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1、(10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请号 201410444587.5 (22)申请日 2014.09.03 14/017,206 2013.09.03 US G01B 3/18(2006.01) (71)申请人 株式会社三丰 地址 日本神奈川县 (72)发明人 M.R. 多克雷 C.E. 艾特曼 (74)专利代理机构 北京市柳沈律师事务所 11105 代理人 曲莹 (54) 发明名称 确认尺寸测量手工工具中的工件测量值的方 法 (57) 摘要 一种确认手持式空间尺寸测量的测量工具中 的工件测量值的方法， 包括 ： 使用振动激励元件 使测量手工工具的一部分振动 ； 使用振动传感器。
2、 构造感测振动特征 ； 基于振动特征标准识别测量 手工工具和工件之间的有效接触状态 ； 基于应用 于测量手工工具的一组尺寸测量值的测量值稳定 性标准识别有效定位状态 ； 以及表明对于当有效 接触状态和有效定位状态同时发生时获得的尺寸 测量值， 尺寸测量值有效。 (30)优先权数据 (51)Int.Cl. (19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 权利要求书3页 说明书12页 附图8页 (10)申请公布号 CN 104422354 A (43)申请公布日 2015.03.18 CN 104422354 A 1/3 页 2 1. 一种用于确认接触型尺寸测量手工工具中的工件测量值的。
3、方法， 所述方法包括 ： 提供接触型尺寸测量手工工具， 所述接触型尺寸测量手工工具包括包含在第一构件上 的第一工件接触表面和包含在相对于所述第一构件移动的第二构件上的第二工件接触表 面 ； 尺寸测量传感器， 用于测量第一和第二接触表面之间的间隔 ； 振动激励元件 ； 振动传感 器构造 ； 以及信号处理器 ； 使用所述振动激励元件使所述测量手工工具的一部分振动 ； 使用所述振动传感器构造感测振动特征 ； 基于应用于所述振动特征的振动特征标准识别所述测量手工工具和所述工件之间的 有效接触状态 ； 基于应用于所述测量手工工具的一组尺寸测量值的测量值稳定性标准识别有效定位 状态 ； 以及 表明对于当有。
4、效接触状态和有效定位状态同时发生时获得的尺寸测量值， 尺寸测量值 是有效的。 2. 如权利要求 1 所述的方法， 其中， 所述接触型尺寸测量手工工具还包括可见测量值 有效性指示器， 所述方法包括启动对应于当有效接触状态和有效定位状态同时发生时获得 的尺寸测量值的可见测量值有效性指示器的显示器。 3. 如权利要求 2 所述的方法， 其中， 所述方法包括操作所述信号处理器以执行识别有 效接触状态、 识别有效定位状态以及确定有效接触状态和有效定位状态何时同时发生的操 作， 还执行启动可见测量值有效性指示器的显示器的操作。 4. 如权利要求 3 所述的方法， 其中， 所述方法还包括 ： 基于应用于在启。
5、动可见测量值有效性指示器的显示器的操作之后获得的测量手工工 具的尺寸测量值的测量值稳定性标准， 识别有效定位状态的结束 ； 以及 针对在启动可见测量值有效性指示器的显示器的操作之后获得的尺寸测量值， 继续可 见测量值有效性指示器的显示器， 直到识别了有效定位状态的结束为止， 然后结束可见测 量值有效性指示器的显示器。 5. 如权利要求 4 所述的方法， 其中， 所述方法还包括 ： 重复振动操作并感测振动特征操作， 并基于应用于在启动可见测量值有效性指示器的 显示器的操作之后获得的振动特征的振动特征标准， 识别有效接触状态的结束 ； 以及 针对在启动可见测量值有效性指示器的显示器的操作之后获得的。
6、尺寸测量值， 继续可 见测量值有效性指示器的显示器， 直到识别了有效定位状态的结束或识别了有效接触状态 的结束为止， 然后结束可见测量值有效性指示器的显示器。 6. 如权利要求 1 所述的方法， 其中 ： 对应于有效接触状态的所述振动特征标准包括以下之一 ： (a) 在测量手工工具与工件之间接触期间存在于振动特征中的而当测量手工工具和工 件之间不接触时却不存在的频率 ； (b) 对于振动特征中的至少一个频率， 振动信号的更低幅度的存在， 当测量手工工具与 工件之间不接触时， 所述振动信号以较高幅度存在 ； (c) 对于振动特征中的至少一个频率， 振动信号的更高幅度的存在， 当测量手工工具与 工。
