專利名稱：長度測量裝置的制作方法
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度測量裝置。
背景技術(shù)：
這種長度測量裝置用于測量制造加工技術(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度測量裝置，測量頭借助于一個成球?qū)驒C構(gòu)形式的導(dǎo)向件在縱向上可滑動地支承在一個基體里。用于觸卡待測工件所需的接觸壓力由一個螺旋彈簧產(chǎn)生，該彈簧一端固定在測量頭上，而另一端固定在基體上。
螺旋彈簧的長度必須至少等于測量頭行程，但長螺旋彈簧有側(cè)向彎折的傾向。測量頭所希望的行程越大，球?qū)驒C構(gòu)也必須設(shè)計得越長，以便能夠根據(jù)杠桿作用承受在用測量頭接觸工件時所產(chǎn)生的橫向力。長度測量裝置具有較大的測量范圍，也就是測量頭行程較大，因而裝置的結(jié)構(gòu)就較長。
為縮短一種長度測量裝置的結(jié)構(gòu)長度，已經(jīng)按照US 4,347,492設(shè)置了兩個相互間隔開的球?qū)?。在這兩個球?qū)蛑g布置了一個用于檢測測量頭位置的一個檢測裝置。螺旋彈簧就放在測量頭的一個孔里，這就限制了一個相對較厚的測量頭。對于所要求的測量頭的大行程以及長螺旋彈簧的應(yīng)用來說，此處還存在側(cè)向折彎的問題，這會引起螺旋彈簧和測量頭之間的摩擦。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的任務(wù)是提出一種長度測量裝置，該裝置的結(jié)構(gòu)即使在測量頭行程可能比較長時也緊湊而穩(wěn)固，或者說，此時導(dǎo)向件對測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)點在于螺旋彈簧緊湊地布置，而測量頭在整個行程上都可以克服橫向力。由于一個長的螺旋彈簧分成多個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，因而彈性常數(shù)較小而不會側(cè)向折彎。因而就避免了在測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，從而使得固定在測量頭上的刻度尺在測試時插入到至少其中一個螺旋彈簧的圈里。
通過本發(fā)明實現(xiàn)的另一個優(yōu)點是導(dǎo)向件具有確定的運動。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)合附圖詳細地敘述了實施例。附圖示出圖1測量頭在伸出終端位置時的長度測量裝置的一個剖面；圖2在一個觸靠位置中的按圖1所示的長度測量裝置；圖3具有一個固定在其上面的拉力彈簧的一個長度測量裝置的一部分；圖4另外一種長度測量裝置的截面圖。
具體實施例方式
根據(jù)圖1和圖2以下對按本發(fā)明設(shè)計的一種長度測量裝置的實施例進行敘述。這些附圖簡明表示了整個長度測量裝置的一個橫截面圖，該測量裝置包括有一個基體1，在其中支承有一個桿狀的測量頭2，它可在測量方向X上滑動。
為接觸測量一個圖2所示的工件5，測量頭2的端部設(shè)計成球形觸靠件6。在一個觸靠過程中測量頭2用觸靠部件6以力F壓緊在工件5的待測量的表面上。該力F由螺旋彈簧7和8產(chǎn)生，這兩個彈簧前后布置在測量方向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量頭2的圓周而沿伸。為了在測量頭2進行觸靠運動時避免在測量頭2和螺旋彈簧7、8之間的摩擦，在圓周上測量頭2和螺旋彈簧7、8的繞圈之間設(shè)有一個自由空腔。
為測量測量頭2相對于基體1的直線滑動，設(shè)置有一個檢測機構(gòu)9。它按已知的方式包括有一個刻度尺91和一個掃描單元92，后者用來掃描刻度尺91的測量分度?？潭瘸?1固定在測量頭2上，而探測單元92則固定于對面的基體1上。由探測單元92產(chǎn)生了與位置有關(guān)的電信號，該電信號傳送給一個顯示單元或一個求值處理單元?？潭瘸?1的測量分度可以設(shè)計成光電的、電容的、磁的或者感應(yīng)可探測的。為使結(jié)構(gòu)特別緊湊，在確定刻度尺91的尺寸時應(yīng)使刻度尺在測量頭2往復(fù)直線移動時能夠插入到螺旋彈簧8的繞圈之內(nèi)。為此在靜止的探測單元92和螺旋彈簧8的后端之間的軸向距離小于測量頭2可能的行程或者小于檢測機構(gòu)9的測量范圍。
