CN105043182A - 具有触觉或听觉反馈的卡尺力指示器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种力指示器装置，提供关于通过力致动器施加到卡尺钳的测量力的触觉或听觉反馈。联接在所述力致动器和所述卡尺钳之间的所述力指示器装置包括增量构件、接合构件和兼容元件。所述增量构件包括增量标记，并且所述接合构件被布置成接合所述增量标记来生成触觉和/或听觉反馈(例如，点击)，以指示因所述兼容元件变形而施加的测量力的量。可以提供不同增量标记构造来指示不同水平的测量力。具有不同力敏感性的一组可互换的力指示器装置可以设置用于不同应用。可改型的力指示器装置也可以利用与现有卡尺钳的现有安装特征兼容的紧固构造。

Description

具有触觉或听觉反馈的卡尺力指示器

技术领域

本发明涉及精密测量仪器，并且涉及具有可移动钳用于测量物体尺寸的卡尺。

背景技术

卡尺利用成对的钳来确定测量结果。第一钳一般固定在计量标尺的一端，而第二钳附接至沿着计量标尺移动的滑动器组件。物体的外尺寸可以通过将物体布置在第一钳与第二钳的内表面之间和之上进行测量。物体的内尺寸可以通过将第一钳和第二钳的外表面布置在物体的内表面(例如，孔壁)上进行测量。滑动器组件可以用用户的拇指进行移动，并且可以提供拇指轮来改进控制。利用拇指轮的一个示例性卡尺描述于美国专利号7,533,474中，其全部内容借此通过引用并入本文中。

为了测量卡尺的钳之间的距离，例如，可以使用基于低功率电感的位置感测技术的电子位置编码器。这样的编码器可以包括读数头和标尺(scale)。读数头可以包括读数头传感器和读数头电子装置。读数头输出的信号沿着测量轴作为读数头传感器相对于标尺的位置的函数而变化。标尺可以附至细长的标尺构件，它包括固定的第一测量钳。读数头附至包括第二测量钳的滑动器组件，它沿着标尺构件可移动。基于读数头的信号可以确定两个测量钳之间的距离的测量结果。

示例性电子卡尺公开在共同转让的美国专利号RE37490、5,574,381和5,973,494中，其中每个专利的全部内容借此通过引用并入。能够测量力的现有技术电子卡尺公开在美国专利出版物No.2003/0047009中。如'009出版物中描述的，使用现有卡尺的一个缺陷是由测量钳施加的力的变化，以及可作为结果而发生的测量结果差异。特别在测量柔软物体时，测量结果可能是不可重复的，因为一个人在卡尺的钳上可以施加较高的力或较低的力，使得柔软物体“压缩过量”或“压缩不足”。'009出版物公开的卡尺能够测量施加到物体的大小和力两者，其可以被分析以提供更可重复的测量结果。然而，'009出版物的卡尺的力感测和指示特征可能被许多卡尺用户考虑为“过度的”和/或可能太过昂贵和/或复杂。存在这样的需求：以经济的、符合人体工程学便利的、可重复的和可直观理解的方式改进卡尺的测量力控制和/或重复性。

发明内容

本发明内容设置为以简化的形式引入一种概念的选择，其在下文的具体实施方式进一步进行描述。本发明内容并不意在确定所要求保护的主题的重要特征，也不意在用作辅助来确定所要求保护的主题的范围。

一种力指示器装置为用户提供关于通过力致动器施加到卡尺钳的测量力的反馈，所述卡尺钳沿着卡尺的测量轴方向沿着卡尺标尺构件移动。所述力指示器装置包括增量构件、接合构件和兼容元件。所述增量构件联接到所述卡尺钳和所述力致动器之一，并且至少包括具有相应第一增量标记的第一增量部分。所述接合构件联接到所述卡尺钳和所述力致动器中的另一个，并且布置成当所述接合构件和所述增量构件定位在第一相对位移时接合所述第一增量标记。所述兼容元件(例如，弯曲弹簧元件、扭矩弹簧元件、螺旋弹簧元件、弹性材料元件，等等)定位成耦合所述力致动器和所述卡尺钳之间的力。

所述力指示器装置被构造成使得当它联接到所述卡尺钳和所述力致动器时，所述力致动器沿着所述卡尺标尺构件与所述卡尺钳移动。另外，当力施加到所述力致动器以沿着所述测量轴方向提供力时，所述兼容元件变形，使得所述力致动器相对于所述增量构件和所述接合构件的联接到所述卡尺钳的一个经历受迫的相对位移。这产生了取决于此受迫的相对位移的测量力。此外，当所述受迫的相对位移包括所述第一相对位移时，所述接合构件与所述第一增量标记接合或脱离中的至少一个会导致触觉或听觉反馈(例如，“点击”)中的至少一个，以指示相应的第一各自测量力。

通过提供触觉和/或听觉反馈，用户不需要在还要试图观察所述卡尺的测量结果的同时观察力指示。在现有力指示卡尺中，通常视觉提供力指示(例如，在标尺或LCD显示器上)，这需要用户执行艰巨的任务：同时在视觉上监控力指示、卡尺测量值和/或卡尺钳。通过提供与测量力相关的触觉和/或听觉反馈，用户在仍接收关于所施加测量力的量的引导的同时能够观察测量值和/或卡尺钳。所述触觉和/或听觉反馈允许用户实现更一致的和/或可重复的测量结果，尤其针对标准工件(例如，通过防止施加过少或过多的测量力，这可以导致错误和/或不可重复的测量结果)。

在各种执行方案中，所述兼容元件可以被构造用于所述力致动器到所述卡尺钳的双向弹性联接。在一个执行方案中，沿着所述测量轴方向在第一方向上施加到所述力致动器的力产生所述兼容元件的第一极性形变，这产生了施加到所述卡尺钳的第一极性测量力。另外，沿着所述测量轴方向在第二方向上施加到所述力致动器的力产生所述兼容元件的第二极性形变，这产生了施加到所述卡尺钳的第二极性测量力。在一个执行方案中，具有相应第一增量标记的所述第一增量部分被指定为第一极性增量部分，所述第一相对位移被指定为第一极性相对位移，并且所述第一各自测量力被指定为在所述第一方向上施加到所述力致动器的力。所述增量构件还包括具有相应第二极性增量标记的第二极性增量部分。当所述接合构件和所述增量构件被定位在第二极性相对位移时，所述接合构件还布置成接合所述第二增量标记。此外，当所述受迫的相对位移包括所述第二极性相对位移时，所述接合构件与所述第二极性增量标记的接合或脱离中的至少一个导致生成触觉或听觉反馈中的至少一个，以指示在所述第二方向上施加到所述力致动器的各自第二极性测量力。

