智能卷尺的制作方法

本发明涉及测量工具技术领域，特别是一种智能卷尺。

背景技术：

卷尺是日常生活中常用的工量具，大家经常看到的是钢卷尺，建筑和装修常用，也是家庭必备工具之一。卷尺分为纤维卷尺，皮尺，腰围尺等。

但是现有钢卷尺在进行直线距离测量时，若物体的长度过长，钢卷尺因长度明显不够就无法进行测量。为了达到测量效果对钢卷尺的长度进行增加时，就会导致钢卷尺的硬度不够，若再次硬度进行增加，就会导致柔软度就不够（即回缩拉长出现问题），还会导致轴心破损。若对外壳加厚，就会导致整体不够轻便，若不加厚的话，使得钢卷尺不耐摔。除此以外，钢卷尺内不能进水，若进入了水就容易生锈，还易划伤手。并且卷尺测量存在较大的误差，包括卷尺本身的误差和人为读数误差，在一些需要数据精确的场合不适用。

且当物体表面凹凸不平，为非直线距离时，采用现有钢卷尺无法实现测量的目的。

当模具物体经加工后，为了减少模具的重量，同时保证模具的强度，就需要将模具冲压成弧度面等不规则的面，以保证模具的强度。然而，现在测量这种不规则零件的弧度时，用卡尺等测量工具是无法准确测量产品的尺寸，需要采用卷尺进行测量其长度，再经过换算成所要测量的弧度。但是，卷尺在测量时，测量精度很差，导致工作人员无法得知所测的模具边缘是否符合生产工艺需求，给测量者带来很大的不便。

所以，研发一种能够精准测量的多功能测量卷尺显得尤为重要。

技术实现要素：

本发明需要解决的技术问题是提供了一种智能卷尺，以解决现有钢卷尺测量精度不高、测量长度不够、轴心易受损，无法实现曲线的测量，以及测量角度和弧度时测量精度很差、给测量者带来不便的问题，以实现多种测量功能，增加增加的精度，达到测量更加便捷、智能的目的。

为解决上述技术问题，本发明所采取的技术方案如下。

智能卷尺，包括外壳和拉线测距装置，外壳由上外壳和下外壳扣装而成；所述拉线测距装置包括两端设置在外壳内的限力轴、活动套装在限力轴上且内部设置有卷簧的卷绳轮以及缠绕设置在卷绳轮上的细绳，细绳伸出外壳的一端设置有用于对细绳进行拉动的细绳拉动按钮；所述限力轴上设置有用于检测卷绳轮及限力轴加速度以实现对细绳所拉出长度测量的加速度传感器；所述外壳内安装设置有用于使得细绳和细绳拉动按钮当作吊线锤使用以进行垂直度测量的垂直度测量装置以及用于在测量曲线距离及模具边缘的角度和弧度时进行滚动测量的高精度刻度滚轮，高精度刻度滚轮活动套装设置在两端固定设置在外壳内壁上的滚轮轴上，高精度刻度滚轮的一处弧面伸出外壳；所述高精度刻度滚轮上安装设置有用于在高精度刻度滚轮转动时进行角度测量或弧度测量的角度弧度测量装置，所述外壳与高精度刻度滚轮的周向侧面相对内侧壁上设置有用于在高精度刻度滚轮转动时进行凹凸不平曲线进行测量的曲线距离测量装置；所述外壳的后方设置有用于分别采集加速度传感器、角度弧度测量装置和曲线距离测量装置的传输信号并分别对传输信号进行分析计算出拉出细绳长度、曲线距离大小、模具边缘的角度及模具边缘的弧度且将数据进行显示的控制显示单元。

进一步优化技术方案，所述控制显示单元包括设置在外壳内的控制器、用于为装置整体进行供电的锂电池、嵌装设置在外壳上的usb充电口、嵌装设置在外壳上的显示屏以及设置在控制器上的开关按键，加速度传感器、角度弧度测量装置和曲线距离测量装置的信号输出端分别连接于控制器的输入端，控制器的输出端连接于显示屏的输入端。

