專利名稱:位移檢測裝置的制作方法
本發(fā)明涉及一種位移檢測裝置，它裝有探測主體和測頭之間相對位移的探測器，更準確地說，它涉及位移檢測裝置在結(jié)構(gòu)上的改進，使得探測器的組裝和調(diào)節(jié)非常方便。
例如，在機械式指示表中，在其前端裝有測頭的測桿滑動地支承在殼體上，該測桿的軸向位移經(jīng)過一個機械式放大機構(gòu)轉(zhuǎn)換成指針的轉(zhuǎn)角，而測量值由指針對應(yīng)刻度盤上的讀數(shù)讀出，與上述機械指示表不同的一種公知的位移檢測裝置叫作電子指示表，其位移由內(nèi)裝的探測器轉(zhuǎn)換成電信號，而該電信號經(jīng)電子儀器在顯示器上顯示，例如用數(shù)字和/或模擬量顯示器顯示。因精度高和讀數(shù)方便，電子指示表被迅速推廣。
按不同要求，如使用目的、測量精度和消耗功率，上述那種類型的位移檢測裝置的探測器可分成下面幾種靜電電容式、光電式、磁性式、觸點式等等。然而，制成的任何一種探測器，其結(jié)構(gòu)是第一和第二傳感元件分別安裝在可動元件，如測桿上;和固定元件，如殼體上，其工作方式是彼此相對移動。由于工作原理、探測方式等等不同的原因，第一和第二傳感元件的形狀各異，它們可以是彼此相對的一對電極板，主光柵尺和游標光柵尺，磁尺和磁頭或者是電極板和電觸頭。在保證彼此間位置關(guān)系有規(guī)律的條件下，這種探測器能夠達到10微米數(shù)量級的分辨率。
然而，上述常規(guī)探測器存在的問題是兩個傳感元件之間的位置關(guān)系裝調(diào)十分困難。這個問題將在下面結(jié)合在圖5和圖6中顯示的鑒相式靜電電容探測器100的實施例予以說明。更具體地說，如圖5所示，多個發(fā)送電極32按一定間隔規(guī)則地排列在固定板31的外表面上形成預(yù)定的圖形，組成定子或尺板的固定板31固定到裝置的主體一側(cè)，例如固定在殼體上，再有一個帶狀接收電極33平行于這些發(fā)送電極32位置。將彼此不同相位的交流電壓信號加到相應(yīng)的發(fā)送電極32上。組成轉(zhuǎn)子或可動尺板的可動板41與可動元件，例如測桿，相連接，與固定板31相對放置。在該可動板41上，沿其運動方向交替地設(shè)置耦合電極42和接地電極43，它們都與各發(fā)送電極32和接地電極33相對並跨過這兩種電極。
另一方面，與各發(fā)送電極32相連的電壓信號經(jīng)耦合電極42感應(yīng)到接收電極33上，于是當可動元件移到彼此不同相位的交流電壓加到相應(yīng)的各發(fā)送電極32的位置上時，從接收電極33上可以得到與可動元件的位移量成比例的輸出信號。從接收電極33輸出的信號相位在積分器36中被處理，並與預(yù)定的參考相位比較，以便精確地測量出可動元件的位移量，而不受電源電壓的波動等因素的影響。
在上述結(jié)構(gòu)的探測器100中，各發(fā)送電極32、接收電極33與耦合電極42之間的距離對精度影響極大，這個距離應(yīng)保持在微米數(shù)量級，而且彼此間的平行度也不應(yīng)該變化。此外，即使固定板31和可動板41之間出現(xiàn)相對位移，各電極間的距離和平行性也應(yīng)當保持。然而，例如即使兩塊板31和41之間保持平行，但由于它們的位置傾斜和移位等原因使得極板的面積比發(fā)生變化也是不允許的。如果位置關(guān)系出現(xiàn)無規(guī)律現(xiàn)象，那么比率S/N發(fā)生變化，這樣預(yù)定的檢測精度不僅不能保證，而且由于兩塊板31和41之間發(fā)生接觸和類似毛病而不能進行檢測。為了便于攜帶和改善操作性能，近年來要求位移檢測裝置小型化的呼聲越來越高。組裝具有前面所說的那種位置關(guān)系的位移檢測裝置是非常麻煩的，特別是在采用監(jiān)視輸出電壓的方法和類似的方法時，而且為了調(diào)整要重新拆開位移檢測裝置，而實際測量操作要在組裝好之后進行，要想得到高于1微米的分辨率是十分困難的。這個問題不僅出在靜電電容式探測器上，而且對上面提到的光電式探測器以及其它類似的探測器也同樣存在。
