定的可读值的精确度对本发明的可读值精确度的影响力越小。以用正切值为0.1取斜面导轨的斜角为例，当本发明该卡尺选用游标分度值为0.02时，本发明卡尺游标副尺的可读值精确度已为分度值×tgα＝0.02mm×0.1＝0.002mm；同理，若所选取导轨角度的正切值为0.01，则本发明卡尺的的可读值精确度应为0.02mm×0.01＝0.0002mm。显而易见，纵然因视力欠佳，在游标副尺上未看清哪条线真正对准主尺上的刻线，所引起的误差也很小。如错把副尺上右零线左边第3条线看成第5条线对齐了主尺上的刻线，即弄错的读数值0.1mm-0.06mm＝0.04mm时，把多读的0.04mm乘以斜角正切值0.01后，造成的实读本卡尺所得的误差值才只有0.04mm×0.01＝0.0004mm。而对于现有游标卡尺当读错值为0.04mm时，读出的实际错误差值即为0.04mm。由此亦可见，本发明的高精度游标卡尺，采用正切值为0.01的斜角时，事实上可读值精确度为现有卡尺可读值精确度的100倍。将此原理推广，改变本发明卡尺导轨斜角角度，即可方便的使可读值精度呈几何级数提高。
本发明的高精度游标卡尺，不局限于附图1示例，主要借助图1说明其结构、设计原理、运用依据、使用方法和主副尺上数字倒排的方向等以便审阅。就图1示例而言，该尺亦可像普通千分尺一样形成各种不同测量范围的规格。如普通千分尺，一般设计为0-25mm，25-50mm，50-75mm等规格，图1高精度卡尺亦可形成0-30mm(指该尺数量爪面测量范围涵盖的区域大小)，30-60mm，60-90mm，90-120mm等规格。如图1尺将主尺两零线间长度增加到200mm，使主尺升程为20mm，主尺在尺框里的上部空间加大到21mm，尺框其他尺寸亦相应加大，则最小起步尺型可为0-60mm，60-120mm，120-160mm等等。所测直径越大，量爪面越少，最少时为1个。尺型较大或太大时，尺框上悬伸的量爪部分，可参照普通千分尺设计成凹弧形，以增大有益空间，容纳被测大工件的外圆表面。尺框里与主尺上平面相对的平面至该尺框底平面部分，形态不变，仅放大尺寸。
其他如以0.05，0.01，0.005，0.001，0.0001等三角函数值取角的高精度游标卡尺，亦可参照上述方法形成系列化，形成测量范围不同、形态各异的规格品种。比如也可在尺框上部只有一个垂直向上的尺身，尺身上有高度尺一样尺框及其上的量爪，借助校对量杆或量块增大测量范围。该量爪可设计成与尺框一体，也可为可分解式的固定在尺框上部或左端面适当部位。当然本发明还可以采用其它形式，比如用本卡尺读数原理，将由副尺构成的读数装置，改为现有技术中已被数显游标卡尺采用的数显读数装置。该读数装置由容栅或光栅传感器和专用集成电路组成。这样该卡尺即可实现高精度测量、测量结果的数字化显示及公英制转换。
图1是本发明高精度游标卡尺一种示例尺的结构示意图；图2是该示例的读法参照图；图3也是示例的读法参照图；图4也是示例的读法参照图；图5也是示例的读法参照图；图6是另一示例的读数装置结构示意图；以下借助附图更详细地说明本发明的一个实施例结构和使用方法。
由图1示例尺可见，由该尺主尺1和副尺20组成的读数装置，尺面上的刻线虽均垂直于主尺1的上平面和尺框的底平面，但其布线方向却均与尺框6里的斜面导轨17的倾斜方向一致。厘米线上的数字排列皆以右零线为起始点，从右向左依次递增，与普通游标卡尺的排列方向相反。主尺左零线虽占据着10的位置，但由该零线向左所排列数字顺序并未因此中断。主尺左端伸出斜面导轨17以外，(因图面有限，画得比较短。)实际伸出长度，应不小于主尺左零线至向左所布的厘米线终点线之间的距离，以把该尺有效测量范围，延伸到Φ30被测工件的半精加工以前的尺寸。