7、件之间不接触时， 所述振动信号以较低幅度存在 ； 权 利 要 求 书 CN 104422354 A 2 2/3 页 3 (d) 对于振动特征中的至少一个频率， 对存在振动信号的增加阻尼的指示， 当测量手工 工具与工件之间不接触时， 所述振动信号以较少的阻尼存在 ； 以及 识别有效接触状态包括使用手工工具的信号处理器和外部信号处理器之一确定振动 特征中的 (a)、 (b)、 (c) 和 (d) 的至少一个的存在。 7.如权利要求6所述的方法， 其中， 识别有效接触状态包括确定(a)和(b)中的至少一 个的存在。 8. 如权利要求 7 所述的方法， 其中， 所述至少一个传感器邻近柔性元件安装， 所。
8、述柔性 元件构造成具有响应于测量手工工具与工件之间的接触的共振频率。 9. 如权利要求 6 所述的方法， 其中， 识别有效接触状态包括确定 (c) 的存在。 10. 如权利要求 9 所述的方法， 其中， 所述振动激励元件安装在第一构件上， 所述振动 传感器构造中的至少一个传感器安装在第二构件上。 11. 如权利要求 6 所述的方法， 其中， 识别有效接触状态包括确定 (d) 的存在。 12. 如权利要求 11 所述的方法， 其中， 所述振动激励元件和所述振动传感器构造中的 至少第一传感器安装在第一和第二构件中的同一个上。 13. 如权利要求 1 所述的方法， 其中， 所述测量值稳定性标准包括与。
9、前一尺寸测量值之 差处于稳定性阈值量内的当前尺寸测量值。 14. 如权利要求 13 所述的方法， 其中， 所述稳定性阈值量为接触型尺寸测量手工工具 的测量显示器中的最小有效数字的增量的至多三倍。 15. 如权利要求 1 所述的方法， 其中， 所述振动激励元件包括电驱动元件和经由从手动 操作中得到动力的机构驱动的元件之一， 手动操作是操作测量手工工具以接触工件的固有 部分。 16. 如权利要求 1 所述的方法， 其中， 所述振动激励元件提供激励振动的瞬间脉冲。 17. 如权利要求 1 所述的方法， 其中， 所述振动特征是频率采样的振动特征， 包括对应 于相应振动频率范围的至少一个相应信号。 18。
10、. 如权利要求 1 所述的方法， 其中， 所述接触型尺寸测量手工工具是卡尺和千分尺之 一。 19. 一种接触型尺寸测量手工工具， 包括 ： 包含在第一构件上的第一工件接触表面以及包含在相对于第一构件移动的第二构件 上的第二工件接触表面 ； 尺寸测量传感器， 用于测量第一和第二接触表面之间的间隔 ； 振动激励元件 ； 振动传感器构造 ； 可见测量值有效性指示器 ； 以及 信号处理器， 其中 ： 所述振动激励元件构造成使测量手工工具的一部分振动 ； 所述振动传感器构造配置成当测量手工工具的所述部分振动时感测振动特征 ； 以及 所述信号处理器构造成 ： 基于应用于振动特征的振动特征标准， 识别测量手。
11、工工具与工件之间的有效接触状 权 利 要 求 书 CN 104422354 A 3 3/3 页 4 态 ； 基于应用于测量手工工具的一组尺寸测量值的测量值稳定性标准， 识别有效定位状 态 ； 确定有效接触状态和有效定位状态何时同时发生 ； 以及 启动可见测量值有效性指示器的显示器， 表明对于当有效接触状态和有效定位状态同 时发生时获得的尺寸测量值， 尺寸测量值是有效的。 权 利 要 求 书 CN 104422354 A 4 1/12 页 5 确认尺寸测量手工工具中的工件测量值的方法 技术领域 0001 本公开总体上涉及接触型尺寸测量手工工具， 比如千分尺和卡尺。 背景技术 0002 本领域中已。
12、知许多用于使用手持式机构执行对工件的高精度测量的装 置。 例 如， 美 国 专 利 No.1132704、 3849890、 4485556、 4561185 和 8091251( 本 文 中 指 代 为 704、 890、 556、 185 和 251 专利 ) 公开了千分尺装置， 每个专利的全部内容作为引 用并入本文。特别地， 比如美国专利 No.5495677(677 专利 )( 其全部内容作为引用并入 本文 ) 公开的现代千分尺包括用于确定测量值的线性数字传感器， 而不是依靠与旋转位置 感测装置结合的精确的千分尺螺纹。 使用线性数字传感器消除了使用准确螺纹或细牙螺纹 来驱动千分尺的需要。
