CN102538756A - 数字角度规 - Google Patents

Abstract

一种数字角度规，包括规体，所述规体包括与测量倾斜角的被测物体啮合的基准面，角度传感器和处理器安装在规体上；以测定与规体基准面啮合的物体的倾斜角；数字显示屏枢转安装在规体上，以视觉显示测定的倾斜角。

Description

数字角度规

相关申请

本申请要求2010年2月17日申请的美国临时专利申请第61/338,360号的利益。

技术领域

本发明涉及一种数字角度规，尤其涉及一种测斜仪式角度规，其特征在于枢转显示屏和操作按钮方便地设置在装置顶面。所述数字屏同时显示绝对数值测量值和增量数值测量值，附直观角显示图形。

背景技术

各种数字角度规目前可用于测量物体或工作台的倾斜角。测斜仪式角度规的典型特征在于大体呈直线结构。数字显示屏和操作按钮安装在装置的垂直正面上。测斜仪的至少一个侧面作为啮合测量倾斜角的被测工作台或物体的基准面。

上述角度规通常表现出一个或多个缺点。观察屏始终垂直于地面定向，从上面和/或外围很难清晰地观察和阅读观察屏。同样地，在角度规正面设置操作角度规的按钮(例如开/关按钮和零位基准按钮)也是个问题。可靠地按下所述按钮并准确设定零位基准点可能是件繁琐的工作，特别是由于按下角度规正面的按钮时，角度规往往会沿工作台滑动。

传统数字角度规的共同特征是具有两种倾斜角测量值。用户可选择采用绝对零点，从而获得相对地心的角测量值。或者，用户可选择采用相对于任意基准面的增量零点，增量零位允许采用角测量值。传统角度规允许用户通过按动按钮将显示屏切换到所需模式、或在两种模式之间更替。绝对测量值与增量测量值之间的切换容易引起混淆，使用户记录错误的测量值。

发明内容

因此，本发明的一个目的是提供一种改进的数字角度规，所述数字角度规能测量倾斜角，并且能从各种观察位置(包括角度规上面或外围)更方便、更清晰地观察倾斜角。

本发明的另一目的是提供一种数字角度规，其中操作按钮方便、可容易地放置在角度规顶面，因此，可轻松可靠地操作仪表，同时不需要移动、滑动或其他中断就可设定仪表。

本发明的另一目的是提供一种数字角度规，所述数字角度规能在角度规观察屏上清晰、醒目地同时并排显示绝对角测量值和增量角测量值。

本发明的另一目的是提供一种数字角度规，所述数字角度规的特征在于具有图形显示屏，所述图形显示屏以直观易懂的方式可靠地告知用户测出的倾斜角。

本发明的又一目的是提供一种数字角度规，所述数字角度规提供绝对倾斜角测量值和增量倾斜角测量值，而无需用户选择和切换优选测量模式，因此，避免了先前角度规固有的可能性混淆和错误。

由于认识到了显示屏在角度规正面和垂直面的传统固定位置，传统测斜仪式角度规不能清晰、可靠地观察数字显示屏，由此出现本发明。同样地，操作按钮在标准角度规正面的传统位置使得所述按钮的操作相当麻烦。本发明通过采用独特的枢转数字显示屏以及将操作按钮设置在角度规顶面克服所述问题。本发明的数字角度规还提供了一种较大改进的显示屏，同时显示绝对倾斜角和增量倾斜角的数值。以数字的形式表示的气泡水准器直观图像也设置在靠近数值角测量值的显示屏上，以便以改进、直观易懂的方式表示测得的倾斜角。

本发明的特征在于，一种数字角度规包括规体，所述规体具有与测量倾斜角的被测物体啮合的基准面。角度传感器和处理器安装在规体内，用于测定与所述规体的基准面啮合的物体的表面倾斜角。数字屏以枢转的方式安装在规体上，以视觉显示倾斜角。

在一个优选实施例中，角度规包括大体方形结构的规体，规体可包括正面和背面、顶面和底面以及一对与所述正面和背面相互连接的侧面。数字屏可以枢转的方式附在规体上，以便在关闭状态(其中所述数字屏大体与所述规体正面相互齐平贴合)与至少一个打开状态(其中所述显示屏从相对于所述规体正面的正角处向外延伸)之间选择性地交替。规体正面可包括显示屏处于关闭状态下时容纳显示屏的凹处。