在各种执行方案中，所述增量构件至少包括在所述第一方向上具有相应第二增量标记的第二增量部分。当所述接合构件和所述增量构件被定位在大于所述第一方向上的所述第一相对位移的第二相对位移时，所述接合构件进一步布置成接合所述第二增量标记。另外，当所述受迫的相对位移包括所述第二相对位移时，所述接合构件与所述第二增量标记接合或脱离中的至少一个导致生成触觉或听觉反馈中的至少一个，以指示所述第一方向上的相应第二各自测量力。

在各种执行方案中，除所述第二增量部分之外，所述增量构件包括一个或多个附加增量部分，一个或多个附加增量部分中的每个具有相应附加增量标记。当所述接合构件和所述增量构件被分别定位在大于所述第二相对位移的附加各自相对位移时，所述接合构件进一步布置成分别接合所述附加增量标记之一。另外，当所述受迫的相对位移包括所述附加各自相对位移之一时，所述接合构件与所述各自的附加增量标记接合或脱离中的至少一个导致生成触觉或听觉反馈中的至少一个，以指示相应的附加各自测量力。

在各种执行方案中，所述第一增量标记包括第一缺口，或者可替代地包括位于所述增量构件中的第一突出部，并且所述接合构件包括构造成当所述接合构件和所述增量构件被定位在大约所述第一相对位移时延伸到所述第一缺口中或接合所述第一突出部的部分。在所述增量构件包括附加增量标记的执行方案中，这些可以包括位于所述增量构件中的附加缺口或突出部。

在各种执行方案中，提供了止动装置，其被构造成在所述力致动器与所述增量构件和所述接合构件的联接到所述卡尺钳的一个之间提供最大相对位移极限，使得所述兼容元件的变形被限制，以基本排除所述兼容元件的塑性变形。所述止动装置被构造成一旦到达所述最大相对位移极限就在所述力致动器和所述卡尺钳之间传送附加力。

在各种执行方案中，所述力指示器装置被构造成使用与所述卡尺钳上的现有安装特征兼容的紧固构造安装到现有卡尺的所述卡尺钳。在所述现有卡尺不包括力致动器的情形下，所述力指示器装置包括所述力致动器，并且所述力致动器被改型到所述现有卡尺作为所述力指示器装置的一部分。

在各种执行方案中，所述力指示器装置包括有一组可互换的力指示器装置，其中这组中的每个各自力指示器装置提供具有不同各自回弹率的各自兼容元件。另外或可替代地，这组中的至少一个各自力指示器装置提供不同第一增量部分，所述不同第一增量部分具有对应于与组中其它构件相比不同的第一相对位移的不同各自大小，以便指示与组中其它构件指示的相比不同的第一各自测量力。

在各种执行方案中，所述兼容元件被做成足够刚性以提供合理的阻力(例如，0.1至10N)同时足够兼容以给出合理的偏转量(例如，0.5至5mm)。在一个执行方案中，利用的兼容元件具有0.25N/mm至6N/mm的回弹率等级，以便提供某些符合人体工程学的特点。回弹率等级也选择足以在完成测量过程之后将所述力指示器装置返回至零位置。

附图说明

图1是具有力指示器装置第一实施例的手工具类型卡尺的分解等距视图，包括标尺和滑动器。

图2是图1力指示器装置的等距视图。

图3是图1力指示器装置的顶视图。

图4A-4C是一组兼容元件的顶视图，具有不同刚度或回弹率。

图5A-5C是一组增量部分的顶视图，具有不同数量和间距的增量标记。

图6A和6B是力指示器装置第二实施例的视图。

图7是力指示器装置第三实施例的视图。

具体实施方式

图1是具有力指示器装置205的手工具类型卡尺100的分解等距视图。在该示例中，卡尺100包括滑动器位移传感器158(例如，电感传感器组件)和标尺基板125，标尺基板125包括沿着细长的标尺构件102定位在沟槽127中的标尺轨道126(图示了每个的切掉部分)。在其它实施方式中，可以利用其它类型的滑动器位移传感器158(例如，电容，等)。滑动器组件170包括附接至滑动器130的电子组件160。滑动器位移传感器158包括在电子组件160中。卡尺100的机械结构和操作可以类似于某些现有电子卡尺，诸如共同转让的美国专利号5,901,458的电子卡尺，其全部内容借此通过引用并入本文中。标尺构件102是刚性或半刚性的杆，其可以包括各种沟槽和/或并入大致矩形的横截面中的其它特征。标尺基板125可以刚性地结合在沟槽127中，并且标尺轨道126可以包括标尺元件，以类似于在已知电子卡尺中使用的且如先前并入的RE37490和5,901,458专利以及共同转让的美国专利号6,400,138(其全部内容通过引用并入本文中)所描述的方式，标尺元件与滑动器位移传感器158的相应元件(未示出)共同操作。

一对钳108和110形成在标尺构件102的第一端附近。对应的一对钳116和118形成在滑动器130上。通过将工件放置在钳108和116的一对接合表面114之间来测量工件的外侧尺寸。类似地，通过将钳110和118的一对接合表面122放置在工件的相对内部表面上来测量工件的内侧尺寸。在有时被称为零位置的位置上，接合表面114彼此抵接，接合表面122对准，并且由卡尺100测量的外侧尺寸和内侧尺寸两者可以指示为零。

被测量尺寸可以显示在数字显示器144上，其安装在卡尺100的电子组件160的盖140内。电子组件160还可以包括推动按钮开关141(例如，“原点”开关)和信号处理和显示电路板150。信号处理和显示电路板150可以包括读数头信号处理和控制电路159。如图1示出的，信号处理和显示电路板150的底表面可以安装成在标尺构件102的任一侧抵接滑动器130的顶表面。