主尺1右零线右边，和普通游标卡尺一样，仍有一段可供副尺读数的不小于50mm的线段未标数字。主尺右端有供手持的隔热件24(尺框底平面、尺框上平面及其背面均应布有一段精密量具应有的隔热材料，为了图面简洁未画出)，以阻隔人体温度传于尺面。主尺左前端有一安全螺钉13，材质应偏软，以防止主尺1由于操作不慎向右滑脱。主尺在尺框6里，与尺框6里面的上平面之间的距离略大于主尺的最佳设计升程，例如在图1示例尺上，略高于0-10mm量爪面。主尺在尺框6里的状况从A-A移出剖面图上清晰可见。该尺尺框底平面前端即导向板15下方至导向板7右侧下方处，各有一个小螺孔未画出。其作用是在需要时安装支承件。这样可将该尺立放于检测台上，有利于操作人员对大批量工件进行高精度检验。
主尺1两侧面与尺框壁及导向板7、14、25之间呈精密配合状态，主尺1斜面与尺框6的斜面导轨17成两斜面接触状态，主尺1导向槽2内，配合有螺钉23前端与导向槽2配合的导向圆柱面，调整螺钉(应为滚花螺钉)4前端有窄槽，槽内有簧片27，调整螺钉4压紧簧片27，可把主尺1锁于尺框内任意位置，导向板25被螺钉5和导向板最下面一个螺钉(未编号)压紧在尺框上下侧面上。导向板7的结构和作用与导向板25完全一样。悬伸于尺框6左上方的部分是与尺框一体的量爪11。量爪11上有从左前方向右后方呈阶梯状分布的12、10、9量爪平面，在每个量爪面上方标有其测量范围，且各爪面落差为主尺1的最佳升程值。各量爪面均与其下方的主尺1上平面平行，量爪侧面与主尺侧面平行，量爪11最左方前端面不允许超出尺框斜面导轨17左端面，以确保在该量爪下测量工件时，测量力落于斜面导轨17承受区域，避免主尺1承受使其右后方微翘之力。被主尺1左前部遮挡的伸向斜面导轨17左端面的那条倾斜的长虚线16，是与尺框里框壁平行的与导向板7前端尺框连为一体的主尺后面的导向面16。(本应改画为与其对面导向板15一样高，由尺框壁前端一直伸向与导向板15左端侧面持平处以增强导向能力，因恐图面脏乱故未改动。)导向板15上有和螺钉14相同的三个螺钉，把导向板15固定在斜面导轨侧面上。导向板15右边为图1卡尺选用的斜角三角函数值的标示。17是尺框里延伸出的斜面导轨，20是分度值为0.02的游标副尺，游标副尺被和21相同的三个小螺钉固定于尺框6下方。安装在尺框上的导向板25及与尺框一体的用虚线16示意的导向面，与主尺的接触面必须光滑精密。主尺应淬火，硬度必须高。用于测量的主尺上平面3、尺框各量爪面亦可焊接硬质合金以增加耐磨性。总之，各量爪面硬度越高越好。当主尺1左零线和游标副尺左零线对齐时，尺框上各量爪面与主尺上平面的垂直距离应与其标示出的最大测量范围值一致。当主尺右零线和副尺20的左零线对齐时，0-10mm量爪面9与主尺上平面为无隙接触状态与10 12两量爪面之间的距离，分别为它们的最低测量范围值。
以下叙述图1示例使用方法由图1主视图和A-A剖面图可知，主尺1被装在尺框6里面。主尺1的上平面距尺框里的上平面的空间高度，不低于主尺左零线与副尺左零线对齐时主尺1与0-10mm量爪之间的距离。调整螺钉4与主尺1侧面之间有一个较薄的簧片27被安装于导向板25的导向面上的窄槽里，拧紧调整螺钉4，可使簧片将主尺紧锁在尺框里，也可用于调整间隙，使主尺另一侧面贴于尺框内壁。螺钉25前端的圆柱面，伸入主尺1侧面的斜向导向槽2内，可以限制主尺向其上方非正常上升，对主尺起保护作用。导向槽2倾斜度与主尺1倾斜角一致，故不会妨碍主尺1纵向移动时向上升或下降。弹簧垫片22，可防止导向螺钉松动，并可确保导向螺钉伸入导向槽2内的圆柱体端面始终不挨着导向槽底，有利于主尺1在测量时不受其制约，并轻松自如地纵向位移。
