【機床商務網欄目 科技動態】上世紀九十年代,在揚州邗江縣的一個不起眼的村落里,出土了一把現存世界上古老的卡尺——“青銅卡尺”,自此游標卡尺的起源被提前到了1600年前。
現存古老的滑動卡尺
公元9年,王莽新朝制造了一把名為“玉尺“的“滑動卡尺”,因其尺身為銅制,被后人又名為“青銅卡尺”。

公元9年 王莽新朝銅制滑動卡尺,做工非常精良 現存中國·北京·國家博物館
這把1600歲的卡尺,滑動結構和現代大家所熟悉的游標卡尺及其類似,固定的主尺和沿主尺上的溝槽滑動的滑動尺上各有一個量爪,王莽新朝將印璽、玉石和寶石夾在量爪之前,來獲得這些物件的外形尺寸。

但在此1500年后乃至更長時間,滑動卡尺也就是游標卡尺的發展情況卻不得而知。但可以想象,在很長的一段時間里,游標卡尺應該延續著王莽玉尺的L形尺滑動結構。
19世紀中葉前的鞘箱型滑動卡尺
隨著英國進入工業革命時代,鞘箱型滑動卡尺出現了,帶量爪的尺鞘包裹著帶量爪且標有刻度的主尺,主尺像刀子,可以在尺鞘中伸縮。測量物夾在兩個量爪之間,在鞘口讀取測量值,被稱之為簡易游標卡尺。

▲ 1840年前后 法國制造的鞘箱型滑動卡尺
1840年前后在法國制造的簡易游標卡尺,這一期間的卡尺雖有主尺刻度,但沒有作為副尺的游標刻度,所以也只能稱為“滑動卡尺”。
現存世界早的帶游標刻度的滑動卡尺
同一時期,法國陸軍炮兵隊皇家工廠還制造了正面毫米單位、背面法寸單位的帶游標刻度的滑動卡尺,并投入使用,這是現存世界早的帶游標刻度的滑動卡尺。


正面公制刻度,反面法寸刻度 輕松判斷公制單位的大小
歐美1945年前后的游標卡尺
從1840年前后到1950年前后,被普及使用的游標卡尺有兩種樣式,一個體系是上面介紹的鞘箱型滑動卡尺,通過滑塊的指示來讀取主尺刻度,也就是簡易游標卡尺。另一個體系是帶游標刻度的滑動卡尺,也就是正統的游標卡尺。二者各司其職,歷經漫長的歲月,逐漸演變為了帶游標刻度的游標卡尺。
1. 簡易游標卡尺

▲1905年前后 在德國使用的毫米刻度的簡易游標卡尺
這一時期的簡易游標卡尺去掉了尺鞘的一面,通過采用燕尾槽作為主尺與尺鞘接觸的導槽,使主尺面與尺鞘面基本處于同一平面,精度也得到了進一步的提升。自1850年前誕生后,這樣的簡易游標卡尺被沿用了100多年。

▲歐美廠商制造的各式簡易游標卡尺例
2.帶游標刻度的滑動卡尺——游標卡尺
前面說到現存早的“帶游標刻度的滑動卡尺”誕生于法國,而帶游標刻度的游標卡尺也是法國制造。由此可見,法國在游標卡尺的普及上走在了前面。

▲1890年前后的法國制游標卡尺 讀數為0.05mm,這在當時非常超前
法國制的游標卡尺采用了將19毫米20等分的游標刻度,小讀數為0.05毫米,更加精確,測量精度與現在的游標卡尺相同。這在廣泛使用0.1毫米的當時,0.05毫米的小讀數可以說是極其超前的。
在1905年前后,阿道夫菲弗爾貿易公司開發并推出了“哥倫布卡尺”,量爪分為外側量爪和內側量爪,還配備了深度桿,是可以測量深度、高低差等數據的多功能游標卡尺。這樣的結構在當時非常超前,與今天的游標卡尺具備相同的測量功能。

▲ 阿道夫菲弗爾貿易公司的“哥倫布”游標卡尺 名稱令人聯想到產品具有前人無法想象的新功能
在此之后,其他公司也不斷推陳出新,不斷拓展游標卡尺的測量范圍和用途。1930年前后,歐美的游標卡尺在功能、形狀上都已基本達到了成熟水平。