13、。 0003 已知使用电子位置编码器的各种电子卡尺。这些编码器通常基于低功率电感、 电 容或磁位置感测技术。总体而言， 编码器可包括读取头和刻度尺。读取头可总体上包括读 取头传感器和读取头电子组件。 读取头输出作为读取头传感器沿测量轴线关于刻度尺位置 的函数的信号。 在电子卡尺中， 刻度尺通常固定到纵长刻度尺构件， 纵长刻度尺构件包括第 一测量爪， 读取头固定到能够沿刻度尺构件移动的滑动器， 滑动器包括第二测量爪。因此， 可基于来自读取头的信号确定两个测量爪之间的距离的测量值。 示例性电子卡尺在共同受 让的 US 专利 No.RE37490、 5574381 和 5973494 得到公开， 所。
14、述专利的全部内容作为引用并 入本文。 0004 在使用手工工具 ( 比如千分尺或卡尺 ) 进行尺寸测量过程中， 需要将工件恰当地 定位在两个接触表面上， 以提供精确的尺寸测量。通常仅依靠使用者来判断和 / 或确定该 条件是否满足。然而， 在许多工业检测操作中， 尤其对于不熟练的使用者而言， 期望通过独 立于使用者确定和 / 或除使用者确定之外的操作确定该条件是否满足。 附图说明 0005 当结合附图参考下面的具体实施方式时， 本发明的前述方面和许多附随的优点会 变得更好理解， 并变得更易明白， 附图中 ： 0006 图 1 是可适于本文所公开的原理的基本千分尺量具的图示 ； 0007 图 2 。
15、是图 1 所示千分尺量具的剖视图， 示出进一步的细节 ； 0008 图 3 是图 1 和 2 的千分尺量具以及不恰当定位的工件的图示 ； 0009 图 4 是图 1、 2 和 3 的千分尺量具以及恰当定位的工件的图示 ； 0010 图 5A-5D 是示意性表示对应于工件和接触型测量手工工具之间的不同接触状态 的振动特征 (vibration signature) 的图表。 0011 图 6 是手工工具类型卡尺的一个实施例的分解图， 该卡尺适于本文公开的原理， 以确认工件测量值 ； 0012 图 7A 是随着时间的过去， 由千分尺 ( 例如， 图 2 的千分尺 ) 取样的沿尺寸 X 的一 说 明。
16、 书 CN 104422354 A 5 2/12 页 6 系列测量值的示意图。 0013 图 7B 是随着时间的过去， 由卡尺 ( 例如， 图 6 的卡尺 ) 取样的沿尺寸 X 的一系列 测量值的示意图。 0014 图 8 是用于确认尺寸测量手工工具中的工件测量值的方法的流程图。 具体实施方式 0015 图 1 是可适于本文所公开的原理的基本千分尺的图示。图 1 的千分尺可包含共同 受让的 677 专利的元件以及其它已知千分尺特征， 并还可适于包括图 2 至 8 所述的元件和 操作。 0016 在图 1 中， 数字显示千分尺量具 1 具有形成为封闭的防水 / 防尘结构的主体 2。测 杆 3 适。
17、于从主体 2 伸出或缩进主体 2 中。见图 1， 盖构件 8 设置在 U 形主架 4 的前表面上。 数字显示装置 9 和多个操作开关 10 设置在盖构件 8 的前表面上。 0017 U形主架4具有限定出一开口的两个向外延伸的端部， 测量头11布置在一端上， 见 图 1。测杆 3 支撑在主架 4 的另一端， 使得通过转动测微套筒 17 能使测杆沿轴向移动。测 杆 3 的一端适于抵接测量头 11。端盖 27 可覆盖测微套筒 17 的端部和 / 或其容纳物。 0018 图1还示出三个可能测量值有效性指示器IND1、 IND2和IND3。 根据下面进一步描 述的感测和信号处理原理， 测量值有效性指示器。
18、IND1、 IND2和IND3指示出工件恰当地定位 在测杆 3 和测量头 11 之间以进行空间尺寸测量。测量值有效性指示器 IND1 可以是灯 ( 例 如 LED)， 当工件恰当地接触并定位时， 该灯启动或改变颜色。测量值有效性指示器 IND2 和 IND3 可以是数字显示装置 9 的一部分 ( 例如， LCD 的一部分 )， 当工件恰当地定位时， 其可 以启动。 0019 应当明白的是， 指示器 IND1、 IND2 和 IND3 可选地彼此替代， 使得在各实施例中可 省略一个或多个指示器。而且， 这些指示器仅是示例性的， 并不是限制性的。其它指示可包 括开启先前空白的显示器 ( 例如， 测。
