一种带滚轮标定功能的滚轮测距装置的制作方法

本发明涉及测量仪器领域，具体涉及一种带滚轮标定功能的滚轮测距装置。

背景技术：

目前，测量地面上两点间距离长度的测量工具主要有以下几种：

1.卷尺，卷尺有造价低的优点，要实现远距离测量需要两个人操作，且由于卷尺长度有限，需要多次分段测量后有人工累加才能得出结果，操作不方便。

2.激光测距仪，此类仪器具有使用方便，读数直观的优点，但此类仪器难以实现远距离测量，设备造价高。

3.滚轮测距仪，此类仪器适用于各种地面条件,包括山坡、草地、崎岖不平的施工场地等等。广泛用于专业测绘作业、道路工程、管线铺设工程、电线电缆工程等施工作业的测量和评估，园林风景及高尔夫球场的施工测量，交通事故距离位置的测量，及农田建设管理的测量等等，其省时简便的优越性被越来越多的行业部门所发现和利用。目前市面上已有机械式轮式测距仪及数显轮式测距仪，其中机械式轮式测距仪是利用齿轮计数原理制作，能实现远距离测量，但因原理缺陷，存在无法实现双向测量，无记忆数据功能，无运算功能的缺点。而目前已有的数显轮式测距仪，包括专利号200820104339.6桂林迪吉特电子有限公司的专利，该专利的优点是实现了轮式测距仪的数显化及记忆功能，但是他是通过在转轴的周围均匀布置永磁体来实现的，此产品的分辨力决定于磁铁的分布密度，精度也受限于磁铁的分布密度。且市面上目前已有的轮式测距仪都不具有标定功能，他们的测量距离都是通过滚轮标称直径计算而得，滚轮标称直径的精度直接影响轮式测距仪的测量精度；如果滚轮直径偏差1mm(以滚轮标称周长1m为例)，那么1000m的测量误差将高达3.14m，轮式测距仪长期在野外各种地面环境工作，在使用过程中不可避免会有磨损，滚轮的磨损也会直接导致测量误差。因此，提供一种测量精度高、带滚轮标定功能的滚轮测距装置是该领域技术人员应着手解决的问题之一。

技术实现要素：

综上所述，为解决现有技术的不足，本发明所要解决的技术问题是提供一种带滚轮标定功能的滚轮测距装置。

本发明解决上述技术问题的技术方案如下：一种带滚轮标定功能的滚轮测距装置,包括滚轮、连接座、转轴和收缩杆，所述转轴可转动的处于所述连接座的内部，并且所述转轴的一端延伸出连接座外后安装有周长或直径进行标定过的滚轮，所述转轴的另外一端处于所述连接座内并安装有圆容栅传感器；

所述收缩杆的下端连接所述连接座的顶部，所述收缩杆的上端竖直向上延伸后连接有用于推动所述滚轮转动的手柄；所述手柄内设有可对滚轮周长或直径进行标定的单片机，所述圆容栅传感器累加其与滚轮同步转动输出的脉冲数，并且所述圆容栅传感器将累加的脉冲数输出给单片机，单片机根据累加的脉冲数以及其对滚轮标定的周长或直径经过计算后得出滚轮滚动过的起始两点间的距离；

所述手柄的一端为把手端，所述手柄的另外一端设有用于显示出测量结果的显示板和通过控制单片机来设定滚轮测距装置为测量滚轮滚动过的距离的测量模式、标定滚轮周长或直径的标定模式或者对磨损滚轮进行数据修正的修正模式的控制按键。

本发明的有益效果是：利用滚轮的周长或直径进行关系系数标定以替代滚轮实际固定直径进行测量计算的传统技术，由于传统测量技术以滚轮实际固定直径进行测量计算，其需要对滚轮的加工精度提出过高的要求才能达到相应的测量精度。本滚轮测距装置以滚轮周长或直径所标定的关系系数进行测量计算，因此不再需要对滚轮的加工精度提出过高的要求，通过滚轮周长或直径标定的方法来保证测距装置的测量精度，易于实现。

