專利名稱：感力尺的制作方法
技術領域：
本發明涉及長度測量器具，尤其涉及一種電子長度測量器具。
技術背景所謂尺就是一種長度或位置的測量器具。目前的長度測量器具可分為 機械式和電子式，機械式長度測量器具有直尺式、游標式、指針表式等； 電子式長度測量器具有容柵式、磁柵式和光柵式等。機械式長度測量器具 是靠刻度來指示位置或長度，具有直觀和測量基本不受環境影響等優點； 但機械式長度測量器具也存在讀數誤差和無法直接向電腦傳輸數據的問 題。電子式長度測量器具是靠傳感器探測游標的位置或探測游標的移動 量，具有數字讀數、高分辨率高精度、可向電腦傳輸數據等優點，可向電 腦傳輸數據更是為數控設備的閉環控制提供了手段;但電子式長度測量器 具也存在易受環境影響的問題，其中容柵式怕水怕油、磁柵式怕外磁場和 磁性粉末、光柵式怕塵，這樣在許多工作環境下就存在可靠性問題；而且 在超長測量中，電子式長度測量器具都會受到超長傳感器的制作困難。發明內容本發明旨在提供一種感力的電子長度測量器具，以力來傳遞位置信 息，提高電子長度測量器具的可靠性并降低成本。本發明的技術解決方案是與如圖1所示， 一個長為L的條狀尺身100，條狀尺身100兩端有支承點110和120。在未受壓力時條狀尺身100 處于受力平衡態，即兩端支承點110和120支承力Fi和F2之和等于條狀尺身100的重量。在條狀觸控板100距兩端兩支承點110和120分別為a 和b的位置130上，對條狀尺身IOO施加壓力P，支承力Fi和F2的變化 之和AFi+AF2等于壓力P，兩支承點支承力的變化AFi和AF2反比于施 壓點130距支承點的距離a和b，即壓力的分配反比于施壓點130距支承 點的距離，即<formula>formula see original document page 5</formula>，依上面的關系式，通過測量兩個支承點支承力的變化(即壓力的分配)AFi 和厶F2，甚至只是測量兩個支承點支承力變化的比值AFi/AF2，即兩個 支承點支承力變化的相對大小，就可得到施壓點130在條狀尺身100兩端 支承點連線上的位置。而測量被測物體頭尾兩端的位置，就可得到被測物 體的長度。將兩個力學傳感元件分別設置在條狀直線尺尺身兩端的支承位上，兩 個力學傳感元件都連接測量電路。以一定的彈性力將一游標觸壓在尺身 上，并讓游標在尺身兩端的支承位間可自由移動。游標處于尺身的某一位 置時，游標將觸壓力傳遞到尺身上，尺身再將觸壓力分配到兩個支承位置， 測量電路由兩個力學傳感元件感測到觸壓力的大小，以及在兩個支承位置 上的分配，確定游標在直線感力尺尺身上的一維位置。同樣，只要在面狀平面尺尺身不少于三個的支承位置上都設置力學傳 感元件，力學傳感元件都連接測量電路。以一定的彈性力將一游標觸壓在 定位板上，并讓游標在面狀尺尺身上可自由移動。游標處于面狀尺尺身上 的某一位置時，游標將觸壓力傳遞到面狀尺尺身上，面狀尺尺身再將觸壓 力分配到各支承位置，測量電路由各力學傳感元件感測到觸壓力在各支承 位置上的分配，確定游標在平面感力尺尺身上的二維位置。也可以用兩個相互垂直的直線尺來測量游標在平面上的二維位置。當游標在平面上繞固定點旋轉時，通過測量游標在平面上兩個垂直方 向的位置，也可獲得游標的角位置。力學傳感元件可以是壓力傳感元件，也可以是張力傳感元件。 力學傳感元件通過機構與尺身相連接。 力學傳感元件也可以直接安置在尺身上。也可以將力學傳感元件安置在尺身的支承框架上，觸壓力通過尺身傳 遞到支承框架上，安置在尺身支承框架上的力學傳感元件感測到觸壓力以 及觸壓力的分布。可以在安置力學傳感元件的尺身上或支承框架上設置特別的結構，以 便尺身被觸壓時，在特別結構處產生相對大的形變，便于力學傳感元件對 觸壓力的測量。與尺身相接觸的游標上具有磁性材料，可以被被測物件上的磁性物體 帶動，實現非接觸非測量。本發明與現有技術對比的有益效果是本發明的感力尺只需測量觸壓力在尺身上的分布，也就是只需測量各 力學傳感元件所受觸壓力的相對值，就可確定游標在尺身上的位置。力學 測量是一種成熟技術，市場上已具有多種低成本的力學傳感元件(如應變 電阻)及其測量電路。而相對值的測量可進大大提高測量精度、降低成本。本發明的感力尺只需在尺身上的少數固定位置設置力學傳感元件，就 可測量游標在整個尺身上的位置,克服了大距離測量器具中傳感器的制作 困難。觸壓力的變化值，特別是各力學傳感元件所受觸壓力的相對值，對環 境溫度的變化不敏感，濕度對力的傳遞也完全沒有影響，外界聲光電也不 會干擾力的傳遞，故本發明的感力尺幾乎不受測量環境的影響，大大提高 測量器具的可靠性。