进一步优化技术方案，所述控制器包括单片机，单片机为msp430f149单片机。

进一步优化技术方案，所述角度弧度测量装置为设置在高精度刻度滚轮内部的电子陀螺仪，电子陀螺仪的信号输出端连接于控制器的输入端。

进一步优化技术方案，所述电子陀螺仪为bw-vg500型超高精度数字动态倾角传感器。

进一步优化技术方案，所述曲线距离测量装置为用于检测高精度刻度滚轮转动圈数的红外线感应器，红外线感应器的信号输出端连接于控制器的输入端。

进一步优化技术方案，所述垂直度测量装置包括分别固定套装设置在限力轴两端用于限制卷绳轮在限力轴上位置的套筒和锁座以及设置在套筒与卷绳轮之间用于在细绳快速拉出时实现自锁功能且在自锁后细绳回缩时实现解锁功能的自锁结构。

进一步优化技术方案，所述自锁结构包括固定设置在套筒与卷绳轮相对的一侧面上的棘轮以及通过卡轴回缩结构设置在卷绳轮与套筒相对的一面上并与棘轮配合锁紧的卡轴。

进一步优化技术方案，所述细绳为聚乙烯纤维细绳。

进一步优化技术方案，所述外壳上开设有用于使得高精度刻度滚轮伸出外壳以便于高精度刻度滚轮进行滚动的高精度刻度滚轮安装孔；所述上外壳和下外壳交界处开设有用于使得细绳拉动按钮和细绳伸出外壳的穿设孔、用于使得usb充电口伸出外壳的usb充电口卡槽以及用于使得开关按键伸出外壳的开关按键卡槽。

由于采用了以上技术方案，本发明所取得技术进步如下。

本发明操作简单、使用便携、测量精确，不仅能够测量直线长度、曲线长度、垂直度，还能测量模具边缘角度的大小、弧度的大小以及物体的厚度，集多种功能于一体，卷尺还自带有锂电池，能够通过usb接口进行随时充电，使得本发明能够进行大规模地推广应用。

本发明通过在限力轴上设置加速度传感器，在外壳的后方设置控制器和显示屏的方式，使得细绳拉动时带动卷绳轮转动，设置在限力轴上的加速度传感器对卷绳轮旋转时的加速度信号进行测量，并将此信号反馈至控制器，由控制器进行处理分析，控制器对所测量的加速度信号进行二次积分求得细绳被拉出的长度，进而来求得所测物体的直线距离，使得本发明能够实现精准快速地对物体的长度进行测量的目的，测量数据可以直接读出，有效地避免了读数误差及测量误差。

本发明将原先的钢卷尺设置成为细绳，使得卷绳轮上能够缠绕细绳的圈数大大增加，从而大大地增加了所测量程。

本发明通过在卷尺的外壳内设置能够沿着模具边缘滚动的高精度刻度滚轮、并在高精度刻度滚轮内部安装电子陀螺仪以及在外壳后方设置控制器和显示屏的方式，大大地提高了模具边缘角角度和弧度的测量精度，且测量十分方便，仅需通过高精度刻度滚轮滚动即可实现测量，大大地提高了模具的边缘检测效率，提高了生产力。

本发明在进行模具边缘角度测量时，利用高精度刻度滚轮沿着待要测量的角的边线滚动，电子陀螺仪判断出设备的移动轨迹和加速度，并将检测信息反馈至控制器，控制器进行处理分析，利用三角形边长进行内部换算，达到测量角度的目的。本发明在实际进行模具边缘弧度测量时，利用高精度刻度滚轮在所需测量的弧线上滑动，即可使得电子陀螺仪进行三点定圆，并将检测新型反馈至控制器，由控制器处理分析后，就能内部测算出此段弧线的弧度大小，将所测的弧度数据通过显示屏进行显示。

本发明中的细绳和拉动钮能够当作吊线锤来使用，且本发明能够实现细绳和拉动钮的自锁功能，测量无需进行人工手动按压按钮，便于进行垂直度的测量，大大地提高了测量效率。

附图说明

图1为本发明的内部结构示意图一；

图2为本发明的内部结构示意图二；

图3为本发明的内部结构示意图三；

图4为本发明的结构示意图；

图5为本发明的另一视角结构示意图；

图6为本发明所述垂直度测量装置的结构示意图；

图7为本发明所述垂直度测量装置的主视图；

图8为本发明所述垂直度测量装置的爆炸图。

其中：1、外壳，11、上外壳，12、下外壳，13、穿设孔，14、usb充电口卡槽，15、开关按键卡槽，16、固定圆板定位孔，17、高精度刻度滚轮安装孔；2、固定圆板；3、拉线测距装置，31、卷绳轮，32、限力轴，321、固定轴，33、细绳，34、细绳拉动按钮，35、加速度传感器；4、高精度刻度滚轮；5、红外线感应器；6、电子陀螺仪；7、控制显示单元，71、显示屏，72、控制器，73、usb充电口，74、锂电池，75、开关按键；8、垂直度测量装置，81、棘轮，82、卡轴，83、拉簧，84、套筒，85、锁座。