在上述技术方案的基础上，本发明还可以做如下进一步的改进：

进一步，所述单片机对滚轮周长的标定方法包括如下步骤：

S1：利用卷尺、标定轮或者其他能直接读出测量长度的工具来选取长度为L的标定路径；

S2：通过控制按键将滚轮测距装置设为周长标定模式；

S3：通过手柄推动滚轮沿着所选取的标定路径滚动完，在此过程中圆容栅传感器与滚轮同步转动输出总脉冲数为n，单片机按照如下公式获得滚轮的测量距离与输出脉冲的关系系数k：

k＝L/n；

S4：通过控制按键进行标定确认来保存计算得出关系系数k即可。

采用上述进一步技术方案的有益效果为：实现利用滚轮周长进行系数标定。

进一步，所述单片机对滚轮直径的标定方法包括如下步骤：

S1：通过控制按键将滚轮测距装置设为直径标定模式；

S2：用卡尺量取滚轮的直径值d；

S3：将量取的滚轮直径值d通过控制按键输入给单片机，单片机根据圆容栅编码传感器的节距数N和d并按照如下公式获得滚轮的测量距离与输出脉冲的关系系数k：

K＝πd/(512*N)；

S4：通过控制按键进行标定确认来保存计算得出关系系数k即可。

采用上述进一步技术方案的有益效果为：实现利用滚轮直径进行系数标定。

进一步，所述连接座远离所述滚轮的端部为开口设置，在该开口处设有用于屏蔽外界对圆容栅传感器干扰的屏蔽盖，所述屏蔽盖相对于所述连接座的外侧设有将圆容栅传感器和屏蔽盖密封在连接座内部的盖板，所述盖板和所述屏蔽盖之间设有加强密封效果的密封圈。

采用上述进一步技术方案的有益效果为：保证测距装置测量的准确性以及防水性。

进一步，所述圆容栅传感器通过贯穿在所述收缩杆内部的波纹线连接所述显示板；所述手柄内设有为所述圆容栅传感器、所述显示板以及单片机供电的电源装置。

进一步，所述手柄的侧部设有用于输出测量数据或者向显示板输入电能的USB接口。

进一步，所述收缩杆上滑动的设有用于安装自发电组件和手机支架的附件固定座，所述自发电组件通过数据线连接USB接口向所述显示板提供电能，所述手机支架上的手机通过数据线连接USB接口向所述显示板提供电能或者读取测量数据。

进一步，还包括安装在手机或平板电脑上并且可以读取测量数据或者对滚轮测距装置发送控制命令的APP。

进一步，还包括用于支撑滚轮测距装置竖立起来的支撑装置，所述支撑装置包括支撑架和支撑座，所述支撑座可上下位移的套在所述收缩杆上，并且在所述支撑座上设有用于固定住支撑座在收缩杆上的位置的锁紧旋钮，所述支撑架可上下翻转的铰接在所述支撑座的侧壁上。

进一步，所述支撑装置还包括用于防止支撑架摆动的限位弹簧，所述限位弹簧的一端固定在所述连接座的侧壁上，所述限位弹簧的另外一端固定在所述支撑架的侧壁上。

采用上述进一步技术方案的有益效果为：向下翻转支撑架后支撑架的下端抵住地面可以保持测距装置为竖立状态，以供测量人员手掌可以脱离手柄去完成测量数据的记录等其他工作。

附图说明

图1为本发明的整体结构示意图；

图2为手柄的装配示意图；

图3为滚轮与圆容栅传感器等部件的装配示意图；

图4为支撑装置的结构示意图；

图5为滚轮安装更换的示意图。

附图中，各标号所代表的部件列表如下：

1、滚轮，2、连接座，3、转轴，4、收缩杆，5、圆容栅传感器，6、手柄，7、显示板，8、控制按键，9、电源装置，10、屏蔽盖，11、盖板，12、密封圈，13、USB接口，14、自发电组件，15、手机支架，16、附件固定架，17、支撑架，18、支撑座，19、锁紧旋钮，20、限位弹簧,21、卡簧。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。

