测量力恒定、稳定的高精度位移测量装置的制作方法

1.本发明涉及一种位移测量装置，特别涉及一种测量力恒定、稳定的高精度位移测量装置。


背景技术：

2.位移测量装置，例如千分尺，用它测长度可以准确到0.01mm。现有的千分尺存在以下缺点：1、普通千分尺采用棘轮装置，棘轮装置恒定速度时测力较为稳定，但棘轮转动速度容易受外界因素影响而波动，最终产生的测量力不够稳定，测量同一零件尺寸会产生较大误差，因此测量重复性精度较低。
3.2、传统量具测量轴与驱动结构为刚性链接，驱动部分能移动必定存在间隙，此间隙会将量具外部的力由刚性连接传递到测轴上，因此测杆会受到侧向力后发生歪斜，致使测杆与测砧之间丧失原有的平行精度，产生平行度误差，从而对测量的精度造成影响度，轴向力导致测力不恒定，也会影响测量精度。
4.3、过大的测量力作用在测杆上会影响量具精度，同时损伤被测件。


技术实现要素：

5.本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种测量力恒定、稳定的高精度位移测量装置，通过弹性元件对同一规格或不同规格的待测量件提供同一、恒定、稳定的测量力，避免因测量力变化导致的测量误差，提高测量精度。
6.本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：一种测量力恒定、稳定的高精度位移测量装置，包括尺架、螺纹管、设置在尺架上的固定测砧，所述尺架内设有测杆、弹性元件和测量元件，所述测杆的一端为测头，所述测头与所述固定测砧适配；所述连接构件用于配合螺纹管微调测杆，并保证测杆可在任意位置停止；所述弹性元件用于配合连接构件通过测杆对待测件提供恒定的测量力；所述测量元件用于测量测杆的位移；所述螺纹管滑动套设在尺架远离固定测砧的一端，所述测杆的另一端通过连接构件与所述螺纹管传动连接，所述螺纹管运动时通过连接构件带动测杆沿测杆轴向做直线运动。
7.进一步地，所述螺纹管内壁设有螺纹槽，所述螺纹管内壁设有螺纹槽，所述尺架内部设有滑动座，所述滑动座设有水平的滑槽，所述测杆外部固定设有连接支座，所述连接支座底部设有与所述滑槽滑动配合的导向杆；所述连接构件包括连接座、第一支撑套和第二支撑套；所述连接座截面为y字形，所述测杆远离测头的一端与连接座相连接，所述第一支撑套和第二支撑套为环形，所述第一支撑套和第二支撑套同轴设置在连接座外部，所述第
一支撑套的外圆周面上均布有多个第一连接孔，所述第二支撑套的外圆周面上均布有多个第二连接孔，所述第一连接孔和第二连接孔内分别设有第一销钉和第二销钉，所述第一销钉和第二销钉均伸入所述螺纹槽内。
8.进一步地，所述第一支撑套和第二支撑套滑动设置在支撑座外部，所述第一支撑套和第二支撑套的内圆周面均分别设有安装槽，所述安装槽内设有第一弹簧。
9.进一步地，所述第一支撑套和第二支撑套均设有防转孔，所述防转孔轴线与所述测杆轴线平行，所述第一支撑套、第二支撑套通过防转孔、设置在防转孔内的第三销钉相连接。
10.进一步地，所述尺架远离固定测砧的一端设有尾端轴套，所述尾端轴套截面为h字形，所述测杆可滑动的设置在尾端轴套内，所述螺纹管滑动套设在所述尾端轴套外部。
11.进一步地，所述弹性元件包括第一防转套、第二防转套和第二弹簧，所述第一防转套滑动套设在所述尾端轴套外部，所述第一防转套端部与所述螺纹管抵接，所述第二防转套固定设置在所述尾端轴套外部，所述第二弹簧套设在所述第一防转套和第二防转套外部。
12.进一步地，所述第一防转套上均布有多个第一让位槽，所述第二防转套上均布有多个与第一让位槽错位的第二让位槽。
