角度尺及角度计算方法与流程

本发明涉及角度测量技术领域，尤其涉及一种角度尺及角度计算方法。

背景技术：

角度尺是用于测量角度的工具，角度尺上有两个测量臂，分别是一个固定臂和一个旋转臂，将固定臂与待测量角度的一个边贴合，然后旋转旋转臂，使旋转臂与待测量角度的另一个边贴合，通过角度尺上的传感器检测旋转臂转动的角度，即可测量出待测量的角度的角度值。现有的角度尺仅通过一组传感器对旋转臂转动角度进行检测，测量角度值，测量结果不够准确，测量精度不高。

因此，需要提出一种测量结果准确、测量精度较高的角度尺。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种角度尺及角度计算方法，以解决现有技术中角度尺的侧量结果不准确，测量精度不高的问题。

为达此目的，本发明采用以下技术方案：

一种角度尺，包括第一测量臂及第二测量臂，第一测量臂与第二测量臂枢接，还包括：

增速装置，与第一测量臂连接，设于第一测量臂与第二测量臂枢接处，增速装置能将第一测量臂的转动增速输出；

第一角度检测单元，能检测第一测量臂相对第二测量臂转动的角度并输出第一信号；

第二角度检测单元，能检测增速装置的输出端相对第一测量臂转动的角度并输出第二信号；

数据处理单元，与第一角度检测单元和第二角度检测单元电连接，能对所述第一信号和所述第二信号进行处理，输出所述角度尺测量角度的最终结果并显示。

在本发明一种可选的实施方式中，增速装置为齿轮增速装置。

在本发明一种可选的实施方式中，增速装置为行星齿轮增速装置。

在本发明一种可选的实施方式中，增速装置包括：

转盘，与第一测量臂连接，能跟随第一测量臂转动，转盘上设置有内齿圈；

行星轮，与内齿圈啮合，并通过销轴连接在转盘上；

太阳轮，与行星轮啮合，太阳轮为增速装置的输出端。

在本发明一种可选的实施方式中，角度尺还包括上壳以及与上壳枢接的下壳；

第一测量臂设于下壳上，第二测量臂设于上壳上，以使第一测量臂与第二测量臂枢接。

在本发明一种可选的实施方式中，下壳上设置有第一安装肋，第一安装肋从下壳向上壳延伸；

第一角度检测单元包括：

第一磁块，设于上壳顶部；

第一角度传感芯片，设于第一安装肋上，且与第一磁块相对设置。

在本发明一种可选的实施方式中，第二角度检测单元包括：

第二磁块，设于下壳底部；

第二角度传感芯片，设于太阳轮的底端，且与第二磁块相对设置。

在本发明一种可选的实施方式中，下壳上设置有第二安装肋，第二安装肋从下壳向转盘的底部延伸，转盘与第二安装肋连接。

在本发明一种可选的实施方式中，上壳上设置有第三安装肋，第三安装肋从上壳向太阳轮的顶端延伸，太阳轮的顶端与第三安装肋枢接。

一种用于角度尺的角度计算方法，所述角度尺包括：第一测量臂及第二测量臂，所述第一测量臂与所述第二测量臂枢接；

增速装置，与所述第一测量臂连接，设于所述第一测量臂与所述第二测量臂枢接处，所述增速装置能将所述第一测量臂的转动增速输出；

第一角度检测单元，能检测所述第一测量臂相对所述第二测量臂转动的角度；

第二角度检测单元，能检测所述增速装置的输出端相对所述第一测量臂转动的角度；

所述增速装置包括：

转盘，与所述第一测量臂连接，能跟随所述第一测量臂转动，所述转盘上设置有内齿圈；

行星轮，与所述内齿圈啮合，并通过销轴连接在所述转盘上；

太阳轮，与所述行星轮啮合，所述太阳轮为所述增速装置的输出端；

所述转盘和所述太阳轮的传动比为n1:n2；

所述第一角度检测单元检测的角度为a1；所述第二角度检测单元检测的角度为a2；

所述角度计算方法包括：

r＝＝360°*(n1/n2),测量尺r为将360°平均分为(n2/n1)的最小量程；

m＝[a1/r]*r,m为a1计算的中间值，m为r的整数倍的数值；

a0＝m+a2*(n1/n2)+a’,a0为中间角度值，a’为校正值，在测量开始前先对角度尺100校正，使得a’＝0；