19、量显示器 )、 保持先前闪光的显示器 ( 例如， 测量显示 器 ) 稳定、 发出声信号和 / 或给外部装置自动地输出测量信号。基于本文公开的原理， 根据 对本领域技术人员来说显然的布置， 可使用指示器的各种其它位置和 / 或类型。 0020 图 2 是图 1 所示千分尺量具 1 的剖视图， 示出包括根据下面进一步公开原理使用 的振动传感器构造的一个实施例的进一步细节。如图 2 所示， 主体 2 包括 U 形主架 4、 用于 使测杆 3 前进和后退的测杆驱动机构 5( 简称测杆驱动件 ) 以及尺寸测量传感器， 尺寸测量 传感器包括用于检测测杆 3 的位移量和 / 或位置的位置传感器 6。位置传感。
20、器 6 是线性编 码器， 以间隙控制机构 7( 未示出 ) 和主尺 31 作为中间体而布置在 U 形主架 4 内。主尺 31 以主尺安装构件 30 作为中间体布置在测杆体 3A 上。 0021 位置传感器 6 经由信号处理器连接到图 1 所示的数字显示装置 9， 信号处理器包 括比如计数器和中央处理器 ( 未示出 ) 的已知电子装置。位置传感器 6 采用光电式编码器 6A， 如图 2 示意性所示。例如， 可以使用美国专利 No.5026164 公开的光电式编码器， 该公开 作为引用并入本文。在替代实施例中， 位置传感器 6 还可采用电容式或电感式编码器。 0022 在图 2 所示实施例中， 测。
21、杆驱动机构 5 包括 ： 止动件 12， 附接至测杆 3 的滑动构件 3B 的另一端 ； 销状接合构件 13， 附接至止动件 12 ； 以及接合构件驱动机构 14， 用于使接合 构件 13 沿测杆 3 的轴向前进和后退。接合构件驱动机构 14 包括内套筒 15 和外套筒 16。 说 明 书 CN 104422354 A 6 3/12 页 7 内套筒 15 的一端固定到 U 形框架 4， 并具有沿测杆 3 的轴向延伸的狭缝 15A， 接合构件 13 插入该狭缝中。外套筒 16 安装在内套筒 15 的外周上， 以可周向地旋转， 并在其内周部分中 具有与接合构件13接合的螺旋沟槽16A。 螺旋沟槽1。
22、6A是下面更详细论述的测杆驱动螺纹 的一个实施例。 0023 测微套筒 17 可旋转地安装在外套筒 16 的外周表面上。两个屈曲弹簧或板簧或片 簧 18 布置在测微套筒 17 和外套筒 16 之间。当测微套筒 17 沿一个方向旋转时， 该旋转的 扭矩经由片簧 18、 外套筒 16 的螺旋沟槽 16A 和接合构件 13 被传递给测杆 3。由此， 测杆 3 朝向测量头 11 前进。在另一方向上旋转测微套筒 17 使测杆 3 回缩。 0024 测杆 3 的滑动构件 3B 可滑动地支撑在内套筒 15 中， 并在测杆 3 的周界周围接触 内套筒 15。当测杆 3 移动远离测量头 11 时， 其上设置有主。
23、尺 31 的测杆体 3A 插入内套筒 15 中， 如图 2 的虚线所示。 0025 如图 2 所示， 环形密封件 26 分别设置在测杆 3 和 U 形框架 4 之间以及内套筒 15 和外套筒 16 之间。螺纹端盖 27 与内套筒 15 的开口端部接合。端盖 27 具有开口 27A， 量具 主体 2 的内部经由开口 27A 与外部空气连通。 0026 多孔构件28闭合开口27A， 并附接至端盖27的内侧， 由此， 可以在测杆3进出时防 止 U 形框架 4 内部的封闭空间的气压变化。 0027 图 2 示出振动传感器构造， 包括用于振动传感器的若干可能独立或协作位置。在 示例性实施例中， 振动传感。
24、器可以是加速计或应变仪中的一种， 布置成提供源自其所附接 到的结构中的应变的振动信号。在图 2 所示实施例中， 加速计 201 位于测量头 11 附近， 加 速计 202 抵靠主尺安装构件 30， 加速计 203 抵靠主体 4， 加速计 204 抵靠主体 4， 应变仪 205 抵靠主体 4 的第一弯曲部分， 应变仪 206 抵靠主体 4 的第二弯曲部分， 加速计 210 抵靠滑动 构件 3B 的略微柔性部分 210 。在各实施例中， 这些振动传感器中的所有或一些可以存在， 并用于提供振动特征， 如下更详细所述。 0028 图2还示出用于振动激励元件的若干可能位置。 振动激励元件207在测微套筒。
25、17 附近抵靠主体 4。振动激励元件 208 抵靠止动件 12。振动激励元件 209 位于测量头 11 附 近。 0029 在各实施例中， 接触型尺寸测量手工工具 ( 比如根据本文公开原理构造的千分尺 量具 ) 可包括尺寸测量传感器、 振动激励元件、 振动传感器构造和信号处理器。用于使接触 型尺寸测量手工工具中的工件测量有效的方法包括 ： 使用振动激励元件振动该测量手工工 具的一部分 ； 使用振动传感器构造感测振动特征 ； 基于振动特征标准识别测量手工工具和 工件之间的有效接触状态 ； 基于应用于测量手工工具的一组尺寸测量值的测量稳定标准识 别有效定位状态 ( 如下更详细所述 ) ； 以及表明。
