可同时测量三参数的极坐标系装置及方法与流程

本发明涉及可同时测量三参数的极坐标系装置及方法。

背景技术：

目前，现有技术中的电子长度测量装置大多为齿轮齿条型，其原理为在待测物品设置一齿条,长度测量装置上有同此齿条啮合的小齿轮。小齿轮在齿条上滚动，位移测量装置通过计数小齿轮滚动的周期数计算待测物品的长度。见国内专利“高度计”，申请号为：85109249。

除上述专利文献公开的长度测量装置外，还有一种基于圆容栅角位移传感器的齿轮齿条长度测量装置。其原理是：当小齿轮在齿条上滚动时，带动圆容栅角位移传感器转动，小齿轮每转动一圈，圆容栅角位移传感器输出一定数量的脉冲信号，通过计数脉冲信号便可得出待测物品的长度。

但是，上述现有技术的缺陷是：整个测量装置功耗大，且采用交流电源供电，体积大，安装困难，基于圆容栅传感器的长度测量装置还具有测量精度低、容易受电气干扰。

针对运动中的物体，例如，在阿基米德螺旋端面槽线中的物体，需要同时测量不同位置的长度（曲率半径）与角度，还有沿抛物线，或在凸轮表面运行的物体，现有技术需要先测量其中一个参数，然后在测量另一个参数，无法实现同时测量，造成测量精度差，无法直接建立极坐标系，而不需要通过笛卡尔坐标系推算，减少工作量，如何实现提供一种可以同时测量直线长度与角度的装置成为急需解决的技术问题。

技术实现要素：

本发明所要解决的技术问题总的来说是提供一种可同时测量三参数的极坐标系装置及方法；详细解决的技术问题以及取得有益效果在后述内容以及结合具体实施方式中内容具体描述。

为解决上述问题，本发明所采取的技术方案是：

一种可同时测量三参数的极坐标系装置，包括外壳体、设置在外壳体上的卷尺出口、设置在外壳体中的卷尺轮盘、设置在外壳体中的角度传感器、以及输入端与角度传感器电连接的mcu；

卷尺轮盘上的卷尺从卷尺出口输出，卷尺上带有刻度或没有刻度；

在卷尺上设置有称重传感器，称重传感器与mcu有线连接或无线连接；在卷尺外端设置有用于挂在物体之上的卷尺挂钩；卷尺轮盘中心轴为定位基准；

在外壳体一侧下端设置有上旋转轴承座，在上旋转轴承座上设置有与卷尺轮盘中心轴键连接的定位中心孔，在上旋转轴承座下端通过压力轴承连接有下固定支撑座，在下固定支撑座下端连接有底部吸盘，在底部吸盘上连接有抽气嘴；

在外壳体一侧设置有位于上旋转轴承座四周的辅助支撑腿，在辅助支撑腿上部设置有与外壳体壳体上下活动连接的限位槽，在辅助支撑腿底部设置有辅助支撑滚轮。

作为上述技术方案的进一步改进：

在外壳体中设置有输出端与mcu输入端电连接的编码器；编码器连接有与卷尺滚动摩擦接触的摩擦轮；

称重传感器与mcu之间电连接有a/d转换模块。

在外壳体中设置有位于卷尺两侧的阻尼轮轴，在阻尼轮轴上设置有与卷尺对应表面摩擦接触的摩擦辊；

在外壳体中设置有防缩回导向架，卷尺从防缩回导向架中穿过；

在外壳体中设置有位于卷尺轮盘一侧且防止卷尺跑位的导向l型架。

在阻尼轮轴上设置有棘轮，在外壳体上设置有与棘轮连接的棘爪。

还包括分别与mcu电连接的电池、按键模块、显示屏、报警模块、以及用于插装u盘的usb接口。

电池串联后正极连接有稳压器ams1117的vin端，稳压器ams1117的gnd端接地，稳压器ams1117的vout端输出电能；稳压器ams1117的vout一路经过滤波模块后接mcu的端子12、13；

mcu采用stm32f103rbt6型号；mcu的端子46、49电连接有时钟模块；mcu的端子39、40分别有内存卡fm24w256的端子6、5；

mcu的重置端子reset

编码器的接光栅尺端子1接地，端子4接电源，端子2分两路，一路经过发光二极管接电源，另一路通过电阻接mcu的端子22，端子3分两路，一路经过发光二极管接电源，另一路通过电阻接mcu的端子23；编码器的滚轴电磁信号输入端分别接mcu的端子5、6；