一个或多个操作按钮可有效安装在规体顶面，可包括选择性地激活和解除传感器及数字屏的开/关按钮，设定增量零位基准点以及将检测到的角测量值保持在数字屏的按钮也可安装在顶面。可用单个按钮作为开/关切换和设定零位基准点。

角度规可包括响应角度传感器的处理器，以根据存储在角度规中的校准绝对零位角测定物体啮合面相对于地心的绝对倾斜角。处理器还可通过测定啮合物体相对于选定零位角基准点的倾斜角响应或交替响应角度传感器。例如，操作按钮可包括零位角校准按钮，以提供存储在存储器内的零位基准角。处理器接收来自角度传感器的检测测量值，然后计算物体相对于该物体位于零位基准角位置的倾斜角。

数字观察屏可包括第一部分和第二部分，所述第一部分用于以数字的形式显示绝对倾斜角，所述第二部分用于以数字的形式显示增量倾斜角。所述第一部分和第二部分可在数字屏上彼此相邻地同时显示绝对倾斜角和增量倾斜角。一个数字屏部分的数值测量值字符可能比另一个数字屏部分的数值测量值字符大，以便区分绝对测量值和增量测量值。第一部分可进一步包括直观图形显示屏，以便以图形(非数字)的形式描述响应显示在数字屏上的绝对倾斜角的倾斜角度。所述图形显示屏可直观模拟气泡水准器，且包括气泡图标的图形或图像表示，所述气泡图标可相对于与各绝对角测量值范围相应的多个倾斜位置之间的模拟气泡水准器移动。第二直观图形显示屏通常靠近增量数值测量值显示，可包括具有相对斜线和可移动图标的设计，所述可移动图标靠近设计斜线交替设置，与基准面的倾斜方向相应。

基准面可具有磁铁，以将规体吸附在含导磁材料的被测物体上；这将有助于在进行角测量时，将规体保持在适当的位置。可提供“保持”按钮，将测定出的角测量值锁定，以便在量规脱离被测物体后，在数字屏上继续显示该数值。

附图说明

以下优选实施例和附图将说明其他目的、特征和优点，其中：

图1为根据本发明的优选数字角度规的正视图；

图2为所述数字角度规的俯视透视图；

图3为所述数字角度规的俯视透视图，打开状态的枢转屏大体垂直于规体延伸；

图4为显示屏底面的不完整透视图，所述显示屏相对于规体处于打开状态，特别描绘将显示屏保持在相对于规体的选定角的角保持凸轮；

图5为描述角度规的主要电气元件的示意图；

图6A-6E为用于数字显示屏的直观“气泡水准器”图形显示屏提供的各绝对角读数的正视图；

图7为描述用于测定和显示工作面的绝对倾斜角和增量倾斜角的角度规的正视图。

具体实施方式

如图1-图3中显示的显示用于测量和显示选定工件、工作台或其他物体的倾斜角的数字角度规10。如下文更详尽的说明，角度规10构造用于计算和显示绝对倾斜角测量值和增量倾斜角测量值。本文所使用的“绝对”测量值与相对于地心的倾斜角有关。“增量”测量值与相对于选定基准点(称为“零位”基准点)的倾斜角有关。各种测斜仪和角度规传统上可用于测量绝对倾斜角和相对倾斜角。角度规10采用角度传感器、微处理器、与现有技术中使用的电子装置类似的其他电子装置及本文公开的改进，大大促进和增强使用数字角度规来获得倾斜角测量值。应了解，角度规10可用于采用传统角度规和测斜仪的任何和所有应用。角度规10的特定用途并不构成本发明的限制。

角度规10具有如图1和图2最佳描述的大体直线方形结构，大体直线方形结构与传统测斜仪的直线方形结构相似。角度规10特别包括具有分别垂直定向的相对正面14和背面16的规体12。顶面18和底面20及相对侧面22和24相互连接，并在正面14和背面16之间大致垂直延伸。如图3最佳显示，正面14包括容纳枢转显示面板28的凹部26。面板具有下文更详细描述的数字显示屏30。在整个侧面24上提供通常由用户拇指打开和关闭的标准滑动电池盒门32，以按要求将电池安装到角度规内。