准备测量时，新尺不必用调整螺丝4，19，以各导向件、面与主尺两侧面的精密配合精度、可确保主尺面在斜面导轨上的运动质量。以下演示在工作台上测量已加工好的零件。设被测量工件直径小于Φ10，适合图1示例尺0-10mm量爪面测量。
以左手第四指或三指托住尺框(6)后面。拇指捏住导向板(7)下侧面，或其左右适合处，右手拇指和食指捏住主尺(1)隔热件(24)，将零件立放。首先将0-10mm尺框量爪面及导向板(7)侧面挨着零件表面，右手推动主尺(1)，使主尺向左前方纵向移动，于是主尺上平面3在纵向位移中上升逐渐接近工件。接近工件时，速度减缓，右手略感阻力增大，即停止推动主尺1。该阻力表明主尺上平面和尺框量爪面均已接触零件被测表面。该微小阻力即为测量力。此时可直接阅读主尺和副尺，主副尺读数之和即为该量爪面下被测工件的精确尺寸，示值误差为±0.002mm，可读值精确度为0.002mm。阅读方法另述。
除上述方法外，也可将尺框6后平面躺在工作台某一平面物体上，将工件置于量爪面间，以左手轻压或抚住工件和尺框6，以右手推动主尺，如上完成测量动作即可。测完后，将主尺向后拉到适当部位，再测量下一工件，十分方便。
检验量大时，也可用尺框下平面上的两个小螺孔，横向安装上两个平行铁，使该尺立放在工作台上测量更方便。此时左手持被测零件，右手完成推拉动作。若测量Φ20-Φ30零件，首先将主尺左零线向右拉至超过副尺左零线一段距离，使尺框6量爪下20-30mm的量爪面挨着工件。然后使该量爪面及与该量爪面垂直的直角面挨着零件表面(一般不要挨着主尺上平面)，再重复上述动作，以右手驱动主尺完成测量。不可用力过大，以免夹伤工件。测平面类零件时，更不允许用力过大，以免量爪面与零件平面间出现自锁现象。
在机床上，直接测量被加工工件时极为方便。如在外圆磨床测量两顶针间装夹的Φ20-Φ30轴时，可将该尺20-30mm量爪面直接搭挂在轴的上表面上，左手扶尺框将尺尾向上翘起。当主尺处在与地平面夹角为20°左右时，右手推动主尺上平面至离工件下表面不远处，然后松开主尺尾部任其靠自重产生的下滑分力，克服与尺框斜面导轨之间的静摩擦力后，继续前进，可自动接触被测工件的下表面。如此操作测量力会十分微小，测量更精确。
按示例最后一种方法使用该类尺，其测量力可随尺尾向上翘起角度大小随心所欲地控制。另外，该尺在设计时已考虑到在适当位置配重，以确保该尺重心位于偏下部。这样，当尺框上量爪面搭挂在被测工件表面时，自重便基本能让上量爪面与被测工件上表面处于良好的接触状态。而尺尾上翘，可用主尺下滑分力，同时使主尺上平面以自动追踪消隙的方式完成与工件下表面良好接触的过程。这些均对高精度测量十分有利，也有利于长期保持该尺的精密。该尺的这种使用方法，有利于我国机械制造业一线车间运用，直接在多类别普通机床和数控机床上进行精密测量外圆类工件。对提高测量精度、提高产品质量、降低生产成本和减少用于测量的辅助时间均有现实意义。
该尺保养方法和要求参照万能量角器。
注意事项为1、不可在非测量状态时将该尺头部即尺框量爪朝下倒拿；2、只有在用调整螺钉4锁紧主尺时，才允许手握尺框倒拿该尺；3、主尺上平面接近被测表面时，动作要慢，施加的测量力要尽量小。
以下叙述高精度游标卡尺的读数原理和读数方法。
