CN1008945B - 直线型位移测定装置 - Google Patents

Abstract

在由固定在相对移动构件的一侧的壳体，主刻度尺、滑架、针盘刻度尺、检测器组成直线型位移测定装置中，通过容许一端与滑架连接，另一端在保持主刻度尺笔直的区间标准长度处，即安装主刻度尺的壳体总体的中性层内与前述的相对移动构件的另一侧连接，同时也容许保持针盘刻度尺的弯曲面的法线成垂直状态的滑架姿势变更的连接机构，连接前述的滑架和相对移动构件的另一侧。

Description

本发明涉及直线型位移测定装置，尤其与用玻璃等透明材料制成的主刻度尺及针盘刻度尺的光学式直线型位移测定装置的改进有关。从现在可知，直线型光学式位移测定装置由固定在相对移动构件的一侧的中空细长壳体、在该壳体内侧沿着总长方向安装的主刻度尺、与相对移动构件的另一侧连接的沿着前述的主刻度尺，在其总长方向上移动的滑架、与前述的主刻度尺相对保持在前述滑架上的针盘刻度尺、把前述的主刻度尺和针盘刻度尺之间的相对移动移量转换成电信号的检测器组成。在这样的位移测定装置中，因为总精度要求为1μm（微米）左右，所以对其另件及其装配结构的要求非常严格，另外，即使各另件一样，也存在所谓构造误差与精度的优劣有关的特殊情况。这种位移测定装置特有的一种情况是不能把在规定的构造下可靠地组装的位移测定装置，按原样装配在机械上。即，装配于机械的场合、对位移测定装置施加外力，结果使调整笔直的主刻度尺发生弯曲。这样使与相对移动构件的另一侧连接的滑架的实际位移量和从弯曲的主刻度尺读出的位移量产生误差、造成所谓不能保证检测精度的不良情况。目前，这种装配时产生主刻度尺弯曲，掀起了所谓检测误差难以避免的观点、应该减轻因其弯曲产生的误差、所采取的对策是假想在空间保持自由的主刻度尺的两端加弯曲距的单纯梁。例如，在特公昭56-27803，特公昭57-5441，特公昭58-9007等中，揭示了在主刻度尺本身的中性层或者刻度面的中心连接滑架的 构造。即，各先有的实例，如对主刻度尺的厚度方向而言，把主刻度尺厚度方向中间作为中性层，建立一侧发生延伸、另一侧发生收缩的前提，在其中性层内把滑架对于主刻度尺转动自如地连接。但是，先有实例都不能说效果理想，随着近年的高精度化，期望其能获得改善。即，使实际装配时发生的主刻度尺的弯曲，随着装配着主刻度尺的壳体的变形而发生。因此，主刻度尺的弯曲，随着壳体的曲率，根据在壳体内主刻度尺的位置变动。于是，当考虑到它服从由不同材料组合的梁所具有的特性时，先有的实例就极不完善。

本发明以提供能消除前述的先有的问题、能在主刻度尺的实际的中性层内，将相对移动构件的另一侧同滑架连接，因此，不管装配时主刻度尺的弯曲，能高精度测定位移的直线型位移测定装置为目的。

本发明在由在相对移动构件的一侧固定的中空细长壳体、在该壳体内侧沿着总长方向安装的主刻度尺、与相对移动构件的另一侧连接的沿着前述的主刻度尺在其总长方向移动的滑架，与前述的主刻度尺相对，在装在前述的滑架上的针盘刻度尺，把前述的主刻度尺和针盘刻度尺之间的相对移动量转换成电信号的检测器组成的直线型位移测定装置中，通过能容许一端与滑架连接、另一端在安装主刻度尺的壳体总体的中性内与前述的相对移动构件的另一侧连接，同时也能容许能保持针盘刻度尺对于主刻度尺的弯曲面的法线成垂直状态的滑架的姿势变更的连接机构，连接前述的滑架和相对移动构件的另一侧。由此实现了本发明的目的。

另外，本发明的实施形式是在安装主刻度尺的壳体总体的相互交叉的数个中性层的交线上，按前述的连接机构进行连接，用极简单的构造，使本发明具体化。

本发明的实施形式是将前述的连接机构做成单一的杆，极简单地实现本发明。

本发明的另一实施形式是在安装主刻度尺的壳体总体的相互交叉的各中性层，分别进行按前述的连接机构的连接。即使安装主刻度尺的壳体总体的中性层交线，位于主刻度尺等的物体之内，也能使本发明具体化。