δ＝a1-[a1/r]*r，

当δ小于等于r/2且a2大于等于180°时，精确角度测量值a＝a0-r；

当δ大于r/2且a2小于180°时，精确角度测量值a＝a0+r；

当(δ-r/2)*(a2-180°)大于0时，精确角度测量值a＝a0。

与现有技术相比，本发明的有益效果为：

本发明在第一测量臂上设置了增速装置，增速装置将第一测量臂的转动增速输出，并测量增速后的转动角度，实现角度的精确测量，结合直接测量第一测量臂的转动来进行角度的粗测，最后根据粗测和精测的测量结果，通过算法算出角度尺测量角度的最终角度值，使角度测量结果更精确。

附图说明

图1是本发明角度尺处于关闭状态的结构示意图；

图2是本发明角度尺处于打开状态的结构示意图；

图3是本发明中上壳、下壳及增速装置的分解结构示意图；

图4是本发明中增速装置的结构示意图；

图5是本发明中增速装置的剖视结构示意图。

图中：

100-角度尺；10-第一测量臂；20-第二测量臂；30-上壳；40-下壳；50-增速装置；60-第一角度检测单元；70-第二角度检测单元；80-显示屏；

31-第三安装肋；41-第一安装肋；42-第二安装肋；51-转盘；52-行星轮；53-太阳轮；54-销轴；61-第一磁块；62-第一角度传感芯片；71-第二磁块；72-第二角度传感芯片；511-柱状连接部。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分而非全部结构。

本发明提供了一种角度尺，如图1和图2所示，角度尺100包括第一测量臂10和第二测量臂20，第一测量臂10与第二测量臂20枢接，以使第一测量臂10可以转动，从而使角度尺100张开，进行角度测量。第一测量臂10和第二测量臂20可分别为角度尺100的旋转臂和固定臂。第一测量臂10与第二测量臂20可直接枢接，也可以通过其它枢接件枢接，在此不作限制。在一些实施例中，角度尺100还包括上壳30以及下壳40，第一测量臂10和第二测量臂20通过上壳30和下壳40枢接。具体的，下壳40与上壳30枢接，形成枢接件，第一测量臂10设于下壳40上，第二测量臂20设于上壳30上，以使第一测量臂10与第二测量臂20枢接。测量时，将第二测量臂20贴紧待测量的角度的一边，扳动第一测量臂10至待测量的角度的另一边，第一测量臂10会带动下壳40绕枢接点转动，来完成角度的测量。

如图3和图4所示，角度尺100还包括增速装置50、第一角度检测单元60、第二角度检测单元70以及数据处理单元。增速装置50设置在第一测量臂10与第二测量臂20枢接处，这样就可以使第一测量臂10转动时带动增速装置50，增速装置50能将第一测量臂10的转动增速输出，通过测量增速装置50增速输出的转动角度和第一角度检测单元60检测的角度值，来实现角度的精确测量。在一些实施例中，增速装置50设置在下壳40上来使增速装置50间接的与第一测量臂10连接，这样，第一测量臂10转动时，带动下壳40转动，进而使下壳40带动增速装置50转动。

具体的，第一角度检测单元60能检测第一测量臂10相对第二测量臂20转动的角度并输出第一信号，第二角度检测单元70能检测增速装置50的输出端相对第一测量臂10转动的角度，并输出第二信号。第一角度检测单元60和第二角度检测单元70将检测结果发送给数据处理单元，数据处理单元与第一角度检测单元60和第二角度检测单元70均电连接，数据处理单元被配置为对第一角度检测单元60输出的第一信号和第二角度检测单元70输出的第二信号进行处理，通过算法算出角度尺测量角度的最终测量结果，并显示出来，以便用户直观的看到测量到的角度值。在一些实施例中，第一信号能够反映第一测量臂10相对第二测量臂20转动的角度，第二信号能够反映增速装置50的输出端相对第一测量臂10转动的角度。