如图1所示，一种带滚轮标定功能的滚轮测距装置,包括滚轮1、连接座2、转轴3和收缩杆4，所述转轴3可转动的处于所述连接座2的内部，并且所述转轴3的一端延伸出连接座1外后安装有周长或直径进行标定过的滚轮1，所述转轴3的另外一端处于所述连接座2内并安装有圆容栅传感器5。所述收缩杆4的下端连接所述连接座2的顶部，所述收缩杆4的上端竖直向上延伸后连接有用于推动所述滚轮1转动的手柄6；所述手柄6内设有可对滚轮1周长或直径进行标定的单片机，所述圆容栅传感器5累加其与滚轮1同步转动输出的脉冲数，并且所述圆容栅传感器5将累加的脉冲数输出给单片机，单片机根据累加的脉冲数以及其对滚轮1标定的周长或直径经过计算后得出滚轮滚动过的两点间的距离。所述手柄6的一端为把手端，所述手柄6的另外一端设有显示板7和控制按键8。所述圆容栅传感器5通过贯穿在所述收缩杆4内部的波纹线连接所述显示板7，并通过显示板7显示出测量结果的；控制按键8通过控制单片机来设定滚轮测距装置为测量滚轮1滚动过的距离的测量模式、标定滚轮1周长的标定模式或者对磨损滚轮1进行数据修正的修正模式，包括设置测量起始位置，也可以对测量单位进行换算等操作。滚轮测距装置的测量原理如下:

基于一定节距的圆容栅编码传感器(假设节距数为N)，可以把一个圆周分为N*512等分，配合周长为C的滚轮，则圆容栅编码传感器把一个圆周分成的每一等分对应的弧长为C/(N*512),即该滚轮测距装置的直线位移测量分辨率。实际测量中滚轮滚过测量路径，圆容栅编码传感器会把等分值累加并输出给单片机，单片机只要将该值乘以分辨率即可得到所测的长度。

本滚轮测距装置通过对滚轮1的周长或直径行关系系数标定以替代滚轮实际固定直径进行测量计算的传统技术，由于传统测量技术以滚轮实际固定直径进行测量计算，其需要对滚轮的加工精度提出过高的要求才能达到相应的测量精度。本滚轮测距装置以滚轮标定周长或者直径进行测量计算，因此不再需要对滚轮的加工精度提出过高的要求，通过对滚轮周长或直径标定的方法来保证测距装置的测量精度。直径或周长的标定不需要同步进行，用户可根据需要选择自己方便的标定方式即可，具体的操作方法如下：

(1)滚轮1周长的标定方法包括如下步骤：

S1：利用卷尺、标定轮或者其他能直接读出测量长度的工具来选取长度为L的标定距离，其中标定距离L可根据需要选择，距离越远，标定精度越高；

S2：通过控制按键8将滚轮测距装置设为标定模式；

S3：通过手柄6推动滚轮1沿着卷尺滚动完选取的标定距离L，在此过程中圆容栅传感器4与滚轮1同步转动输出总脉冲数为n，单片机按照如下公式获得滚轮的测量距离与输出脉冲的关系系数k：

k＝L/n；

S4：通过控制按键8进行标定确认即可。

在标定的过程中，滚轮1经过已知距离L的同时圆容栅传感器4一共输出了n个脉冲，那么每个脉冲对应的距离就是L/n，即关系系数k。在后续测量时，滚轮1经过任意距离L'，圆容栅传感器4对应的一共输出了n'个脉冲，那么滚轮1经过的距离即测量的距离，通过单片机按照如下公式计算可得：

L'＝k*n'。

(2)滚轮1直径的标定方法包括如下步骤：

S1：通过控制按键将滚轮测距装置设为直径标定模式；

S2：用卡尺量取滚轮的直径值；

S3：将量取的滚轮直径值输入给单片机记忆存储起来；

S4：通过控制按键进行标定确认即可。

在标定的过程中，将量取的尺寸直接对滚轮1的直径进行标定，那么圆容栅传感器4每个脉冲对应的关系系数k＝πd/(512*N)。同上述测量原理一样，单片机按照如下公式计算可得任意测量距离L'：