26、对于当有效接触状态和有效定位状态同时 发生时获得的尺寸测量值， 尺寸测量值有效。在图 2 所示实施例中， 千分尺量具 1 可通过示 例性振动激励元件 207、 208 和 / 或 209 之一振动。可以关于振动激励元件的操作在合适的 时刻 ( 例如在激励期间或在激励之后不久 ) 获得振动特征 ( 下面更详细所述 )。振动特征 基于来自一个或多个示例性加速计 202、 203 和 204 的和 / 或一个或多个示例性应变仪 205 和 206 的信号。可通过关于振动特征标准分析所获得的振动特征来确定有效接触状态的发 生或存在， 振动特征标准已知 ( 例如通过实验 ) 用于表明工件与测量手工工具的。
27、测量确定 表面之间的接触。 在一个实施例中， 可根据包含在测量手工工具的信号处理器中的电路和/ 说 明 书 CN 104422354 A 7 4/12 页 8 或程序来执行获得和分析振动特征。在一些实施例中， 控制和 / 或数据信号可以在测量手 工工具和主机系统之间互换， 与获得和分析振动特征相关的至少一部分操作可由主机系统 执行。 0030 在一些实施例中， 有效接触振动特征标准可定义为其识别主频变化或由接触导致 的振动特征中的频率变化。作为第一示例， 振动激励元件可主要驱动第一个接触表面附近 的振动， 振动传感器可感测第二接触表面附近的振动。因此， 在不存在工件时， 振动传感器 的激励在激。
28、励的振动频率下可以较弱或不存在。 在存在横跨第一和第二接触表面的工件接 触时， 激励的振动频率可以经由工件传输到第二接触表面和附近的振动传感器 ( 例如， 振 动激励元件 208 可激励测杆 3 的振动， 振动经由工件传输并由振动传感器 201 感测到 )。因 此， 振动传感器可作为主频 ( 在有效接触期间唯一重要 ) 输出所传输的振动频率。 0031 作为第二示例， 手工工具的固有或特定制造结构可由接触力拉长或压缩， 改变其 自然频率。因此， 位于该部分的振动传感器可输出仅在有效接触期间较高 ( 或较低 ) 的主 自然频率。在图 2 所示一个实施例中， 测杆 3 上的工件接触力可被传输以压缩。
29、滑动构件 3B 的略微柔性部分 210 。振动传感器 210 感测该部分的振动， 当受压时， 该部分的振动设计 成具有较低频率。 在第三示例中， 当与工件的接触足以形成比单独手工工具更硬的 “组合结 构” 时， 额外和 / 或替代的频率增加效应会发生， 提供比单独手工工具呈现的频率更高的频 率。 0032 在一些实施例中， 有效接触振动特征标准可以定义为其识别由接触导致的振动特 征中的一个或多个频率的幅度变化。作为第一示例， 振动激光元件可在第一接触表面附近 和 / 或在对应第一构件上驱动振动， 振动传感器可感测第二接触表面附近和 / 或对应第二 构件上的振动。感测的振动可包括为手工工具的固有。
30、或特定制造结构的共振频率的主频。 在不存在工件时， 振动传感器的激励在共振频率下较弱。 然而， 在存在横跨第一和第二接触 表面之间的工件接触时， 振动激励 ( 例如， 宽带振动、“拍打 (tap)” 或脉冲 ) 可经由工件传 输到第二接触表面， 并于 “有效接触” 期间以比非接触情况下更高的幅度在由振动传感器感 测的共振频率下驱动振动。 0033 在一些实施例中， 接触型尺寸测量手工工具可包括两个接触表面， 振动特征标准 可对应于在有效接触期间于至少一个接触表面处导致对振动的阻尼增加的工件。例如， 这 可观测为在有效接触期间 ( 例如， 在足够持续的振动情况下 ) 减少的振幅或对驱动频率的 减。
31、弱响应和 / 或因对由振动激励元件提供的脉冲的响应而产生的振幅的更快衰减， 等等。 如图2所示， 千分尺量具包括用于测量尺寸的两个接触表面， 即， 测杆体3A和测量头11。 在 诸如图 3 所示的一些实施例中， 振动特征标准可对应于阻尼两个接触表面的工件。在一些 这样的实施例中， 振动激励元件可足够靠近振动传感器， 以确保其在工件不存在时的激励， 从而提供初始具有高幅度使得更易于确定阻尼和 / 或衰减率变化的信号。在一些实施例 中， 这种布置可对应于两个接触表面任一而提供。然而， 在其它实施例中， 振动传感器之一 可经由工件激励， 如先前所概述的。 0034 在一些实施例中， 振动激励元件可以。
