游标卡尺、距离测量方法及存储介质与流程

本发明一般涉及测量器具技术领域，具体涉及一种游标卡尺、距离测量方法及存储介质。

背景技术：

游标卡尺是一种测量长度、内外径、深度的量具。游标卡尺主要由主尺和滑动连接在主尺上的游标尺两部分构成。主尺一般以毫米为单位，而游标尺上则有10、20或50个分格，根据分格的不同，游标卡尺可分为十分度游标卡尺、二十分度游标卡尺、五十分度格游标卡尺等，游标尺为10分度的有9mm，20分度的有19mm，50分度的有49mm。游标卡尺的主尺和游标尺上有两副活动量爪，分别是第一、第二内测量爪和第一、第二外测量爪，第一、第二内测量爪通常用来测量内径，第一、第二外测量爪通常用来测量长度和外径，游标尺上的尾部量杆用来测量深度。

通常当测量规范形状尺寸时，如矩形/圆柱形时，直接通过第一、第二内外爪与被测面接触即可得到数据，但当需要测量结构复杂，第一、第二内、外爪均难以接触的被测物体所测距离的参考点时，游标卡尺就显露出了测量的缺陷和难点，此外，由于是接触式的测量，当被测尺寸较大时，游标卡尺的体积也需要随之增加，对于携带造成了不便。

技术实现要素：

鉴于现有技术中的上述缺陷或不足，期望提供一种游标卡尺、距离测量方法及存储介质，用以解决接触式测量的游标卡尺对结构复杂的物体不便或不能测量，且随着被测物体体积的增加，需要尺寸较大的游标卡尺才能进行测量的问题。

第一方面，本发明提供一种游标卡尺，包括第一测量爪，与所述第一测量爪配合测量的第二测量爪，用于测量所述第一测量爪的测量面与所述第二测量爪的测量面之间距离的距离传感器，用于至少显示所测距离的显示器，所述第一测量爪上设置有激光测距仪，所述激光测距仪的出射光路平行于所述第一测量爪的测量面，所述第二测量爪上转动连接有激光发射器，所述激光发射器的出射光路经过其转动中心；所述第二测量爪与所述激光发射器之间设置有角度传感器，所述角度传感器，用于测量所述激光发射器的偏转角度。

进一步地，所述距离传感器为直线容栅传感器或直线光栅传感器。

进一步地，所述角度传感器为圆形容栅传感器或码盘。

进一步地，包括主尺及与所述主尺滑动配合的游标尺，所述第一测量爪与所述主尺固定连接，所述第二测量爪与所述游标尺固定连接。

进一步地，所述第一测量爪与所述第二测量爪均为外测量爪。

进一步地，所述主尺上与所述第一测量爪相背的一侧固定连接有第三测量爪，所述游标尺上与所述第二测量爪相背的一侧固定连接有第四测量爪，所述第三测量爪与所述第四测量爪均为内测量爪。

进一步地，所述激光测距仪与所述激光发射器所发射的激光束均为十字光标激光束。

进一步地，所述显示器为lcd显示器、led显示器或oled显示器。

第二方面，本发明提供一种采用上述游标卡尺的距离测量方法，包括以下步骤：

测量所测距离两端点间的高度y；

通过所述激光测距仪测量所述激光测距仪到所述所测距离其一端点的距离h1，通过所述角度传感器测量所述激光发射器发射的激光照射至所述所测距离另一端点时的偏转角度α1，

调整所述游标卡尺的高度，再次通过所述激光测距仪测量所述激光测距仪到所述所测距离其一端点的距离h2，再次通过所述角度传感器再次测量所述激光发射器发射的激光照射至所述所测距离另一端点时的偏转角度α2，根据以下关系式确定所述所测距离：

其中，

x为所述所测距离，b为所述第一测量爪的测量面与所述第二测量爪的测量面之间距离，l1为所述激光测距仪的激光发射头到所述第一测量爪的测量面的距离，l2为所述激光发射器的转动中心到所述第二测量爪的测量面的距离，h’为所述激光测距仪的激光发射头与所述激光发射器的转动中心之间的高度差。当激光测距仪的激光发射头与激光发射器的转动中心位于同一水平面时，h’为零。

第三方面，本发明提供一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质上存储有游标卡尺计算程序，所述游标卡尺计算程序被处理器执行时实现上述距离测量方法。

