CN110319805A - 一种管状物体测量装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种管状物体测量装置及方法，该装置包括操作板、三个探测板、测量电路和三个测距传感器，所述三个探测板垂直固定在所述操作板下表面的两端和中部，每个所述探测板的侧壁上安装一个所述测距传感器，三个所述测距传感器位于同一直线，其中，安装在一端的探测板上的第一测距传感器和安装在中部的探测板上的第二测距传感器与安装在另一端的探测板上的第三测距传感器的朝向相对，三个所述测距传感器均与所述测量电路连接。本发明中，测量电路根据三个测距传感器测得的距离即可计算出管状物体的壁厚、内径等参数，便于快速、准确地对管状物体进行测量，提高竹筒等管状物体分类的稳定性，并且能够节省人力资源。

Description

一种管状物体测量装置及方法

技术领域

本发明涉及测量领域，具体涉及一种管状物体测量装置及方法。

背景技术

在一些管状物体，例如竹筒的壁厚加工过程中，为了达到降低材料成本的目的，需要将不同壁厚的竹筒分类后，使用一次与二次冲压分类成型板材,现有技术中，在进行竹筒分类时，一般采用肉眼观察壁厚或者采用尺子等工具手动测量壁厚的方法，测量的精确度难以满足要求，分类稳定性差，且存在人力资源的浪费。

发明内容

针对上述技术问题，本发明提供一种管状物体测量装置及方法。

本发明解决上述技术问题的技术方案如下：一种管状物体测量装置，包括操作板、三个探测板、测量电路和三个测距传感器，所述三个探测板垂直固定在所述操作板下表面的两端和中部，每个所述探测板的侧壁上安装一个所述测距传感器，三个所述测距传感器位于同一直线，其中，安装在一端的探测板上的第一测距传感器和安装在中部的探测板上的第二测距传感器与安装在另一端的探测板上的第三测距传感器的朝向相对，三个所述测距传感器均与所述测量电路连接。

本发明的有益效果是：测量电路根据三个测距传感器测得的距离即可计算出管状物体的壁厚、内径等参数，便于快速、准确地对管状物体进行测量，提高竹筒等管状物体分类的稳定性，并且能够节省人力资源。

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，所述测量电路包括主控电路、第一电源电路、第二电源电路、屏显电路和无线通信电路；

所述主控电路分别与所述屏显电路、无线通信电路和三个测距传感器连接，所述第一电源电路与所述屏显电路、主控电路和三个测距传感器连接，所述第二电源电路与所述无线通信电路连接。

进一步，所述主控电路包括微控制器和与所述微控制器连接的晶振电路、复位电路、程序下载接口和电源指示灯。

进一步，所述第一电源电路包括：第一稳压器芯片、第一TVS管、第一电容、第二电容、第三电容、第四电容、第五电容、第六电容和第七电容；

所述第一TVS管、第一电容和第二电容的一端和第一稳压器芯片的输入端连接作为电源输入端，所述第三电容、第四电容、第五电容、第六电容和第七电容的一端和第一稳压器芯片的输出端连接作为电源输出端，所述第一稳压器芯片的接地端与第一TVS管、第一电容、第二电容、第三电容、第四电容、第五电容、第六电容和第七电容的另一端接公共地。

进一步，所述第二电源电路包括第一电阻、第二电阻、第三电阻、第八电容、第九电容、第十电容、第十一电容、第十二电容、第十三电容、第二TVS管和第二稳压器芯片；

所述第一电阻、第八电容和第九电容的一端与第二稳压器的输入端连接作为电源输入端，所述第一电阻的另一端与第二稳压器芯片的使能端连接，所述第十电容的一端与第二稳压器芯片的接地端连接，所述第二稳压器芯片的输出端与第十一电容、第十二电容、第十三电容、第二TVS管、第二电阻的一端连接作为电源输出端，所述第二稳压器芯片的调节端与第二电阻的另一端和第三电阻的一端连接，所述第三电阻、第八电容、第九电容、第十电容、第十一电容、第十二电容、第十三电容和第二TVS管的另一端接公共地。

