CN107843165A - 一种容栅式数显卷尺 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种容栅式数显卷尺，包括壳体、尺带盒、尺带和容栅传感器，所述壳体内的沿其轴向设有可转动的中轴，所述尺带盒通过所述中轴安装在所述壳体内靠近壳体后面的一侧，在所述尺带盒内设有对其进行预紧的发条；所述尺带缠绕收集在所述尺带盒外圆周的凹槽内；所述容栅传感器处于所述壳体内靠近壳体前面的一侧并通过测量所述中轴的转动角度来得出尺带的测量长度；所述壳体内壁对应所述出口的位置处设有用于调节所述尺带伸出到壳体外或者收缩到壳体内的速度的自调机构。通过自调机构自动调整尺带伸出到壳体外或者收缩到壳体内的速度，防止尺带伸出壳体外或收缩壳体内的速度过快，导致容栅传感器的响应速度跟不上而影响测量结果。

Description

一种容栅式数显卷尺

技术领域

本发明涉及测量仪器领域，具体涉及一种容栅式数显卷尺。

背景技术

随着现代电子技术的发展，长度测量也逐渐实现的数字化，智能化。霍尔传感器、光电传感器、容栅传感器都在数显卷尺领域被广泛应用，容栅传感器由于它低功耗的特性更值得推广。

专利号为201220739071.X的中国实用新型专利公开了一种数显卷尺，其上设有激光照射器，功耗很大。此专利产品的精度取决于其尺带上设置的均匀分布的与尺带长度方向垂直的通孔两点间的距离，如小孔间距5mm则测量精度为10mm。小孔过于密集会增加加工难度，因此这款卷尺的精度会严重受制。

专利号为200320102400.0的中国实用新型专利公开了一种容栅式数显卷尺，其利用两片式容栅传感器通过测量转动角度实现尺带长度的测量功能，两片式容栅传感器对传感器结构的同轴性要求较高，否则不能保证容栅传感器的测量精度。其实施例1中容栅传感器与发条盒同轴，将容栅传感器检测的发条盒转动的角度直接经单片机转换成显示码输入显示器以完成尺带长度的测量。此实施例中没有考虑到尺带缠绕每一圈的周长是不一致的(外圈大，内圈小)，产品的测量范围越大，缠绕圈数越多，该偏差值就越大，直接影响了容栅式数显卷尺的测量精度。这种同轴结构无法保证尺带缠绕的一致性，其缠绕松紧不一影响测量结果的重复性和可靠性。其实施例2中，容栅传感器装在带齿转动轮上，尺带上开有等距离的圆孔以配合齿轮转动，这种结构尺带的加工难度较大，尺带上圆孔的加工精度直接会影响测量精度。且这种结构并不适应于各种不同形式的尺带(比如线带)。

发明内容

综上所述，为克服现有技术的不足，本发明所要解决的技术问题是提供一种容栅式数显卷尺。

本发明解决上述技术问题的技术方案如下：一种容栅式数显卷尺，包括壳体、尺带盒、尺带、容栅传感器和单片机，所述壳体内的沿其轴向设有可转动的中轴，所述尺带盒同轴线固连在所述中轴上且对应所述壳体内后侧的位置，在所述尺带盒内设有对其进行预紧的发条；所述尺带缠绕收集在所述尺带盒外圆周的凹槽内，并且其一端通过所述壳体侧壁上的出口伸出到外部；所述容栅传感器处于所述壳体内靠近前侧的位置，并且所述容栅传感器与所述尺带盒同轴线设置用于测量出所述尺带盒的转动角度，所述单片机处于所述容栅传感器上并通过容栅传感器测量出的转动角度来得出尺带的测量长度，在所述壳体的前面设有将所述容栅传感器得出的测量长度显示出来的显示屏；所述容栅传感器的动栅固定在与所述尺带盒固连的中轴上，所述壳体内壁对应所述出口的位置处设有用于调节所述尺带伸出到壳体外或者收缩到壳体内的速度的自调机构。