上述方案，通过在第一测量爪上设置激光测距仪，在第二测量爪上设置激光发射器，可以实现非接触测量，能够对复杂结构的物体进行测量。此外，由于激光发射器是转动连接在第二测量爪上，通过调整该游标卡尺相对于被测物体的高度及激光发射器的偏转角度，可以实现对较大物体的测量，也即用尺寸较小的游标卡尺，即可对较大尺寸的物体进行测量，且理论上，该方案的游标卡尺的测量值没有上限。

附图说明

通过阅读参照以下附图所作的对非限制性实施例所作的详细描述，本申请的其它特征、目的和优点将会变得更明显：

图1为本发明实施例提供的游标卡尺的结构示意图；

图2为本发明实施例提供的测量方法的流程图；

图3为本发明实施例提供的游标卡尺的测量示意图；

图4为本发明实施例提供的测量原理图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本申请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相关发明，而非对该发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与发明相关的部分。

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本申请。

如图1所示，本发明提供的游标卡尺，包括第一测量爪6，与第一测量爪6配合测量的第二测量爪5，用于测量第一测量爪6的测量面与第二测量爪5的测量面之间距离的距离传感器，用于至少显示所测距离的显示器2，第一测量爪6上设置有激光测距仪3，激光测距仪3的出射光路平行于第一测量爪的测量面，第二测量爪5上转动连接有激光发射器4，激光发射器4的出射光路经过其转动中心；第二测量爪5与激光发射器4之间设置有角度传感器，角度传感器，用于测量激光发射器4的偏转角度。

对于游标卡尺，其至少具有一对配合使用的第一测量爪和第二测量爪，第一测量爪和第二测量爪为内测量爪时，其二者相背的面为测量面，且两测量面相互平行；第一测量爪和第二测量爪为外测量爪时，其二者相向的面为测量面，且两测量面相互平行。

第一测量爪6上设置的激光测距仪可以设置在第一测量爪6的爪尖位置处，也可以设置在靠近第一测量爪6中间的位置处，不论激光测距仪设置于第一测量爪6的任何位置，只要其出射光路平行于第一测量爪6的测量面即可，设置的位置不同，只是对该游标卡尺的内参造成影响，如下文提到的为激光测距仪3的激光发射头与激光发射器4的转动中心之间的高度差h’，即是由激光测距仪3设置位置确定的内参。

在进行使用该游标卡尺对物体进行测量时，可以通过改变该游标卡尺相对于被测物体的距离，并相应的调整激光发射器的偏转角度，使其发出的激光束照射在被测参考点(也可以是端点)。根据不同次测量的几何关系可以确定被测物体的所测距离，关于如何进行测量，下文将进行详细介绍。

上述方案，通过在第一测量爪上设置激光测距仪，在第二测量爪上设置激光发射器，可以实现非接触测量，能够对复杂结构的物体进行测量。此外，由于激光发射器是转动连接在第二测量爪上，通过调整该游标卡尺相对于被测物体的高度及激光发射器的偏转角度，可以实现对较大物体的测量，也即用尺寸较小的游标卡尺，即可对较大尺寸的物体进行测量，且理论上，该方案的游标卡尺的测量值没有上限。

进一步地，距离传感器为直线容栅传感器或直线光栅传感器。优选地，为了降低该游标卡尺的整体尺寸，使其具有较为紧凑的结构，本实施例中，距离传感器采用直线容栅传感器。

进一步地，角度传感器为圆形容栅传感器或码盘。优选地，为了降低该游标卡尺的整体尺寸，使其具有较为紧凑的结构，本实施例中，角度传感器采用圆形容栅传感器。

进一步地，该游标卡尺包括主尺及与主尺滑动配合的游标尺，其中，第一测量爪6与主尺固定连接，例如可以是一体铸造而成，也可以通过螺钉固定连接在一起，第二测量爪5与游标尺固定连接，例如可以是一体铸造而成，也可以通过螺钉固定连接在一起。

进一步地，第一测量爪6与第二测量爪5均为外测量爪，外测量爪一般提交相对较大，具有足够的空间用来设置激光测距仪3、激光发射器4及角度传感器。

进一步地，为了使该游标卡尺保留传统游标卡尺的测量功能，可以对内径进行测量，则在主尺上与第一测量爪6相背的一侧固定连接有第三测量爪8，游标尺上与第二测量爪5相背的一侧固定连接有第四测量爪1，第三测量爪8与第四测量爪1均为内测量爪。

