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卡尺的起源和變遷,這得從1600年前說(shuō)起

 自由翱翔-zyax 2021-01-31

來(lái)源:Mitutoyo三豐量?jī)x量具

上世紀(jì)九十年代,在揚(yáng)州邗江縣的一個(gè)不起眼的村落里,出土了一把現(xiàn)存世界上最古老的卡尺——“青銅卡尺”,自此游標(biāo)卡尺的起源被提前到了1600年前。



現(xiàn)存最古老的滑動(dòng)卡尺



公元9年,王莽新朝制造了一把名為“玉尺“的“滑動(dòng)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(dòng)卡尺,做工非常精良

現(xiàn)存中國(guó)·北京·國(guó)家博物館

這把1600歲的卡尺,滑動(dòng)結(jié)構(gòu)和現(xiàn)代大家所熟悉的游標(biāo)卡尺及其類(lèi)似,固定的主尺和沿主尺上的溝槽滑動(dòng)的滑動(dòng)尺上各有一個(gè)量爪,王莽新朝將印璽、玉石和寶石夾在量爪之前,來(lái)獲得這些物件的外形尺寸。


但在此1500年后乃至更長(zhǎng)時(shí)間,滑動(dòng)卡尺也就是游標(biāo)卡尺的發(fā)展情況卻不得而知。但可以想象,在很長(zhǎng)的一段時(shí)間里,游標(biāo)卡尺應(yīng)該延續(xù)著王莽玉尺的L形尺滑動(dòng)結(jié)構(gòu)。



19世紀(jì)中葉前的

鞘箱型滑動(dòng)卡尺




隨著英國(guó)進(jìn)入工業(yè)革命時(shí)代,鞘箱型滑動(dòng)卡尺出現(xiàn)了,帶量爪的尺鞘包裹著帶量爪且標(biāo)有刻度的主尺,主尺像刀子,可以在尺鞘中伸縮。測(cè)量物夾在兩個(gè)量爪之間,在鞘口讀取測(cè)量值,被稱(chēng)之為簡(jiǎn)易游標(biāo)卡尺。


 1840年前后 法國(guó)制造的鞘箱型滑動(dòng)卡尺

1840年前后在法國(guó)制造的簡(jiǎn)易游標(biāo)卡尺,這一期間的卡尺雖有主尺刻度,但沒(méi)有作為副尺的游標(biāo)刻度,所以也只能稱(chēng)為“滑動(dòng)卡尺”。



現(xiàn)存世界最早的

帶游標(biāo)刻度的滑動(dòng)卡尺




同一時(shí)期,法國(guó)陸軍炮兵隊(duì)皇家工廠還制造了正面毫米單位、背面法寸單位的帶游標(biāo)刻度的滑動(dòng)卡尺,并投入使用,這是現(xiàn)存世界最早的帶游標(biāo)刻度的滑動(dòng)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(biāo)卡尺



從1840年前后到1950年前后,被普及使用的游標(biāo)卡尺有兩種樣式,一個(gè)體系是上面介紹的鞘箱型滑動(dòng)卡尺,通過(guò)滑塊的指示來(lái)讀取主尺刻度,也就是簡(jiǎn)易游標(biāo)卡尺。另一個(gè)體系是帶游標(biāo)刻度的滑動(dòng)卡尺,也就是正統(tǒng)的游標(biāo)卡尺。二者各司其職,歷經(jīng)漫長(zhǎng)的歲月,逐漸演變?yōu)榱藥в螛?biāo)刻度的游標(biāo)卡尺。


1. 簡(jiǎn)易游標(biāo)卡尺

1905年前后  在德國(guó)使用的毫米刻度的簡(jiǎn)易游標(biāo)卡尺


這一時(shí)期的簡(jiǎn)易游標(biāo)卡尺去掉了尺鞘的一面,通過(guò)采用燕尾槽作為主尺與尺鞘接觸的導(dǎo)槽,使主尺面與尺鞘面基本處于同一平面,精度也得到了進(jìn)一步的提升。自1850年前誕生后,這樣的簡(jiǎn)易游標(biāo)卡尺被沿用了100多年。

    

▲歐美廠商制造的各式簡(jiǎn)易游標(biāo)卡尺例

2.帶游標(biāo)刻度的滑動(dòng)卡尺——游標(biāo)卡尺

前面說(shuō)到現(xiàn)存最早的“帶游標(biāo)刻度的滑動(dòng)卡尺”誕生于法國(guó),而帶游標(biāo)刻度的游標(biāo)卡尺也是法國(guó)制造。由此可見(jiàn),法國(guó)在游標(biāo)卡尺的普及上走在了前面。


1890年前后的法國(guó)制游標(biāo)卡尺

讀數(shù)為0.05mm,這在當(dāng)時(shí)非常超前

法國(guó)制的游標(biāo)卡尺采用了將19毫米20等分的游標(biāo)刻度,最小讀數(shù)為0.05毫米,更加精確,測(cè)量精度與現(xiàn)在的游標(biāo)卡尺相同。這在廣泛使用0.1毫米的當(dāng)時(shí),0.05毫米的最小讀數(shù)可以說(shuō)是極其超前的。

在1905年前后,阿道夫菲弗爾貿(mào)易公司開(kāi)發(fā)并推出了“哥倫布卡尺”,量爪分為外側(cè)量爪和內(nèi)側(cè)量爪,還配備了深度桿,是可以測(cè)量深度、高低差等數(shù)據(jù)的多功能游標(biāo)卡尺。這樣的結(jié)構(gòu)在當(dāng)時(shí)非常超前,與今天的游標(biāo)卡尺具備相同的測(cè)量功能。