測量頭2在基體1里的導(dǎo)向借助于多個在測量方向X上相互間隔布置的導(dǎo)向件來實現(xiàn)，這些導(dǎo)向件尤其設(shè)計成球?qū)驒C構(gòu)3和4。其中一個球?qū)驒C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量時通過測量頭2而導(dǎo)入的橫向力，與之相隔至少布置另外一個球?qū)驒C構(gòu)4。為使結(jié)構(gòu)特別緊湊，這個另外的球?qū)驒C構(gòu)4布置在兩個螺旋彈簧7、8之間。此時第一個螺旋彈簧7就用一端支承在測量頭2上，而另一端則支承在球?qū)驒C構(gòu)4上。在這個球?qū)驒C構(gòu)4的對面?zhèn)葎t同樣支承有第二個螺旋彈簧的一端，而該螺旋彈簧8的另一端支承在基體1上。
每個球?qū)驒C構(gòu)3或4都包括一個球保持架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，另一方面在測量頭的表面上滾動。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，其方法是它們在軸向測量方向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具有一個罐形部分33、43、44，它們將螺旋彈簧7、8圍包住。
球?qū)驒C構(gòu)4軸向安裝在這兩個螺旋彈簧7和8之間并相對于測量頭2以及相對于基體1在測量方向X上可以運動地支承住，但橫向方向上在測量頭2和基體1上都沒有間隙。測量頭2在測量方向X上往復(fù)直線移動時，球?qū)驒C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)計布置的優(yōu)點是相對較短的球?qū)驒C構(gòu)3，4就足夠良好地克服測桿2的橫向力。由于在這兩個螺旋彈簧7和8之間的球?qū)驒C構(gòu)4，因而與只有唯一一根長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構(gòu)3和4的整個范圍內(nèi)都設(shè)計成一體的，這樣就排除了導(dǎo)向面在基體1上的對中誤差。
也可以使用其它的導(dǎo)向件，例如用滑動軸承來代替球?qū)蜓b置3和4。那么觸靠側(cè)的球?qū)驒C構(gòu)3也可以用一種固定在基體1上的滑動軸承或者用一種固定在基體1上的球回轉(zhuǎn)導(dǎo)向機構(gòu)來替代。與此相反，若球?qū)驒C構(gòu)4用一個滑動軸承來替代，那么說軸承必須在軸承體和基體1之間具有一個外滑動面，并在軸承體和測量頭2之間具有一個內(nèi)滑動面，以便使軸承體相對于基體1以及測量頭2在軸向方向X可以自由地運動，而在垂直于此方向上則實現(xiàn)無間隙。
夾緊在兩個螺旋彈簧7、8之間的導(dǎo)向件，其形式為球?qū)驒C構(gòu)4或者一種滑動軸承的軸承體，它跟隨著測量頭2的往復(fù)運動，其方法是使該測量頭與螺旋彈簧7、8的位置相適應(yīng)。當應(yīng)用兩個螺旋彈簧7、8時每個螺旋彈簧7、8都壓縮，其行程為測量頭2的探測移動的一半。除了兩個螺旋彈簧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螺旋彈簧之間以所示的方式布置一個導(dǎo)向件，尤其是一個球?qū)驒C構(gòu)4。
若球?qū)驒C構(gòu)4相應(yīng)地抗橫向力地設(shè)置在這兩個螺旋彈簧7、8之間，那么測量頭2也可以僅通過這球?qū)驒C構(gòu)4導(dǎo)向，并取消觸靠側(cè)的球?qū)驒C構(gòu)3，如后面還要根據(jù)一個實施例詳細敘述的那樣。
為使觸靠測量過程實現(xiàn)自動化，可以在長度測量裝置上設(shè)置一個用于產(chǎn)生一個力的氣壓接頭，該力克服壓力彈簧7、8的觸靠力F并將測量頭2從工件5上抬起。
也可以將螺旋彈簧7、8設(shè)計成拉力彈簧來代替壓力彈簧。由于拉力彈簧使探頭2在其靜止位置時處于縮入狀態(tài)。將壓縮空氣通入長度測量裝置的內(nèi)腔，從而以眾所周知的方式借助壓縮空氣而氣動產(chǎn)生觸靠力F，并因而使測量頭2產(chǎn)生一個直線運動，若要使觸靠測量自動結(jié)束，那就切斷壓縮空氣，這就造成測量頭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時拉力彈簧的端部通過固定機構(gòu)固定在測量頭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現(xiàn)。形狀配合連接是特別有利的，圖3就表示了一個這樣的例子。圖3表示了一個螺旋形拉力彈簧10的一端在測量頭2上的固定方式。為實現(xiàn)固定，在測量頭2的圓周上壓配了一個套11。該套11具有一個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上有一個升程。
