专利名称：图形测量仪的制作方法
技术领域：
本发明涉及用于测量曲线上所需点的坐标，一个图形的矩心，和包括不规则曲线的一个图形面积的测量装置。
作为一种用于测量包括若干曲线的图形的传统装置，平面仪是已知的，但该装置包含以下所述诸问题。即，由于轮子在一个平面上旋转的滑移以及在其上产生的摩擦力而可能产生误差。于是，在U.S专利4617740中提出了为能决上述问题的一种测量装置。
该已知装置由一对宽度很宽的轮子支承，这对轮子设置在一根轴的相对两端，以使装有脉冲发生器的滑座能沿一根直线灵活地移动，滑座中脉冲发生器是为产生与轮子旋转角成比例的脉冲，在其一端一个具有跟踪透镜的测量杆可旋转地支撑在滑座上，同时设置在滑座上的另一脉冲发生器产生正比于测量杆旋转角的脉冲。
然而，上述已知测量装置，为测量图形的面积必需连接到三点，即，连到一对轮子和跟踪透镜处。因此，若仅仅连接上两点该面积测量值便是无效的。
再者，在使用切线发生器(tangent generator)来替代轮子的情况下，可避免滑移等问题，但应更换测量装置。
因此，本发明的一个目的是提供一种根据防止滑移和避免更换测量装置而克服上述种种缺陷的测量装置。本发明的另一目的是提供一种对测出的结果执行高速运算操作并将其输出的测量装置。
该装置包括一个围绕一底座部件一固定点自由地运转用于测量角度的主体，和一个穿透主体沿前后方向滑动。用以测量长度的起动部件在起动部件的前端，设置有一跟踪图形线的跟踪体。主体的旋转角度以0.072°为单位由一个该度盘(degree index plate)来测量，而起动部件的移动距离则由设置在主体上光检测器以0.01mm为单位进行测量。
这类测量单元均是以该平面的一点为基础用于细分具等角的三角形和测量它们的两条基线及其夹角，因此可对其应用正弦定律。
上述算术运算是通过将下述一些三角形的接续面积进行相加而完成的，在这些三角形中，每个三角形以相同角度被分而其一条基线是与其相邻三角形共用(reiterate)，其中，长度为L1，L2，L3，……Ln-1和Ln，所包含的夹角分别为C1，C2，C3……Cn-1和Cn，而对应的面积之和＝1/2L3L2SinC1+1/2L2L3Sin C2+1/2L3Ln-1Sin Cn-1+1/2Ln-1LnSinCn。
图1是根据本发明的测量仪的外部透视图;
图2是根据本发明测量仪的部分透视图;
图3是根据本发明测量仪的纵截面侧视图;
图4是显示去除该仪器的封闭罩后的内部结构的部分部件分解透视图;
图5是显示图4仪器的底部结构的透视图;
图6是显示角度检测装置的啮合结构的部分截面视图;
图7是显示图6仪器的基本部分的截面视图;
图8是该仪器在去除封闭罩时的平面视图;
图9是沿图8之A-A线所取的该仪器的部分截面视图;
图10是沿图8之B-B线所取的该仪器的部分截面视图;
图11是显示对该主体旋转运行进行控制的部分部件分解透视图;
图12是显示图11的装配状态的横截面视图;
图13是显示一跟踪反射镜结构的平面视图;
图14是跟踪反射镜的横截面视图;
图15是跟踪反射镜的侧视图;
图16是显示根据本发明工作状态的平面视图;
图17表示根据本发明的一个运算电路的方块图;
图18是图17之长度信号处理单元中的方块图;和图19是显示根据本发明运算操作的流程图。
现根据图1至15描述本发明的一个实施例。图1至3示出本发明仪器的整体结构，该仪器包括一个园筒形主体100，该主体具有用于测量等分三角形角度的角度测量装置;一个起动部件200，用于测量三角形的基线，该起动部件200沿长度方向延伸并与主体100啮合;一个跟踪装置300，用以跟踪图线，该跟踪装置设置在起动部件200的前端;以及其上固定主体的底座部件400。
在底座部件400的中心部位，设置有一个透明盘402，该盘有跟踪装置的指示槽，(将在后面说明)以及一中心指针401，用以指示一个基准点，以分割图形或暂停测量操作。
该装置进行如下操作当主体100置于待测量图形所需点上，即，处在图形的较里或较外侧，同时跟踪装置300按图线移动时，长度检测装置检测由起动部件300测得的移动距离并测量三角形的基线，并同时主体100沿纵向旋转，从而去测量三角形的角度。
图4和5分别在主体100分开情况下表示的部件分解透视图。
在主体100的底部，设置有固定体10，其上部是开口，直接固定在平面上，或放置在底座装置400上。
