一种测量范围可调的数显卡规的制作方法

本实用新型涉及测量仪器领域，具体涉及一种测量范围可调的数显卡规。

背景技术：

卡规是指有两只脚或爪的量具，用于测量测量厚度、直径、口径及表面间的距离，多用于机械加工领域。卡规通常分为内径卡规与外径卡规两种。普通卡规的测量范围很小，一种卡规只能对应于某一种工件尺寸的测量，当工件尺寸变更后，这些卡规就用不上了，所以相当多的卡规就闲置了。因此，为了扩大卡规的测量范围，提供一种测量范围可调的数显卡规是该领域技术人员应着手解决的问题之一。另外，现有卡规大多存在装配困难、测量精度欠缺等缺陷。其大多存在装配困难、测量精度欠缺等缺陷。

技术实现要素：

综上所述，为克服现有技术的不足，本实用新型所要解决的技术问题是提供一种测量范围可调的数显卡规。

本实用新型解决上述技术问题的技术方案如下：一种测量范围可调的数显卡规，包括卡规本体、传感器和单片机；所述卡规本体包括定测量臂和相对所述定测量臂转动进行测量的动测量臂；所述传感器为绝对式传感器，其用于在所述动测量臂相对所述定测量臂转动后产生相应的电信号并测量出所述动测量臂转动的角度；所述单片机，其用于根据所述传感器测量出的角度值计算出测量结果；所述卡规本体还包括壳体、显示单元和转动手柄；所述定测量臂的一端固定在所述壳体内，其另一端伸出到所述壳体外形成定测量头；所述动测量臂的一端可转动的安装在所述壳体内，其另一端伸出所述壳体外形成动测量头；所述转动手柄的一端处于所述壳体内并与所述动测量臂联动连接，其另一端伸出所述壳体外形成手动驱动所述动测量臂相对于所述定测量臂转动的操作端；所述传感器处于所述壳体内在所述动测量臂转动后产生相应的电信号并测量出所述动测量臂转动的角度，所述单片机处于所述壳体内根据所述传感器测量出的角度值计算出测量结果，所述显示单元处于所述壳体的前侧并显示出所述单片机计算出的测量结果。

其中，所述传感器采用专利号为200710050658.3公开的用于绝对位置测量的绝对型圆容栅传感器测量装置；所述单片机采用STM32系列均可。

本实用新型的有益效果是：减少测量臂的装配难度，提高测量精度。

在上述技术方案的基础上，本实用新型还可以做如下改进：

进一步，所述壳体包括前盖、支座和后盖；所述前盖和所述后盖分别可拆卸的安装在所述支座的前侧和后侧；所述单片机处于所述支座和所述前盖之间；所述显示单元处于所述前盖的内侧壁上，所述前盖上对应所述显示单元显示屏的位置处设有观察窗口；

在所述支座的前端对应所述前盖和所述后盖之间的位置可转动的设有转轴，并且所述转轴将所述支座贯穿；所述动测量臂的一端通过过渡配合可拆卸的安装在所述转轴上对应所述支座与所述后盖之间的位置，其另一端延伸到所述前盖或所述支座或所述后盖前端的外侧；所述定测量臂的一端固定在所述支座上对应所述转轴一侧的位置，其另一端延伸到所述前盖或所述支座或所述后盖的前端外侧；所述转动手柄的一端固定连接在所述转轴上对应所述支座与所述前盖之间的位置，其另一端穿过所述支座的侧壁后延伸到所述前盖或所述支座或所述后盖一侧的外部；在所述支座的侧壁上对应所述转动手柄的位置处设有供所述转动手柄摆动以驱动所述动测量臂转动的条形孔，所述支座上对应所述条形孔的位置装还设有用于控制所述转动手柄摆动幅度的限位销。

进一步，所述转轴两端内部设有锥形孔，所述前盖和所述后盖对应所述转轴两端的位置处分别设有通过所述锥形孔顶住所述转轴的螺钉。

进一步，所述传感器包括发射板、隔片和接收板；所述发射板、所述隔片和所述接收板均为以所述转轴为圆心的扇形结构；所述发射板和所述接收板相互间隔的固定在所述支座靠近所述前盖的一侧，所述隔片可转动的处于所述发射板和所述接收板之间，并且所述隔片通过连接件联动连接所述转轴上对应所述支座与所述转动手柄之间的位置处。