进一步，所述操作板上开有屏显孔，所述屏显电路中的显示屏固定在所述屏显孔的下方。

进一步，所述操作板的上表面安装一个手持把手。

为实现上述发明目的，本发明还提供一种基于上述管状物体测量装置的管状物体测量方法，包括：

使安装在中部的探测板插入所述管状物体的内部，三个所述测距传感器的连线低于所述管状物体的顶端且与所述管状物体的侧壁垂直；

按照下列公式计算得到所述管状物体的侧壁厚度D0：

D0＝L2-D3-D2

其中，L2为已知的第二测距传感器与第三测距传感器之间的安装距离，D3为第三测距传感器测得的距离，D2为第二测距传感器测得的距离。

进一步，该方法还包括：

按照下列公式计算得到所述管状物体的内径D4：

D4＝L1-D3-D1

其中，L1为已知的第一测距传感器与第三测距传感器之间的安装距离，D1为第一测距传感器测得的距离。

进一步，该方法还包括：

按照下列公式对计算得到的侧壁厚度D0和内径D4进行纠偏计算，分别得到纠偏后的侧壁厚度D0’和内径D4’：

D0’＝D0-(n2+n3)

D4’＝D4-(n1+n3)

其中，n1、n2、n3分别为第一测距传感器、第二测距传感器和第三测距传感器本身的厚度。

本发明的有益效果是：测量电路根据三个测距传感器测得的距离即可计算出管状物体的壁厚、内径等参数，便于快速、准确地对管状物体进行测量，提高竹筒等管状物体分类的稳定性，并且能够节省人力资源。

附图说明

图1为本发明实施例提供的一种管状物体测量装置立体结构示意图；

图2为本发明实施例提供的测量电路的结构框图；

图3为本发明实施例提供的主控电路的电路图；

图4为本发明实施例提供的第一电源电路的电路图；

图5为本发明实施例提供的第二电源电路的电路图；

图6为本发明实施例提供的无线通信电路的电路图；

图7为本发明实施例提供的屏显电路的电路图；

图8为本发明实施例提供的测距传感器的电路图；

图9为本发明实施例提供的整体软件程序流程框图；

图10为本发明实施例提供的一种管状物体测量方法的原理图。

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。

图1为本发明实施例提供的一种管状物体测量装置立体结构示意图，如图1所示，该装置包括操作板1、三个探测板2、测量电路3和三个测距传感器4，所述三个探测板2垂直固定在所述操作板1下表面的两端和中部，每个所述探测板2的侧壁上安装一个所述测距传感器4，三个所述测距传感器4位于同一直线，其中，安装在一端的探测板2上的第一测距传感器和安装在中部的探测板2上的第二测距传感器与安装在另一端的探测板2上的第三测距传感器的朝向相对，三个所述测距传感器4均与所述测量电路3连接。

具体的，如图1所示，测量电路3设置在操作板1下表面的电路板上，图2为本发明实施例提供的测量电路的结构框图，如图2所示，所述测量电路包括主控电路、第一电源电路、第二电源电路、屏显电路和无线通信电路；所述主控电路分别与所述屏显电路、无线通信电路和三个测距传感器连接，所述第一电源电路与所述屏显电路、主控电路和三个测距传感器连接，所述第二电源电路与所述无线通信电路连接。

其中，主控电路的电路图如图3所示，主控电路包括微控制器和与微控制器连接的晶振电路、复位电路、程序下载接口和电源指示灯。主控电路作为系统核心控制电路接收来自三个测距传感器的传感器数据，并通过硬件定时器与高速缓冲区对数据进行实时处理，进一步的将数据反推并显示于屏显电路的显示屏，方便快捷的提供目标测距数值，最后主控电路将处理的数据通过串口发送到无线通信电路。微控制器可采用意法半导体公司生产的STM32F105RBT6的微控制器，一方面计算能力有保障，而另一方面USART数量要求能够得以满足的同时成本尽可能低。

第一电源电路和第二电源电路作为系统底层各个硬件模块部分的驱动源，电源的纯净度与稳定性决定了系统的长周期、高效率运行,其中，第一电源电路将锂电池电源转化后分别给主控电路、屏显电路和三个测距传感器供电；第二电源电路将锂电池电源转化后给无线通信电路供电；锂电池可固定设置在操作板的下表面。

图4为本发明实施例提供的第一电源电路的电路图，如图4所示，所述第一电源电路包括：第一稳压器芯片U1、第一TVS管D1、第一电容C1、第二电容C3、第三电容C2、第四电容C4、第五电容C5、第六电容C6和第七电容C8；