力指示器装置205包括：增量构件210，增量构件210包括增量部210A并且在该实施例中进一步包括联接部210B；接合构件220，接合构件220包括接合增量部210A的接合特征262；和兼容元件230。增量构件210(例如通过螺钉)联接到滑动器130，由此联接到相应的钳116和118。接合构件220联接到致动器组件190。兼容元件230联接在增量构件210和接合构件220之间，由此耦合力致动器和滑动器130上卡尺钳之间的力。如将在下面关于图2-5更详细地描述的，增量构件210(例如其增量部210A)包括多个增量部分260，增量部分260具有由接合构件220接合特征262接合的增量标记。在可替代的执行方案中，构件210可以做成包括接合特征262(其然后可以被引用为接合构件210)，并且构件220可以做成包括增量部分260(其然后可以被引用为增量构件220)。

在各种执行方案中，如将在下文关于图2更详细地描述的，兼容元件230可以由平行弹簧元件组成。平行弹簧元件可以是相对刚性的，并且相应地起作用来约束力致动器组件190沿着横向于测量轴方向的方向相对于卡尺钳的移位。以这种方式，兼容元件230可以用作力致动器组件190的引导机构以及提供阻力两者，这将在下文更详细地描述。

在操作中，用户可以在力致动器组件190的拇指轮191上推动来施加力至力致动器以沿着测量轴方向移动滑动器130朝向标尺构件102的第一端。兼容元件230弯曲或变形，使得力致动器组件190的力致动器主体192和相联接的接合构件220相对于增量构件210及滑动器130和相应的卡尺钳116和118沿着测量轴方向移位。在兼容元件230中产生的测量力取决于此受迫的相对位移，并且沿着测量轴方向通过兼容元件230施加到增量构件210及滑动器130和相应的卡尺钳116和118。如将在下文更详细地描述的，当受迫的相对位移包括某第一相对位移时，接合构件220的接合特征262与增量构件219的第一增量标记261接合或脱离中的至少一个导致生成触觉或听觉反馈中的至少一个，以指示相应的第一各自测量力。

利用具有兼容元件230的力指示器装置205允许力的平缓增加或降低发生在一定范围的位置上。重要的是，当在测量工艺期间尝试施加控制以提供期望量的力时，这导致用户的更好控制和更好“感知”。如下面更详细地描述的，当兼容元件230弯曲时，随着接合特征262沿着增量部分260范围移动，力指示器装置205被构造为生成一个或多个触觉和/或听觉指示(例如点击)。通过提供触觉和/或听觉反馈，用户在还要试图观察卡尺测量结果的同时不需要观察力指示。

在一些实施例中，上面提到的特征可以与如图1所示特定实施例图示的可选的电子力元件位移传感器(也被称为力传感器)组合。力传感器包括如下布置：位移信号元件255和(例如通过介于中间的联接元件)联接到力致动器组件190的信号调制元件250。类似的力传感器更详细地描述在2014年2月28日提交的标题为“DisplacementSensorForForceIndicatingCaliper”的共同未决和共同转让的美国专利申请序列号14/194,320(后文为“'320申请”)中，其全部内容借此通过引用并入。在一个执行方案中，位移信号元件255的布置制造在电路板150的一个或多个金属层中，并且生成指示信号调制元件250位置的电信号。读数头信号处理和控制电路159包括力感测电路，该力感测电路从位移信号元件255中接收力感测信号用于确定力测量结果。当用户推动拇指轮191以移动滑动器130朝向标尺构件102的第一端时，力致动器组件190及附接的信号调制元件250被向前推动，以相对于位移信号元件255的布置以引导的方式进行移动。信号调制元件250布置有接近位移信号元件255的相对小的间隙，使得它们感测其相对位置。信号调制元件250的位置对应于力指示器装置205的兼容元件230的弯曲量，并且因此指示对应的测量力。

在各种执行方案中，电路板150可以在电路板150的一个或多个安装区域抵接滑动器130。例如，如图1示出的，电路板150可以具有安装区域157A和157B，安装区域157A和157B抵接位于滑动器130上的相应安装区域137A和137B。滑动器位移传感器158的传导信号感测元件(未示出)可以在位于远离安装区域157A的第一横向方向D1上的标尺轨道126中交叠标尺构件102。此外，位移信号元件255的布置的至少一个传导信号感测元件可以布置在位于远离安装区域157A的相反横向方向D2上的区域中。在该构造中，除其通常的滑动器功能之外，金属滑动器130还可以起作用来屏蔽滑动器位移传感器158和力传感器255彼此的同步信号。与卡尺中力感测操作相关的各种考虑描述在2012年12月5日提交的标题为“SystemandMethodforSettingmeasurementForceThresholdsinaForceSensingCaliper”的共同未决和共同转让的美国专利申请序列号13/706,225(后文为“'225申请”)中，其全部内容借此通过引用并入本文中。

图2是图1的力指示器装置205和力致动器组件190的等距视图，而图3是顶视图。如图2和3示出的，兼容元件230的该实施例包括第一弹簧元件232以及联接在增量构件210和接合构件220之间的第二弹簧元件234。弹簧元件232和234可以充当平行四边形弹簧悬架。

如图2和3示出的，第一联接部236可以刚性地紧固或联接到弹簧元件232和234的一端，并且利用紧固件217(例如，紧固件217可以旋拧到联接部236中)联接到增量构件210的安装部210A。安装部210A包括用于附接到滑动器130的附接部219。一般情况下，滑动器和相关联的现有卡尺钳具有指定的尺寸和可以安装外部元件的特征，并且在各种执行方案中安装部210A被构造利用与现有卡尺上的现有安装特征兼容的紧固构造进行安装。某些现有卡尺可以不包括力致动器组件190，在这种情况下力致动器组件190可以利用力指示器装置205改型到现有卡尺。

弹簧元件232和234的第二端可以使用紧固件(未示出)和/或结合方法等紧固到接合构件220的接合部220A和/或联接部220B。接合构件220(例如联接部220B)可以联接到致动器主体联接部224，致动器主体联接部224联接到致动器主体192。信号调制元件250被附接以与接合构件220和致动器主体联接部224移动。