进一步，还包括在测量相同尺寸的物体时保证所述定测量臂的定测量头和所述动测量臂的动测量头具有相同测量力的控力机构；所述控力机构处于所述转轴和所述支座上。

进一步，所述控力机构包括扭力臂、拉杆和弹簧；所述扭力臂的一端固定在所述转轴上对应所述动测量臂与所述隔板之间的位置处；所述拉杆有两个，两个所述拉杆相对设置，其中一个所述拉杆处于所述扭力臂上远离所述转轴的一端，另外一个所述拉杆处于所述支座相应的位置处；所述弹簧的两端分别连接在两个所述拉杆上以在所述动测量臂每次转动相同的角度时产生相同的变形量，进而保证所述定测量臂的定测量头和所述动测量臂的动测量头在测量相同尺寸时具有相同测量力。

采用上述进一步方案的有益效果是：弹簧在测量相同尺寸时形成的弹力即测量力相同，保证测量力的一致性，从而提高测量的准确度。

进一步，所述支座上对应所述定测量臂的位置处设有通过定位所述定测量臂从而保证所述定测量臂与所述动测量臂的长度R值一致的定位柱。

采用上述进一步方案的有益效果是：所述支座上设有通过定位所述定测量臂的位置从而保证所述定测量臂与所述动测量臂的长度R一致的定位柱，所述定位柱为处于所述支座上的凸起结构，所述定测量臂安装在所述支座上的一端且对应所述定位柱的位置处设有与所述定位柱相对应的安装孔。

附图说明

图1为本实用新型的三维图(除去前盖一部分)；

图2为本实用新型的爆炸图；

图3为本实用新型后侧平面图(除去后盖)；

图4为本实用新型前侧平面图；

图5为图4的A-A剖视图；

图6为本实用新型标定原理图；

图7为本实用新型测量原理图。

附图中，各标号所代表的部件列表如下：

1、单片机，2、显示单元，3、定测量臂，4、动测量臂，5、转动手柄，6、前盖，7、支座，8、后盖，9、转轴，10、限位销，11、螺钉，12、发射板，13、隔片，14、接收板，15、扭力臂，16、拉杆，17、弹簧，18、定位柱，19、被测量物。

具体实施方式

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

如图1-5所示，一种测量范围可调的数显卡规，包括卡规本体、传感器和单片机1。所述卡规本体包括定测量臂3和相对所述定测量臂3转动进行测量的动测量臂4。所述传感器为绝对式传感器，其用于在所述动测量臂4相对所述定测量臂3转动后产生相应的电信号并测量出所述动测量臂4转动的角度。所述单片机1，其用于根据所述传感器测量出的角度值计算出测量结果。所述卡规本体还包括壳体、显示单元2和转动手柄5。所述定测量臂3的一端固定在所述壳体内，其另一端伸出到所述壳体外形成定测量头。所述动测量臂4的一端可转动的安装在所述壳体内，其另一端伸出所述壳体外形成动测量头。所述转动手柄5的一端处于所述壳体内并与所述动测量臂4联动连接，其另一端伸出所述壳体外形成手动驱动所述动测量臂4相对于所述定测量臂3转动的操作端。所述传感器处于所述壳体内在所述动测量臂4转动后产生相应的电信号并测量出所述动测量臂4转动的角度，所述单片机1处于所述壳体内根据所述传感器测量出的角度值计算出测量结果，所述显示单元2处于所述壳体的前侧并显示出所述单片机1计算出的测量结果。

所述壳体包括前盖6、支座7和后盖8。所述前盖6和所述后盖8分别可拆卸的安装在所述支座7的前侧和后侧。所述单片机1处于所述支座7和所述前盖6之间。所述显示单元2处于所述前盖6的内侧壁上，所述前盖6上对应所述显示单元2显示屏的位置处设有观察窗口。