显示面板28通过枢转组件以枢转的方式附在规体12上，所述枢转组件将面板上端连接到凹部26上端处的规体上。传统上用于具有枢转显示屏特征的摄像机、笔记本电脑和其他电子设备的各种已知类型的枢转结构可用于角度规10。显示面板28与规体12的精确枢转互连方式并不限制本发明。因此，如双箭头34所示，显示面板28和显示屏30可在图1和图2所示的关闭位置与图3所示的打开状态之间枢转。在关闭状态下，面板28和显示屏30容纳在凹部26内，并且大体与规体12正面14相互齐平啮合。关闭面板适合装入凹部，使角度规10具有工效学直线外观。在打开状态下，面板28和显示屏30从相对于正面14的正角处的规体12向外延伸。显示面板28可向若干角位置的任一选定角位置枢转打开。图3中，面板和显示屏枢转打开，以致从规体12正面大体水平和大体垂直延伸。使用户特别是从上面观察角度规时能清晰、更方便地观察显示屏30。或者，面板28和显示屏30可枢转打开，使得其从小于90度的正角处的规体12正面14向外延伸。用户可调整打开状态的角度，以便能从进行测量时所处的特别有利的位置最清晰、最佳地观察显示屏30。

面板可通过如图4所示的保持凸轮38保持在选定开角内。所述保持凸轮特别包括显示面板28的底面40上整体形成且靠近凹部26内形成的上缘42的圆柱曲面、滚花或加肋件。由于面板28可用双箭头34所示的方式选择性的打开或关闭，凸轮38与上缘42相互啮合，且以摩擦的方式使面板28在相对于规体12的凹部26和正面14的若干角位置的任一选定角位置处保持打开。因此，用户可快速、方便、可靠地将显示面板和显示屏设置在相对于规体的所需角定向。

还应了解，在替代实施例中，显示面板28和显示屏30可附在其他枢转结构的规体12上。例如，面板28可沿其底面或任一侧边枢转连接至规体。

另外，规体10包括有利地安装在规体12的顶面18的标准操作按钮。如图2和图3所示，规体的具体特征在于开/关零位按钮50和保持按钮52。下文更详尽地说明所述操作按钮执行的功能。将操作按钮放置在顶面18上大大促进了角度规10按以下所述方式操作的便利性和可靠性。

规体10和显示屏面板28通常由耐用模塑构成。在本发明范围内，可采用各种材料。显示屏30通常包括LCD或其他已知类型的屏幕结构(例如LED)。在本发明范围内，角度规可包括各种尺寸。正面和背面通常约为2-2¹/₂英寸，角度规的优选厚度约为1-1¹/₂英寸。在本发明范围内，所述尺寸可能有所变化。

图1所示的磁条55或其他类型的磁性元件附在底面20上，使规体10磁性固定至含磁性吸引材料的基底面。因此，可更可靠地获得和阅读倾斜角测量值。在这种情况下，规体12的底面20作为进行所需角测量的基准面。在替代实施例中，一个侧面可作为基准面，以啮合工件表面或其他物体，以及使角度规能测量所述物体的倾斜角。

如上所述，角度规10可采用传统测斜仪和数字角度规中使用的各种电气/电子元件。图5显示了角度规10中采用的优选元件的示意图。规体12封装倾斜角传感器60，倾斜角传感器60可包括各种已知类型的角度传感器，例如旋转电容式传感器、固态传感器、包含加速度计的固态传感器等。测斜仪和角度规领域的所述传感器的结构及功能应为所属领域的技术人员所熟知。传感器60测量或检测附在被测基底物体或表面上的角度规(更具体地，角度规的基准面20)的倾斜角。