角度传感器的端子1接电源，端子4接地，端子2、3分别接mcu的端子16、17；

显示屏的端子3-7分别接mcu的端子57-53；

usb接口的端子2、3分别接mcu的端子43、42；

报警模块接mcu的端子33；

按键模块的开关k1-k5分别接mcu的端子27-24、21；

a/d转换模块型号为ad7190；a/d转换模块的端子11、12分别通过对应的电阻之后连接称重传感器的端子3、4；

a/d转换模块的端子15接有稳压电路lm336so8；

a/d转换模块的端子23、24接mcu的端子52、51。

一种可同时测量三参数的方法，借助于可同时测量三参数的极坐标系装置，包括以下步骤；

步骤一，首先，将底部吸盘吸附在固定基准表面上；然后，以定位基准建立极坐标系，测量得到运动物体的初始位置；其次，卷尺挂钩挂在运动物体；再次，初始化初始位置，将角度传感器调零，称重传感器预设初始值，编码器预设初始值；

步骤二，运动物体沿轨迹运动，在运动过程中，首先，角度传感器、称重传感器、以及编码器将信号传给mcu；mcu将角度传感器、称重传感器、以及编码器的信号进行处理，并在u盘、内存卡存储，同时在显示屏实时显示角度参数、拉力参数以及半径参数。本发明的有益效果不限于此描述，为了更好的便于理解，在具体实施方式部分进行了更加详细的描述。

附图说明

图1是本发明的框图。

图2是本发明的结构示意图。

图3是本发明mcu的结构示意图。

图4是本发明的局部一电路图。

图5是本发明的局部二电路图。

图6是本发明的局部三电路图。

图7是本发明的局部四电路图。

图8是本发明的局部五电路图。

图9是本发明的局部六电路图。

图10是本发明的局部七电路图。

图11是本发明的局部八电路图。

图12是本发明的局部九电路图。

图13是本发明的局部十电路图。

图14是本发明的局部十一电路图。

图15是本发明的局部十二电路图。

图16是本发明的局部十三电路图。

图17是本发明的局部十四电路图。

图18是本发明的局部十五电路图。

图19是本发明的局部十六电路图。

其中：1、外壳体；2、卷尺出口；3、卷尺轮盘；4、阻尼轮轴；5、摩擦轮；6、棘轮；7、棘爪；8、防缩回导向架；9、导向l型架；10、mcu；11、编码器；12、定位基准；13、电池；14、角度传感器；15、按键模块；16、显示屏；17、usb接口；18、u盘。19、称重传感器；20、卷尺挂钩；21、上旋转轴承座；22、定位中心孔；23、下固定支撑座；24、底部吸盘；25、抽气嘴；26、辅助支撑腿；27、限位槽；28、辅助支撑滚轮；29、a/d转换模块。

具体实施方式

如图1-19所示，本实施例的可同时测量三参数的极坐标系装置，包括外壳体1、设置在外壳体1上的卷尺出口2、设置在外壳体1中的卷尺轮盘3、设置在外壳体1中的角度传感器14、以及输入端与角度传感器14电连接的mcu10；

卷尺轮盘3上的卷尺从卷尺出口2输出，卷尺上带有刻度或没有刻度；

在卷尺上设置有称重传感器19，称重传感器19与mcu10有线连接或无线连接；在卷尺外端设置有用于挂在物体之上的卷尺挂钩20；卷尺轮盘3中心轴为定位基准12；

在外壳体1一侧下端设置有上旋转轴承座21，在上旋转轴承座21上设置有与卷尺轮盘3中心轴键连接的定位中心孔22，在上旋转轴承座21下端通过压力轴承连接有下固定支撑座23，在下固定支撑座23下端连接有底部吸盘24，在底部吸盘24上连接有抽气嘴25；

在外壳体1一侧设置有位于上旋转轴承座21四周的辅助支撑腿26，在辅助支撑腿26上部设置有与外壳体1壳体上下活动连接的限位槽27，在辅助支撑腿26底部设置有辅助支撑滚轮28。