32、是自动或手动启动的压电元件、 振动电机和 / 或棘爪 / 离合器元件或其它合适元件中的一个。例如， 示例性振动激励元件 207 和 208 可 以是压电元件和振动电机之一。在另一示例性实施例中， 以受控扭矩朝向测量头驱动测杆 体的标准或专用棘爪 / 离合器元件可提供用于振动千分尺以确认工件测量的脉冲振动。在 说 明 书 CN 104422354 A 8 5/12 页 9 各实施例中， 振动激励元件可以是电池供能的或经由从手动操作 ( 操作测量手工工具的固 有部分 ) 中得到动力的机构供能。 0035 在各实施例中， 有效接触标准可用于确保工件与接触型测量手工工具的两个测量 表面之间的有效接触，。
33、 如上所概述以及如下进一步详细描述。然而， 总体而言， 这对有效测 量来说是必要条件， 而不是充分条件。此外， 由于下面参考图 3 和 4 所述原因， 测量值稳定 性标准也需要得到满足。下面参考图 7A 和 7B 更详细地描述测量值稳定性标准。 0036 图 3 是图 1 和 2 的千分尺量具 1 以及工件 301 的图示。如图 3 所示， 工件 301 与 测杆 3 和测量头 11 接触。应明白， 在该构造中， 工件 301 与测杆 3 和测量头 11 之间的接触 可提供导致振动特征以满足上面图 2 描述中所述的有效接触标准 ( 例如， 频率和 / 或幅度 和 / 或阻尼变化 ) 的任何各种。
34、接触效果。当使用者在工件 301 和千分尺量具 1 之间施加显 著扭矩时(尤其对于相对不熟练的使用者， 这是通常情况)， 这尤其适用。 然而， 尽管与工件 301 的接触可满足有效接触标准， 但是显然地， 工件 301 未恰当地定位以用于精确的尺寸测 量。 0037 图 4 是图 1、 2 和 3 的千分尺量具 1 以及工件 301 的图示。如图 4 所示， 工件 301 不仅处于有效接触状态， 而且还恰当地定位以用于精确尺寸测量 ( 本文中称为有效定位状 态 )。测杆 3 和测量头 11 现在与工件 301 的表面平齐。总体上， 对于图 3 和 4 所示工件 301 和千分尺 1 的构造， 。
35、当工件 301 如图 4 所示恰当地定位时， 在有效接触状态 ( 即， 振动 特征满足有效接触标准的状态 ) 期间的测量处于大致最小值。在各实施例中， 识别有效定 位状态可基于应用于测量手工工具的一组尺寸测量值的测量值稳定性标准， 如下面参考图 7A 和 7B 更详细所述。与有效接触状态同时发生的有效定位状态是表明尺寸测量是有效的 且精确的之必要充分条件。如图 4 所示， 当这些状态同时发生时， 可见测量值有效性指示器 ( 例如， 测量值有效性指示器 IND1、 IND2 和 IND3 之一 ) 可启动， 以向使用者和 / 或主机系 统表明已确立有效测量。 0038 图 5A-5D 是示意性表。
36、示对应于工件和接触型测量手工工具之间的不同接触状态 的振动特征 ( 例如， 如上面参考图 1-4 所概述 )。在一个实施例中， 宽波带加速计型振动传 感器可提供对应于这种振动特征的信号。在另一实施例中， 滤波电路可用于提供包括在一 个或多个离散频率或窄频范围处采样的信号的频率采样振动特征 ( 例如， 对应于足以区分 接触和非接触状态的有用振动模式)。 在另一实施例中， 振动传感器可固定到在用于区分接 触和非接触状态的频率下操作的机械频率滤波器或共振结构。应明白， 在一些这种实施例 中， 特定振动传感器和特定振动频率 ( 传感器采样或响应 ) 之间可以一一对应。因此， 在一 些实施例中， 振动特。
37、征的特征在于 “传感器响应” 而不是频率响应或者幅度响应等。例如， 可以通过包括内置信号阈值的电路和 / 或回路监控调谐的振动传感器， 使得其根据信号电 平简单地输出对应于非接触或有效接触状态的二进制信号。 0039 在各实施例中， 可以在基于源自振动激励元件脉冲的起始或源自与触发阈值初始 交叉的振动传感器信号等的触发时刻来采样和保持振动传感器信号。在一个实施例中， 根 据已知方法可以检波和 / 或低通滤波信号等。对于本领域技术人员来说， 基于本文所公开 的原理， 各适合的已知信号测量电路是显然的。 0040 图 5A 是示意性表示包括示例性千分尺的某些振动模式频率的振动特征的图示 500A。。