在本文中描述的各种执行方案中，力指示器装置205被构造成提供关于用户所施加的测量力的触觉和/或听觉反馈。在一个具体示例执行方案中，增量构件210包括多个增量部分260，增量部分260具有由接合构件220接合特征262接合的增量标记261。包括接合特征262的接合构件220被联接以与力致动器组件190和兼容元件230第二端移动。在操作中，当兼容元件230弯曲以允许致动器组件190相对于增量构件210移动时，接合特征262相对于增量部分260范围移动，以提供测量力的指示。力指示器装置205被构造成当接合特征262沿着增量部分260范围移动时生成一个或多个触觉和/或听觉指示(例如点击)。例如，接合特征262可以包括突出特征，诸如脊，并且增量标记261可以包括一系列横过接合特征262的凸起部或峰，使得当接合特征262扣在每个增量标记261上时生成“点击”。在各种执行方案中，如将在下面关于图5A-5C更详细地描述的，可以设置不同范围的增量部分260和/或增量标记261。在一个执行方案中，根据期望，多余的视觉力指示器可以在力致动器主体192上包括一定范围的记号193。

在一个示例构造中，卡尺100和力指示器装置205的操作可以描述如下。如图2图示的，卡尺可以开始于位置调零。在位置调零处，卡尺一般在双向测量范围的中间，其中兼容元件230(例如，平行四边形弹簧悬架)并未弯曲。在位置调零处，信号调制元件250可以大致在位移信号元件255的布置的范围中间，并且接合特征262可以大致在增量部分260的范围中间。

当用户在拇指轮191上推动以移动滑动器130朝向卡尺100的标尺构件的第一端时，兼容元件230向前弯曲，并且可以到达极限位置L-extmeas。极限位置L-extmeas可以对应于期望的外部测量力极限(例如，针对工件的外部尺寸的测量)。如下面关于图5A-5C更详细地描述的，在位置调零和极限位置L-extmeas之间，可以由移过增量标记261的接合特征262提供触觉和/或听觉反馈(例如，当指示相应量的测量力的每个增量标记261接合和/或脱离时生成“点击”)。

在各种执行方案中，可以提供止动装置，略微超出极限位置L-extmeas。例如，固定到接合构件220的表面226A可以接触固定到增量构件210的表面216A，并且防止兼容元件230在向前方向上的进一步相对运动或弯曲。这可以对应于信号调制元件250到达位移信号元件255感测范围的第一端和/或接合特征262到达增量部分260范围的第一端。

类似地，当拇指轮191在相反方向上由用户移动时，(即，以倒转滑动器130的方向朝向卡尺100的标尺构件的相对端)，兼容元件230向后弯曲。在该方向上，可以到达极限位置I-intmeas，极限位置I-intmeas可以对应于内部测量极限(例如，针对工件的内部尺寸的测量)。在位置调零和极限位置I-intmeas之间，可以由移过增量标记261的接合特征262提供触觉和/或听觉反馈。相应的止动装置可以包括固定到接合构件220的表面226B，其接触固定到增量构件210的表面216B，以防止兼容元件230在倒转方向上的进一步弯曲。这对应于到达位移信号元件255感测范围的第二端的信号调制元件250和/或到达增量部分260范围的第二端的接合特征262。

上面提到的止动装置被构造成为力致动器组件190提供最大相对位移极限。当卡尺100处于调零位置时，表面216A和226A分开距离D1，而表面216B和226B分开距离D2。这些距离D1和D2由此对应于从位置调零分别到极限位置L-extmeas和I-intmeas的差。一旦到达这些极限位置L-extmeas和I-intmeas，相应表面216A、226A以及216B、226B的接触传送在力致动器组件190上由用户直接施加到滑动器130的任何附加力，而不是使兼容元件230进一步变形。在各种执行方案中，这限制了兼容元件230的变形，以充分排除兼容元件230的塑性变形。

在各种执行方案中，可以利用兼容元件230的不同特征和材料。一般而言，柔性元件230可期望是足够刚性的，以提供合理的阻力(例如，0.1至10N)，同时是足够兼容的，以给出合理量的偏转(例如，0.5至5mm)。关于各种实施例，实验已经确定，可以可期望地使用0.25N/mm到6N/mm回弹率等级的兼容元件230，以提供某些符合人体工程学的特点。应当理解的是，虽然在使用卡尺时施加受控力，但一般手的某些手指抓握卡尺标尺(由此相对于卡尺固定手的大部分)，手指还可以环绕滑动器，并且拇指可以相对于手移动以相对于滑动器调整力致动器。由此，相对于手的其余部分，便捷的拇指行进量受到限制。一般而言，0.25N/mm极限确保有用的力变化量可以相对于手的其余部分提供在便利和舒适的拇指行进量内，而6N/mm的上限确保拇指小运动下的力变化不会如此大以至于用户容易和稳定的控制过于敏感。换句话说，实验已经确定，该回弹率范围为用户提供可期望的测量感知。增量部分260可以做成相应的大小。通过使用杠杆或齿轮或其它已知的机械元件，手指位移和力之间的关系可以改变，使得其它弹簧刚度(例如，在0.05到20N/mm的范围内)可以用在其它实施方式中。

在一个具体示例中，可以利用钢垫片用于第一和第二弹簧元件232和234，以便实现期望的回弹率。在其它执行方案中，可以使用其它材料类型(例如，弹性聚合物材料)来提供兼容元件230，这可以形成为部分或元件的组合(例如，模制到聚合物部分中的冲压金属弯曲)或单个元件(例如，单个模制部分)，以降低部分数和组装成本。在一个执行方案中，可以利用复合弯曲用于兼容元件230，结果是增加可用的弯曲范围。

将要了解的是，上面提到的接合构件、增量构件、兼容元件和力致动器组件190的实施例仅是示例性且非限制性的。示出为单片或一体结构各部的各种元件反而可以包括组装元件。相反地，组装元件反而可以设置在单片或一体结构内。各种可替代的形状和形式可以用于实施本文中公开的原理。