具体实施方式

下面将结合具体发明对本发明进行进一步详细说明。

一种智能卷尺，结合图1至图8所示，包括外壳1、拉线测距装置3、高精度刻度滚轮4、垂直度测量装置8、角度弧度测量装置、曲线距离测量装置和控制显示单元7。

外壳1由上外壳11和下外壳12扣装而成。上外壳11的底部和下外壳12的顶部均开设有固定圆板定位孔16，两固定圆板定位孔16内固定设置有固定圆板2，限力轴32的两端分别与两固定圆板2相固定。上外壳11和下外壳12交界处开设有穿设孔13、usb充电口卡槽14以及开关按键卡槽15，穿设孔13用于使得细绳拉动按钮34和细绳33伸出外壳1，usb充电口卡槽14用于使得usb充电口73伸出外壳1，开关按键卡槽15用于使得开关按键75伸出外壳1。外壳1上开设有高精度刻度滚轮安装孔17，高精度刻度滚轮安装孔17用于使得高精度刻度滚轮4伸出外壳1，以便于高精度刻度滚轮4进行滚动。

控制显示单元7设置在外壳1的后方，用于分别采集加拉线测距装置、角度弧度测量装置和曲线距离测量装置的传输信号并分别对传输信号进行分析计算出拉出细绳长度、曲线距离大小、模具边缘的角度及模具边缘的弧度且将数据进行显示，控制显示单元包括控制器72、锂电池74、usb充电口73、显示屏71以及开关按键75。控制器72包括单片机，单片机为msp430f149单片机。

锂电池74用于为装置整体进行供电。usb充电口73嵌装设置在外壳1上，能够通过usb插头对锂电池74进行充电，设计更加人性化，可以随时用充电宝进行充电。显示屏71嵌装设置在外壳1上，显示屏71的输入端连接于控制器72的输出端，显示屏71能够将所测的角度或弧度进行显示。开关按键75设置在控制器72上。

拉线测距装置3包括限力轴32、卷绳轮31、细绳33、细绳拉动按钮34和加速度传感器35。限力轴32的两端设置在外壳1内，卷绳轮31活动套装在限力轴32上，卷绳轮31的内部设置有卷簧，卷簧的一端固定设置在限力轴32上，卷簧的另一端固定设置在卷绳轮31上。卷绳轮31上设置有用于存放细绳33的细绳安装槽，细绳33缠绕设置在卷绳轮31上的细绳安装槽上，本发明中细绳33为聚乙烯纤维细绳，代替了之前钢卷尺，使其柔韧性大大的提升。细绳拉动按钮34设置在细绳33伸出外壳1的一端，用于对细绳33进行拉动，细绳33进行拉动时能够带动卷绳轮31相对于限力轴32转动。

加速度传感器35设置在限力轴32上，本实用新中加速度传感器35通过螺钉固定设置在限力轴32上，用于检测卷绳轮31及限力轴32的加速度，以实现对细绳33所拉出长度的测量，加速度传感器35的信号输出端连接于控制器72的输入端。本实用新中加速度传感器35为压电式加速度传感器，采用a26d100型号。

控制器72能够采集加速度传感器35的传输信号，接收到加速度传感器35反馈的卷绳轮31和限力轴32的加速度信号，并对加速度信号进行二次积分求得细绳33被拉出的长度，进而来求得所测物体的直线距离。

高精度刻度滚轮4安装设置在外壳1内，高精度刻度滚轮的一处弧面伸出外壳，用于在测量曲线距离及模具边缘的角度和弧度时进行滚动测量。高精度刻度滚轮4活动套装设置在滚轮轴上，滚轮轴的两端固定设置在外壳1内壁上。高精度刻度滚轮4上安装设置有角度弧度测量装置。

角度弧度测量装置用于在高精度刻度滚轮转动时进行角度测量或弧度测量，角度弧度测量装置为设置在高精度刻度滚轮4内部的电子陀螺仪6，电子陀螺仪6的信号输出端连接于控制器72的输入端。