本发明的有益效果是：容栅传感器动栅固定在与所述尺带盒固连的中轴上，随尺带盒一起转动，能保证容栅传感器可靠地测量尺带的拉动变化，提高测量的可靠性和长期稳定性。通过自调机构自动调整尺带伸出到壳体外或者收缩到壳体内的速度，防止尺带伸出壳体外或收缩壳体内的速度过快，导致容栅传感器的响应速度跟不上而影响测量结果。

在上述技术方案的基础上，本发明还可以做如下改进：

进一步，通过出厂校准的方式按每N节距角度计量一个对应所述尺带展开的长度值，并将容栅传感器每N节距角度与所述尺带展开的长度值以一一对应的形式存入单片机，在单片机内形成所述尺带的电子数字刻度。

采用上述进一步技术方案的有益效果为：克服尺带每一圈缠绕周长不一致而产生的精度误差。

进一步，所述单片机将对容栅传感器起始位置节距内零位位置的记忆与尺带当前位置做比较，以检测所述尺带是否归零的自检功能，并通过所述显示屏显示出检测结果。

采用上述进一步技术方案的有益效果为：判断尺带是否归零，保证测量的准确性。

进一步，所述自调机构包括转销和限速杆；所述转销处于所述壳体内壁上相应的位置处，所述限速杆的中部可转动的安装在所述转销上，并且所述限速杆的一端抵住所述尺带盒的外周，其另一端斜向延伸后抵住所述尺带处于所述尺带盒和所述出口之间的部分。

采用上述进一步方案的有益效果是：转销和限速杆形成一杠杆机构，其利用杠杆原理来使尺带的收缩速度得到控制。

进一步，还包括在装配卷尺时通过转动来完成所述发条对所述尺带盒的预紧的发条预紧盘，所述发条预紧盘处于所述中轴的端部且对应所述尺带盒内部的位置处；所述发条处于所述发条预紧盘和所述尺带盒之间，并且所述发条的一端固定在所述发条预紧盘的外周上，其另一端固定在所述尺带盒的内周上；在所述发条预紧盘上还设有在所述发条对所述尺带盒完成预紧后将发条预紧盘定位的预留孔。

采用上述进一步方案的有益效果是：通过设置发条预紧盘结构，发条的预紧不受壳体结构的影响，并且可提高装配效率。

进一步，所述发条预紧盘与所述中轴的端部之间设有第一滚珠轴承。

进一步，所述容栅传感器还包括发射板和接收功能板；所述发射板、所述动栅和所述接收功能板沿着所述壳体内到壳体外的方向依次处于所述中轴远离所述尺带盒一端的位置处，并且所述发射板、所述动栅和所述接收功能与所述尺带盒同轴设置；所述发射板与所述中轴之间设有第二滚珠轴承，所述动栅固定在所述中轴上并与中轴同步转动，所述接收功能板固定在所述壳体前面的内壁上；所述显示屏安装在所述接收功能板上，所述接收功能板上还设有单片机以及伸出到所述壳体外并用于选择测量模式的按键。

采用上述进一步方案的有益效果是：该容栅传感器为由发射板、动栅和接收功能板组成的三片式结构，其相对于两片式容栅传感器而言降低了装配难度，提高生产效率。单片机用于标定数据的储存，通过单片机根据容栅传感器测得的尺带盒的转动角度来求得尺带的各定角对应的长度，从而求得尺带的测量长度。采用双滚珠轴承的转动结构，即第一滚珠轴承和第二滚珠轴承，减少尺带盒转动的摩擦力及控制尺带盒转动的稳定性。

进一步，所述按键包括累加测量按键，所述累积测量按键通过单片机控制下一次测量以上一次测量为起点来累加多次测量并得到测量值。

采用上述进一步技术方案的有益效果为：提高数显卷尺的测量范围。

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前后间隔设置，所述支座处于所述前盖和所述后盖之间并将两者连接起来。

进一步，所述尺带为钢带、PVC塑料纤维尺带或者柔性线带。

附图说明

图1为本发明三维结构图；

图2为本发明后盖局部剖视图；

图3为本发明的剖视图。

附图中，各标号所代表的部件列表如下：

1、尺带盒，2、尺带，3、中轴，4、发条，5、显示屏，6、转销，7、调节杆，8、发条预紧盒，9、第一滚珠轴承，10、发射板，11、动栅，12、接收功能板，13、按键，14、前盖，15、支座，16、后盖，17、第二滚珠轴承。