进一步地，为了提高测量的准备性，避免测量过程中因激光光束与测量的参考点对的不准而造成的测量误差，则激光测距仪3与激光发射器4所发射的激光束均为十字光标激光束，采用十字光标形式的激光束有利于将激光束准确的对准到对应的参考点上。

进一步地，该游标卡尺的显示器可以为lcd显示器、led显示器或oled显示器。

如图2所示，本发明实施例还提供一种上述实施例游标卡尺的距离测量方法，包括以下步骤：

s1：测量所测距离两端点间的高度y；

上述游标卡尺既有传统接触式测量的功能，又能进行非接触式的测量，例如但不限于可以通过选择开关来在两种测量模式间进行切换，若采用接触式测量时，第一测量爪的测量面与所述第二测量爪的测量面之间的距离即为实际测量的距离，若采用非接触式测量时，且α＝180°时，实际测量的距离为第一测量爪的测量面与所述第二测量爪的测量面之间的距离及内参l1，l2之和。

如图3所示，为采用上述游标卡尺进行非接触测量的一个示例性说明，该示例中的被测物体不应理解为对该游标卡尺方案的限定，除示例中的被测物体外，该游标卡尺还可以适用于其他结构形式的被测物体。

在该物体被测时，首先通过切换开关7(另参见图1)切换至非接触测量的模式，激光测距仪3及激光发射器4的出射的激光，沿水平方向分别照射到所测距离两端点，此时α＝180°，系统会将此时测得的值作为所测距离两端点(也可称为所测物体被测参考点)间的高度y，并用作后续求解所测距离过程中。

s2：通过所述激光测距仪测量所述激光测距仪到所述所测距离其一端点的距离h1，通过所述角度传感器测量所述激光发射器发射的激光照射至所述所测距离另一端点时的偏转角度α1，

在测量过y值后，将该游标卡尺移至被测物体的正上方，使激光测距仪3竖直向下进行测量，获得h1，并移动游标尺使其具有一定的测量量，一般可以使该测量量小于被测物体的测量值，然后，转动激光发射器4，使其发射的激光照射至所测距离另一端点(也指被测另一参考点)，并通过角度传感器测量此时激光发射器4的偏转角度α1。

s3：调整所述游标卡尺的高度，再次通过所述激光测距仪测量所述激光测距仪到所述所测距离其一端点的距离h2，再次通过所述角度传感器再次测量所述激光发射器发射的激光照射至所述所测距离另一端点时的偏转角度α2，

在步骤s2完成后，在竖直方向上调整游标卡尺的位置，在位置调节到位后，使激光测距仪3竖直向下进行测量，获得h2，然后，转动激光发射器4，使其发射的激光照射至所测距离另一端点(也指被测另一参考点)，并通过角度传感器测量此时激光发射器4的偏转角度α2。这里h及α的下标，仅是用于区分其是不同次测量获得的不同值。

在完成上述测量后，参见图4，根据以下关系式确定所述所测距离：

其中，

x为所述所测距离，b为所述第一测量爪的测量面与所述第二测量爪的测量面之间距离，l1为所述激光测距仪的激光发射头到所述第一测量爪的测量面的距离，l2为所述激光发射器的转动中心到所述第二测量爪的测量面的距离，h’为所述激光测距仪的激光发射头与所述激光发射器的转动中心之间的高度差。

其中，(h′+h-y)tan(180-α)是激光发射器偏转产生的水平距离a，即x＝b+l1+l2+a。

上述方案，通过游标卡尺的位置调节及激光发射器的转动，可以对不规则或难以进行接触式测量的物体进行测量，且实现对较大物体的测量，也即用尺寸较小的游标卡尺，即可对较大尺寸的物体进行测量，且理论上，该方案的游标卡尺的测量值没有上限。

进一步地，本发明实施例还提供一种计算机可读存储介质，该计算机可读存储介质上存储有游标卡尺计算程序，该游标卡尺计算程序被处理器执行时实现上述距离测量方法。

以上描述仅为本申请的较佳实施例以及对所运用技术原理的说明。本领域技术人员应当理解，本申请中所涉及的发明范围，并不限于上述技术特征的特定组合而成的技术方案，同时也应涵盖在不脱离发明构思的情况下，由上述技术特征或其等同特征进行任意组合而形成的其它技术方案。例如上述特征与本申请中公开的(但不限于)具有类似功能的技术特征进行互相替换而形成的技术方案。