38、实线示出非接触振动特征 ( 当工件不接触千分尺的测量接触表面时 )。虚线示出与 说 明 书 CN 104422354 A 9 6/12 页 10 接触振动特征相关联的变化 ( 当工件接触千分尺的一个或两个测量表面时 )。非接触振动 特征示出处于频率 f1的第一频率峰值 510A、 处于频率 f2的第二频率峰值 520A 和处于频率 f3的第三频率峰值 530A。应明白， 更多的频率峰值可出现在整个振动特征中， 但是为了简 便， 图 5A-5C 仅示出三个峰值。第一频率峰值 510A 是低频振动的示例， 其通常由移动或携 带尺寸测量手工工具的使用者运动激励。总体上， 这种振动低于 10Hz。第二。
39、频率峰值 520A 是较高频率模式 ( 例如， 50 和 1000Hz 之间 ) 的示例。例如， 第二频率峰值 520A 可以是测杆 3 的横向振动模式 ( 例如， 测杆的弯曲模式 )。第三频率峰值 530A 是更高频率模式 ( 例如， 大于 1000Hz) 的示例。例如， 第三频率峰值 530A 可以是在非接触状态期间， 滑动构件 3B 的 柔性部分 210 的振动模式 ( 先前参考图 2 所述， 并在下面更详细描述 )。 0041 如先前所述， 在一些实施例中， 有效接触振动特征标准可定义为其识别由接触导 致的振动特征中的主频或频率变化。在图 5A 所示示例中， 工件与测杆之间的接触力稍微。
40、按 压柔性部分 210 ( 图 2 所示 )， 将其共振频率从 f3降低至 f3。振动传感器 ( 例如， 振动传 感器 210) 可输出对应于柔性部分 210 的振动的振动特征信号。可以在频率峰值 530A 和 频率峰值 530A 之间确立频率阈值 THA( 例如， 通过实验和 / 或分析 )， 以辨别非接触状态和 有效接触状态。 因此， 在一些实施例中， 有效接触振动特征标准可包括振动特征中所检测频 率的存在， 所检测频率不存在于非接触特征中 ( 例如， 不是频率 f1和 f2之一 )， 并低于频率 阈值 THA。 0042 在尺寸测量手工工具中， 第一接触表面位于第一构件 ( 例如， 一组。
41、件 ) 上， 第二接 触表面位于第二构件上， 其中， 第一构件相对于第二构件移动。因此， 在测量期间， 工件位 于第一和第二构件上的接触之间， 并可以是用于在第一和第二构件之间传输振动的主要路 径。 在这样类型的一些实施例中， 其中， 有效接触振动特征标准包括检测由有效接触状态引 起或改变的频率的存在， 振动激励元件可位于相同构件上， 作为感测振动特征的振动传感 器。例如， 参见图 2， 振动传感器 210 可与振动激励元件 208 组合使用。在这样类型的其它 实施例中， 其中， 有效接触振动特征标准包括检测在有效接触状态期间引起或改变的频率 的存在， 振动激励元件可位于第一构件上， 感测振动。
42、特征的振动传感器可位于第二构件上 ( 例如， 参见图 2， 振动传感器 210 可与振动激励元件 209 组合使用， 或振动传感器 201 可与 振动激励元件 208 组合使用， 等等 )。后一实施例优于前一实施例的优点是， 由于在后一实 施例中， 相当大的振动能量主要通过工件传输， 所以可更容易和 / 或更可靠地确立保证两 个接触表面都与工件接触的有效接触振动特征标准。在一个实施例中， 可使用针对适合振 动传感器的输出的包含频率 f3至 f3的带通滤波器、 使用时钟脉冲电路根据已知方法测量 过滤的感测振动的周期或频率、 比较所述周期或频率与频率 ( 或周期 ) 阈值 THA， 来检测低 于频。
43、率阈值 THA 的频率的存在。在一个实施例中， 可使用针对适合振动传感器的输出的较 窄的带通滤波器 ( 例如， 具有低于频率 ( 或周期 ) 阈值 THA 但包含频率 f3的截止区 )、 检测 来自带通滤波器的信号幅度是否表明显著振动信号， 来检测所述存在。 然而， 这些实施例仅 是说明性的， 并不是限制性的。根据本文所公开的原理， 可使用替代的已知检测电路和 / 或 回路。 0043 应明白， 尽管前述示例涉及有效接触状态导致和 / 或使频率偏移成在振动特征中 出现在较低频率的实施例， 但是对本领域技术人员来说， 显然地， 类似原理可应用于有效接 触状态导致和 / 或使频率偏移成在振动特征中。
