用于力指示卡尺的位移传感器的制造方法
【技术领域】
[0001]本发明一般涉及精密测量仪器，特别涉及具有用于测量物体尺寸的可移动钳的卡尺。
【背景技术】
[0002]已知各种使用电子位置编码器的电子卡尺。这些编码器一般基于低功率电感、电容或磁性位置感测技术。一般而言，编码器可以包括读数头和标尺。读数头一般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。在电子卡尺中，标尺一般附至包括第一测量钳的细长的标尺构件，并且读数头附至沿着标尺构件可移动且包括第二测量钳的滑动器。因而，两个测量钳之间的距离的测量结果可以基于来自读数头的信号而确定。
[0003]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本文中。能够测量力的现有技术电子卡尺公开在美国专利出版物N0.2003/0047009中(009出版物”)。如’ 009出版物描述的，使用现有卡尺的一个缺陷是可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的差异。特别当测量柔软物体时，物体的测量结果可以是不可靠的或不可重复的，因为一个人在卡尺的钳上或者可以施加较高的力，使得柔软物体“压缩过量”，或者施加较低的力，使得柔软物体“压缩不足”。作为一种解决方案，’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。用将支架附接至读数头的应变计传感器来测量力。应变计传感器输出的信号涉及施加到由卡尺测量的物体的力的量，并且信号传递至印刷电路板。虽然’ 009出版物并未公开采用力测量，如此做所利用的构造需要使用和附接应变计传感器。另外，信号必须设法传递到印刷电路板，需要利用附加布线或其它联接技术。此外，可能需要专门的处理将来自应变计传感器的信号转换成用于卡尺的有用力读数。更经济的构造存在这样的需求:指示卡尺上的力的水平，同时最小化外部电子部件和附接到印刷电路板的需求，并且在卡尺应用的典型环境中可靠地操作。
【发明内容】
[0004]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】中进一步描述。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。
[0005]提供了一种电动卡尺，包括标尺构件、滑动器、滑动器位移传感器和力感测装置。所述标尺构件包括在测量期间位于工件上的第一测量表面。所述滑动器包括在测量期间位于工件上的第二测量表面。所述滑动器位移传感器被构造成提供响应于所述滑动器沿着所述标尺构件的位置的改变的位置信号，并且包括制造于电路板上的电信号感测元件，所述电路板承载在所述滑动器上。
[0006]所述测量力感测装置也位于所述滑动器上，并且包括力致动器、力元件位移传感器和力感测电路。所述力致动器相对于所述电路板移动。所述力元件位移传感器包括至少一个电信号感测元件和至少一个信号调制元件。所述至少一个电信号感测元件相对于所述电路板固定。所述至少一个信号调制元件联接到所述力致动器，并且接近所述至少一个电信号感测元件。所述力感测电路位于所述电路板上，并且联接到所述至少一个电信号感测元件。所述测量力感测装置被构造成提供一力信号，所述力信号响应于在测量过程期间通过所述第一测量表面和第二测量表面中的至少一个的由用户施加在工件上的测量力的改变。
[0007]在各种执行方案中，所述力致动器可以包括联接到力弹簧刚度弹簧(forcespring rate spring)的刚性元件，所述力弹簧刚度弹簧的尺寸通过所述力致动器由用户加以改变而使测量力变化。所述至少一个信号调制元件可以联接到所述力致动器，并且可以被构造成对应于改变的尺寸且接近所述至少一个电信号感测元件而移动。所述至少一个电信号感测元件可以制造在承载于所述滑动器上的所述电路板的金属层中。所述力感测电路可以响应于所述至少一个信号调制元件相对于所述至少一个电信号感测元件的位置。
[0008]在各种执行方案中，所述至少一个电信号感测元件可以包括具有电感的可变电感元件，电感取决于所述至少一个信号调制元件的位置。所述力元件位移传感器可以进一步包括电感親合到所述至少一个可变电感元件的至少一个电感驱动元件，其中所述电感親合取决于所述至少一个信号调制元件的位置。所述至少一个信号调制元件可以包括有色金属导体或铁氧体材料中的至少一种。
[0009]在各种执行方案中，所述至少一个可变电感元件可以包括至少两个平面线圈，所述至少两个平面线圈制造在承载于所述滑动器上的所述电路板的金属层中。在一个执行方案中，所述至少两个平面线圈可以关于彼此对称，并且当处于停靠位置时，所述信号调制元件可以覆盖所述至少两个平面线圈中的每个的大约一半。
[0010]在各种执行方案中，所述至少一个可变电感元件可以包括平面信号线圈，并且所述电感驱动元件可以包括平面驱动线圈，所述平面驱动线圈制造在承载于所述滑动器上的所述电路板的金属层中。所述平面信号线圈和所述平面驱动线圈可以被构造成包围一共享面积。在一个执行方案中，所述电路板可以包括两层，其中所述平面信号线圈和所述平面驱动线圈可以制造在所述电路板的同一金属层中。在其它执行方案中，所述电路板可以包括四层，并且所述平面信号线圈和所述平面驱动线圈可以制造在所述电路板的不同金属层中。
[0011 ] 在各种执行方案中，所述滑动器位移传感器可以接收来自驱动电路的位置驱动信号，并且所述驱动电路还可以将力驱动信号提供给所述力元件位移传感器。在一个执行方案中，所述位置驱动信号和所述力驱动信号可以提供于所述驱动电路的不同时钟周期期间。
[0012]在各种执行方案中，承载于所述滑动器上的所述电路板可以在所述电路板的安装区域抵接所述滑动器。另外，所述滑动器位移传感器的电信号感测元件可以在位于远离所述安装区域的第一横向方向上的标尺区域中交叠所述标尺构件。此外，所述力元件位移传感器的至少一个电信号感测元件可以布置在位于远离所述安装区域的相反横向方向上的区域中。将要理解的是，在该构造中，除其通常的滑动器功能外，所述金属滑动器还可以起作用来屏蔽所述两个位移传感器彼此的信号。
【附图说明】
[0013]图1是手工具类型卡尺的分解视图，其包括标尺和滑动器，其中力元件位移传感器的信号调制元件附接至第一实施方式的力致动器组件。
[0014]图2是图1的力致动器组件的分解视图，附接有信号调制元件。
[0015]图3是附接有信号调制元件的力致动器组件第二实施方式的等距视图。
[0016]图4A和4B是图示响应于信号调制元件的力元件位移传感器第一实施方式的视图。
[0017]图5A-?是图示响应于信号调制元件的力元件位移传感器第二实施方式的视图。
[0018]图6是图示力元件位移传感器的各种操作原理的示意图。
【具体实施方式】
[0019]图1是手工具类型卡尺100的分解视图，其中信号调制元件250附接至第一实施方式的力致动器组件182。在该示例中，卡尺100包括滑动器位移传感器158 (例如，磁性或电感传感器组件)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)。将要理解的是，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的通用机械结构和物理操作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，标尺元件与包括于电子组件160中的滑动器位移传感器158的相应元件(未示出)共同操作。