电子陀螺仪6用于在高精度刻度滚轮转动时进行角度测量或弧度测量，电子陀螺仪6的信号输出端连接于控制器72的输入端。电子陀螺仪6安装在高精度刻度滚轮4的表面。当进行测量角度时，设定初始位置，高精度刻度滚轮4滚动进行电子陀螺仪三点定位，三点（即不在一条直线上的三个点）确定一个三角形。电子陀螺仪6通过rs485、232的通信方式采集到控制器72内，用的是标准串口协议，控制器72进行处理分析，利用三角形边长进行内部换算，利用正余弦定理进行计算，达到测量各个角角度的目的。

除此以外，设置的电子陀螺仪6还能进行弧度的测量，利用电子陀螺仪定位三点，三点能够定位一个定圆。电子陀螺仪6并将检测后的信号传输至控制器，由控制器利用三坐标测弧度的方式来测量边缘弧度的大小。或者先进行角度的测量，测量完角度后，由控制器进行角度和弧度的换算，即1度=π/180≈0.01745弧度，1弧度=180/π≈57.3度。

本发明中的电子陀螺仪6为bw-vg500型超高精度数字动态倾角传感器，测量精度达0.1°。bw-vg500采用高质量和可靠性的mems加速度计和陀螺仪，并通过算法保证测量精度，同时密封设计以及严格工艺保证产品在恶劣的环境下仍能精密地测量载体的横滚角及俯仰角姿态参数。通过非线性补偿、正交补偿、温度补偿和漂移补偿等多种补偿，可以大大消除干扰产生的误差，提高产品精度水平。

曲线距离测量装置设置在外壳1上与高精度刻度滚轮4的周向侧面相对的内壁上，曲线距离测量装置用于在高精度刻度滚轮转动时进行凹凸不平曲线进行测量，曲线距离测量装置为红外线感应器5，红外线感应器5安装设置在外壳1上，能够检测高精度刻度滚轮的转动圈数，红外线感应器5的信号输出端连接于控制器72的输入端。本发明中的红外线感应器为5cpr-uv100型，红外线感应器包括用于发射红外线的发射器以及用于接收红外线的接收器。红外线感应器中的发射器发射出红外线，由高精度刻度滚轮4进行反射，再由接收器进行接收，并将接收时间反馈至单片机。当发射器发射出红外线照射到高精度刻度滚轮4上的刻度上时的反射时间与发射器发射出红外线照射到高精度刻度滚轮4上的凹槽处的反射时间不同，单片机根据两不同的反射时间次数，以此来判别出高精度刻度滚轮4的移动刻度数。高精度刻度滚轮的刻度精确到0.1mm，高精度刻度滚轮每转过0.1mm时红外线感应器都会实时监测转过的距离。

垂直度测量装置8安装设置在外壳1内，用于使得细绳33和细绳拉动按钮34当作吊线锤使用以进行垂直度测量。垂直度测量装置8包括分别固定套装设置在限力轴32两端的套筒84和锁座85以及设置在套筒84与卷绳轮31之间的自锁结构。套筒84和锁座85用于限制卷绳轮31在限力轴32上的位置。自锁结构用于在细绳33快速拉出时实现自锁功能且在自锁后细绳33回缩时实现解锁功能。

自锁结构包括棘轮81、卡轴回缩结构和卡轴82。棘轮81固定设置在套筒84与卷绳轮31相对的一侧面上。卡轴82通过卡轴回缩结构设置在卷绳轮31与套筒84相对的一面上，并与棘轮81配合锁紧。当卷绳轮31快速转动时，卡轴82会由于离心力的作用下与棘轮81相配合，实现锁紧功能。

卡轴回缩结构包括拉簧83，拉簧83固定设置在卷绳轮31与套筒84相对的一面上。当卷绳轮31倒转时，卡轴82会与棘轮81脱离配合，在拉簧83的拉动下实现回位。

套筒84的顶端设置有与限力轴32进行固定的加速度传感器35，套筒84固定设置在外壳1上。限力轴32的底端固定设置有与下外壳12进行固定的固定轴321，使得固定轴321能够固定设置在外壳1上。