13.进一步地，所述测量元件为编码光栅，所述编码光栅包括与尺架相对静止的定栅以及与测轴同步动作的动栅。
14.进一步地，所述尺架上还设有扳手座，扳手座上铰接有扳手，所述扳手与螺纹管的边缘处贴合，所述扳手用于推动螺纹管向远离尺架的方向运动。
15.进一步地，所述螺纹管远离尺架的一端设有可拆卸的端面盖。
16.本发明的有益效果是：1）本发明通过弹性元件对同一规格或不同规格的待测量件提供同一、恒定、稳定的测量力，避免因测量力变化导致的测量误差，提高了测量精度。
17.2）测量杆通过周向设置的第一销钉和第二销钉与外部驱动件（螺纹管）非刚性连接，测头与待测件接触后若继续旋转螺纹管，则由于测杆顶紧待测件，此时待测件不动，螺纹管朝向远离固定测砧的方向运动。因此测量过程可避免外部的力传递至测量杆上，相对普通量具，消除了测量人员旋转驱动结构的快慢对测量精度的影响；同时测量杆可自锁于行程任意位置。
18.3）设置第一支撑套和第二支撑套用于为第一销钉和第二销钉提供支撑，第一支撑套和第二支撑套之间设置的第一弹簧的弹力作用于第一支撑套和第二支撑套上，进而保证第一销钉、第二销钉分别贴紧于螺纹槽的左侧壁和右侧壁，消除螺纹管与第一销钉、第二销钉之间的间隙。
19.4）当螺纹管旋转至测量杆、固定测砧均与待测量件接触时，继续旋转螺纹管，此时由于测量杆被待测量件限位，无法继续运动。而螺纹管由于卸力间隙的作用，螺纹管继续旋转时，螺纹管继续脱离尺架（即螺纹管朝向远离固定测砧的方向运动）。如此在测头与固定测砧同时接触工件时，继续施力旋转螺纹管，螺纹管继续脱离尺架，因此外力不会传递至量具和工件上，可防止过大的测量力作用在测杆上影响量具精度，同时可避免被测件损伤。
20.5）软质待测件测量时，通过先调节固定测砧与测头的间距接近待测件，之后配合
扳手进行测量，可保证不论待测件尺寸如何第二弹簧的形变量均为待测件余量（即形变量相同），因此保证了由第二弹簧施加的测量力不论测杆在什么位置均保持恒定，不会因被测量件尺寸发生变化而变化，保证了测量不同待测件时所施加的测量力相同，有效避免了测量力变化对测量精度的影响。
附图说明
21.图1为本发明实施例中测量力恒定、稳定的高精度位移测量装置的立体图；图2为滑动座与导向杆的连接关系示意图；图3为本发明实施例中测量力恒定、稳定的高精度位移测量装置的俯视图；图4为图3中a-a向剖视图；图5为第一防转套、第二防转套初始位置示意图；图6为螺纹管带动第一防转套轴向运动后，第一防转套和第二防转套的位置关系示意图；图中，1、尺架；2、螺纹管；3、固定测砧；4、测杆；5、螺纹槽；6、滑动座；7、滑槽；8、导向杆；9、连接座；10、第一支撑套；11、第二支撑套；12、第一销钉；13、第二销钉；14、第一弹簧；15、第三销钉；16、尾端轴套；17、第一防转套；18、第二防转套；19、第二弹簧；20、第一让位槽；21、第二让位槽；22、定栅；23、动栅；24、扳手；25、端面盖；26、卸力间隙。
具体实施方式
22.下面将结合实施例，对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域技术人员在没有付出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
23.参阅图1-图6，本发明提供一种技术方案：实施例：如图1-图6所示，一种测量力恒定、稳定的高精度位移测量装置，包括尺架1、螺纹管2、设置在尺架1上的固定测砧3，所述尺架内设有测杆4、弹性元件和测量元件，所述测杆4的一端为测头，所述测头与所述固定测砧3适配；所述连接构件用于配合螺纹管微调测杆，并保证测杆可在任意位置停止；所述弹性元件用于配合连接构件通过测杆4对待测件提供恒定的测量力；其中，测量力为朝向被测点方向的力。此处，对待测件提供的恒定测量力指：相同规格待测件测量或不同规格待测件测量时，通过弹性元件提供的测量均是同一恒定值。