當上述的鑒相式靜電電容探測器100安裝到位移檢測裝置上，如裝到電子指示表上時，出現(xiàn)下述問題。
更具體地說，當探測器100被眾所周知的卡尺、高度尺和類似的量具，例如在圖7中所示的電子卡尺采用時，帶有發(fā)送電極32和接收電極33的固定板31緊固到與電子顯示器21整體成形的尺框70上，帶有耦合電極42和接地電極43的可動板41裝到尺身71上，布線應(yīng)做到在尺框70上，交流電壓可加到各發(fā)送電極32上，而輸出信號能從接收電極33上取出，而接地電極43用導線與尺身71連接，這樣預(yù)定的操作就能實現(xiàn)。然而，在位移檢測裝置的殼體內(nèi)，例如在電子指示表殼體內(nèi)，由于可動板41在測桿的徑向上伸出，接地電極43和測桿必須用環(huán)繞可動板的電纜連接。因此，為了確保足夠的空間使得該電纜不妨礙其他的部件，位移檢測裝置作為一個整體應(yīng)采用大尺寸。再有，又出現(xiàn)了這樣一個問題由于測桿的頻繁垂直位移，該電纜的接線端部分要脫開。此外，不管上述的技術(shù)特征如何，由于前述各問題的存在，超小型位移檢測裝置由于受其結(jié)構(gòu)的限制不能采用鑒相式靜電電容探測器，于是阻礙高精度位移檢測裝置的廣泛應(yīng)用。
本發(fā)明的目的在于簡化位移檢測裝置的結(jié)構(gòu);精確和快速地實現(xiàn)構(gòu)成探測器的兩個傳感元件間的位置調(diào)整並以高精度進行位移檢測。
基于這樣的事實在位移檢測裝置裝拆時完成探測器的常規(guī)裝調(diào);和在傳感元件上設(shè)置各發(fā)送電極的預(yù)定圖形等等，本發(fā)明試圖用上述圖形來調(diào)整兩個傳感元件之間的位置關(guān)系，從而消除現(xiàn)有技術(shù)中存在的上述那些問題。
為此，本發(fā)明設(shè)想在位移檢測裝置中包括一個可滑動地支承在殼體上的，裝有測頭的測桿;和一個用來探測該測桿在其軸向的位移的探測器，其中該探測器包括由殼體支承，其上形成預(yù)定圖形的第一傳感元件，和它同該第一傳感元件相對安置並整體地緊固到該測桿上的第二傳感元件;
在第二傳感元件上設(shè)置位置檢驗器，可以從與第一傳感元件相對的方向目視檢查第一傳感元件的圖形，並確定第二傳感元件與第一傳感元件之間的位置關(guān)系;以及在以緊固到測桿上的第二傳感元件調(diào)整好第一傳感元件的位置之后，第一傳感元件由殼體支承。
從而，第二傳感元件整體地固定到與殼體滑動安裝的測桿上，並平行于測桿的軸線，第一傳感元件和第二傳感元件之間的位置關(guān)系用預(yù)先設(shè)置在第二傳感元件上帶有定位參考線的位置檢驗器以目測檢查預(yù)定圖形進行調(diào)整，然后把第一傳感元件固定在殼體上，這樣，兩個傳感元件之間的位置關(guān)系就能容易而快速地確定。
圖1是局部省略的總體布置圖，它示出按本發(fā)明的位移檢測裝置的一個實施例;
圖2是定位機構(gòu)等的主要部分的透視圖;
圖3是第一傳感元件的局部放大視圖;
圖4是位移檢測裝置的總體外形圖;
圖5是局部平面圖，它示出在傳統(tǒng)實例中的第一和第二傳感元件;
圖6是圖5沿Ⅵ-Ⅵ線取的剖面圖;和圖7是現(xiàn)有技術(shù)中另一種位移檢測裝置的外形圖。
本發(fā)明的一個實施例將參照各附圖在下面進行描述。
本實施例的位移檢測裝置具有電子指示表外型，它采用如圖1至圖4所示的鑒相式靜電電容探測器。順便說一下，在該探測器的結(jié)構(gòu)中使用的標號與在圖5和圖6所示的傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)中使用的同一標號表示相同或相類的零件，這樣可以簡化和省略詳細的描述。
現(xiàn)在來看一下外形如圖4所示的位移檢測裝置，測桿11在殼體1的套筒6中軸向地滑動(圖中為垂直方向)，一個裝有顯示器21的外框架9，開關(guān)22等可轉(zhuǎn)動地裝在殼體1上，當測桿11在垂直方向移動時，用其前端安裝的測頭與被測件接觸(圖中未畫出)，測量值可以從顯示器21上以數(shù)字量和/或模擬量讀出。就此裝置而言，在殼體1內(nèi)裝有第一傳感元件、第二傳感元件、定位機構(gòu)50，平行調(diào)節(jié)機構(gòu)60等等，它們組成探測器100。