读数原理以图1示例尺为例，该尺属本发明高精度游标卡尺取角函数值最大的一类品种。因取角较大，故精度较低，其可读值误差为0.002mm，示值精度仅为±0.002mm。主尺刻线间距及游标副尺刻线间距均与0.02游标分度值的普通卡尺相同，可读值精度和示值精度仅比上述普通游标卡尺提高十倍。
从图1主尺和副尺的数字排列上可见，主尺厘米线上的数字均从其右零线开始从小到大反向排列，至左零线处仍向左前方续排，显然，左零线所占厘米线位置，应该为10。副尺上的数字，也是由小到大从右向左排列。总之，以外观看该尺由主尺1和副尺20构成的读数装置的数字排列布局等，均违背了现有游标卡尺的设计原则，显的有点不伦不类。但这些措施，均是为了达到和现有游标卡尺一样直读被测工件尺寸的目的。可使主尺1在尺框里斜面导轨上因纵向移动产生的上升量，被数字反向排列和反向倒读该尺主尺和副尺的方法自动消除，可免减去主尺上升量的计算。使读取被测工件尺寸的速度，和现有卡尺一样快捷。其中，也与主尺和副尺左零线对齐时，尺框6里主尺1上平面与尺框6各量爪面之间的距离皆等于各量爪面上标示的最大可测范围值有关。因为，主尺1和副尺20两左零线对齐时，该尺已基本处于待测状态。此时就像普通卡尺尺框上的量爪面已向后移，与固定爪面拉开了距离，而尺框上游标的左零线已指向主尺身上的较大数字。反映在本卡尺上则恰恰相反，是主尺的可移动量爪或量爪面与尺框上的固定量爪面拉开了距离。普通卡尺测量时推动尺框，使尺框上的可移动量爪接近工件，同时游标卡尺副尺左零线指向主尺身上的数字越来越小，直至量爪面均接触工件后，再分别读出尺身和游标副尺上的可读数字，两组数字相加便为被测工件尺寸。而本卡尺推动主尺1向左移动时，通过其在尺框里斜面导轨上的不断上升使主尺的上平面与被测工件的下表面逐渐接近，且副尺左零刻线所指的主尺1上的数字也越来越小。主尺1在纵向位移过程中，副尺的左零线相当于普通卡尺的游标左零线，在尺框向工件移动过程中不断抛弃主尺身上的大数一样，也在不断抛弃主尺1身上厘米线上的大数。而被本卡尺副尺左零线向左抛弃的总长度值实际值，即为主尺1向工件接近的过程中的纵向位移量，也是该纵向位移量乘以斜面导轨选用角的正切值所得的上升值。因此，主尺1身上剩下的可读数值和游标副尺上的可读数值相加后，再乘以该尺三角函数值，即得0-10mm量爪下被测工件的实测值。如用图1中尺的10-20mm，20-30mm量爪面测量较大尺寸时，则上述尺面的读数再分别加上上述两量爪的量程的最小值。理由是，当主尺1右零线与副尺左零线对齐时，主尺1的上平面与0-10mm量爪面之间成无隙接触状态，而与10-20mm量爪之间距离为10mm，与20-30mm量爪之间距离为20mm。总之，在各量爪面下被测工件实测值等于主尺1与游标副尺上读数之和再加上各量爪面上标注的最小值。因0-10mm量爪标注的最小值为0，故主副尺读数之和即为被测工件的大小。
读数方法本卡尺主副尺的数字标注由小到大采用从右向左反向标注，故从右向左阅读。本卡尺厘米线上的数字一律视为已被化为毫米数字后又乘过该尺所用三角函数值后的数。主尺1上读取的数字是副尺左零线右边的厘米线上的数字，读数的单位为毫米，例如副尺左零线右边最近的的厘米线为5，则读为5mm。该厘米线至副尺左零线间的主尺毫米数需乘以该尺函数值后，再与刚才的5mm相加。如斜角正切值为0.1的图5示例，副尺左零线右侧最近的厘米线数字为6，该6即读为6mm，6距左零线之间有整数9条毫米线，则9mm×0.1＝0.9mm，这样主尺上的可读精确数字为6.9mm。此时尚有无法读出的小于1mm的数，则从副尺上读取。读法也与普通游标卡尺一样，但得从右向左读，得0.46，应将0.46×0.1＝0.046mm。