在外壳体1中设置有输出端与mcu10输入端电连接的编码器11；编码器11连接有与卷尺滚动摩擦接触的摩擦轮5；

称重传感器19与mcu10之间电连接有a/d转换模块29。

在外壳体1中设置有位于卷尺两侧的阻尼轮轴4，在阻尼轮轴4上设置有与卷尺对应表面摩擦接触的摩擦辊；

在外壳体1中设置有防缩回导向架8，卷尺从防缩回导向架8中穿过；

在外壳体1中设置有位于卷尺轮盘3一侧且防止卷尺跑位的导向l型架9。

在阻尼轮轴4上设置有棘轮6，在外壳体1上设置有与棘轮6连接的棘爪7。

还包括分别与mcu10电连接的电池13、按键模块15、显示屏16、报警模块、以及用于插装u盘18的usb接口17。

电池13串联后正极连接有稳压器ams1117的vin端，稳压器ams1117的gnd端接地，稳压器ams1117的vout端输出电能；稳压器ams1117的vout一路经过滤波模块后接mcu10的端子12、13；

mcu10采用stm32f103rbt6型号；mcu10的端子46、49电连接有时钟模块；mcu10的端子39、40分别有内存卡fm24w256的端子6、5；

mcu10的重置端子reset

编码器11的接光栅尺端子1接地，端子4接电源，端子2分两路，一路经过发光二极管接电源，另一路通过电阻接mcu10的端子22，端子3分两路，一路经过发光二极管接电源，另一路通过电阻接mcu10的端子23；编码器11的滚轴电磁信号输入端分别接mcu10的端子5、6；

角度传感器14的端子1接电源，端子4接地，端子2、3分别接mcu10的端子16、17；

显示屏16的端子3-7分别接mcu10的端子57-53；

usb接口17的端子2、3分别接mcu10的端子43、42；

报警模块接mcu10的端子33；

按键模块15的开关k1-k5分别接mcu10的端子27-24、21；

a/d转换模块29型号为ad7190；a/d转换模块29的端子11、12分别通过对应的电阻之后连接称重传感器19的端子3、4；

a/d转换模块29的端子15接有稳压电路lm336so8；

a/d转换模块29的端子23、24接mcu10的端子52、51。

本实施例的可同时测量三参数的方法，借助于权利要求1-5任一项的可同时测量三参数的极坐标系装置，包括以下步骤；

步骤一，首先，将底部吸盘24吸附在固定基准表面上；然后，以定位基准12建立极坐标系，测量得到运动物体的初始位置；其次，卷尺挂钩20挂在运动物体；再次，初始化初始位置，将角度传感器14调零，称重传感器19预设初始值，编码器11预设初始值；

步骤二，运动物体沿轨迹运动，在运动过程中，首先，角度传感器14、称重传感器19、以及编码器11将信号传给mcu10；mcu10将角度传感器14、称重传感器19、以及编码器11的信号进行处理，并在u盘18、内存卡存储，同时在显示屏16实时显示角度参数、拉力参数以及半径参数。

使用本发明时，外壳体1为载体，卷尺轮盘3从卷尺出口2输出实现直线测量，阻尼轮轴4防止卷尺在扭簧、卷簧或弹簧的作用下缩回，棘轮6，棘爪7实现输出时候的单向制动，防止卷尺轮盘3回弹收回尺子，手动拨开棘爪，从而在卷簧的作用下，实现卷尺自动缩回，防缩回导向架8实现导向，同时防止卷尺端头缩回，导向l型架9保证卷尺轮盘3上卷尺整齐盘卷，卷尺通过摩擦力带动摩擦轮5旋转带动编码器11计数，并发送给mcu10，mcu10作为中心控制器。

测量时候，通过定位基准12作为零点，实现定位建立极坐标系，随着待测尺寸的曲线运动，牵拉卷尺，从而实现对物体相对于基准的角度与距离的测量，通过重置开关在测量之前实现置零，角度传感器14可以是陀螺仪等常用角度传感器。通过mcu10控制的电路模块实现自动计数与存储，报警等多种功能。

针对长度测量，实现编码器与卷尺刻度实现对长度的双重测量，方便，选择方式多。本发明实现了极坐标对角度与距离的同时精准快速测量、计算，操作方便。

称重传感器19对拉力参数进行测量，卷尺挂钩20方便挂接运动物体，上旋转轴承座21保证外壳体自由的绕定位中心孔22旋转，从而可以精确测量角度、拉力，下固定支撑座23实现固定支撑，底部吸盘24方便固定，抽气嘴25实现抽负压，辅助支撑腿26实现辅助支撑，限位槽27定位，辅助支撑滚轮28实现辅助支撑，保证外壳体自由旋转，a/d转换模块29，实现模数转换。

本发明设计合理、成本低廉、结实耐用、安全可靠、操作简单、省时省力、节约资金、结构紧凑且使用方便。

本发明充分描述是为了更加清楚的公开，而对于现有技术就不再一一例举。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；作为本领域技术人员对本发明的多个技术方案进行组合是显而易见的。而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明实施例技术方案的精神和范围。