本发明的实施形式是将前述的连接机构做成2组板弹簧、连接机构的一方可共用连接臂、不仅构成比较简单，而且也不受主刻度尺和壳体的固定方法影响。

本发明另外的实施形式是将前述的连接机械做成2组板弹簧及在它们之间连接的连接托架，使滑架的姿势变更能圆滑地进行，即使安装主刻度尺的壳体总体的中性层存在于任何位置，它们也容易适应。

在本发明中，由于通过能容许相对移动构件的一端与滑架连接，另一端在保持主刻度尺笔直区间的标准长度之处，即，在包含主刻度尺及安装方式的壳体总体的中性层内与前述的相对移动构件的另一侧连接，也容许能保持针盘刻度尺对于主刻度尺的弯曲面的法线成垂直状态的滑架姿势变更的连接机构连接滑架和相对移动构件的另一侧，在安装主刻度尺的实际中性层内，使滑架和相对移动构件的另一侧连接，根据装配时主刻度尺的实际弯曲做相应地连接。因此不管装配时主刻度尺的弯曲，仍然能高精度地测定位移。

根据发明人的实验，主刻度尺的实际弯曲与现在的实例的假想特性之间存在差别，由此确认先有的实例的效果不理想。即，在实际的弯曲中，存在主刻度尺的厚度方向两侧同时产生延伸或者收缩。因此，主刻度尺笔直时规定的标准长度未必残留在变形后的主刻度尺的宽度方向内，所以把主刻度尺内存在标准长度不变的位置作为补正的根据的先有 实例的意图，不能说其根据有普遍性。

将以上的情况第1图，更详细地说明。第1图为便于说明，夸张地表现了笔直的壳体10中，安装着笔直的主刻度尺12，向机械等装配时，因壳体10被弯曲产生的总体延伸12₁或者总体收缩12₂的状态。图中，T-T表示用壳体总体形状等确定的壳体10的纵中性轴线，T′-T′表示主刻度尺12的宽度方向的中心线，着眼于主刻度尺时，也表示纵中性轴线。因此，若将安装主刻度尺12的壳体10总体作为组合梁研究，其纵中性轴线T-T，即使壳体10弯曲，长度不变。但是，主刻度尺12距壳体10的纵中性轴线T-T偏离Y，其标准长度l-l能延伸成l₁-l₁（总体延伸12₂的情况）或者收缩成l₂-l₂（总体收缩12₂的情况）。这里延伸量λ₁或者收缩量λ₂都用下式的关系表示：

λ_i＝ε_il_i＝（y_i/p_i）l_i（1）

其中：ε_i-变形

l_i-主刻度尺12的自然长度

p_i-主刻度尺12的弯曲的曲率半径。

因此，各个度数在（λ_1/2+λ_1/2）或者（λ_2/2+λ_2/2）沿箭头方向延伸或者收缩。且说，主刻度尺12笔直时的标准长度L，只是依存于总体的纵中性轴线T-T。因此，使直线移动的机械可动件的移动轨迹与纵中性轴线T-T啮合。并且，该移动时的度数若在（L+λ₁）或者（L-λ₂）范围内，即，读到与笔直时的标准长度内的度数相同的读数，两方的值相等，不存在由于主刻度尺12的弯曲产生的误差。且说，壳体的纵中性轴线T-T，显然因壳体10和 主刻度尺12的安装状况而不同，若其构造一确定，它也就确定了，而与伸缩无关。即，可以认为即使在纵长方向产生相对位移，在其垂直方向不产生位移。另外，即使主刻度尺12的弯曲方向变化，其纵中性轴线T-T也不变，不限定向壳体的装配形式，能利用纵中性轴线T-T。