在圖1和圖2中，第二傳感元件40的可動板41固定到一個方形固定件12上，用易導電的粘接劑46將其固定到測桿11上，作為一個導電體。在本實施例中的可動件41由電絕緣體，例如玻璃制成。然而，可動板41通常用導電金屬覆蓋其表面，例如鍍鉻或類似金屬的導電層45，用蝕刻法形成各電報。當各接地電極43與形成在相應(yīng)的各電極周邊表面上的導電層45連接時，地電流通過可動板背面的導電層45、固定件12傳到測桿11，而后再傳至殼體1上，這是因為可動板41通常被導電體覆蓋所致?？蓜影?1設(shè)有一個由長條形通孔形成的位置檢驗器51，該孔有一條如圖中所示垂直延伸的參考線S。
另一方面，形成第一傳感元件30的固定板31通過調(diào)節(jié)板54和固定框架3固定到殼體1上。具體地說，固定框架3通常是園盤形，它被放到殼體1的內(nèi)周緣2里，用鎖緊螺絲將其固定到殼體1上(圖中未畫出)。調(diào)節(jié)板54通過四個偏心銷56上的螺孔緊固到它的固定框架3上。固定板31靠兩個凸起的銷子57水平放置並且粘結(jié)地固定在調(diào)節(jié)板54上。因此，將偏心銷56的偏心部分的一端插入孔55，另一端插入安裝孔7中，調(diào)節(jié)偏心銷使得從圖1的紙面一側(cè)經(jīng)過作為位置檢驗器51的長條形通孔，將參考線S與位于引線端34上的接線圖形37的一端邊緣線相重合，如在圖3中所示的那樣，上述引線端34是為相應(yīng)的各發(fā)送電極32供給不同相位電壓信號而設(shè)的，調(diào)好之后，將各緊固螺釘59旋入各偏心銷中心部位上的螺孔內(nèi)擰緊，這樣調(diào)節(jié)板54就被固定在固定框架3上，從而參考線S與一端邊緣線完全重合，于是實現(xiàn)了第二傳感元件40與第一傳感元件30之間的定位。在此，定位機構(gòu)50由四個偏心銷56和位置檢驗器51組成，其中四個偏心銷插入由孔55和安裝孔7構(gòu)成的四對孔中，可以改變調(diào)節(jié)板54與固定框架3的相對位置;而位置檢驗器由可動板41上形成的長條形通孔構(gòu)成，可進行目測定位。順便提一下，第一傳感元件的各發(fā)送電極32和接收電極33與固定框架3用柔軟的導線35和38電氣連接，以便使調(diào)節(jié)板54相對于固定框架3可以轉(zhuǎn)動。在固支框架3上的標號19是連接電子線路(未畫出)的接線端。當園拱形軟導線5的一端與可相對殼體1轉(zhuǎn)動的外框架9的顯示器21等連接時，該導線可以容許外框架9轉(zhuǎn)動。
另一方面，平行調(diào)節(jié)機構(gòu)60由導向件61和嚙合件66構(gòu)成，其中導向件61通過調(diào)節(jié)螺絲63可以使其相對于殼體1傾斜;嚙合件66在測桿11的徑向上伸出，其近端固定在固定件12上，其前端與導向件61的導向槽62相嚙合，這樣測桿11能在其軸向滑動而不會相對于殼體1轉(zhuǎn)動。因此，平行調(diào)節(jié)機構(gòu)60具有阻止測桿11轉(zhuǎn)動和進行平行調(diào)節(jié)兩個功能。更具體地說，在由定位機構(gòu)50完成定位以前和之后精細地調(diào)節(jié)調(diào)節(jié)螺絲63時，第一傳感元件30的各相應(yīng)電極32和33與第二傳感元件40的各耦合電極42和接地電極43被調(diào)準在預(yù)定的平行度值上。
順便提一下，圖中的標號8是測桿11的減震器，標號13是彈簧掛耳(圖中未畫出彈簧)，彈簧使測桿11在圖中朝下偏移。
本實施例的操作將在下面進行描述。