图4A-4C是一组兼容元件230A-230C的视图，具有不同厚度的平行弹簧元件，其可以包括在一组相应的力指示装置中。如图4A示出的，兼容元件230A包括第一和第二弹簧元件232A和234A，其薄于图4B的兼容元件230B的第一和第二弹簧元件232B和234B。类似地，第一和第二弹簧元件232B和234B薄于兼容元件230C的第一和第二弹簧元件232C和234C。每个兼容元件230A、230B和230C的第一和第二弹簧元件的不同厚度对应于不同的回弹率。

如上所述，在各种执行方案中，具有相应兼容元件230A-230C的各自力指示装置可以构造成利用与卡尺钳和滑动器的现有安装特征兼容的紧固构造附接至现有卡尺。通过提供一组具有兼容元件230A-230C的各自力指示装置，用户可以选择回弹率适合具体应用的力指示器装置。在替代执行方案中，替代第一和第二弹簧元件232和234厚度的改变，可以反而改变兼容元件230的其它尺寸(例如，高度)。

图5A-5C是一组增量部210AA-210AC的视图，具有不同数量的增量部分260和增量标记261间距，其可以包括在一组相应的力指示器装置中。如图5A示出的，增量部210AA包括增量部分260，增量部分260包括位于调零位置第一侧的第一极性增量部分ES1A，以及位于调零位置第二侧的第二极性增量部分IS1A。第一极性增量部分ES1A具有相应的第一极性增量标记EM1A，并且第二极性增量部分IS1A具有相应的第二极性增量标记IM1A。在各种执行方案中，如上文关于图2描述的，第一极性增量部分ES1A可以对应于外部尺寸测量结果，而第二极性增量部分IS1A可以对应于内部尺寸测量结果。

在一个具体示例中，当接合特征262从一个增量标记261(例如，标记EM1A或IM1A)在接合(例如，位置262”)和脱离(例如，位置262')位置之间移动时，通过释放与改变接合特征262和/或增量标记261的干涉和/或变形关联的储存能量可以生成触觉和/或听觉反馈(例如，“点击”)。点击或由用户察觉到的其它反馈可以指示相应的测量力增量，这可以决定用户动作。例如，在点击指示当前施加了适合量的测量力的情况下，一旦感到或听到点击，用户就可以停止增加测量力。在点击指示施加了过多测量力的情况下，用户可以降低测量力，等等。

在各种执行方案中，增量部分和/或增量标记的大小和位置可以选择和定位，以指示具体量的测量力。在一个执行方案中，增量部分和/或增量标记的位置可以由用户调整，以调整所指示的测量力的量。例如，增量标记EM1A或IM1A中的一个或两者可以承载在一个或多个可调整元件上，用户可以重新定位，使得触觉和/或听觉反馈可以发生在不同量的测量力下。如将在下面关于图5B和5C更详细地描述的，在某些执行方案中，多个增量标记也可以设置在一定范围的增量部分内，使得不同数量的点击可以对应于不同测量力水平(例如，施加各种水平的过少测量力、适合测量力和/或过多测量力)。

如图5B示出的，增量部210AB包括位于调零位置第一侧的第一极性增量部分ES1B和ES2B，以及位于调零位置第二侧的第二极性增量部分IS1B和IS2B。第一极性增量部分ES1B和ES2B分别具有相应的第一极性增量标记EM1B和EM2B。第二极性增量部分IS1B和IS2B分别具有相应的第二极性增量标记IM1B和IM2B。在该构造中，第一点击可以指定为指示第一测量力，并且第二点击可以指定为指示第二测量力。例如，在一个具体执行方案中，第一方向上的第一点击(针对第一或第二极性的任一个)可以指定为指示施加了适合量的测量力，而第一方向上的第二点击可以指定为指示施加了过多测量力。

如图5C示出的，增量部210AC包括位于调零位置第一侧的第一极性增量部分ES1C、ES2C和ES3C，以及位于调零位置第二侧的第二极性增量部分IS1C、IS2C和IS3C。第一极性增量部分ES1C、ES2C和ES3C分别具有相应的第一极性增量标记EM1C、EM2C和EM3C。第二极性增量部分IS1C、IS2C和IS3C分别具有相应的第二极性增量标记IM1C、IM2C和IM3C。在该构造中，第一点击可以指定为指示第一测量力，第二点击可以指定为指示第二测量力，并且第三点击可以指定为指示第三测量力。例如，在一个具体执行方案中，第一方向上的第一点击可以指定为指示施加了过少测量力，而第一方向上的第二点击可以指定为指示施加了适合量的测量力，并且第一方向上的第三点击可以指定为指示施加了过多测量力。可以在第一和第二极性方向两者上生成三个点击的力指示器装置的另一示例将在下面关于图6A和6B更详细地描述。

如上文描述的，具有相应增量部210AA-210AC的一组力指示装置可以构造成利用与卡尺现有安装特征兼容的紧固构造附接至现有卡尺。用户可以选择力指示器装置，具有适合具体应用的增量部分和相应增量标记。虽然增量部210AA-210AC图示不同数量的增量标记，但在其它执行方案中，一组增量部也可以或可替代地包括在不同间距具有相同数量增量标记的增量部分。一般情况下，将要了解的是，一组力指示装置可以设置有任何数量的增量部分和/或兼容元件回弹率(例如，兼容元件230A-230C)和/或其任何组合。

图6A和6B是力指示器装置605的第二实施例的视图，包括增量构件610、接合构件620和兼容元件630。增量构件610、接合构件620和兼容元件630的各种器件可以类似于图1-3增量构件210、接合构件220和兼容元件230的类似标号的器件，并且将理解以另外在下面描述的类似方式运作。

如图6A和6B示出的，增量构件610包括类似于之前描述的增量部210A的增量部610A和包括附接部619以附接至卡尺100滑动器130(图1)的联接部610B。由此，增量构件610被构造成利用与现有卡尺安装特征兼容的紧固构造进行安装。另外，力致动器组件190可以利用力指示器装置605改型到某些现有卡尺。