在固定体10中，一个旋转体30和一个托架60按序啮合。在托架60中，插入了与度数刻度盘50配合的一个固定轴20。在托架60的上侧，啮合固定有一块电路基板52，该基板上装有一个用于对度数刻度盘的刻度51进行计数的角度检测装置61。此时，上述固定轴20被固定到固定体10上而不旋转。
在旋转体30的凸缘31上，一对支架40和41彼此以相对方向接合。起动部件200被插入到支架40和41的孔口42和42a，以便水平地滑动。在旋转体30的顶部上可盖上一封闭罩1，同时一个起动开关500设置在罩1的顶上以便供以电源。
如图6和7所示，在旋转体30的上侧和下侧，设置有一个锥形凹口12。在此凹口部12中，插入有一个滚珠轴承11以使旋转转体30能在固定体10和固定轴20之间平稳地旋转，同时可避免更多的右-左浮动(floating)从而减少图象测量期间的仪器误差。
参考图6，该图示出用于检测旋转角的角度检测装置6。设置在与旋转体30一起旋转的托架60上的是一个发光元件62，同时在电路基板52上分别设置有光接收元件63。因此，光接收元件能同旋转体30一起旋转，从而通过带有5000等分的度数刻度盘50的检测指示器51产生脉冲。此时，由光接收元件63产生的脉冲对应于一个三角形所包含的角度，即，0.072°，该角度用作诸分割三角形的正弦角度。
参见图8至10，那里示出了用于支撑起动部件200的支承装置。
在起动部件200的一侧有一个限制移动距离的档块91，该起动部件借助设置在支架40和41的孔口42和42a中的导辊43和43a以及固定在旋转件30的凸缘31顶部上的板簧70的导辊71和72而支承在其侧面上，致使部件200能在保持水平的同时更易于伸和缩，从而减小图形测量期间的仪器误差。
设置在起动部件200上的一个长度检测装置82以笔直的方向固定在旋转体30的凸缘31上，并可借助距离保持装置81调整其高度并能根据跟踪反射镜300的移动借助长度检测装置80检测起动部件200的磁性指示器90的移动。
起动部件200的移动距离变成三角形的一条基线，它对应于由角度检测装置61产生的一个脉冲周期。
参考图11和12，该图示出一种挡块结构，用于控制旋转体30的旋转，其中挡块86被插入起动槽85，该槽85与旋转体30的导槽32连通。挡块86经旋转手柄87被紧紧地粘接到固定体10，手柄87穿过固定到旋转体30的外圆周表面的托架88。这样，挡块86与如图1中所示的，控制起动部件200运动的止动器500一起用于暂停该装置的工作。
参考图13至15。图中详细示出图1的用于跟踪图形线的跟踪装置300，其中跟踪装置被设置在起动部件200的前端。跟踪装置300被连接到固定至起动部件200的一个滑动部件301上，而跟踪透镜323沿着垂直于连接体310的方向由一个配置了一个手柄321的支承体320予以固定从而将其设定成能沿滚珠轴承302的一侧进行上、下移动。
一个围绕旋转轴332的中点旋转的放大镜330由托架331支承在连接装置310的上端，以便定位在跟踪透镜323的正上方，在必要时透镜330可通过调整手柄333放大图线。
此外，在跟踪透镜323的正下方，配置有一块透明板325，其上指定有一个指针324，以跟踪图线。设置在支承体320的外圆周上的是一条指示槽322，用以细分图形。
在操作期间若必需要一条分割线，则可通过压迫装有底座部件400的一根中心针401的透明板402然后将该平面上的指针连接到槽322的那个点上来分割图形。
当连续测量相同图形时，则必需要这种分割线，或者该图形就被分为有规则的区(regular area)图16显示该装置的工作状态此后将描述该装置的操作和运算步骤。
正如图1所示，主体100可视其尺寸而定置于该图形的外侧或内侧。
在安置好主体100以后，当描图装置300沿图形界线跟踪时，长度检测装置80产生一个与起动部件200的移动成比例的模拟信号，同时角度检测装置61产生一个根据旋转体30旋转的相应数字信号。
这些信号通过电缆输入至PC，PC模拟这些信号，再执行运算操作然后输出其结果。
装在PC内的电路包括一个长度信号处理单元600，用以通过一个连接器P1输出一个激励信号，即基准信号并由长度检测装置将模拟输入信号转换成数字信号以使长度检测单元能检测长度检测装置内的起动部件200的距离变量。
一个计算装置610用于对由长度信号处理单元600接收到的数字信号和由该仪器的角度检测装置接收到的数字信号的波形进行转换和计数，以使其成为可计数的;