可以理解的是，数据处理单元包括处理器(例如单片机)和显示屏80，在一种实施方式中，数据处理单元设置在第二测量臂20上，如图2所示，数据处理单元的显示屏80设于第二测量臂20的上表面，方便用户观看检测结果。在其它一些实施中，数据处理单元也可以设置在第一测量臂10，在此不作限制。显示屏80优选led显示屏。

本发明设置了两组角度检测单元，一组用于第一测量臂10的转动角度，实现角度的粗测，另一组用于检测增速装置50的输出端相对第一测量臂10的转动角度，实现角度的精测，最后通过算法，综合两组角度检测单元的检测结果，输出最终的检测结果，使角度测量更准确。

在一种实施方式中，增速装置50为齿轮增速装置。具体的，增速装置50为行星齿轮增速装置。当然增速装置50也可以为其它增速装置，在此不作限制。

如图4和图5所示，增速装置50包括转盘51、行星轮52和太阳轮53。转盘51与第一测量臂10连接，能跟随第一测量臂10转动。具体实施时，转盘51是连接在下壳40上，间接的与第一测量臂10连接，第一测量臂10转动带动下壳40转动，进而使下壳40带动转盘51转动。如图5所示，转盘51上设置有内齿圈，行星轮52为若干个，且与转盘51上的内齿圈啮合，同时行星轮52通过销轴54连接在转盘51上，行星轮52跟随转盘51转动。太阳轮53与行星轮52啮合，太阳轮53啮合在若干个行星轮52的中间，通过行星轮52带动太阳轮53转动，可以理解的是，太阳轮53直径较小，转矩传递到太阳轮53后转速增加，实现增速，也就是说，太阳轮53为增速装置50的输出端。

在一些实施例中，下壳40上设置有第一安装肋41，第一安装肋41从下壳40向上壳30延伸。第一角度检测单元60包括第一磁块61和第一角度传感芯片62，第一磁块61设置在上壳30顶部，第一角度传感芯片62设置在第一安装肋41上，且第一角度传感芯片62与第一磁块61相对设置，以使第一角度传感芯片62检测到其与第一磁块61之间相对转动的角度。当下壳40在第一测量臂10的带动下转动时，下壳40上的第一安装肋41会带动第一角度传感芯片62转动，而第一磁块61安装在上壳30上，固定不动，第二测量臂20也设于上壳30上，这样，第一角度传感芯片62能够检测到第一测量臂10相对于第二测量臂20转动的转动角度。

具体的，第二角度检测单元70包括第二磁块71和第二角度传感芯片72，第二磁块71设置在下壳40底部，第二角度传感芯片72设置在太阳轮53的底端，且第二角度传感芯片72与第二磁块71相对设置，以使第二角度传感芯片72检测到其与第二磁块71之间相对转动的角度，即检测太阳轮53的转动角度。第二磁块71设置在下壳40底部，而下壳40与第一测量臂10连接，会跟随第一测量臂10转动，那么第二磁块71也会跟随第一测量臂10转动，而第二角度传感芯片72设置在太阳轮53底端，会跟随太阳轮53转动，所以第二角度传感芯片72可以检测到太阳轮53相对于第一测量臂10的转动角度。

具体检测时，第一测量臂10的转矩经过转盘51和行星轮52传递后，传递到太阳轮53时，转动方向反向，也就是说太阳轮53的转动方向与第一测量臂10的转动方向相反。

在一些实施例中，下壳40上设置有第二安装肋42，第二安装肋42从下壳40向转盘51的底部延伸，转盘51与第二安装肋42连接，而第二安装肋42又设置在下壳40上，这样，转盘51通过第二安装肋42连接到下壳40上，下壳40上设置有第一测量臂10，当第一测量臂10转动时，转矩通过下壳40和第二安装肋42传递到转盘51上，带动转盘51转动，进而进一步带动行星轮52和太阳轮53，实现增速。

具体的如图5所示，转盘51的底部设置有用于与第二安装肋42连接的柱状连接部511，且柱状连接部511中间设置有供太阳轮53穿过的通孔，以使太阳轮53从该通孔穿过转盘51，并穿到转盘51的下方，使太阳轮53底端的第二角度传感芯片72可以与第二磁块71相对，对太阳轮53的转动角度进行检测。