如该尺使用10-20mm量爪，则最终测量值为6.9mm+0.046mm+10mm＝16.946mm。故可简化读法，将在副尺上读得的两位数直接排在主尺读数后读出。但也必须记住如下规则不到1mm时，所读数字所在的厘米线距副尺左零线很近，如只有0.5mm左右，应在读得的厘米线上数字之后补加小数点和一个0占据十分位，如8.0mm、3.0mm。这种从右向左读数，把所读副尺上的两位数直排于主尺所读数值之后的方法，也适用于斜角三角函数值为0.01、0.001、0.0001等的系列高精度游标卡尺。举例如下当卡尺的斜角正切值为0.001，选用0-10mm量爪面，读图5b(tgα＝0.001)尺面状况从右向左读，副尺左零线右侧最接近它的主尺上厘米线为0.06，读为0.06mm。继续向左读毫米线，读到9条毫米线，读为9mm×0.001＝0.009mm，主尺所读值为0.069mm。尚有尾数，在副尺上从右向左读，得0.46mm×0.001＝0.00046mm。最终测量值为0.069mm+0.00046mm＝0.06946mm。可见直排式读法规律依然适用。
以下以图2、3、4、5为阅读示例。测量采用图1示例尺，斜角正切值为0.1，选用0-10mm量爪。
从图2尺面状况看，主尺左零线已与副尺左零线对齐，副尺读数为0，表明主尺与0-10mm量爪面间的距离为10mm，故被测工件尺寸测量值为10mm，根据前述图1尺示值误差为±0.002mm，可知该工件实际尺寸应为9.998至10.002mm之间。
图3从右向左读，副尺左零线对准了主尺上的标为9的厘米刻线，读为9mm，副尺读数为0，故被测工件尺寸测量值为9mm。
图4从右向左读，副尺左零线右侧最接近它的主尺上厘米线为8mm，继续向左读毫米线，看出第7条毫米线对准副尺左零线，故主尺读数应为8.7mm，副尺读数为0。可直读零件测量值为8.700mm。
图5从右向左读，副尺左零线右侧最近的厘米线数字为6，该6即读为6mm，继续向左读毫米线，副尺左零线指示大约为9.5毫米左右，故主尺只能读到6.9mm。然后从右向左读副尺，发现副尺上4与5之间向左第3条刻线对准了主尺上的某一刻线，读法也与普通游标卡尺一样，但得从右向左读，得0.46，将46直排于主尺读数之后，得6.946mm。该值即为0-10mm量爪下的实测工件尺寸。如该尺使用10-20mm量爪，则应再加10mm，则最终测量值为16.946mm。同理，如该尺使用20-30mm量爪，则应再加20mm，则最终测量值为26.946mm。将之推广，可知比图1示例尺测量范围更大的该类尺的读数方法。例如，同样斜角正切值为0.1的该类尺，设主尺最佳升程为20mm，尺框上最低一阶量爪面标记的测量范围为120-140mm，其上面一阶量爪面测量范围为140-160mm，应该使用量块或该尺自备的校正量杆或量块校正该尺。如使该尺主尺左零线与副尺左零线对齐时，所配套量块或校正量杆正好与120-140mm量爪面与主尺上平面呈间隙为0。此后按上述方法测量即可。例如使用斜角正切值为0.1的高精度游标卡尺，在120-140mm量爪面下测量大工件，主副尺读数和为19.828mm，则测量值应120mm+19.828mm＝139.828mm。
综上所述，本发明的高精度游标卡尺，不但可读值精确、示值误差小，且设计原理独特，具有坚固耐用、结构简单、造价低、测量精准迅速、在其测量范围内具有全程测微功能等优点。仅将如图1示例基础类型的规格品种系列化后，即完全可以取代现有普通千分尺和示值误差为±0.002mm的杠杆千分尺、微米千分尺等，直接运用于机械制造一线车间进行精密工件测量，或检验。而本发明包含的斜角三角函数值为0.01、0.001等更高精度的卡尺，则可替代部分精密量仪直接运用于专业检测。或投入生产一线降级使用，直接以其高精度监测精密机床加工工件的质量。当然也可以充当普通量具应用于所有制造现场，以提高产品质量，提高企业精密制造的水平。