上述说明，对主刻度尺的宽度方向做了叙述，对于主刻度尺的高度方向也可做同样的考虑。本发明基于上述的研究结果得到实现。

根据本发明，连接机构的一端，不管壳体的弯曲，在不变长度的线上移动，针盘刻度尺通过对应于该壳体的弯曲变化，能读出相当于该刻度尺延伸（或者收缩）的标准长度的度数，而另一端，即，可动件的移动长度和读出的量一致，不存在装配时产生的误差。可以将中性层的位置选定在要素结构的任意地方，在壳体内容易保证引导滑架的必需的空间。附主刻度尺的刻度线的位置不受限制。规定壳体等的形状，使主刻度尺的中性层与壳体总体的中性重合，能简化连接机构。不限定主刻度尺和壳体的装配方法，可以随便选择为防止因刚体热变形产生破损的长度方向可动的装配方法。另外，即使壳体内尺怎样凹凸弯曲，构件所规定的中性层是不变的，因此装配作业时，不必考虑变形方向或/及其程度。

附图的简要说明：

本发明的特性及其它的目的和优点，将从下面涉及到的附图内容的说明得到清楚地了解，附图中同样的参照符号指示同样的或类似的部件，其符号是***数字。

第1图是说明本发明的原理图。

第2图是与本发明有关的直线型位移测定装置的第1实施例结构的横断面图。

第3图是第1实施例的纵断面图。

第4图是第1实施例的连接机构斜视图。

第5图是第1实施例的主刻度尺和壳体的中性层的交线的斜视图。

第6图是第1实施例的在连接机构上的滑架姿势变更的容许状态的平面图。

第7图是第1实施例的变形例的滑架姿势变更的容许状态的平面图。

第8图是与本发明有关的直线型位移测定装置的第2实施例结构的横断面图。

第9图是第2实施例的纵断面图。

第10图是第2实施例的连接机械的斜视图。

第11图是与本发明有关的直线型位移测定装置的第3实施例的横断面图。

第12图是第3实施例的纵断面图。

第13图是第3实施例的连接机构的斜视图。

以下参照图详细说明采用本发明的光学式直线型位移测定装置的实施例。

本发明的第1实施例，如第2图至第5图所示，在由相对移动构件的一侧8A处固定的中空细长的壳体10，在该壳体内侧沿着总长方向安装的反射型主刻度尺12，与相对移动构件另一侧8B连接的沿着前述的主刻度尺12在总长方向上移动的滑架14，与前述的主刻度尺12的刻度线12A相对，保持在滑架14上的4个针盘刻度尺16，及将前述的主刻度尺12以及针盘刻度尺16之间的相对移动位移量转换成电信号的检测器（图中省略），并且主刻度尺12的互相垂直的2个中性层的交线T-T置于壳体10的空间所组成的反射型光学式直线型位移测定装置中，通过能容许一端与滑架14连接，另一端在安装主刻度尺12的壳体10总体的互相垂直相交的2个中性层的交线T-T（见图5）上，与前述的相对 移动构件8B的另一侧连接，也能容许保持针盘刻度尺16对于主刻度尺12的弯曲面的法线成垂直状态的滑架14的姿势变更的单一杆20及连接臂21，连接前述的滑架14和相对移动构件的另一侧8B。

图中，22是在壳体10内引导滑架14移动的滚轮，24是内装弹簧（图中省略）辅助滑架14与主刻度尺12经常在规定的间隔接合的辅助滚轮，26是光源。前述的主刻度尺12和针盘刻度尺16用，如玻璃等透明材料，以等间隔透光部和不透光部交互形成的。之所以在前述的针盘刻度尺16处划出4种刻度线，是因为按变化互相的位相进行移动方向的判断，及分割用检测器得到的位移信号。前述的杆20，如图6所示，在其两端，做得转动自如，因此，容许能保持针盘刻度尺16对主刻度尺12的弯曲面的法线经常成垂直相交状态的滑架14姿势变更。且容许滑架14姿势变更的结构不做限定，例如，如图7所示将杆20和滑架14的接合处及滑架14内的针盘刻度尺16的保持处，做得转动自如，并且把连接针盘刻度尺16和杆20的臂18，在与杆20的接合处做得在臂18的轴方向上滑动自如。