首先描述組裝步驟。將測桿11滑動地裝到殼體1上。預(yù)先把第二傳感元件40的可動板41通過導電粘結(jié)劑沿平行于測桿11的軸線方向固定到固定件12上。線性地移動平行調(diào)節(jié)機構(gòu)60的調(diào)節(jié)螺絲63，借此調(diào)節(jié)導向件61的狀態(tài)。該狀態(tài)調(diào)節(jié)這樣完成，即通過嚙合件66與導向件61的導向槽62嚙合使測桿11能垂直地直線移動而不轉(zhuǎn)動。順便說一句，在用定位機構(gòu)50定位之后可以進行重新調(diào)節(jié)，有關(guān)重新調(diào)節(jié)的問題將在后面描述。
其后，柔軟的導線35被彎成這樣一種狀態(tài)使固定框架3和調(diào)節(jié)板54按圖2中所示的狀態(tài)重迭起來，由此使元件3和54兩者都連接到殼體1上。在這種情況下，當可動板41與固定板31彼此間以一個預(yù)定厚度的間距輕輕地壓接觸時，各相應(yīng)電極間的間距可以保持更精確。然后將固定框架3固定到殼體1上，再用定位機構(gòu)50將固定板31相對于可動板41定位。在這樣完成定位之后，即使測桿11運動產(chǎn)生位移，而發(fā)送電極32、接收電極33和耦合電極42之間的極面積比卻是一個預(yù)定的常數(shù)，轉(zhuǎn)動調(diào)節(jié)相應(yīng)的偏心銷56，使作為位置檢驗器51的長條形通孔可以從可動板41的后面一側(cè)(從圖1中紙表面這一側(cè))目視檢查，讓通孔的一條邊當作參考線S，與在圖3中所示的接線圖形37重合。定好位置之后，將已調(diào)好位置的調(diào)節(jié)板54用緊固螺釘59將其固定在固定框架3上，如果需要的話還可用粘結(jié)劑進一步固定。在此之后，將柔軟導線5的一端18接到顯示器21等部件上，再將外框架9裝到殼體1上，至此全部組裝完畢。
在這樣裝調(diào)好的位移檢測裝置中，如果測桿11運動產(chǎn)生位移，同時測頭與被測工件接觸(未畫出)，那末就可以從顯示器21上讀出測量值。
因此，在本實施例中，呈直線排列在第一傳感元件30上的接線圖形37和第二傳感元件40的可動板41上的位置檢驗器51通過目視確定，借此用定位機構(gòu)50實現(xiàn)這兩個元件的重合。因此，與傳統(tǒng)的定位方法不同，傳統(tǒng)的方法是將第一傳感元件30的固定板31和第二傳感元件40的可動板41分別地預(yù)先固定，然后由實際操作中得到的各種電壓波形對兩個元件進行檢查、拆卸和重新調(diào)整;而根據(jù)本發(fā)明的方法，能快速地實現(xiàn)高精度定位，以便迅速地提高探測器100的分辨率和精度。分辨率可以達到小于1微米。此外，測量的穩(wěn)定性和可靠性得到保證，而且有效地減小了位移檢測裝置的整體尺寸。再有，由于定位裝置50使用了在固定板31上高精度排列的接線圖形37，不僅不需要用于定位的特別精細加工，而且簡化了結(jié)構(gòu)，實現(xiàn)經(jīng)濟和直接的定位。
在平行調(diào)節(jié)機構(gòu)60里，導向槽62設(shè)置在可傾斜的導向件61中，這樣不僅可以阻止測桿11轉(zhuǎn)動，而且能使測桿11作直線運動，還能使第二傳感元件40相對于第一傳感元件30的平行度達到要求。此外，同殼體1與導向槽整體設(shè)置的傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)相比，本發(fā)明的結(jié)構(gòu)具有容易操作和經(jīng)濟的優(yōu)點。
另外，由于鑒相式靜電電容探測器100可以裝到測桿移動的位置檢測裝置中，例如裝到不帶相當于尺身71部分的電子指示表中，這樣可以獲得具有高精度和小型化的位移檢測裝置，其優(yōu)點顯露無遺。
順便提及，在上述實施例中，在可動板41上形成的作為位置檢驗器51的長條形通孔的端邊的直線段是用來當作參考線S，然而，簡單地說，只要從可動板41這一側(cè)可目測檢查固定板31一側(cè)上的預(yù)定圖形就可以了。因此，相當于預(yù)定圖形的一條曲線、按一定間隔排列的虛線、方形標記等均可采用。然而，如果使用參考線S，那么就能提供這樣的優(yōu)點，即在測桿11移動時，定位工作在很寬的范圍上能有效地完成。在這種情況下，當可動板41用透光材料制成時，位置檢驗器51可以用彩色刻痕或類似標記來代替通孔。對于預(yù)定的圖形來說，可以使用為相應(yīng)的各發(fā)送電極32充電的導線或接線端當作接線圖形37，然而也可直接使用相應(yīng)的各發(fā)送電極32?？傊?，應(yīng)當采用構(gòu)成探測器100必不可少的圖形。因此，當探測器100為光電式時，應(yīng)該采用探測絕對原點的光柵或類似件作為該圖形。根據(jù)探測原理和探測器類型，采用的圖形會各不相同。