▲ 阿道夫菲弗爾貿(mào)易公司的“哥倫布”游標(biāo)卡尺
名稱(chēng)令人聯(lián)想到產(chǎn)品具有前人無(wú)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(biāo)卡尺的測(cè)量范圍和用途。1930年前后,歐美的游標(biāo)卡尺在功能、形狀上都已基本達(dá)到了成熟水平。

 1940年 毛瑟公司(德國(guó))制造的游標(biāo)卡尺
游標(biāo)卡尺基本達(dá)到了成熟水平


游標(biāo)卡尺

在日本的使用、生產(chǎn)及普及




游標(biāo)卡尺在日本得到全面應(yīng)用,據(jù)說(shuō)是始于大正初期從英國(guó)進(jìn)口的普通型游標(biāo)卡尺。但是,日本生產(chǎn)的游標(biāo)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(biāo)卡尺采用德國(guó)毛瑟公司(Mauser)的形狀,取其首字母命名。這種結(jié)構(gòu)可用于外側(cè)、內(nèi)側(cè)、深度等各種測(cè)量,是最常用的游標(biāo)卡尺,也叫帶深度型。

▲1954年  JIS M1型游標(biāo)卡尺


隨著制造業(yè)的發(fā)展,應(yīng)工業(yè)界要求,游標(biāo)卡尺的日本工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)JIS于1954年推出。得益于JIS的制定,日本的游標(biāo)卡尺不斷改進(jìn),到1965年前后,日本制已不遜于歐美產(chǎn)品。隨著卡尺技術(shù)的顯著進(jìn)步,到1985年左右,日本產(chǎn)品在全世界已經(jīng)擁有70%的份額。

管用游標(biāo)卡尺 1970年

鉤式游標(biāo)卡尺 1974年


帶表卡尺 1962年

定壓游標(biāo)卡尺 1965年

 量爪形狀配合測(cè)量對(duì)象的特殊卡尺



數(shù)顯游標(biāo)卡尺

開(kāi)發(fā)和發(fā)展



日本在1956年開(kāi)發(fā)出了采用差動(dòng)變壓器的電子千分尺,很快也實(shí)現(xiàn)了數(shù)顯顯示,這一趨勢(shì)逐漸擴(kuò)大到了各種長(zhǎng)度測(cè)量?jī)x器。在這樣的情況下,瑞士司瓦卡公司的總經(jīng)理梅耶開(kāi)發(fā)并上市了靜電電容型電子千分尺。

增量式數(shù)顯游標(biāo)卡尺的出現(xiàn)



1980年前后,瑞士司瓦卡公司以及瑞典皇家學(xué)院的安德莫分別將增量測(cè)量方式應(yīng)用于游標(biāo)卡尺,投產(chǎn)了最小顯示量為0.01毫米的增量數(shù)顯游標(biāo)卡尺并開(kāi)始銷(xiāo)售,并逐漸推廣到世界各地。

三豐通過(guò)開(kāi)展技術(shù)合作獲得專(zhuān)利使用權(quán),在1983年開(kāi)發(fā)了最小顯示量為0.01毫米的增量數(shù)顯游標(biāo)卡尺,并在1984年8月之前共制造10萬(wàn)把穩(wěn)定、價(jià)格低廉的游標(biāo)卡尺,使其實(shí)現(xiàn)了普及。

 三豐制造的增量數(shù)顯游標(biāo)卡尺 1983年

之后,瑞典皇家學(xué)院的數(shù)顯游標(biāo)卡尺發(fā)明者安德莫借助三豐的援助,于1987年在美國(guó)華盛頓州成立了微編碼器研究所(Micro Encoder Inc.),這奠定了三豐數(shù)顯游標(biāo)卡尺進(jìn)一步發(fā)展的基礎(chǔ)。

絕對(duì)式數(shù)顯游標(biāo)卡尺的出現(xiàn)


以上說(shuō)的是增量式,在1993年三豐開(kāi)發(fā)出分辨力為0.01毫米的絕對(duì)式數(shù)顯卡尺。它的檢測(cè)方式由靜電電容電極柵尺和采用發(fā)光二極管LED光源的光柵單軌柵尺組成。光柵與細(xì)密的靜電電容電極軌道位于統(tǒng)一軌道,絕對(duì)式與增量式相比,擴(kuò)大了使用范圍。

電磁感應(yīng)式數(shù)顯游標(biāo)卡尺的開(kāi)發(fā)


但是在機(jī)械加工現(xiàn)場(chǎng),潑灑到工具和工件上的冷卻液會(huì)飛濺,有時(shí)還要在冷卻液中測(cè)量尺寸,但靜電電容型游標(biāo)卡尺卻難以在這樣的環(huán)境下使用。

在這樣的需求下,IP54的防水型絕對(duì)數(shù)顯卡尺于1997年應(yīng)運(yùn)而生,采用了封閉的檢測(cè)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(xiàn)場(chǎng),測(cè)量結(jié)果還是會(huì)受到影響。

▲  IP54防水型靜電電容式數(shù)顯游標(biāo)卡尺 1997年

卡尺的發(fā)展歷史印證了社會(huì)需求是測(cè)量?jī)x器發(fā)展的重要因素,在Smart Factory的需求下,快速、準(zhǔn)確地讀取數(shù)據(jù)成為新的課題,由此,帶數(shù)據(jù)輸出的數(shù)顯卡尺應(yīng)運(yùn)而生,并在統(tǒng)計(jì)過(guò)程管理系統(tǒng)、計(jì)量管理系統(tǒng)等領(lǐng)域發(fā)揮著積極的作用。

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