圖1是感力尺位置感測原理的示意圖； 圖2是本發明具體實施方式
一的結構示意圖； 圖3是本發明具體實施方式
二的結構示意圖； 圖4是本發明具體實施方式
三的結構示意圖； 圖5是本發明具體實施方式
四的結構示意圖。
具體實施方式
本發明的實施例之一如圖2所示:一種直線感力尺200具有條狀尺身 210、尺基座220、游標230、兩個力學傳感元件241和242、測量電路250 和顯示器260等。游標230安裝在支架231上，游標230具有滾珠232， 游標230內的彈片233將滾珠232壓向尺身210，保持滾珠232與尺身210 相接觸。支架231在尺基座220的軌道221上沿條狀尺身210方向可自由 移動。支架231在尺基座220的軌道221上滑動時，帶動滾珠232在尺身 210上滾動。兩個力學傳感元件241和242分別設置在尺身210兩端的支 承位上，力學傳感元件241和242均連接測量電路250，測量電路250連 接顯示器260。在游標230處于感力尺200某一位置時，滾珠232在A點 與尺身210相接觸觸壓尺身，尺身210再將觸壓力傳遞到兩個支承位置， 測量電路250由兩個力學傳感元件241和242感測到觸壓力，由兩個力學 傳感元件241和242感測的觸壓力的比值確定滾珠232(也就是游標230) 在條狀尺身210上的位置，并在顯示器260上顯示出游標230的位置。實 現一種通過測量壓力，在一維方向上獲知游標位置的直線感力尺200。本發明的實施例之二如圖3所示一種非接觸式直線尺300具有條狀 尺身310、尺基座320、游標330、兩個力學傳感元件341和342、測量電 路350和顯示器360等。游標330以磁性材料制作，尺身310和尺基座 320均以非磁性材料制作。游標330具有觸點331與尺身310相接觸，并在尺身310上可自由移動。在被測物件370上固定磁塊371。將感力尺300 靠近被測物件370，讓條狀尺身310的方向與被測物件370運動方向一致， 并讓磁性游標330對準被測物件370上的磁塊371。當被測物件370移動 時，固定在被測物件370上的磁塊371靠磁力帶動游標330也同步在尺身 310上移動。兩個力學傳感元件341和342分別設置在尺身310兩端的支 承位上，力學傳感元件341和342均連接測量電路350，測量電路350連 接顯示器360。被測物件370處于某一位置時，游標330也隨同被測物件 370上的磁塊371停留在尺身310的對應位置，游標330上的觸點331在 A點與尺身310相接觸觸壓尺身，尺身310再將觸壓力傳遞到兩個支承位 置，測量電路350由兩個力學傳感元件341和342感測到觸壓力，由兩個 力學傳感元件341和342感測的觸壓力的比值確定觸點331 (也就是游標 330)在條狀尺身310上的位置，并在顯示器360上顯示出游標330的位置。 實現一種通過測量磁性壓力的非接觸式直線尺300。本發明的實施例之三如圖4所示 一種平面感力尺400具有面狀尺身 410、尺基座420、游標430、四個力學傳感元件441和442和443和444、 測量電路450和顯示器460等。游標430安裝在支架431上，游標430 具有滾珠432，游標430內的彈片433將滾珠432壓向尺身410，保持滾 珠432與尺身410相接觸。支架431在尺基座420的軌道425上沿垂直于 支架431的方向可自由移動，游標430在支架431上可自由移動，相當于 游標430可在整個面狀尺身410上自由移動。支架431在尺基座420的軌 道425上滑動，游標430在支架431上滑動時，滾珠432在面狀尺身410 上滾動。四個張力應變電阻片441、 442、 443和444分別直接貼覆在尺身 410面上的四角支承位421、 422、 423和424附近，張力應變電阻片441、 442、 443和444均連接測量電路450，測量電路450連接顯示器460。在 游標430處于面狀尺身410上某一位置時，滾珠432在A點與尺身410 接觸觸壓尺身，尺身410發生輕微的形變，測量電路450由四個張力應變電阻片441、 442、 443和444感測到尺身410四角形變的不同，而測量出 四角的觸壓力，由兩個張力應變電阻片441和442感測的觸壓力的比值， 或張力應變電阻片443和444感測的觸壓力的比值確定滾珠432(也就是 游標430)在面狀尺身410上x方向的位置；由兩個張力應變電阻片441 和443感測的觸壓力的比值，或張力應變電阻片442和444感測的觸壓力 的比值確定滾珠432(也就是游標430)在面狀尺身410上y方向的位置； 并在顯示器460上顯示出游標430的位置。