如上所述，本發(fā)明具有結(jié)構(gòu)簡單、能快速完成兩個傳感元件之間的定位及高精度檢測位移的突出優(yōu)點。
權(quán)利要求
1.一種位移檢測裝置，包括可滑動地支承在殼體上，裝有測頭的測桿，和用來探測上述測桿在其軸向的位移的探測器；其特征在于上述探測器包括由上述殼體支承，其上形成預(yù)定的圖形的第一傳感元件；和同上述第一傳感元件相對安置並整體地緊固到上述測桿上的第二傳感元件；在上述第二傳感元件上設(shè)置位置檢驗器，可從與第一傳感元件相對的方向目視檢查第一傳感元件的圖形，並確定第二傳感元件和第一傳感元件之間的位置關(guān)系；和在以緊固到上述測桿上的上述第二傳感元件調(diào)整好上述第一傳感元件的位置之后，上述的第一傳感元件由上述殼體支承。
2.按權(quán)利要求
1所述的一種位移檢測裝置，其中上述位置檢驗器設(shè)置在與上述測桿整體形成的可動板上。
3.按權(quán)利要求
1所述的一種位移檢測裝置，其中上述位置檢驗器具有一條平行于上述測桿的軸向延伸的參考線。
4.按權(quán)利要求
3所述的一種位移檢測裝置，其中上述參考線由平行于上述測桿的軸線延伸的通孔構(gòu)成。
5.按權(quán)利要求
3所述的一種位移檢測裝置，其中上述可動板由透光材料制成。
6.按權(quán)利要求
1所述的一種位移檢測裝置，其中上述第一傳感元件固定在由上述殼體支承的調(diào)節(jié)板上，而上述調(diào)節(jié)板能使第一傳感元件相對于上述第二傳感元件定位。
7.按權(quán)利要求
6所述的一種位移檢測裝置，其中上述調(diào)節(jié)板通過多個偏心元件調(diào)節(jié)其位置。
8.按權(quán)利要求
1所述的一種位移檢測裝置，還包括平行調(diào)節(jié)機構(gòu)，其中第一和第二傳感元件之間的平行度由上述平行調(diào)節(jié)機構(gòu)調(diào)節(jié)。
9.按權(quán)利要求
8所述的一種位移檢測裝置，其中上述平行調(diào)節(jié)機構(gòu)包括一個裝在上述殼體上的導向件和在其近端固定到測桿一側(cè)，在其前端與上述導向件嚙合的嚙合件。
10.按權(quán)利要求
9所述的一種位移檢測裝置，其中上述導向件有一個平行于上述測桿軸向的導向槽，而且該導向件是可以傾斜的。
11.按權(quán)利要求
1所述的一種位移檢測裝置，其中上述第一傳感元件包括一個由上述殼體支承的固定板;和設(shè)置在上述固定板上的各發(fā)送電極和一個接收電極;上述第二傳感元件包括一個由上述測桿整體形成的;和設(shè)置在上述可動板上的各耦合電極和各接地電極;以及上述可動板在其周緣表面上形成導電層，而上述各接地電極和上述測桿經(jīng)上述導電層彼此電氣連接。
12.按權(quán)利要求
11所述的一種位移檢測裝置，其中上述可動板和上述測桿由導電粘結(jié)劑彼此連接。
13.按權(quán)利要求
1所述的一種位移檢測裝置，包括一個電子指示表。
專利摘要
本發(fā)明涉及一種裝有鑒相式靜電電容探測器的位移檢測裝置。該探測器包括裝在彼此相對移動的部件上的第一和第二傳感元件。第一傳感元件固定在裝有指示器的支承板上，而第二傳感元件裝在可動板這一側(cè)，例如裝在由殼體支承的測桿上。當支承板被固定到殼體上時，使用可目視檢查的位置檢驗器將這些傳感元件安裝在預(yù)定位置上。
文檔編號G01B3/20GK87104890SQ87104890
公開日1988年3月16日 申請日期1987年6月12日
發(fā)明者鈴木干男 申請人:株式會社米姿托約導出引文BiBTeX, EndNote, RefMan