一个运算处理部件620，用于通过利用由计算装置610接收到的长度信号和角度信号所编程序执行运算操作。
一个存储器部件630用于储存为在运算处理部件620中执行实时运算操作的运算程序;
一个缓冲器部件640用于控制存储器部件630和PC之间的输入和输出数据;
一个控制信号产生部件650用于根据由PC接收到的控制信号和由所述运算处理部件620接收到的控制信号对所述运算处理部件620的运算，所述缓冲器部件640的开/关操作，以及有关所述存储器部件630的输入和输出操作执行分时控制以使两PC间的操作互不干扰;以及一个存储部件660用于储存运算处理部件620中算出的待PC读出的数据。
在由这种配置构成的测图仪中，由长度检测装置80接收到的模拟信号通过连接器P1输入到长度信号处理部件600待转换成数字信号后便被加到计数部件610，与此同时由角度检测装置61接收到的数字信号被直接加到计算部件610，以便变换为可计数形式。
正如图18所示，信号发生器601产生有恒定周期的激励信号，经低通滤波器602的两级滤波只剩下低通频带，然后在一个非倒相放大器603和一个倒相放大器604处，信号发生器601将信号分别转换成(+)(-)激励信号，再将该信号送到长度检测装置80以使长度信号处理部件600能检测长度的变化。
长度检测装置80依据信号发生器601的激励信号检测起动部件200的移动距离并该信号输出至信号分析器605。然后，信号分析器605借助由信号发生器601施加的反馈信号来变换波形并又将该信号传送到信号发生器601。
信号发生器601获得信号分析器605中的用激励信号的相位变换后的信号后根据变化的长度信号将递增/递减脉冲(up/down pulses)输出至计数器部件610。
经角度检测装置输入的角度检测信号作为与90°不同相的数字信号被加到计数器部件610，然后被转换成递增-递减脉冲信号并与由图17所示的信号发生器601所施加的递增-递减脉冲信号一起以(+)向或(-)向计数。
运算处理部件620根据基于三角形的长度和包含的夹角所予定的程序来执行运算操作，这些运算结果被存入计数部件610。
运算处理部件620借助利用诸如S＝(L1×L2×SINC)/2的正弦定律的程序执行运算，止式中L1和L2是主体100的中点0与跟踪镜323的指针324之间的长度，而C是L1和L2之间所包含的夹角角度。
运算处理部件620执行如图19的流程图所示的运算操作。
在步骤P1，当跟踪透镜323的指针324开始移动时，便完成初始化;在步骤P2，当跟踪体300跟踪一图形时，通过检测旋转体30的旋转角度的变化和起动部件200的距离来产生一信号。在步骤P3，执行识别程序看其是否发生跟踪体300的跟踪方向的变化，即是否出现对主体100的中点0的角度偏离。
在步骤P4，当接收到由随主体100的角偏离导出的的信号时，执行识别程序，使跟踪方向对准主体100的中点0的中心。即，当跟踪体300的跟踪方向是对中央点0的中心顺时针方向进行时，该面积便表示为正(+)，而在逆时针方向情况下则表示为负(-)。
因此，在步骤P5，当跟踪体300逆时针方向跟踪图形时，通过计算将相加之和相减，如St＝St-Sp，而在步骤P6，跟踪体300顺时针方向地描绘图形，通过计算叠加相加之和，如St＝St+Sp此时，步骤P5和P6对面积的相加方法并不是由中心点的跟踪方向决定而是由中点0的旋转方向来决定。
在步骤P7，这种算述运算期间，执行识别程序判定跟踪透镜323的指针324是否回到开始变化角度的起点，以及是否正在进行图象的测量，该运算被返回到步骤P2然后进到步骤P6。
在步骤P8，显示图形面积测量的中间结果以及该图形的总面积。
这是因为被描绘图形的部分面积随后被存入存储部件660，同时储存在存储部件660中的运算值可由PC读出。
在此期间，装有多个存储器IC的存储部件630能贮存执行算术运算所必需的程序，还贮存被运算的数据，而且通过控制来自缓冲部件640的信号去访问PC是可能的。
控制信号发生器650能通过用控制信号操作缓冲部件640去该读出或写出来自PC的存储部件630的数据，然后当缓冲部件640被控制信号复原(release)时，存储部件630被连接到运算处理部件620从而使该信号通往另一计算机的通路被截断。