本发明能够实现物体的直线距离测量、曲线距离测量、模具边缘角度测量、模具边缘弧度的测量以及垂直度测量，测量功能很多，且使用十分方便。

本发明在实际进行物体的长度测量时，人手拉动细绳拉动按钮34，将细绳33作为量尺沿物体的边沿拉长，直到拉动到物体所要测量的位置为止。细绳33拉动时带动卷绳轮31转动，设置在限力轴32上的加速度传感器35对卷绳轮31旋转时的加速度信号进行测量，并将此信号反馈至控制器72，由控制器72进行处理分析，控制器72对所测量的加速度信号进行二次积分求得细绳33被拉出的长度，进而来求得所测物体的直线距离。控制器72测出直线距离后，再将此数据信号传输至显示屏71进行显示，人们可以直接在显示屏71上读出该数据。

本发明在实际进行物体的厚度时，原理同测量物体长度的原理相同。

本发明在实际进行曲线距离测量时，由于物体表面凹凸不平，为非直线距离（曲线），导致测量困难，此时利用本装置上的高精度刻度滚轮4。将本装置紧贴在凹凸不平的地方或曲线距离处，人手按住外壳1来进行高精度刻度滚轮4的滚动，高精度刻度滚轮4在物体凹凸不平、非直线的表面上滚动，每当高精度刻度滚轮转动一定的刻度时，红外线感应器中的发射器发射出红外线，由高精度刻度滚轮进行反射，再由接收器进行接收，并将接收时间反馈至单片机。当发射器发射出红外线照射到高精度刻度滚轮上的刻度上时的反射时间与发射器发射出红外线照射到高精度刻度滚轮上的凹槽处的反射时间不同，单片机根据两不同的反射时间次数，以此来判别出高精度刻度滚轮的移动刻度数。由控制器72根据检测到人手的位置来确定高精度刻度滚轮转动的圈数，高精度刻度滚轮周长一定，利用轮子转的圈数测算曲线距离，显示屏71将检测出的数据信息进行显示，进而来实现红外线感应器能够实现曲线距离测量的目的。从而使得本发明在测量曲线距离测量时只需轻轻地推着装置向前滚动，即可在显示屏上看到想要的数据。下次测量时，上次停留位置自动归零开始。

本发明在实际进行模具边缘角度测量时，利用高精度刻度滚轮4进行测量。设定初始位置，利用高精度刻度滚轮4沿着待要测量的角的边线滚动，电子陀螺仪判断出设备的移动轨迹和加速度，高精度刻度滚轮4滚动进行电子陀螺仪三点定位，三点确定一个三角形。电子陀螺仪6通过rs485、232的通信方式采集到控制器72内，控制器72进行处理分析，利用三角形边长进行内部换算，达到测量角度的目的。最后，所测结果通过显示屏71将测量结果显示出来。

本发明在实际进行模具边缘弧度测量时，利用高精度刻度滚轮在所需测量的弧线上滑动，即可使得电子陀螺仪进行三点定圆，并将检测新型反馈至控制器72，由控制器72处理分析后，就能内部测算出此段弧线的弧度大小，将所测的弧度数据通过显示屏71进行显示。

本发明在实际进行模具边缘弧度测量时，还能够先通过电子陀螺仪进行角度的测量，测量完角度后，由控制器进行角度和弧度的换算，即可得出所测的弧度值。

本发明在实际进行物体的垂直度测量时，人手快速拉动细绳33，进而带动用于对细绳33进行缠绕的卷绳轮31快速转动，卷绳轮31上通过拉簧83连接设置的卡轴82在离心力的作用下向外甩出，拉簧83被拉长，当甩出到与棘轮81的轮齿相卡接的位置时，卡轴82与棘轮81实现定位卡接，实现自锁功能，从而达到锁死卷绳轮31。细线不在被拉出，此时就可以当做吊线锤来垂直找平，进而来进行物体的垂直度测量。

垂直找平悬吊时要上端固定牢固，线中间没有障碍，尤其是没有侧向抗力。线下端的投测人，视线要垂直结构面，当取线左、线右的平均位置，作为投测结果。投测中要防风吹和震动，尤其是侧向风吹。

当测量完成后需要进行复位时，仅需人手回缩拉动细绳33，使得卷绳轮31倒转，卡轴82会与棘轮81脱离配合，在拉簧83的拉动下实现回位。而后，卷绳轮31内设置的卷簧能够带动卷绳轮31和细绳33的倒转回位。