在所述支座7的前端对应所述前盖6和所述后盖8之间的位置可转动的设有转轴9，并且所述转轴9将所述支座7贯穿。所述转轴9两端内部设有锥形孔，所述前盖6和所述后盖8对应所述转轴9两端的位置处分别设有通过所述锥形孔顶住所述转轴9的螺钉11，从而实现所述转轴9可转动的安装。所述动测量臂4的一端通过过渡配合可拆卸的安装在所述转轴9上对应所述支座7与所述后盖8之间的位置，其另一端延伸到所述前盖6或所述支座7或所述后盖8前端的外侧。所述定测量臂3的一端固定在所述支座7上对应所述转轴9一侧的位置，其另一端延伸到所述前盖6或所述支座7或所述后盖8的前端外侧。所述转动手柄5的一端固定连接在所述转轴9上对应所述支座7与所述前盖6之间的位置，其另一端穿过所述支座7的侧壁后延伸到所述前盖6或所述支座7或所述后盖8一侧的外部。在所述支座7的侧壁上对应所述转动手柄5的位置处设有供所述转动手柄5摆动以驱动所述动测量臂4转动的条形孔，所述支座7上对应所述条形孔的位置装还设有用于控制所述转动手柄5摆动幅度的限位销10。

所述传感器包括发射板12、隔片13和接收板14。所述发射板12和所述接收板14相互间隔的固定在所述支座7靠近所述前盖6的一侧，所述隔片13可转动的处于所述发射板12和所述接收板14之间，并且所述隔片13通过连接件联动连接所述转轴9上对应所述支座7与所述转动手柄5之间的位置处。所述发射板12、所述隔片13和所述接收板14均为以所述转轴9为圆心的扇形结构。发射板12发射八路频率，幅值相同，相位不同的周期性方波信号，方波信号经过隔片13透射后一部分输送给接收板14，使发射板12和接收板14之间形成电容，形成的电容信号通过接收板14上的接收极回到芯片中做处理，隔片13转动会引起接收极电容信号相位的变化，通过分析电容信号的相位关系可以算出隔片13发生的位移，然后利用圆的相关特性将位移变化量转换成角度变化量。由于所述隔片13与所述转轴9联动连接，因此其在所述动测量臂4转动时同步转动，所述隔片13相对转动所述发射板12和接收板14转动后形成电信号得出所述动测量臂4的转动角度，并将所述动测量臂4的转动角度发送给所述单片机1进行计算后得到测量结果即被测量尺寸。

该卡规还包括在测量相同尺寸的物体时保证所述定测量臂3的定测量头和所述动测量臂4的动测量头具有相同测量力的控力机构。所述控力机构处于所述转轴9和所述支座7上。所述控力机构包括扭力臂15、拉杆16和弹簧17。所述扭力臂15的一端固定在所述转轴9上对应所述动测量臂4与所述隔板之间的位置处。所述拉杆16有两个，两个所述拉杆16相对设置，其中一个所述拉杆16处于所述扭力臂15上远离所述转轴9的一端，另外一个所述拉杆16处于所述支座7相应的位置处。所述弹簧17的两端分别连接在两个所述拉杆16上以在所述动测量臂4每次转动相同的角度时产生相同的变形量，进而保证所述定测量臂3的定测量头和所述动测量臂4的动测量头在测量相同尺寸时具有相同测量力。由于测量力的大小直接影响所述动测量臂4的转动角度，因此如果测量相同尺寸时，测量力的大小不同会导致所述动测量臂4的转动角度不同，致使测量结果出现误差。该卡规通过设置上述控力机构，弹簧17在测量相同尺寸时发生的变形量一样，其形成的弹力即测量力就相同，从而保证测量力的一致性，提高了测量的准确度。

本实用新型解决的技术问题之一是所述定测量臂3与所述动测量臂4可以由用户进行更换，由于卡规两个测量臂长度R值误差会直接影响卡规的测量精度，为解决上述问题，本实用新型还做了以下设计：所述支座7上设有通过定位所述定测量臂3的位置从而保证所述定测量臂3与所述动测量臂4的长度R一致的定位柱18，所述定位柱18为处于所述支座7上的凸起结构，所述定测量臂3安装在所述支座7上的一端且对应所述定位柱18的位置处设有与所述定位柱18相对应的安装孔。加工的时候先保证了所述定测量臂3与所述动测量臂4的测量长度即R值一致，由于所述动测量臂4安装在所述转轴9上，因此需要对所述定测量臂3有一个定位的作用才能保证两者的R值一致，因此安装所述定测量臂3时在定位柱18的定位的作用下确定了位置，从而才能保证安装后所述定测量臂3与所述动测量臂4的R值一致性。所述定测量臂3装在所述支座7的定位柱18上，所述定位柱18到所述定测量臂3的定测量头的距离等于R值。以上设计的优点是：减少测量臂的装配难度，保证所述定测量臂3与所述动测量臂4的R值的一致性，从而可以方便的由用户更换测量臂而不影响精度。