L'＝k*n'。

由于卡尺的精度基本在0.05mm以内，通过C＝πD，周长的校准偏差约为0.15mm。

校准误差分析：

圆容栅传感器精度偏差约为3个脉冲，由于圆容栅传感器每圈的脉冲数是固定的，当传感器多圈转动时，任意点的精度偏差仍为3个脉冲，为提高滚轮周长的标定精度，我们选择多圈校准。如2节距容栅传感器对周长1m的滚轮的校准，滚轮滚动5m，那么周长标定精度偏差约为0.6mm，滚动距离越远则标定精度越高。以上分析的是传感器的标定误差，标定误差还包括标准尺的误差(5m卷尺误差2.5mm)、人为操作误差等，为减少标定时引入的人为误差，此滚轮测距装置还带有标定数据修正功能。修正功能操作方式如下：通过控制按键8进入修正模式，在修正模式下，显示板7会显示滚轮1周长的标定值，此时通过控制按键8逐一减少滚轮1标定的周长值，用控制按键8储存后再在标准长度上滚动测量，直至测量显示尺寸约等于标准长度为止。通过以上方法可以消除人为操作误差，周长标定误差可以控制在1mm左右(传感器误差与标准尺误差的组合)。当滚轮1有磨损时，用户也可以通过上述滚轮标定数据修正功能进行数据修正，以保持滚轮的测量精度。由于圆容栅传感器每圈的脉冲数是固定的，多圈转动时不会出现累计误差，且以上标定方式为模拟实际滚动测量方式进行，已经考虑了人为操作或路面条件不一致引入的测量误差，测量时1000m的测量精度等于周长的标定精度。目前市面上最好的滚轮测距产品1000m测量误差为1.5m，改用该滚轮测距装通过对滚轮周长进行标定再来计算测量的技术方案后，不仅降低对滚轮加工精度的要求，其测量精度还大幅提升。其中滚轮的直径越小，则标定误差会越小。通过该装置测量距离时，在起点位置用控制按键8清零，然后通过手柄6推动滚轮1由起点走到终点，在终点位置用控制按键8保持数据即可读数。

如图2所示，所述手柄6内设有为所述圆容栅传感器5、所述显示板7以及单片机供电的电源装置9。所述手柄6的侧部设有用于输出测量数据或者向显示板7输入电能的USB接口13。所述收缩杆4上滑动的设有用于安装自发电组件14和手机支架15的附件固定座16，所述自发电组件14通过数据线连接USB接口13向所述显示板7提供电能实现自发电供电，当选用自发电机时，可将自发电组件14的发电机固定到附件固定座16上，然后通过数据线将发电机与USB接口连接。使用前只要先用发电机手动发电，当显示板7可正常显示时即可由发电机正常供电工作。所述手机支架15上的手机通过数据线连接USB接口13向所述显示板7提供电能或者读取测量数据。在手机上安装配套的APP后，通过该APP可以读取测量数据或者对滚轮测距装置发送控制命令。

如图3所示，所述连接座2远离所述滚轮1的端部为开口设置，在该开口处设有用于屏蔽外界对圆容栅传感器5干扰的屏蔽盖10，所述屏蔽盖10相对于所述连接座2的外侧设有将圆容栅传感器5和屏蔽盖10密封在连接座2内部的盖板11，所述盖板11和所述屏蔽盖10之间设有密封圈12，密封圈12将圆容栅传感器5与外界隔离，起到防尘防水的作用，加强对圆容栅传感器5的密封效果的。

在收缩杆4上还安装有用于支撑滚轮测距装置竖立起来的支撑装置，如图4所示，所述支撑装置包括支撑架17和支撑座18，所述支撑座18可上下位移的套在所述收缩杆4上以适应对不同直径滚轮的支撑，并且在所述支撑座14上设有用于固定住支撑座18在收缩杆4上的位置的锁紧旋钮19，所述支撑架17可上下翻转的铰接在所述支撑座14的侧壁上，向下翻转支撑架17可用于支撑滚轮测距装置竖立起来，以供测量人员手掌可以脱离手柄去完成测量数据的记录等其他工作；向上翻转支撑架17使其折叠收起在收缩杆4的上部，以供测量人员推动滚轮测距装置继续测量。所述支撑装置还包括限位弹簧20，所述限位弹簧20的一端固定在所述连接座2的侧壁上，所述限位弹簧20的另外一端固定在所述支撑架17的侧壁上，限位弹簧17可以拉紧向上或者向下翻转后的支撑架7以于防止支撑架17摆动。

如图5所示，更换安装滚轮1时，只需将滚轮1套在转轴3上，然后再于转轴3的末端用一个卡簧21固定即可，安装非常简单，用户也可根据需要自行更换滚轮，更换滚轮后需要再按照上述标定方法对滚轮的直径进行标定。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。