44、出现在较高频率的实施例。 说 明 书 CN 104422354 A 10 7/12 页 11 0044 图 5B 是示意性表示包括示例性千分尺的某些振动模式频率的振动特征的图示 500B。与图 5A 类似， 实线示出非接触振动特征， 虚线示出与接触振动特征相关联的变化。 非接触振动特征示出与图 5A 所示峰值 510A 和 520A 类似的第一和第二频率峰值 510B 和 520B。第三频率峰值 530B(530B ) 是更高频率 ( 例如， 大于 1000Hz) 模式的示例。例如， 第 三频率峰值 530B(530B ) 可以是测杆 3 的纵向 ( 轴向 ) 振动模式 ( 先前参见图 2 所。
45、述 )。 0045 如先前所述， 在一些实施例中， 振动激励元件可在第一接触表面附近和 / 或第一 构件上驱动激励和 / 或振动， 振动传感器可感测第二接触表面附近和 / 或第二构件上的振 动。 在不存在工件时， 第二构件上的振动传感器的激励可以较弱， 因为其未有效配合至第一 构件上的驱动激励和 / 或振动。然而， 在存在横跨第一和第二接触表面之间的工件接触时， 振动激励 ( 例如， 宽带振动、“拍打” 或脉冲 ) 可经由工件传输到第二接触表面， 并在 “有效 接触” 期间以比非接触情况下更高的幅度驱动由振动传感器感测的振动。 0046 在图5B所示示例中， 非接触状态期间的第三频率峰值幅度5。
46、30B比较低， 因为在不 存在工件接触时， 振动传感器 ( 例如， 振动传感器 201) 未有效配合至振动激励元件 ( 例如， 振动激励元件 208 或 207) 的输出。有效接触状态 ( 虚线示出 ) 期间的第三频率峰值幅度 530B 比较高， 因为在存在有效工件接触时， 振动传感器 ( 例如， 振动传感器 201) 有效配合 至振动激励元件 ( 例如， 振动激励元件 208 或 207) 的输出。可在幅度 530B 和 530B 之间 确立(例如， 通过实验和/或分析)信号幅度阈值THB， 以辨别非接触状态和有效接触状态。 因此， 在一些实施例中， 有效接触振动特征标准可包括振动特征中所检。
47、测信号幅度的存在， 所检测信号幅度高于存在于非接触特征中的信号幅度和 / 或高于幅度阈值 THB。 0047 在一些实施例中， 可使用针对适合振动传感器的输出包含频率 f4的带通滤波器、 确定峰值信号幅度或平均检波信号等、 使用已知电路和 / 或回路比较其与适合幅度阈值 THB， 来检测高于幅度阈值 THB 的信号幅度的存在。然而， 这些实施例仅是说明性的， 不是限 制性的。根据本文公开的原理， 可使用替代的已知幅度检测电路和 / 或回路。 0048 图5C和5D是与使用取决于因工件接触发生的振动阻尼效应的有效接触振动特征 标准的不同方面和 / 或方法有关的图示。如先前所述， 在至少一个接触表。
48、面处检测的增加 的振动阻尼可用于确定有效接触。 0049 图 5C 与随着有效接触期间 ( 例如， 在由振动激励元件提供的足够持久振动情况 下， 等等 ) 减小的振动幅度或对驱动频率响应的减弱而检测增加的阻尼的实施例有关。确 切地， 图 5C 是示意性表示包括示例性千分尺的某些振动模式频率的振动特征的图示 500C。 与图 5B 类似， 实线示出非接触振动特征， 虚线示出与接触振动特征相关联的变化。非接 触振动特征在示出第一、 第二和第三频率峰值 510C、 520C 和 530C， 它们与图 5B 所示峰值 510B、 520B 和 530B 类似。 0050 在各实施例中， 使接触表面与工。
49、件之间的摩擦耗能最大的振动模式提供因增加的 阻尼而最清楚的振动特征变化。例如， 如先前所述， 第三振动峰值 530C 可以不是检测因接 触产生的振动阻尼的最佳选择， 因为如先前所述， 其可与测杆的纵向振动模式相关， 这在测 杆和工件之间不会导致明显的 “磨擦” 或摩擦耗能 ( 例如， 振动方向可平行于接触力和 / 或 垂直于接触表面 )。相比之下， 第二振动峰值 520C 可与测杆的横向振动模式相关， 其中， 振 动方向可垂直于接触力和 / 或平行于接触表面， 这可在测杆接触表面和工件之间导致明显 的 “摩擦” 或摩擦耗能。因此， 在图 5C 所示示例中， 非接触状态期间的第二频率峰值 520C 说 明 书 CN 104422354 A 11 8/12 页 12 比较高， 因为在不存在工件接触时， 相关的振动模式未显著衰减， 振动传感器 ( 例如， 振动 传感器 201 和 / 或 202 和 / 或 210) 可感测由振动激励元件 ( 例如， 振动激励元件 209 和 / 或 208 和 / 或 207) 驱动的强烈振动 。