设所述卡规本体在测量长度为L1的标准量块时，所述动测量臂4相对所述定测量臂3形成的夹角为α。所述定测量臂3与所述动测量臂4的长度均为R。所述单片机1还具有如下功能：

所述单片机1还用于在单独调整所述定测量臂3与所述动测量臂4的长度R后，对长度R以及夹角α进行标定来调整所述卡规本体的测量范围。

或者，所述单片机1还用于在单独调整所述动测量臂4相对所述定测量臂3的位置后，对长度R以及夹角α进行标定来调整所述卡规本体的测量范围。

或者，所述单片机1还用于在同时调整所述定测量臂3与所述动测量臂4的长度R以及所述动测量臂4相对所述定测量臂3的位置后，对长度R以及夹角α进行标定来调整所述卡规本体的测量范围。

如图6所示，所述单片机1按照下述方法标定所述定测量臂3与所述动测量臂4的长度R和测量长度为L1时所述动测量臂4相对所述定测量臂3形成的夹角α：

步骤一，测量长度为L1和L2的标准量块：当测量长度为L1的标准量块时，所述传感器输出所述动测量臂4所在位置相对传感器绝对零位的角度α1给所述单片机1；当测量长度为L2的标准量块时，所述传感器输出所述动测量臂4所在位置相对传感器绝对零位的角度α2给所述单片机1，所述单片机1根据三角函数并通过下述公式计算出所述定测量臂3与所述动测量臂4的长度R和测量长度为L1时所述动测量臂4相对所述定测量臂3形成的夹角α：

其中β＝α2-α1；

步骤二，所述单片机1将计算得到的所述长度R以及所述夹角α储存下来完成标定。

如图7所示，所述卡规本体在测量被测量物19上L尺寸的大小时，所述单片机1在标定所述长度R以及所述夹角α之后，再根据所述传感器输出的在测量L时所述动测量臂4所在的位置A,在测量L1时所述动测量臂4所在的位置B,得到位置A相对于位置B转动的角度θ，最后通过下述公式计算出测量结果L：

不同形式，不同长度的测量臂决定了卡规的测量场合及测量范围，本实用新型通过更换所述定测量臂3与所述动测量臂4来调整所述定测量臂3与所述动测量臂4的长度R。当测量臂固定时，所述动测量臂4相对所述定测量臂3的位置(未测量时所述定测量臂3与所述动测量臂4自然张开的角度)，即两者形成的夹角大小决定了卡规的测量范围，至于调整所述动测量臂4相对所述定测量臂3的相对位置，通过下述方法实现：从支座7上拆卸下后盖8，使所述动测量臂4与所述转轴9的连接之处暴露。由于所述动测量臂4通过过渡配合可拆卸的安装在所述转轴9上，过渡配合指可能具有间隙或过盈的配合，此时孔(动测量臂4端部的安装孔)的公差带与轴(转轴9)的公差带相互交叠，即所述动测量臂4可随时安装到所述转轴9上或从所述转轴9上拆卸下来。因此，先将所述动测量臂4从所述转轴9上拆卸下来，然后再调整所述动测量臂4相对所述定测量臂3的位置即两者形成的夹角，直到两者形成的夹角与需要的测量范围相匹配后，再以所述动测量臂4相对所述转轴9改变夹角后的姿态，将所述动测量臂4装配到所述转轴9相应的位置处后实现两者的紧固连接即可，从而使得所述动测量臂4相对所述定测量臂3的位置发生改变。无论是更换所述定测量臂3与所述动测量臂4来调整所述定测量臂3与所述动测量臂4的长度R，或是调整所述动测量臂4相对所述定测量臂3的位置后，均需要选择合适的标准量块进行上述的标定操作后才能进行测量，经过标定后的卡规可以调整所述定测量臂3与所述动测量臂4的长度R和所述动测量臂4相对所述定测量臂3的位置，实现卡规测量范围的可调，扩大卡规的适用范围，并且还提高了测量精度。

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