24.所述测量元件用于测量测杆4的位移；所述螺纹管2滑动套设在尺架1远离固定测砧3的一端，所述测杆4的另一端通过连接构件与所述螺纹管2传动连接，所述螺纹管2运动时通过连接构件带动测杆4沿测杆4轴向做直线运动。
25.所述测量元件为编码光栅，所述编码光栅包括与尺架1相对静止的定栅22以及与测轴同步动作的动栅23。其中测量元件为本领域惯用技术手段，此处不做赘述。
26.所述尺架1上还设有扳手24座，扳手24座上铰接有扳手24，所述扳手24与螺纹管2
的边缘处贴合，所述扳手24用于推动螺纹管2向远离尺架1的方向运动。
27.工作原理：测量时，（1）调节测量间隙x1：调节测量间隙x1至待测件实际尺寸y减z（z为尺寸大小，其为具体数值，根据测量需求自行设置，如1mm、2mm...）。其中，测量间隙指测头与固定测砧3之间的间距。以图4方向旋转螺纹管，螺纹管转动，带动测杆4朝向远离固定测砧3的方向运动。
28.（2）待测件测量：搬动扳手24或沿轴向拉动螺纹管2，该过程测杆4继续朝向远离固定测砧3的方向运动，以使测量间隙x1增大至大于待测件实际尺寸y，此时测量间隙为x2。之后将待测件放置测量间隙x2之间，松动扳手或螺纹管，螺纹管在弹性元件的作用下朝向靠近固定测砧3的方向运动，直至测头、固定测砧与待测件接触。此时螺纹管在弹性元件作用下的位移为z。
29.（3）读数：步骤（2）结束后通过测量元件进行读数，读数完成则测量结束。
30.（4）另一待测件测量：重复前述步骤（1）-（3）。
31.有前述可知，不同待测件测量时，螺纹管的位移为z，而位移由弹性构件位移同样为z，则弹性构件通过每次测量时相同的位移量保证恒定且相同的测量力的供给。
32.其中测量时由弹性元件提供恒定且相同的测量力，且通过螺纹管配合连接构件进行测量间隙调节时，可保证测杆4在任意位置停止。
33.本发明通过弹性元件对同一规格或不同规格待测量件提供同一恒定、稳定的测量力，避免了因测量力变化导致的测量误差，提高了测量精度。
34.进一步地，如图2-图6所示，所述螺纹管2内壁设有螺纹槽5，所述螺纹管2内壁设有螺纹槽5，所述尺架1内部设有滑动座6，所述滑动座6设有水平的滑槽7，所述测杆4外部固定设有连接支座，所述连接支座底部设有与所述滑槽7滑动配合的导向杆8；所述连接构件包括连接座9、第一支撑套10和第二支撑套11；所述连接座9一端设有凹槽，另一端为圆柱，其截面为y字形的结构，所述测杆4远离测头的一端与连接座9的凹槽相连接，所述第一支撑套10和第二支撑套11为环形，所述第一支撑套10和第二支撑套11同轴设置在连接座9外部，所述第一支撑套10的外圆周面上均布有三个第一连接孔，所述第二支撑套11的外圆周面上均布有三个第二连接孔，所述第一连接孔和第二连接孔内分别设有第一销钉12和第二销钉13，所述第一销钉12和第二销钉13均伸入所述螺纹槽5内。
35.其中，测量杆运动时通过滑槽7和导向杆8的作用限制测量杆的转动，保证测量杆仅沿轴向运动。
36.旋转螺纹管2时，测量杆在螺纹槽5、三个第一销钉12、三个第二销钉13的作用下沿轴向做直线运动。顺时针/逆时针旋转螺纹管2带动测量杆朝向/远离固定测砧3。其中，旋转螺纹管2时，导程为10mm/圈，移动速率远高于传统千分尺0.5mm/圈。
37.扳手24驱动螺纹管2轴向运动，带动测杆3mm内小行程的快速往复运动，优于传统杠杆千分尺仅可在极小行程（0.05mm）内往复测量且需校准零位。