具体实施方式

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

如图1-3所示，一种容栅式数显卷尺，包括壳体、尺带盒1、尺带2、容栅传感器和单片机。所述壳体包括前盖14、支座15和后盖16；所述前盖14和所述后盖16前后间隔设置，所述支座15处于所述前盖14和所述后盖16之间并将两者连接起来。所述壳体内的沿其轴向设有可转动的中轴3，所述尺带盒1同轴固连在所述中轴3上且对应所述壳体内后侧的位置，在所述尺带盒1内设有对其进行预紧的发条4；所述尺带2缠绕收集在所述尺带盒1外圆周的凹槽内，并且其一端通过所述壳体侧壁上的出口伸出到外部。所述尺带2为钢带、PVC塑料纤维尺带或者柔性线带。所述容栅传感器处于所述壳体内靠近前侧的位置，并且所述容栅传感器与所述尺带盒1同轴线设置用于测量所述中尺带盒1的转动角度，所述单片机处于所述容栅传感器上并通过容栅传感器测量出的转动角度来得出尺带2的测量长度，在所述壳体的前面设有将所述容栅传感器得出的测量长度显示出来的显示屏5。所述壳体内壁对应所述出口的位置处设有用于调节所述尺带2伸出到壳体外或者收缩到壳体内的速度的自调机构。所述自调机构包括转销6和限速杆7；所述转销6处于所述壳体内壁上相应的位置处，所述限速杆7的中部可转动的安装在所述转销6上，并且所述限速杆7的一端抵住所述尺带盒1的外周，其另一端斜向延伸后抵住所述尺带2处于所述尺带盒1和所述出口之间的部分。转销6和限速杆7形成一杠杆机构，尺带2拉伸时，在拉伸力的作用下限速杆7沿着转销6做逆时针转动(参照图2)，此时限速杆6的一端脱离尺带盒1的外周达到放松效果，不影响尺带2的拉伸；尺带收缩时，在发条4收缩力的作用下尺带盒1顺时针转动，限速杆7沿着转销6做逆时针转动(参照图2)，此时限速杆7的一端会抵住尺带盒1的外周以达到夹紧效果，在限速杆6与尺带盒1外周的摩擦力作用下，尺带2的收缩速度可得到控制，利用杠杆原理来使尺带2的收缩速度得到控制，防止尺带2伸出壳体外或收缩壳体内的速度过快，导致容栅传感器的响应速度跟不上而影响测量结果。

该容栅式数显卷尺还包括在装配卷尺时通过转动来完成所述发条4对所述尺带盒1的预紧的发条预紧盘8，所述发条预紧盘8处于所述中轴3的端部且对应所述尺带盒1内部的位置处，所述发条预紧盘8与所述中轴3的端部之间设有第一滚珠轴承9。所述发条4处于所述发条预紧盘8和所述尺带盒1之间，并且所述发条4的一端固定在所述发条预紧盘8的外周上，其另一端固定在所述尺带盒1的内周上；在所述发条预紧盘8上还设有在通过转动完成所述发条4对所述尺带盒1的预紧后将其定位的预留孔。通过设置发条预紧盘8结构，先把发条4的固定端装在发条预紧盘8上，转动发条预紧盘8使发条4预紧，再通过发条预紧盘8预留的工艺孔即预留孔用一(或两)根工装定位轴将发条预紧盘8预定位，当壳体的后盖16装配时发条预紧盘8被后盖16卡住，从而保留发条4预紧。同时，发条4装在发条预紧盘8上和直接装在后盖16上相比，由于发条预紧盘8比发条卷圆小，而后盖16比发条卷圆大，发条预紧盘8装配发条4的方式比后盖16直接装配发条4的方式盲区小很多，可提高装配效率。