接合构件620包括接合部620A并且在联接部620B处紧固到力致动器组件190的力致动器主体192'并与之移动。力致动器主体192'接收和引导在增量构件610联接部610B的沟槽613中，并且通过延伸过联接部610B中的狭缝611的螺钉或销612保留在那里。螺钉或销612可以在狭缝611中沿着测量轴方向自由移动，使得力致动器组件190和接合构件620可以相对于增量构件610大致如示出地进行移动。

在各种执行方案中，兼容元件630可以由螺旋弹簧组成，所述螺旋弹簧大致如示出地由销P2和P1联接到沟槽613中的元件190和610。用于连接弹簧类型兼容元件的可替代的构造描述在之前并入的'225申请中。在该构造中，当用户在拇指轮191上推动以移动滑动器130朝向标尺构件102的第一端时，兼容元件630被压缩(例如，针对工件外侧尺寸的测量)。当用户在相反方向上移动拇指轮191(即，倒转滑动器130的方向朝向标尺构件102的相对端)时，兼容元件630得以延伸(例如，针对工件的内侧尺寸的测量)。以这种方式，双向测量构造通过兼容元件630得以实现。将要了解的是，狭缝611中的螺钉或销612可以构造成提供双向止动装置，这限制了力致动器组件190的相对移位以及兼容元件630的压缩和伸展。

增量构件610包括多个增量部分660，具有由接合构件620的接合部662接合的增量标记661。在可替代的执行方案中，构件610可以做成包括接合部662(然后可以引用为接合构件610)，并且构件620可以做成包括增量部分660(然后可以引用为增量构件620)。如上文描述的，通过变形兼容元件630以及相对于增量构件610相应地移动接合构件620，用户可以移动拇指轮191以施加测量力。在图6A的示例中，该运动导致接合部662沿着增量部分660的范围移动，这生成一个或多个触觉和/或听觉指示(例如点击)，以指示施加的测量力的量。

如图6A图示的，接合部662可以包括偏置成向下延伸的延伸部，并且当接合部662沿着增量部分660移动时，延伸部“点击”到增量部分660的缺口部中。在一个执行方案中，增量标记661可以指定为缺口部，而在另一实施例中，增量标记可以指定为位于每个缺口部之间中的凸起部。在任一情况下，不同范围的增量部分660和/或增量标记661可以提供在各种执行方案中，类似于上文关于图5A-5C描述的。类似于图5C的示例，在图6A的示例中，增量部分660被构造成使得在每个第一和第二极性方向上可以生成三次点击。

类似于上文描述的力指示器装置205的执行方案，力指示器装置605的增量部分660、增量标记661、接合部662和兼容元件630可以根据特定执行方案的各种参数进行构造和/或选择。例如，在各种执行方案中，可以期望具有对应于每次点击的选定量的测量力(例如，0.1-10N)，以使选定数量的点击可得自运动范围内的任一方向上，以及针对运动范围合理给定卡尺大小(例如，使运动范围在每个方向上介于0.5至5mm之间)。兼容元件630可以选择回弹率等级，确保在每次使用之后力指示器装置605返回至零位置。增量部分660、增量标记661和接合部662的形状和大小可以均选择成为用户提供期望的“感觉”并且为每次点击提供适当的安排，并且器件的材料可以选择得长久以及平稳运行。增量部分660和增量标记661可以构造有不同的数量和/或间距，使得点击之间的力改变在指定的水平。每次点击的力可以指定，使得每次点击对用户是显著的，但不那么大以至于需要过大的力来到下一增量标记661。在各种执行方案中，点击可以设计成提供有助于工件的“微振动”，其在卡尺钳之间测量。

图7是联接到旋转力致动器790的力指示器装置705第三实施例的视图，并且可以实施为(可改型的)类型的拇指轮组件的一部分。类似的拇指轮组件更详细地描述在2014年2月28日提交的标题为“WheelAssemblyForMovingCaliperJawWithrepeatableForce”的共同未决和共同转让的美国专利申请序列号14/194,461(下文中为“'461申请”)中，其全部内容借此通过引用并入。大致在图7示出的构造可以与现有卡尺的滑动器和相关联卡尺钳的现有安装特征兼容。某些现有卡尺可以不包括力致动器组件，在这种情况下，力致动器组件790可以利用力指示器装置705改型到现有卡尺。

力指示器装置705包括增量构件710、接合构件720和兼容元件730。将要了解的是，增量构件710、接合构件720和兼容元件730的各种器件可以提供图1-3增量构件210、接合构件220和兼容元件230类似标号器件的模拟功能，并且将理解以另外在下面描述的类似方式运作。

如图7示出的，旋转力致动器790包括旋转致动器部791和797、组装螺钉795以及可选的毂/间隔件793。在各种执行方案中，旋转致动器部791和797可以通过组装螺钉795刚性地联接在一起(例如抵着毂/间隔件793)，以形成由用户致动以施加测量力的旋转力致动器790(例如，外拇指轮部)，这将在下面更详细地描述。在一个实施例中，组装螺钉795紧固到致动器部797的螺纹中，并且具有构造成在组装其中的器件之间提供轴向间隙的非螺纹长度，使得在组装螺钉795拧紧之后增量构件710可以相对于致动器部791和797自由枢转。在一个执行方案中，可以略去旋转致动器部791，并且兼容的联接元件730可以重新定位(并且根据需要重新构造)，以将旋转致动器部797联接到增量构件710。螺钉/轴795和/或毂/间隔件793可以根据需要重新构造，以上面提到的操作性方式将得到的组件保持在一起。

增量构件710包括由毂结合的两个盘状部。一个盘状部提供增量部710A，其模拟之前描述的线性增量部210A提供旋转(见图2)。毂提供联接部710B，联接部710B接受在联接元件711的狭缝711B中，其包括用于附接至卡尺100滑动器130(图1)的附接部719。当如上面提到地进行组装并且紧固到滑动器130时，卡尺标尺构件(或卡柱)102的边缘由此定位成摩擦地接合增量构件710的楔形卡柱接合间隙712的各侧。毂/联接部710B将通过卡尺卡柱陷落在狭缝711B中，并且当增量构件710沿着卡尺卡柱102边缘滚动时，毂/联接部710B将(经由狭缝711B)在联接元件711上推动，由此沿着测量轴方向在滑动器130上施加力。增量部710A包括多个增量部分760，具有由接合构件720接合特征762接合的增量标记761。