在第1实施例中，主刻度尺12的两个中性层的交线T-T在壳体10的空间内，只采用单一的杆20，极简单地实现了本发明。

以下详细说明的第2实施例。

第2实施例，适合于以图8至图10表示本发明。在由与前述的第1实施例同样的壳体10，透过型的主刻度尺12，滑架14，针盘刻度尺16，检测器（图中省略）组成的，并且主刻度尺12的中性层交线在主刻度尺12单体的场合和安装在壳体10内的场合一致地适用于透过型光学式直线型位移测定装置，通过容许一端与滑架14连接，另一端在安装主刻度尺12的壳体10总体的互相垂直的2个中性层内与各各相对移动构件的另一侧8B连接，也容许保持针盘刻度尺16对于主刻度尺12的弯曲面的法线成垂直状态的滑架14姿势变更的2组板弹簧30， 32，连接滑架14和相对移动构件的另一侧8B。其它点与前述的第1实施例相同，省略说明。前述的板弹簧30、32，分别配置在主刻度尺12的高度b的1/2的高度平面内及主刻度尺12的厚度t的1/2厚度的平面内。在本实施例方面，连接机构的一方，可以共用连接臂，不仅结构简单，有不受主刻度尺12和壳体10的固定方法影响的特点。

以下对本发明的第3实施例做详细地说明。

第3实施例，以第11图至第13图表示本发明。由和前述第2实施例相同的壳体10，主刻度尺12，滑架14，针盘刻度尺16，检测器（图中省略）组成的，并且主刻度尺12安装在壳体10的中性层其交线在主刻度尺12内的透过型光学式直线型位移测定装置，通过允许一端分别与滑架14连接，另一端在安装主刻度尺12的壳体10总体的互相垂直相交的2个中性层内与前述的相对移动构件的另一侧8B连接，也容许保持针盘刻度尺16对于主刻度尺12的弯曲面的法线成垂直状态的滑架14的姿势变更的2组板弹簧34、36及连接板弹簧34和38连接托架38，连接滑架14和相对移动构件的另一侧8B。

其它点与前述的实施例相同，说明省略。

第3实施例中，因在滑架14和连接21之间安装了连接托架38，可以圆滑地进行滑架14的姿势变更。

第3实施例中，即使包含主刻度尺12的壳体总体的中性层存在怎样的场合，也容易适应。并且，前述的实施中，滑架14由主刻度尺12本身或者主刻度尺12和壳体10两者引导，本发明的适用对象不限于此，例如，只用壳体10引导滑架14，同样能适用。

Claims (12)

1、一种直线型位移测定装置，包括：一个中空细长壳体，细长方向就是相对移动构件的直线移动方向，该壳体连接在该些相对移动构件之一上；一主刻度尺固定在该壳体内侧，沿着其纵长方向；一滑架连接在该些相对移动构件之另一上，并能沿着该主刻度尺的纵长方向移动；一连接机构连接着该滑架和该另一相对移动构件，使该滑架支持的针盘刻度尺面对着该主刻度尺；一检测器用于把该主刻度尺和该针盘刻度尺之间的相对移动量转换成电信号；

本发明的特征是该连接机构的一端在位于该壳体包括安装该主刻度尺的整体的中性层中被连接着该另一相对移动构件，而该连接机构能允许该滑架改变姿势从而使该针盘刻度尺能被支持于垂直相交该主刻度尺弯曲面的法线的状态。

2、根据权利要求1的位移测定装置，其特征是前述的滑架由主刻度尺本身引导。

3、根据权利要求1的位移测定装置，其特征是前述的滑架由主刻度尺和壳体两者引导。

4、根据权利要求1的位移测定装置，其特征是前述的滑架只由壳体引导。

5、根据权利要求1的位移测定装置，其特征是在安装主刻度尺的壳体总体的相互交叉的多数的中性层的交线上进行前述连接机构的连接。

6、根据权利要求5的位移测定装置，其特征是前述的连接机构由单一杆构成。

7、根据权利要求6的位移测定装置，其特征是前述的杆做得两端部转动自如。

8、根据权利要求6的位移测定装置，其特征是把前述的杆和滑架的接合处及滑架内的针盘刻度尺保持处做得转动自如，并且把连接针盘刻度尺和杆的臂，在与杆接合处做得在臂的轴方向上滑动自如。

9、根据权利要求1的位移测定装置，其特征是在安装主刻度尺的壳体总体的相互交叉的各中立面内分别进行按前述连接机构的连接。

10、根据权利要求9的位移测定装置，其特征是前述的连接机构由2组板弹簧构成。

11、根据权利要求10的位移测定装置，其特征是前述的板弹簧（多个），分别配置在主刻度尺的1/2高度的平面内及主刻度尺的厚度的1/2厚度处的平面内。

12、根据权利要求9的位移测定装置，其特征是前述的连接机构由2组板弹簧及接于板簧之间的连接托架构成。

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