在一种实施方式中，为了对太阳轮53进行支撑，上壳30上设置有第三安装肋31，第三安装肋31从上壳30向太阳轮53的顶端延伸，太阳轮53的顶端与第三安装肋31枢接，以使太阳轮53在第三安装肋31上转动，第三安装肋31对太阳轮53进行支撑，提升增速装置50的稳定性。

在一种实施方式中，第一角度传感芯片62和第二角度传感芯片72为霍尔传感器。如图4和图5所示，第一角度传感芯片62和第二角度传感芯片72均安装在pcb电路板上。

本发明还公开一种用于角度尺的角度计算方法，角度尺100包括：第一测量臂10及第二测量臂20，第一测量臂10与第二测量臂20枢接；

还包括增速装置50，增速装置50与第一测量臂10连接，设于第一测量臂10与第二测量臂20枢接处，增速装置50能将第一测量臂10的转动增速输出；

还包括第一角度检测单元60，第一角度检测单元60能检测第一测量臂10相对第二测量臂20转动的角度；

还包括第二角度检测单元70，第二角度检测单元70能检测增速装置50的输出端相对第一测量臂10转动的角度；

增速装置50包括：

转盘51，转盘51与第一测量臂10连接，能跟随第一测量臂10转动，转盘51上设置有内齿圈；

行星轮52，行星轮52行星轮52与内齿圈的啮合，并通过销轴54连接在转盘51上；

太阳轮53，太阳轮53与行星轮52啮合，太阳轮53为增速装置50的输出端，也就是说，第二角度检测单元70检测的是太阳轮53相对于第一测量臂10转动的角度。

内齿圈、行星轮52及太阳轮53组成的行星减速结构已经是现有技术，在此不再赘述。

角度尺100在进行角度检测时，检测用的算法为：

设转盘51与太阳轮53的传动比为n1：n2，n1为转盘51转速，n2为从太阳轮53转速。n1至n2也可以为多级传动，计算时只考虑最终传动比；

设主测尺测量数据(即第一角度检测单元60测量的数据)为a1；

设副测尺测量数据(即第二角度检测单元70测量的数据)为a2；

设测量尺为r；测量尺r为将360°平均分为(n2/n1)的最小量程，则r＝360°*(n1/n2)；

设a1计算的中间值为m，m为r的整数倍的数值，即m＝[a1/r]*r，“[]”代表取整，例如[x]为取x的整数值的运算，例1：[3.6]＝3，又例2：[2.1]＝2；

设测量结果为a0，a0＝m+a2*(n1/n2)+a’，

a’为校正值，在测量开始前先对角度尺100校正，使得a’＝0；

因存在测量误差，所以必须加上修正算法，具体为：

δ＝a1-[a1/r]*r，

1)当δ小于等于r/2且a2大于等于180°时，最终结果a＝a0-r，

2)当δ大于r/2且a2小于180°时，最终结果a＝a0+r，

3)当(δ-r/2)*(a2-180°)大于0时，最终结果a＝a0；

a为角度尺100测量角度的最终显示的测量结果，是更加精确的角度测量值。

具体实施时，可以使用其他传动比及其他传递方式传递转动。传动优选齿轮，也可选用其他稳定的传动方式。

上文所述的算法的具体应用实施例：

例一：

a1＝35°，a2＝358°；

n2/n1＝10，r＝360°*(n1/n2)＝36°，m＝[35°/36°]*36°＝0；

a0＝0+358*(1/10)＝35.8°，δ＝35°-(35°/36°)*36°＝35°；

因为(δ-r/2)*(a2-180)大于0，所以a＝a0＝35.8°。

例二：

a1＝35°，a2＝358°；

n2/n1＝20，r＝360°*(n1/n2)＝18°，m＝[35°/18°]*18°＝18；

a0＝18+358*(1/20)＝35.9°，δ＝35°-[35°/18°]*18°＝17°；

因为(δ-r/2)*(a2-180)大于0，所以a＝a0＝35.9°。

这样，通过第一角度检测单元60和第二角度检测单元70相配合，结合角度尺测量算法，可实现角度的精确测量。

显然，本发明的上述实施例仅仅是为了清楚说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本发明的保护范围。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。