所述容栅传感器包括发射板10、动栅11和接收功能板12；所述发射板10、所述动栅11和所述接收功能板12沿着所述壳体内到壳体外的方向依次处于所述中轴3远离所述尺带盒1一端的位置处，并且并且所述发射板10、所述动栅11和所述接收功能12与所述尺带盒1同轴设置。所述发射板10与所述中轴3之间设有第二滚珠轴承17，所述动栅11固定在与所述尺带盒1固连的中轴3上，所述接收功能板12固定在所述壳体前面的内壁上；所述显示屏5安装在所述接收功能板12上，所述接收功能板12上还设有单片机以及伸出到所述壳体外并用于选择测量模式的按键13。该容栅传感器为由发射板10、动栅11和接收功能板12组成的三片式结构，其相对于两片式容栅传感器，板间距可以更大，从而降低了装配难度，提高生产效率。

由于尺带2以缠绕的方式缠绕在发条盒1的外圆周上，尺带2缠绕的每一圈的周长是不一致的，容栅传感器通过测量中轴3转动的角度转换成周长从而实现长度的测量。以上测量原理如按线性比例转换不可避免存在测量误差，为克服以上技术问题，通用做法是采用阿基米德螺旋线进行计算，但是此算法要求尺带缠绕必须是完美的螺旋线，现实使用中是无法达到的，不利于推广及应用，为克服以上不足，本发明特做以下改进：

容栅传感器通过出厂校准的方式按每N节距角度计量一个对应所述尺带2展开的长度值，并将容栅传感器每N节距角度与所述尺带2展开的长度值以一一对应的形式存入单片机，在单片机内形成所述尺带2的电子数字刻度。测量时，单片机根据容栅传感器的转动角度，然后通过查表的方式从单片机里读出该角度值对应的长度值，小于N节距角度对应的长度值则通过按线性比例转换的方式进行计算，将这两项合并即可实现测量。按照上面的方式校准，可以克服尺带每一圈缠绕周长不一致导入的精度误差。N值越小，数显卷尺的精度就越高。

因为尺带缠绕圈数太多会影响容栅式数显卷尺的测量精度，容栅式数显卷尺的尺带设置通常都比较短，而很多测量场合需要大量程的测量，为提高数显卷尺的测量范围，还可以通过累加的方式进行测量，累加测量实现方式如下：

当完成第一次测量时，操作测量按键，数显卷尺会固定显示第一次的测量数据a₁，此时用户操作累加测量按键，产品则进入累加测量模式，卷尺零位会更新为a₁，下次测量则会以a₁为起点累加测量，完成时按测量按键，显卷尺会固定显示两次的累加测量数据a₂，...。

由于容栅传感器是以角度节距数累加的方式进行角度测量计数的，如尺带回零存在问题，则会影响容栅传感器测量的角度值与出厂标记在单片机内存储的电子刻度的对应关系，发生计算错误；为此，根据单片机在节距内角度值唯一性的特点，本发明通过检查尺带的归零自检功能，保证容栅传感器测量的角度值与出厂标记在单片机内存储的电子刻度的对应关系；具体如下：所述单片机将对容栅传感器在当前尺带2归零位置的节距内角度值与出厂标定起始位置时记录的对应尺带零位位置的节距内角度值做比较，以实现对所述尺带2是否归零的自检功能，并通过所述显示屏5显示出自检的结果。当尺带收缩没有归零(如尺带缠绕松、尺带内部卷曲等)，单片机检测出尺带的当前位置，并将该位置与其记忆的容栅传感器起始位置节距内零位位置做比较，即可判断尺带是否归零，尺带归零失败时会在显示屏5上报错。此时，用户只需要重新拉伸并收缩尺带2直到尺带2归零合格即可使用。

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

Claims (10)