38.螺纹管2顺时针旋转时（即带动测杆4朝向固定测砧3方向运动时），螺纹管2由于扳手24的限位不会直线运动，仅旋转，如此可保证测量精度。
39.进一步地，如图4-图6所示，所述第一支撑套10和第二支撑套11滑动设置在支撑座外部，所述第一支撑套10和第二支撑套11的内圆周面均分别设有安装槽，所述安装槽内设
有第一弹簧14。其中第一弹簧14套设在连接座9外部，第一弹簧14的两端分别与两个安装槽的槽壁固定连接。
40.所述第一支撑套10和第二支撑套11均设有防转孔，所述防转孔轴线与所述测杆4轴线平行，所述第一支撑套10、第二支撑套11通过防转孔、设置在防转孔内的第三销钉15相连接。
41.其中，第三销钉15的作用为防止第一支撑套10、第二支撑套11转动。
42.设置第一支撑套10和第二支撑套11用于为第一销钉12和第二销钉13提供支撑，第一支撑套10和第二支撑套11之间设置的第一弹簧14的弹力作用于第一支撑套10和第二支撑套11上，进而保证第一销钉12、第二销钉13分别贴紧于螺纹槽5的左侧壁和右侧壁，消除螺纹管2与第一销钉12、第二销钉13之间的间隙，确保使螺纹管2向两侧驱动测杆4时无间隙，消除间隙对测量结果的影响，有效保证了测量精度。
43.其中，测量时，螺纹管2往销钉（第一销钉12和第二销钉13）上施加地力总是向左的（参照图4），这个结构的优点在于：测杆4的测头与固定测砧3在测量时，测杆4的测头与固定测砧3接触工件的第一时间即可得到测量值，测量响应快且稳定，不需要消除螺纹间隙后才能得到稳定的测量值。进一步地，所述尺架1远离固定测砧3的一端设有尾端轴套16，所述尾端轴套16截面为h字形，所述测杆4可滑动的设置在尾端轴套16内，所述螺纹管2滑动套设在所述尾端轴套16外部。
44.所述弹性元件包括第一防转套17、第二防转套18和第二弹簧19，所述第一防转套17滑动套设在所述尾端轴套16外部，所述第一防转套17端部与所述螺纹管2抵接，所述第二防转套18固定设置在所述尾端轴套16外部，所述第二弹簧19套设在所述第一防转套17和第二防转套18外部。
45.其中，1、第二弹簧19的两端分别与第一防转套17和第二防转套18固定连接。2、螺纹管2靠近尺架1的一端为台阶段，包括第一配合部和第二配合部，第一配合部与尺架1滑动配合，第二配合部与尾端轴套16滑动配合，如此设置可保证螺纹管2端部分别与尺架1、尾端轴套16滑动配合。
46.扳手24驱动螺纹管2轴向直线运动时，第一配合部朝向远离固定测砧3的方向运动即螺纹管2有脱离尺架1的趋势。此时螺纹管2的第二配合部端面带动第一防转套17朝向第二防转套18的方向运动，该过程设置在第一防转套17和第二防转套18之间的第二弹簧19被压缩。第二弹簧19提供的弹力通过螺纹管2、连接构件传递至测量杆，为待测量件提供测量力。而胡克定律可知，相同位移下弹簧提供的弹力恒定，而同规格的待测量件对应的螺纹管2、测量杆位移均相同，因此对同规格的待测量件测量时，第二弹簧19可提供相同、恒定的测量力。
47.其中，测量力由第二弹簧19提供，当测量软质的待测件时，测量过程为：旋转螺纹管2将固定测砧3与测头的间距预调节至接近待测件尺寸（此处以待测件为5mm（5mm为前述y）为例进行说明），将固定测砧3与测头的间距调节至4mm（4mm为前述测量间隙x1）。其中，弹簧形变量为待测件余量1mm（1mm为前述z），此处待测件余量至待测件实际尺寸减去预调节时固定测砧3与测头的间距。
48.此时搬动扳手24，扳手24带动螺纹管2与测杆4朝向远离固定测砧3的方向运动，进一步增大固定测砧3与测头的间距，间距大于5mm时放入待测件。待测件进入测头与固定测