▲ 1940年 毛瑟公司(德國)制造的游標卡尺 游標卡尺基本達到了成熟水平
游標卡尺在日本的使用、生產及普及
游標卡尺在日本得到全面應用,據說是始于大正初期從英國進口的普通型游標卡尺。但是,日本生產的游標卡尺大多還是從仿制德式,尤其是從毛瑟式起步的。
M型游標卡尺采用德國毛瑟公司(Mauser)的形狀,取其首字母命名。這種結構可用于外側、內側、深度等各種測量,是常用的游標卡尺,也叫帶深度型。

▲1954年 JIS M1型游標卡尺
隨著制造業的發展,應工業界要求,游標卡尺的日本工業標準JIS于1954年推出。得益于JIS的制定,日本的游標卡尺不斷改進,到1965年前后,日本制已不遜于歐美產品。隨著卡尺技術的顯著進步,到1985年左右,日本產品在全世界已經擁有70%的份額。

▲三豐制造 量爪形狀配合測量對象的特殊卡尺
數顯游標卡尺的開發和發展
日本在1956年開發出了采用差動變壓器的電子千分尺,很快也實現了數顯顯示,這一趨勢逐漸擴大到了各種長度測量儀器。在這樣的情況下,瑞士司瓦卡公司的總經理梅耶開發并上市了靜電電容型電子千分尺。
增量式數顯游標卡尺的出現
1980年前后,瑞士司瓦卡公司以及瑞典皇家學院的安德莫分別將增量測量方式應用于游標卡尺,投產了小顯示量為0.01毫米的增量數顯游標卡尺并開始銷售,并逐漸推廣到世界各地。
三豐通過開展技術合作獲得專利使用權,在1983年開發了小顯示量為0.01毫米的增量數顯游標卡尺,并在1984年8月之前共制造10萬把穩定、價格低廉的游標卡尺,使其實現了普及。

▲ 三豐制造的增量數顯游標卡尺 1983年
之后,瑞典皇家學院的數顯游標卡尺發明者安德莫借助三豐的援助,于1987年在美國華盛頓州成立了微編碼器研究所(Micro Encoder Inc.),這奠定了三豐數顯游標卡尺進一步發展的基礎。
式數顯游標卡尺的出現
以上說的是增量式,在1993年三豐開發出分辨力為0.01毫米的式數顯卡尺。它的檢測方式由靜電電容電極柵尺和采用發光二極管LED光源的光柵單軌柵尺組成。光柵與細密的靜電電容電極軌道位于統一軌道,式與增量式相比,擴大了使用范圍。

▲ 三豐制造的數顯游標卡尺 1993年
電磁感應式數顯游標卡尺的開發
但是在機械加工現場,潑灑到工具和工件上的冷卻液會飛濺,有時還要在冷卻液中測量尺寸,但靜電電容型游標卡尺卻難以在這樣的環境下使用。
在這樣的需求下,IP54的防水型數顯卡尺于1997年應運而生,采用了封閉的檢測方式,雖能滿足通常使用的需要,但在大量使用冷卻液且四處飛濺的現場,測量結果還是會受到影響。

▲ 三豐 IP54防水型靜電電容式數顯游標卡尺 1997年
因此,三豐公司于2000年成功開發了采用電磁感應式檢測方式的數顯卡尺,它以位移檢測方式實現了與靜電電容檢測方式相同的測量效果,但防護等級更高,可以在這樣的環境下安心使用。此后進一步改進后又推出了符合IP67的產品,滿足了機械加工現場的測量需求。

▲ 三豐制造的IP65 防冷卻液數顯游標卡尺 2000年

▲ 三豐制造的IP67 防冷卻液數顯游標卡尺 2002年

▲ 三豐制造的式數顯游標卡尺 2013年
卡尺的發展歷史印證了社會需求是測量儀器發展的重要因素,在Smart Factory的需求下,快速、準確地讀取數據成為新的課題,由此,帶數據輸出的數顯卡尺應運而生,并在統計過程管理系統、計量管理系統等領域發揮著積極的作用。
在上文中,小編和您簡單捋了一下從滑動卡尺、鞘箱型滑動卡尺,有游標刻度的游標卡尺逐步發展到數顯游標卡尺的歷程。如您想進一步了解游標卡尺的發展史,可以登錄三豐下載樣本哦。
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