1.一种容栅式数显卷尺，包括壳体、尺带盒(1)、尺带(2)、容栅传感器和单片机，所述壳体内沿其轴向设有可转动的中轴(3)，所述尺带盒(1)同轴线固连在所述中轴(3)上且对应所述壳体内后侧的位置，在所述尺带盒(1)内设有对其进行预紧的发条(4)；所述尺带(2)缠绕收集在所述尺带盒(1)外圆周的凹槽内，并且其一端通过所述壳体侧壁上的出口伸出到外部；所述容栅传感器处于所述壳体内靠近前侧的位置，并且所述容栅传感器与所述尺带盒(1)同轴线设置用于测量出所述尺带盒(1)的转动角度，所述单片机处于所述容栅传感器上并通过容栅传感器测量出的转动角度来得出尺带(2)的测量长度，在所述壳体的前面设有将所述容栅传感器得出的测量长度显示出来的显示屏(5)；其特征在于，所述容栅传感器的动栅(11)固定在与所述尺带盒(1)固连的中轴(3)上，所述壳体内壁对应所述出口的位置处设有用于调节所述尺带(2)伸出到壳体外或者收缩到壳体内的速度的自调机构。

2.根据权利要求1所述的容栅式数显卷尺，其特征在于，所述容栅传感器通过出厂校准的方式按每N节距角度计量一个对应所述尺带(2)展开的长度值，并将容栅传感器每N节距角度与所述尺带(2)展开的长度值以一一对应的形式存入单片机，在单片机内形成所述尺带(2)的电子数字刻度。

3.根据权利要求2所述的容栅式数显卷尺，其特征在于，所述单片机将对容栅传感器起始位置节距内零位位置的记忆与尺带(2)当前位置做比较，以检测所述尺带(2)是否归零，并通过所述显示屏(5)显示出检测结果。

4.根据权利要求1所述的容栅式数显卷尺，其特征在于，所述自调机构包括转销(6)和限速杆(7)；所述转销(6)处于所述壳体内壁上相应的位置处，所述限速杆(7)的中部可转动的安装在所述转销(6)上，并且所述限速杆(7)的一端抵住所述尺带盒(1)的外周，其另一端斜向延伸后抵住所述尺带(2)处于所述尺带盒(1)和所述出口之间的部分。

5.根据权利要求1所述的容栅式数显卷尺，其特征在于，还包括在装配卷尺时通过转动来完成所述发条(4)对所述尺带盒(1)的预紧的发条预紧盘(8)，所述发条预紧盘(8)处于所述中轴(3)的端部且对应所述尺带盒(1)内部的位置处；所述发条(4)处于所述发条预紧盘(8)和所述尺带盒(1)之间，并且所述发条(4)的一端固定在所述发条预紧盘(8)的外周上，其另一端固定在所述尺带盒(1)的内周上；在所述发条预紧盘(8)上还设有在所述发条(4)对所述尺带盒(1)完成预紧后再将发条预紧盘(8)定位的预留孔。

6.根据权利要求5所述的容栅式数显卷尺，其特征在于，所述发条预紧盘(8)与所述中轴(3)的端部之间设有第一滚珠轴承(9)。

7.根据权利要求1所述的容栅式数显卷尺，其特征在于，所述容栅传感器还包括发射板(10)和接收功能板(12)；所述发射板(10)、所述动栅(11)和所述接收功能板(12)沿着所述壳体内到壳体外的方向依次处于所述中轴(3)远离所述尺带盒(1)一端的位置处，并且所述发射板(10)、所述动栅(11)和所述接收功能(12)与所述尺带盒(1)同轴设置；所述发射板(10)与所述中轴(3)之间设有第二滚珠轴承(17)，所述动栅(11)固定在所述中轴(3)上并与中轴(3)同步转动，所述接收功能板(12)固定在所述壳体前面的内壁上；所述显示屏(5)安装在所述接收功能板(12)上，所述接收功能板(12)上还设有所述单片机以及伸出到所述壳体外并用于选择测量模式的按键(13)。

8.根据权利要求7所述的容栅式数显卷尺，其特征在于，所述按键(13)包括累加测量按键，所述累积测量按键通过单片机控制下一次测量以上一次测量为起点来累加多次测量并得到测量值。

9.根据权利要求1至8任一项所述的容栅式数显卷尺，其特征在于，所述壳体包括前盖(14)、支座(15)和后盖(16)；所述前盖(14)和所述后盖(16)前后间隔设置，所述支座(15)处于所述前盖(14)和所述后盖(16)之间并将两者连接起来。

10.根据权利要求1至8任一项所述的容栅式数显卷尺，其特征在于，所述尺带(2)为钢带、PVC塑料纤维尺带或者柔性线带。