权利要求
1.一种高精度游标卡尺，主要由主尺、尺框及其上的副尺组成，其特征是，尺框(6)左边上部向左悬伸部分为量爪(11)，该量爪可只有一个量爪面，也可有多个量爪面(9)、(10)、(12)，爪面朝下向右下方向呈阶梯状分布，各爪面互相平行，尺框(6)里面的与主尺(1)下部斜面接触的斜面导轨(17)向右下方倾斜，倾斜角度大小与主尺(1)斜面角度相同、方向相反，位于尺框(6)里的主尺(1)的左零线与尺框上安装的游标副尺(20)的左零线对齐时，主尺(1)的上平面(3)和与其相对的尺框(6)里的上平面间有较大的垂直空间，该空间略大于为主尺(1)拟定的最佳升程，主尺(1)上平面与尺框(6)上各量爪面(9)、(10)、(12)，尺框(6)里的上平面及尺框(6)的底平面平行，与尺框(6)内壁、与尺框壁(6)一体的导向面(16)，及与各导向体接触面(7)、(15)、(25)垂直，主尺(1)上平面(3)即主尺(1)的量爪面与主尺(1)本身两侧面也垂直，主尺(1)上刻有和普通游标卡尺一样间距为1mm的刻线，但布线方向沿与主尺(1)斜边倾斜方向一致的导向槽(2)边从右向左分布，长短线分布规律及线长之间的比例均参照现有游标卡尺取值或稍长些，主尺(1)和游标副尺(20)上的阿拉伯数字均从右向左按数值由小到大排列，即排列方向与现有卡尺相反并允许出现小数，游标分度值在普通卡尺选取范围中取，主尺(1)和副尺(20)的刻线，在主尺(1)和尺框(6)里的斜面导轨(17)以正弦函数取角度值时，刻线均应垂直于主尺(1)的斜边，以正切函数取值时，刻线必须垂直于主尺(1)的上平面(3)，对游标副尺要求一样，导向板(25)和导向板(7)上均安有调整螺钉(4)、带导向柱的螺钉(23)，主尺(1)可在尺框(6)里向左或向右纵向移动，相应的，主尺(1)的上平面(3)可上升也可下降。
2.根据权利要求1所述的一种高精度游标卡尺，其特征在于尺框上的量爪面越少，该尺示值范围越小，量爪下面量爪面越多，该尺示值范围越大。
3.根据权利要求1所述的一种高精度游标卡尺，所取角度的三角函数值越小，量爪面可设量爪越多，示值也相应增大一些。
4.根据权利要求1所述的一种高精度游标卡尺，在主尺(1)和尺框(6)里的斜面导轨(17)的倾斜锐角的正切或正弦值，可在包括0.1在内的由0.1趋近于0的值中选取，优选地，以0.1、0.01、0.05、0.001为佳。
5.根据权利要求1所述的一种高精度游标卡尺，只有一个量爪面的，也可在尺框(6)上部左边设计一个可调动量爪。
6.根据权利要求1所述的一种高精度游标卡尺，主尺的上平面即为主尺的量爪面。
全文摘要
一种高精度游标卡尺，属游标卡尺类量具。其主要技术特征为，尺框里有和尺框一体的具有一定角度的斜面导轨，主尺在尺框里纵向移动会产生升降运动，主尺的上平面即为主尺的量爪面，并以该量爪面与尺框上一个或多个量爪面配合完成工件或零件的测量。具有全量程测微功能，特别适用于机械制造业对普通卡尺及千分尺难以测量的高精度零件进行精密测量。该尺对生产环境适应力强，对一线车间尤其适用。
文档编号G01B3/18GK1841005SQ20051001746
公开日2006年10月4日 申请日期2005年3月30日 优先权日2005年3月30日
发明者施晓宇 申请人:施晓宇