兼容的联接元件730被构造成弹性地将旋转致动构件790联接到增量构件710。兼容元件730图示为包括扭矩弹簧，其第一端部接收在旋转致动器部791的约束孔中，而第二端部接收在增量构件710的约束孔中，以弹性地将旋转致动器部791联接到增量构件710。虽然兼容元件730在图7中图示为由扭矩弹簧组成，但将要了解的是，其它器件可以用于其它执行方案(例如，弹性体扭矩弹簧、绕轮组件旋转轴、弯曲枢轴布置成弧的螺旋弹簧，等等)。

接合构件720联接(例如，结合)到力致动器组件190的旋转致动器部791并与之移动。在操作中，用户可以移动或滚动拇指轮/旋转致动器部791，以沿着卡尺卡柱边缘滚动增量构件710直到相联接的滑动器和卡尺钳接合工件，然后通过相对于增量构件710进一步旋转拇指轮/旋转致动器部791来变形兼容元件730而施加测量力，此时增量构件710的旋转/行进由停止在工件上的相联接的滑动器和钳约束。在图7的示例中，该相对旋转导致接合部762沿着增量部分760的范围移动，这生成一个或多个触觉和/或听觉指示(例如点击)，以指示施加的测量力的量。在以模拟的方式进行操作的可替代的执行方案中，合适的接合部762位于或联接到构件710(然后可以引用为接合构件710)，并且增量部分760和标记761可以位于构件720(然后可以引用为增量构件720)的内部表面。

在任何情况下，不同范围的增量部分760和/或增量标记761可以提供在各种执行方案中，模拟上文关于图5A-5C描述的那些。类似于之前描述的力指示器装置的执行方案，力指示器装置705的增量部分760、增量标记761、接合部762和兼容元件730可以根据特定执行方案的各种参数进行构造和/或选择。例如，在各种执行方案中，可以期望具有对应于每次点击的选定量的测量力(例如，0.1-10N)，以使选定数量的点击可得自运动范围内的任一方向上，以及针对运动范围合理给定卡尺大小(例如，在构件710的半径下，使运动范围在每个方向上介于0.5至5mm之间)。兼容元件730可以选择回弹率，确保在每次使用之后力指示器装置705返回至零位置。可以提供一组兼容元件、和/或力指示器装置和/或旋转致动器，其中这组中的每个构件提供不同回弹率的兼容元件。增量部分760、增量标记761和接合部762的形状和大小可以选择成为用户提供期望的“感觉”并且为每次点击提供适当的安排，并且器件的材料可以选择得长久以及平稳运行。增量部分760和增量标记761可以构造有不同的数量和/或间距，使得点击之间的力改变在指定的水平。每次点击的力可以指定，使得每次点击对用户是显著的，但不那么大以至于需要过大的力来到下一增量标记761。

如将基于该公开被本领域普通技术人员认识的，上文描述的各种器件可以不同地定位并且采用除上面提到的其它形式。

上文描述的各种实施方式可组合以提供其它实施方式。在该说明书中参考的所有的美国专利和美国专利申请的全部内容通过引用并入本文中。如果有必要采用各种专利和申请的概念来提供其它实施方式，则可修改实施方式的各方面。

根据上文详述的说明可对各实施方式做出这些和其它改变。一般而言，在以下权利要求中，所使用的术语不应该被解释为将权利要求限制为在说明书和权利要求中公开的具体实施方式，而是应该被解释为包括所有可能的实施方式，连同这样的权利要求所享有的等同物的完全范围。

Claims (20)

1.一种力指示器装置，为用户提供关于通过力致动器施加到卡尺钳的测量力的反馈，所述卡尺钳沿着卡尺的测量轴方向沿着卡尺标尺构件移动，所述力指示器装置包括：

增量构件，所述增量构件联接到所述卡尺钳和所述力致动器之一，所述增量构件至少包括具有相应第一增量标记的第一增量部分；

接合构件，所述接合构件联接到所述卡尺钳和所述力致动器中的另一个，所述接合构件包括接合特征，所述接合特征被布置成当所述接合构件和所述增量构件定位在第一相对位移时接合所述第一增量标记；和

兼容元件，所述兼容元件定位成耦合所述力致动器和所述卡尺钳之间的力，以沿着所述测量轴方向在所述卡尺钳上提供力，

其中，所述力指示器装置被构造成使得当它联接到所述卡尺钳和所述力致动器时：

所述力致动器沿着所述卡尺标尺构件与所述卡尺钳移动；

当力施加到所述力致动器以沿着所述测量轴方向在所述卡尺钳上提供力时，所述兼容元件变形，使得所述力致动器相对于所述增量构件和所述接合构件的联接到所述卡尺钳的一个经历受迫的相对位移，并且产生了取决于此受迫的相对位移并且沿着所述测量轴方向施加到所述卡尺钳的测量力；并且

当所述受迫的相对位移包括所述第一相对位移时，所述接合构件与所述第一增量标记接合或脱离中的至少一个导致生成触觉或听觉反馈中的至少一个，以指示相应的第一各自测量力。

2.如权利要求1所述的力指示器装置，其中，所述兼容元件包括弯曲弹簧元件、扭矩弹簧元件、螺旋弹簧元件或弹性材料元件中的至少一个。

3.如权利要求1所述的力指示器装置，其中：

所述兼容元件被构造用于所述力致动器到所述卡尺钳的双向弹性联接，使得在第一方向上施加到所述力致动器的力产生所述兼容元件的第一极性形变，这产生了施加到所述卡尺钳的第一极性测量力，并且在第二方向上施加到所述力致动器的力产生所述兼容元件的第二极性形变，这产生了施加到所述卡尺钳的第二极性测量力；