實現一種通過測量壓力，在二 維方向上獲知游標位置的平面感力尺400。本發明的實施例之四如圖5所示: 一種感力角度尺500具有面狀尺身 510、尺基座520、游標530、四個力學傳感元件541和542和543和544、 測量電路550和顯示器560等。游標530固定安裝在轉架531上，游標 530具有滾珠532，游標530內的彈片533將滾珠532壓向尺身510，保 持滾珠532與尺身510相接觸。轉架531可繞尺基座520上一垂直于面狀 尺身510的軸521自由轉動，相當于游標530可繞垂直于面狀尺身510 的軸521自由轉動，并定義軸521的位置為平行于面狀尺身510的平面坐 標系x-y的原點。轉架531在繞軸521轉動時，滾珠532在面狀尺身510 上滾動。四個力學傳感元件541、 542、 543和544分別設置在尺身510 四角的支承位上，力學傳感元件541、 542、 543和544均連接測量電路 550，測量電路550連接顯示器560。在游標530處于面狀尺身510上某 一位置時，滾珠532在圓R的A點與尺身510接觸觸壓尺身，尺身510 再將觸壓力傳遞到四角的支承位置，測量電路550由四個力學傳感元件 541、 542、 543和544感測到四角的觸壓力，由兩個力學傳感元件541和 542感測的觸壓力的比值，或力學傳感元件543和544感測的觸壓力的比 值確定滾珠532(也就是游標530)在面狀尺身510上x方向的位置；由兩 個力學傳感元件541和543感測的觸壓力的比值，或力學傳感元件542 和544感測的觸壓力的比值確定滾珠532(也就是游標530)在面狀尺身510上y方向的位置；再由x向和y向的位置計算出游標530的角位置0 ; 并在顯示器560上顯示出游標530的角位置9 。實現一種通過測量壓力， 獲知游標角位置的感力角度尺500。以上內容是結合具體的優選實施方式對本發明所作的進一步詳細說 明，不能認定本發明的具體實施只局限于這些說明。對于本發明所屬技術 領域的普通技術人員來說，在不脫離本發明構思的前提下，還可以做出若 干簡單推演或替換，都應當視為屬于本發明的保護范圍。
權利要求
1. 一種感力尺，其特征在于具有尺身、游標、若干個力學傳感元件、測量電路等，所述的游標觸壓在尺身上，并且可在尺身上自由移動，所述的力學傳感元件通過機構與尺身相連接，力學傳感元件連接測量電路，測量電路測量力學傳感元件上的觸壓力，以各力學傳感元件上的觸壓力，確定游標在尺身上的位置。
2、 根據權利要求1所述的感力尺，其特征在于兩個力學傳感元件分設置在條狀尺身的兩端，以兩個力學傳感元件感 測到的觸壓力，確定游標在尺身上的一維位置。
3、 根據權利要求1所述的感力尺，其特征在于-不少于三個力學傳感元件分設置在面狀尺身上，以各力學傳感元件感測到的觸壓力，確定游標在尺身上的二維位置。
4、 根據權利要求3所述的感力尺，其特征在于以各力學傳感元件感測到的游標的二維位置，確定游標的角位置。
5、 根據權利要求1或2或3所述的感力尺，其特征在于以各力學傳感元件感測到觸壓力的比值，確定游標在尺身上的位置。
6、 根據權利要求1或2或3所述的感力尺，其特征在于所述力學傳感元件是壓力傳感元件或張力傳感元件。
7、 根據權利要求1或2或3所述的感力尺，其特征在于所述力學傳感元件安置在尺身的支承位上。
8、 根據權利要求1或2或3所述的感力尺，其特征在于所述力學傳感元件直接安置在尺身上。
9、 根據權利要求1或2或3所述的感力尺，其特征在于所述力學傳感元件安置在尺身的支承框架上。
10、 根據權利要求1或2或3所述的感力尺，其特征在于所述游標上具有磁性材料。
全文摘要
本發明公開了一種感力尺，尺身上具有可移動的游標，在與尺身相連接的機構上設置力學傳感元件，通過各力學傳感元件測量游標對尺身各支承位觸壓力的相對大小，確定游標在尺身上的位置。本發明的感力尺通過各力學傳感元件所受觸壓力相對值測位置的方法，可大大提高測量精度、降低成本；通過感力測位置更是幾乎不受測量環境的影響，提高了測量器具的可靠性。
文檔編號G01B21/02GK101251378SQ20071008425
公開日2008年8月27日 申請日期2007年2月24日 優先權日2007年2月24日
發明者陳其良, 陳梅英 申請人:陳其良;陳梅英