圖4表示了一個長度測量裝置的另一個實施例。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構(gòu)3。測量頭2由兩個螺旋彈簧7和8夾緊，也就是保持在一個靜止位置上并在有觸靠運動時就予張緊。在這兩個螺旋彈簧7、8之間設(shè)有球?qū)驒C構(gòu)4，螺旋彈簧7、8配置于該機構(gòu)的端部就支承在這球?qū)驒C構(gòu)上(壓力彈簧時)，或者如圖所示，在使用拉力彈簧時通過固定機構(gòu)而固定在其上面。為實現(xiàn)這種固定，球支承架41的端部范圍各有一個在圖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，其中一個螺旋彈簧7支承在基體1上，而另一個螺旋彈簧8則支承在測量頭2上。這兩個螺旋彈簧7、8最好具有相同的彈性特性，因而在測量頭2相對于基體1的每個位置上，球?qū)驒C構(gòu)4都位于在基體1上的支承點和在測量頭2上的支承點之間的中間。
在所有的實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構(gòu)4的永久位移。這兩個螺旋彈簧7、8設(shè)計成壓力彈簧或者拉力彈簧，這保證了球?qū)驒C構(gòu)4在測量方向X上通過螺旋彈簧7、8的復(fù)位力而補償了每個不希望的位移。長度測量裝置的工作能力就是這樣保證的，因為球?qū)驒C構(gòu)4不可能移動至一個終端擋板，并因而可以造成對測量頭運動的制動。
權(quán)利要求
1.一種長度測量裝置，它有—一個測量頭(2)，它具有一個用于觸靠一個測量目標(5)的觸靠件(6)，該測量頭可以借助至少一個導(dǎo)向件(4)沿測量方向X并克服彈簧力地相對一個基體(1)F滑動地支承著；—一個用于檢測測量頭(2)相對基體(1)的位置的檢測機構(gòu)(9)，其特征在于，—測量頭(2)通過多個在測量方向X上前后布置的彈簧件(7，8)被預(yù)張緊；—在各自兩個彈簧件(7，8)之間布置有一個導(dǎo)向件(4)，這兩個彈簧件(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)可以在測量方向X上滑動地支承在測量頭(2)和基體(1)上。
2.如權(quán)利要求1所述的長度測量裝置，其特征在于，測量頭(2)通過兩個彈簧件(7，8)被預(yù)張緊，其中一個彈簧件(7)的端部固定在測量頭(2)上，而彈簧件(7)的另一個端部被固定在導(dǎo)向件(4)上，另一個彈簧件(8)的端部固定在導(dǎo)向件(4)上，而這個彈簧件(8)的另一個端部被固定在基體(1)上。
3.如上述權(quán)利要求之一所述的長度測量裝置，其特征在于，該導(dǎo)向件是一個球?qū)驒C構(gòu)(4)。
4.如權(quán)利要求3所述的長度測量裝置，其特征在于，球?qū)驒C構(gòu)(4)包括一個球保持架(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度測量裝置，其特征在于，該測量頭(2)通過至少另一個導(dǎo)向件(3)可在測量方向X上滑動地支承在基體(1)，在基體上并不固定任一個彈簧件(7，8)。
6.如權(quán)利要求5所述的長度測量裝置，其特征在于，另一導(dǎo)向件是一個位于測量頭(2)和基體(1)之間的球?qū)驒C構(gòu)(3)。
7.如權(quán)利要求5所述的長度測量裝置，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度測量裝置，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之一所述的長度測量裝置，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度測量裝置，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)明涉及一種長度測量裝置，它具有較大的測量范圍即具有測量頭(2)的較大行程，為了預(yù)張緊測量頭(2)而前后設(shè)有多個螺旋彈簧(7，8)。在兩個螺旋彈簧(7，8)之間有一個球?qū)驒C構(gòu)(4)，一方面測量頭(2)在縱向X上可滑動地支承在這導(dǎo)向機構(gòu)上，而另一方面該導(dǎo)向機構(gòu)在縱向X上可滑動地支承在基體(1)上。
文檔編號G01B3/00GK1502034SQ02808050
公開日2004年6月2日 申請日期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 申請人:約翰尼斯海登海恩博士股份有限公司