砧3之间后松开扳手，螺纹管2及测杆4在第二弹簧19的作用下朝向固定测砧3方向运动，测杆运动至将待测件分别与固定测砧3与测头接触时停止。此时第二弹簧19的实际形变量为1mm。而测量尺寸更大零件，如8mm时，将固定测砧3与测头的间距调节至7mm，重复前述操作，直至待测件分别与固定测砧3与测头接触，此时第二弹簧19的形变量同样是1mm，即保证不同尺寸待测件测量时，第二弹簧19的形变量均为待测件余量。
49.需要说明的是，第一弹簧14用于消除第一销钉12和第二销钉13之间的间隙，避免扳手驱动螺纹管2运动时，第一销钉12和第二销钉13之间的间隙影响弹簧的形变量（使弹簧形变量减小）。
50.因此这样的测量方式可保证测量时，测量装置在任意位置提供的测量力始终恒定，不会因被测量件尺寸发生变化而变化，保证了测量不同待测件时所施加的测量力相同，如此可避免测量力变化对测量精度的影响。测量力变化时，如测量软质的待测件，待测件尺寸越大，测量力就越大，此时软质的待测件表面因为该测量力发生的形变也就越大，因此会直接影响测量精度。当然，测量刚性件时，按常规方式进行测量即可。
51.测量杆通过周向设置的第一销钉12和第二销钉13与外部驱动件（螺纹管2）非刚性连接，测头与待测件接触后若继续旋转螺纹管，则由于测杆顶紧待测件，此时待测件不动，螺纹管朝向远离固定测砧的方向运动。因此测量过程可避免外部的力传递至测量杆上，相对普通量具，消除了测量人员旋转驱动结构的快慢对测量精度的影响；同时测量杆可自锁于行程任意位置。
52.且螺纹管复位过程，测杆对螺纹管施加朝右的反作用力，使之继续压缩第二弹簧19，以达到抗冲击的效果。
53.其中，本结构还具具备抗冲击功能，发生冲击时，第二弹簧19继续被压缩，进而减缓冲击。
54.进一步地，如图4-图6所示，所述第一防转套17上均布有多个第一让位槽20，所述第二防转套18上均布有多个与第一让位槽20错位的第二让位槽21。所述第一防转套17和第二防转套18通过第一让位槽20和第二让位槽21卡合，其中，相邻两个第一让位槽20之间形成与第二让位槽21适配的第一卡块，如此设置，当第一防转套17朝向靠近第二防转套18方向运动时，第一卡块伸入第二让位槽21内。如此设置可减小尾端轴套16的长度，缩短尾端轴套16的长度后仍可满足第一防转套17的位移需求。
55.其中，第一卡块与第二让位槽21卡合时，第一卡块端部与第二让位槽21槽底之间设有卸力间隙26。
56.螺纹管2旋转时，由于第二防转套18固定，且有第一卡块和第二让位槽21的作用，第一防转套17不会受螺纹管2运动的影响。
57.当螺纹管2旋转至测量杆、固定测砧3均与待测量件接触时，继续旋转螺纹管2，此时由于测量杆被待测量件限位，无法继续运动。而螺纹管2由于卸力间隙26的作用，螺纹管2继续旋转时，螺纹管2继续脱离尺架1（即螺纹管2朝向远离固定测砧3的方向运动）。如此在测头与固定测砧3同时接触工件时，继续施力旋转螺纹管2，螺纹管2继续脱离尺架1，因此外力不会传递至量具和工件上，可防止过大的测量力作用在测杆4上影响量具精度，同时可避免被测件损伤。
58.进一步地，如图1和图4所示，所述螺纹管2远离尺架1的一端设有可拆卸的端面盖
25。设置的端盖可提高装置整体的密封性。
59.以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当理解本发明并非局限于本文所披露的形式，不应看作是对其他实施例的排除，而可用于各种其他组合、修改和环境，并能够在本文所述构想范围内，通过上述教导或相关领域的技术或知识进行改动。而本领域人员所进行的改动和变化不脱离本发明的精神和范围，则都应在本发明所附权利要求的保护范围内。