控制信号发生部件650有如下功能，即，控制信号发生部件650将控制信号传送至相应部件，通过这些控制信号来控制运算处理部件620的操作，与存储部件630的输入和输出相关的操作，和缓冲部件64的开/关操作，因而部件650避免了彼此操作期间在运算电路和PC之间可能出现的干扰。
如上所述，就本发明而言，用于跟踪平面线的跟踪体可自由地移动同时主体总是被固定，因此可完成没有因滑动引起误差的精确测量。
再者，用于执行向前和向后运动的起动部件以及用于执行旋转的旋转体在不经过自动定位(floating)调节情况下便实现了各自操作，因此可完成对长度和角度的精确测量。
还有，在其上放置图形的板被偏斜或覆盖主体而配置情况下，对图形进行较高等级精度的测量还是可能的，因为该测量是利用主体和沿上和下方向移动的跟踪体之间的两点进行的，而且可将本发明仪器制作成小尺寸，从而能大大地改善实用性。
权利要求
1.一种图形测量仪器，包括一个包括可固定在一平面上的一个底座装置和一个用于测量图形角度的装置的主体；一个执行部件，该部件横向穿过所述主体，用于测量图形上一个跟踪点与所述主体上一个予定点之间的长度；一个支承在所述执行部件一端，用以跟踪图形线的描图装置；一个角度检测装置，用于产生与主体旋转成比例的脉冲；和一个长度检测装置，用于产生与所述执行部件之移动距离成比例的信号；一个运算处理部件，用于根据从所述长度检测装置和所述角度检测装置来的信号计算该图形面积。
2.根据权利要求1的测量仪器，其特征在于所述主体包括一个粘结到所述主体平面的固定体，用以提供一中心点(0);一个固定轴，固定到所述固定体内并与度数刻度盘接合;以及一个旋转体，它借助所述固定体和所述固定轴之间的滚珠轴承旋转，检测所述度数刻度盘，并配置一支承装置，用以水平地支承所述执行部件。
3.根据权利要求2的测量仪，其特征在于所述支承装置包括设置在所述旋转体的相对两端并有在一侧开口的孔口的一对支架;在所述孔口里支承所述执行部件一侧的一对导辊;和固定在置于旋转体园周表面上的一个支架上的板簧，所述板簧有一对支承所述执行部件之另一侧的导辊。
4.根据权利要求1的测量仪，其特征在于所述描图装置包括一个与所述执行部件的一侧相结合的滑动部件一个以这样一种方式结合的连接部件，至使所述滑动部件被封闭并借助轴承作上下移动;一个筒形支承部件，整体地设置在所述连接部件的底部，所述筒形支承部件有一装入一指针的透明板，在其底部和外园周表面一侧上分别装有其内一个凸透镜和一个手柄部件;一个凸透镜状放大镜，在所述连接部件的一侧与一旋转轴啮合并通过所述手柄部件旋转，以进一步放大通过凸透镜看到的图线。
5.根据权利要求1的测量仪，还包括一个止动器用以中止对角度和长度的测量。
6.一种图形测量仪，包括一个长度信号处理部件，用以输出一基准信号并通过长度检测装置将模拟信号转换成数字信号，以使长度检测部件能检测在所述长度检测装置中执行部件的距离变量;一个计数装置，用于对由所述长度信号处理部件接收的数字信号波形和由所述仪器的角度检测装置所接收到的数字信号波形进行转换和计数，以使其能计数，一个运算处理部件用于借助利用由所述计数装置接收到的长度信号和角度信号的程序执行运算操作;一个存储器部件，用于贮存运算程序以便在所述运算处理部件内执行实时运算操作;一个缓冲器部件用于控制所述存贮器部件与PC之间的输出和输入数据;一个控制信号发生部件，用于根据由PC接收的控制信号和由所述运算处理部件接收的控制信号对所述运算处理部件的操作，所述缓冲部件的开/关操作和与所述存储部件的输入输出操作相关的所有操作执行分时控制，以使PC间的操作不致被干扰;以及一个存储部件，有于贮存所述运算部件算出的待PC读出的数据。
全文摘要
测量闭合曲线面积的测量仪，其内设有沿固定到地面状态的垂直轴中心自由旋转的主体，水平穿过主体并支承其上滑动的执行部件。跟踪图线的描图器是与执行部件的前端啮合的。借助固定至固定轴的刻度盘以0.072°为单位测量主体的转角，并借助装入主体的光检测器以0.01mm为单位测量移动距离。当描图器基于主体中心点跟踪图线时图形面积被分成其基线与等角度的相邻三角形的基线互连的三角形。该仪器用正弦定律测量三角形的两基线及其夹角。
文档编号G01B11/02GK1103713SQ94105619
公开日1995年6月14日 申请日期1994年5月18日 优先权日1993年5月20日
发明者徐在焕 申请人:徐在焕