通常包括微处理器的处理器62有效连接至规体12内的传感器60。容纳在规体内适当的电池盒中的电池64给处理器供电。同样地，操作按钮50和52有效连接至处理器62。处理器按传统方式编程，以测定绝对角测量值和增量角测量值。在制造过程中，与无倾斜角测量值相应的绝对零位角(真正水平面)或者相对于地心的倾斜角来校准角度规。将该值永久性地存储在通常包括电可编程只读存储器(EPROM)的绝对存储器66或其他类型的只读存储器中。提供临时或RAM增量存储器以存储零位基准角，打开角度规后，通过按下零位按钮50设定零位基准点。编程处理器62，用以处理表示传感器60检测到的倾斜角的信号，并从所述信号获得绝对测量值和增量测量值。然后，处理器将绝对角测量值和增量角测量值发送到显示屏30。

在操作中，首先按下按钮50激活角度规。然后，规体12的基准面20与测量倾斜角的被测工作台或其他物体啮合。接着，用户此时重新按下按钮50，以将零位基准角设定到增量存储器68内。

将工作台或其他物体设定到测量倾斜角的位置时，传感器60测量连接角度规10的倾斜角，并向处理器62提供相应信号。处理器比较检测到的值与之前存储在存储器66和68中的值，并获得(计算)绝对角测量值和增量角测量值。将所述测量值发送到数字显示屏30，按以下所述显示。通过连接枢转或铰接显示面板与其他类型的电子元件(例如笔记本电脑、摄像机等)的已知传统方式将如图5所示的或可替换构造的角度规10的电子元件有效连接至显示屏30。例如，可通过挠性带状电缆、各铜触点或其他方式将处理器连接至显示屏30。

如图1最佳显示，数字显示屏30显示各种形式的角测量值，显著提高了理解性、准确性、可读性和易用性。显示屏30的第一上部包括数字标识72，数字标识72反映角度规12测得的相对于存储在存储器66内的校准零值的绝对角。可采用各种数字形式，包括二位度数(例如达90度)或三位度数(达180度)。可提供小数位(如第二显示位或第三显示位后所示)反映十分位度数。在替代实施例中，可以分数或分和秒显示部分度数的角测量值。根据所属领域的技术人员已知的形式，在本发明范围内，显示屏30上呈现/显示数值的方式有所变化。

显示屏30下部的特征在于第二数字显示屏74，数字显示屏74反映处理器62测定出的相对于设定在存储器68中的零位基准值的增量角测量值。数字显示屏74比数字显示屏72大(特别是角度规10主要用于测量增量角时)，因此，用户可快速、可靠地区分绝对测量值和增量测量值。同样的，可以各种形式(例如几十或几百度、小数、分数、分/秒等)显示增量数值测量值74。此外，如靠近显示部分74的“％”标记所示，增量测量值可作为斜线显示或增加/行程处理。

显示屏72上可具有各种其他图标或标记，以提高显示屏的可读性和清晰度。最重要的是，显示屏30包括靠近绝对倾斜角数字显示屏72的直观图形显示屏80。显示屏80以图形的形式表现了若干倾斜角范围，以数字的形式显示的绝对倾斜角72可位于显示屏80内。更具体地，图6A-E所示的图形显示屏80模拟气泡水准器且包括气泡图标82，气泡图标82通过假定相对于图6A-E中分别所示的模拟气泡水准器83的五个角位置中的其中一个角位置响应角度规倾斜。每个位置均表示一系列相应的绝对数字角，角度规基准面在所述绝对数字角处可能倾斜。例如，如果角度规10的基准面20向右向下倾斜超过编程角度，图标82则维持图6A所示的左侧位置。这类似于传统气泡水准器展现的操作。如果角度规向右倾斜，但少于上述编程角度，图标移动到图6B所示的位置。如果角度规测量到没有倾斜或略有倾斜(不大于预定量的)，显示屏80上则显示水平读数，其中图标82位于两个垂直散列标志85之间，如图6C所示。类似地，角度规向左倾斜到各自的角度范围内时，图6D和图6E提供角度规倾斜角的直观图形表示。图形显示屏80使用户以易读、非常直观的方式快速、易理解、准确地观察特定工作台或物体的近似绝对倾斜角。可通过简单地参考靠近图形显示屏80的数字显示屏72快速、清楚地确定更精确的角测量值。相应的数字显示屏和图形显示屏有效地相互确认。