具有相应第一增量标记的所述第一增量部分是第一极性增量部分，所述第一相对位移是第一极性相对位移，并且所述第一各自测量力是在所述第一方向上施加到所述力致动器的力；

所述增量构件包括具有相应第二极性增量标记的第二极性增量部分；

当所述接合构件和所述增量构件被定位在第二极性相对位移时，所述接合构件被进一步布置成接合所述第二增量标记；并且

当所述受迫的相对位移包括所述第二极性相对位移时，所述接合构件与所述第二极性增量标记的接合或脱离中的至少一个导致生成触觉或听觉反馈中的至少一个，以指示在所述第二方向上施加到所述力致动器的各自第二极性测量力。

4.如权利要求1所述的力指示器装置，其中：

所述增量构件至少包括具有相应第二增量标记的第二增量部分；

当所述接合构件和所述增量构件被定位在大于所述第一相对位移的第二相对位移时，所述接合构件被进一步布置成接合所述第二增量标记；并且

当所述受迫的相对位移包括所述第二相对位移时，所述接合构件与所述第二增量标记接合或脱离中的至少一个导致生成触觉或听觉反馈中的至少一个，以指示相应第二各自测量力。

5.如权利要求4所述的力指示器装置，其中：

所述增量构件包括具有相应附加增量标记的至少一个附加增量部分；

当所述接合构件和所述增量构件被定位在大于所述第二相对位移的附加相对位移时，所述接合构件被进一步布置成接合所述附加增量标记；并且

当所述受迫的相对位移包括所述附加相对位移时，所述接合构件与所述附加增量标记接合或脱离中的至少一个导致生成触觉或听觉反馈中的至少一个，以指示相应的附加各自测量力。

6.如权利要求1所述的力指示器装置，进一步包括止动装置，所述止动装置被构造成在所述力致动器与所述增量构件和所述接合构件的联接到所述卡尺钳的一个之间提供最大相对位移极限，使得所述兼容元件的变形被限制，以基本排除所述兼容元件的塑性变形。

7.如权利要求6所述的力指示器装置，其中，所述止动装置被构造成一旦到达所述最大相对位移极限就在所述力致动器和所述卡尺钳之间传送附加力。

8.如权利要求1所述的力指示器装置，其中，所述力指示器装置被构造成使得至少0.5mm和至多5.0mm的各自相对位移对应于至少0.1牛顿和至多10牛顿的各自测量力。

9.如权利要求1所述的力指示器装置，其中，所述第一增量标记包括所述增量构件的第一凸起部，并且所述接合构件包括突出特征，当所述接合构件和所述增量构件接近所述第一相对位移定位时，所述突出特征被构造成干涉所述第一凸起部或由所述第一凸起部偏转。

10.如权利要求1所述的力指示器装置，其中，所述力指示器装置被构造成使用与所述卡尺钳的现有安装特征兼容的紧固构造安装到现有卡尺的卡尺钳。

11.如权利要求10所述的力指示器装置，其中，所述现有卡尺不包括力致动器，所述力指示器装置包括所述力致动器，并且力致动器被改型到所述现有卡尺作为所述力指示器装置的一部分。

12.如权利要求10所述的力指示器装置，其中，所述力指示器装置包括有一组可互换的力指示器装置，其中这组中的每个各自力指示器装置提供具有不同各自回弹率的各自兼容元件。

13.如权利要求10所述的力指示器装置，其中，所述力指示器装置包括有一组可互换的力指示器装置，其中这组中的至少一个各自力指示器装置提供不同第一增量部分，所述不同第一增量部分具有对应于与组中其它构件相比不同的第一相对位移的不同各自大小，以便指示与组中其它构件指示的相比不同的第一各自测量力。

14.如权利要求1所述的力指示器装置，其中，所述增量构件联接到所述卡尺钳，并且所述接合构件联接到所述力致动器。

15.如权利要求1所述的力指示器装置，其中，所述增量构件联接到所述力致动器，并且所述接合构件联接到所述卡尺钳。

16.如权利要求1所述的力指示器装置，其中，所述兼容元件将所述力致动器联接到所述卡尺钳。

17.如权利要求1所述的力指示器装置，其中，所述接合构件包括位于所述力致动器上的接合元件。

18.一种力指示器装置，为用户提供关于通过力致动器施加到卡尺钳的测量力的反馈，所述卡尺钳沿着卡尺的测量轴方向沿着卡尺标尺构件移动，所述力指示器装置包括：

增量构件，所述增量构件至少包括具有相应第一增量标记的第一增量部分；

接合构件，所述接合构件包括接合特征，所述接合特征被布置成当所述接合构件和所述增量构件定位在第一相对位移时接合所述第一增量标记；和

兼容元件，所述兼容元件用于将所述增量构件联接到所述接合构件，

其中，所述力指示器装置被构造成使得当它联接到所述卡尺钳和所述力致动器时：

所述接合构件与所述第一增量标记接合或脱离中的至少一个导致生成触觉或听觉反馈中的至少一个，以指示因所述兼容元件变形而产生的相应第一各自测量力。

19.如权利要求18所述的力指示器装置，其中：

所述增量构件至少包括具有相应第二增量标记的第二增量部分；

当所述接合构件和所述增量构件被定位在大于所述第一相对位移的第二相对位移时，所述接合构件被进一步布置成接合所述第二增量标记；并且

所述接合构件与所述第二增量标记接合或脱离中的至少一个导致生成触觉或听觉反馈中的至少一个，以指示因所述兼容元件变形而产生的相应第二各自测量力。

20.一种用力指示器装置改型现有卡尺的方法，所述现有卡尺包括沿着卡尺的测量轴方向沿着卡尺标尺构件移动的卡尺钳，所述方法包括：

提供力指示器装置，所述力指示器装置包括：

增量构件，所述增量构件至少包括具有相应第一增量标记的第一增量部分；

接合构件，所述接合构件包括接合特征，所述接合特征被布置成当所述接合构件和所述增量构件定位在第一相对位移时接合所述第一增量标记；和

兼容元件，所述兼容元件用于将所述增量构件联接到所述接合构件，并且

使用与所述卡尺钳的现安装特征兼容的紧固构造将所述力指示器装置联接到所述卡尺钳；

其中，所述力指示器装置被构造成使得当它联接到所述卡尺钳时：

所述接合构件与所述第一增量标记接合或脱离中的至少一个导致生成触觉或听觉反馈中的至少一个，以指示因所述兼容元件变形而产生的相应第一各自测量力。