显示屏30上具有其他图形图标，用以提高其可视性。例如，靠近增量显示屏74的图形图标88(如图1所示)包括具有相对坡面的三角形，所述相对坡面分别表示角度规10的右侧倾斜角和左侧倾斜角。显示屏88以图形的形式响应数字显示屏74。基准面20向右倾斜时，图标88的右侧(向下)坡面上出现正方形图标90。相反地，角度规向左倾斜时，图标88的左侧(向上)坡面上出现图标90。

显示屏30还包括电池图标94，电池低于预定电荷时，显示电池图标94。用户按下按钮52时，显示屏30上显示“保持”标识96，指示处理器62将数值测量值72和74锁定或保持在按钮52致动时检测到的各自的值。因此，用户可保持显示值，以致可移动或重新定位角度规，而不会扰乱显示测量值。

在图7的操作中显示了角度规10。在该实例中，角度规10的基准面20与工作台S啮合。磁铁55特别啮合并磁性附在工作台S的磁性吸引材料上。工作台本身具有相对于绝对零点(即地心)的2.5度倾斜角。用户U首先按下按钮50激活角度规，数字显示屏72显示2.5度倾斜角，然后，用户即刻重新按下按钮50，以将零位基准角设定到如图5所示的增量存储器68内，然后，工作台S重新定位并倾斜到待测倾斜角。传感器60检测到所述倾斜角，然后向处理器62提供相应信号。所述处理器测定绝对角测量值和增量角测量值，并将绝对角测量值和增量角测量值发送到显示屏30。显示屏30的显示部分74显示增量角为45.0度，表明工作台S从设定零位基准点的位置倾斜了45度。在此水平上，显示屏30的显示部分72显示绝对测量值为47.5。同样地，直观图形显示屏80和88分别对应绝对数值测量值和增量数值测量值，如显示屏所示。图形显示屏80描述气泡水准器83左侧位置处的图标82，显示屏88描述显示屏右侧向下坡面处的图标90。为了保持所述测量值，用户U简单地按下按钮52，然后从工作台S脱离角度规，就可方便地检查和记录实测角。另外，可通过简单地向外枢转显示屏面板28从角度规上面和侧面的各个位置清晰、方便地观察角度，如图3所示。面板保持凸轮28将所述面板和显示屏保持在选定位置，以便观察。

枢转显示屏，同时并排显示的绝对数字显示屏和增量数字显示屏及易于理解的相邻直观显示屏，使角度规10具有显著提高的观察便利性和清晰度。用户不需要在绝对测量值与增量测量值之间来回切换，显著减少了猜测和测量误差。用户能快速、可靠地确定几乎无限多种角度测量应用的绝对测量值和增量测量值。可根据需要快速、方便地重新定位显示屏，以便从角度规前面(显示屏关闭)或角度规上面或外围(显示屏打开)直接观察。

将操作按钮放置在角度规10顶面上使角度规操作更容易、不再繁琐。用户通过直接向下按角度规顶面的按钮，就可避免角度规的不必要运动，而采用安装在正面的传统操作按钮时，角度规通常出现不必要运动。本发明的顶面安装按钮使用更方便，并且使用户能快速、可靠地完成和保持角测量值，而无需移动或扰乱角度规。

从上述内容可见，本发明的装置提供一种采用枢转显示屏、操作按钮、便于使用的显示屏和直观角图形显示屏的改进数字角度规，其中所述操作按钮方便地位于顶面，所述便于使用的显示屏特征在于同时显示绝对测量值和增量测量值，所述直观角图形显示屏采用模拟气泡水准器的形式。尽管详细描述了本发明装置的优选实施例，所属领域的技术人员能想到在本发明范围内对本发明结构的各种修改和变更。因此，应了解，描述仅用以说明本发明的原理，而非对其限制。

尽管某些图纸中显示了本发明的具体特征，仅为方便，各特征可结合根据本发明的任何和所有其他特征。

所属领域的技术人员能想到其他实施例，权利要求中包括其他实施例。

Claims (20)

1.一种数字角度规，包括：规体，所述规体包括与测量倾斜角的被测物体表面啮合的基准面；安装在所述规体内的装置，所述装置用于测定与所述规体的所述基准面啮合的物体表面的倾斜角；数字屏，所述数字屏枢轴连接所述规体，并响应所述装置，以测定倾斜角和视觉显示测定倾斜角。

2.根据权利要求1所述的装置，其中所述规体包括相对正面和背面、相对顶面和底面及一对相对侧面，所述顶面、底面和侧面与所述正面和背面相互连接，所述底面和侧面的其中一个面限定所述基准面。

3.根据权利要求2所述的装置，其中所述数字屏在相对于所述规体的所述正面的关闭状态与打开状态之间交替枢转；其中所述数字屏通常与所述正面保持相互齐平啮合，所述数字屏从相对于所述正面的正角处的所述规体向外延伸。

4.根据权利要求2所述的装置，其中操作所述角度规的至少一个手动操作按钮安装在所述规体的所述顶面。

5.根据权利要求4所述的装置，其中包含至少一个选择性的开/关操作按钮，以交替激活和解除所述传感器及所述数字屏。

6.根据权利要求2所述的装置，其中所述数字屏在相对于所述规体的带角关闭状态与打开状态之间交替枢转，所述正面包括在所述关闭状态下容纳所述数字屏的凹部。

7.根据权利要求4所述的装置，其中所述至少一个操作按钮包括零位角校准，按动所述零位角校准按钮，以设定增量零位角基准点，所述倾斜角包括相对于所述零位角基准点测定的增量倾斜角。

8.根据权利要求7所述的装置，其中所述倾斜角包括相对于存储在所述角度规中的绝对零点测定的绝对倾斜角。

9.根据权利要求1所述的装置，其中所述倾斜角包括相对于存储在所述角度规中的绝对零点测定的绝对倾斜角。

10.根据权利要求8所述的装置，其中所述数字屏包括第一部分和第二部分，所述第一部分用于以数字的形式显示绝对倾斜角，所述第二部分用于以数字的形式显示增量倾斜角。

11.根据权利要求10所述的装置，其中所述第一部分和所述第二部分在所述数字屏上彼此相邻地同时显示所述绝对倾斜角和增量倾斜角。

12.根据权利要求11所述的装置，其中所述数字屏部分显示各自的数字字符，其中一个所述数字屏部分的所述字符比另一个所述数字屏部分的字符大。

13.根据权利要求9所述的装置，其中所述数字屏包括图形显示屏，所述图形显示屏以非数字的形式直观描述了靠近所述数字屏上绝对倾斜角数字显示屏的绝对倾斜角。

14.根据权利要求13所述的装置，其中所述图形显示屏模拟气泡水准器，且包括可在各个绝对倾斜角测量值范围相应的位置之间的模拟气泡水准器上移动的泡沫图标。

15.根据权利要求5所述的装置，其中至少一个所述操作按钮包括“保持”按钮，所述“保持”按钮用于将测定倾斜角的显示锁定在所述数字屏上。

16.根据权利要求1所述的装置，其中所述数字屏和所述规体包括角保持凸轮，所述角保持凸轮用于使所述数字屏在相对于所述规体的若干角位置的一个选定角位置处保持打开。

17.根据权利要求2所述的装置，其中所述底面具有磁铁，所述磁铁用于将所述规体固定到含导磁材料的被测物体上。

18.一种数字角度规，包括规体和装置，所述规体具有与被测物体啮合的基准面，所述装置封装在所述规体内，用于测定所述物体的绝对倾斜角和增量倾斜角，改进包括：与所述规体连接的数字屏，用于显示测定出的绝对倾斜角和增量倾斜角；所述数字屏彼此相邻地同时显示绝对倾斜角和增量倾斜角。

19.根据权利要求18所述的装置，其中所述数字屏以数字的形式显示绝对倾斜角和增量倾斜角作为各自的数字字符，一个显示绝对倾斜角和增量倾斜角的数字符号大于另一个显示绝对倾斜角和增量倾斜角的数字符号。

20.根据权利要求18所述的装置，其中所述数字屏包括图形显示屏，所述图形显示屏以非数字的形式直观描述靠近所述数字屏上绝对倾斜角数字显示屏的绝对倾斜角。

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