所述第一TVS管D1、第一电容C1和第二电C3容的一端和第一稳压器芯片U1的输入端连接作为电源输入端，所述第三电容C2、第四电容C4、第五电容C5、第六电容C6和第七电容C8的一端和第一稳压器芯片U1的输出端连接作为电源输出端，所述第一稳压器芯片U1的接地端与第一TVS管D1、第一电容C1、第二电容C3、第三电容C2、第四电容C4、第五电容C5、第六电容C6和第七电容C8的另一端接公共地。

第一电源电路可采用3.9v的18650锂离子电池供电，通过ME6203A33M3G低压差线性稳压芯片，为整个系统提供3.3v的恒压电源输出，从而满足微处理器和测距传感器的电源问题。ME6203A33M3G低压差线性稳压芯片采用sot-23封装，具有体积小、价格便宜、稳压性能好等优点，充分满足设计要求。

图5为本发明实施例提供的第二电源电路的电路图，如图5所示，所述第二电源电路包括第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R4、第八电容C1、第九电容C3、第十电容C4、第十一电容C2、第十二电容C7、第十三电容C8、第二TVS管D1和第二稳压器芯片U1；

所述第一电阻R1、第八电容C1和第九电容C3的一端与第二稳压器U1的输入端连接作为电源输入端，所述第一电阻R1的另一端与第二稳压器芯片U1的使能端连接，所述第十电容C4的一端与第二稳压器芯片U1的接地端连接，所述第二稳压器芯片U1的输出端与第十一电容C2、第十二电容C7、第十三电容C8、第二TVS管D1、第二电阻R2的一端连接作为电源输出端，所述第二稳压器芯片U1的调节端与第二电阻R2的另一端和第三电阻R4的一端连接，所述第三电阻R4、第八电容C1、第九电容C3、第十电容C4、第十一电容C2、第十二电容C7、第十三电容C8和第二TVS管D1的另一端接公共地。

所述无线通信电路的电路图如图6所示，根据主控电路的串口发送过来的数据，并对数据进行打包，通过联网透传的方式发送至远端的服务器透传到远端服务器或者是APP上提供数据的入库与实时查看。无线通信电路可采用WIFI产品ESP8266，其设置步骤如下：

第一步:配置IP自动分配,设置密码12345678

第二步:配置路由器,网关为192.168.9.1,设置密码12345678

第三步:PC端静态IP 192.168.9.100,服务端口为20000。

所述屏显电路的电路图如图7所示，对主控电路的串口发送过来的数据，并按照屏显位图的方式进行显示，满足快速、清晰、准确地显示测量结果的要求。

测距传感器采用RCWL-0810VL53L01激光测距传感器，该激光测距传感器采用串口通信方式，有多种测试命令，支持9600、19200、115200三种波特率模式，支持高速测量模式、高精度测量模式和长距离测量模式，可适用多种工作场景，同时还具备体积小、探测精度高、响应速度快、稳定性好以及工作环境要求低等优点。激光测距传感器分别对管状物体的内壁与外壁的激光反射间隙，计算出相对的厚度范围，并能够将数据实时快速的发送至主控电路。采用激光测距传感器相比于超声波测距传感器，不易受外界噪音干扰，运行稳定，精度较好。测距传感器的电路图如图8所示。

如图9所示，设备在上电后，主控电路进行程序的初始化过程，在完成初始化后向测距传感器发送测量任务的请求，并且等待数据测量的完成，完成后一方面通过串口线路把数据发送至主控电路，另一方面等待WIFI远程联网是否成功，否则一直等待，链接成功后无线通信电路通过串口线路获取主控电路发送的传感器数据，得到数据后开启远程透传。同样的屏显电路会在无线通信电路发送的同时在屏幕上接收来自主控电路的测量数据，整个流程会循环执行，直到测量结束。

本发明实施例提供的一种管状物体测量装置，由测量电路根据三个测距传感器测得的距离即可计算出管状物体的壁厚、内径等参数，便于快速、准确地对管状物体进行测量，提高竹筒等管状物体分类的稳定性，并且能够节省人力资源。

可选地，在该实施例中，如图1所示，所述操作板1上开有屏显孔5，所述显示电路中的显示屏固定在所述屏显孔5的下方。

可选地，在该实施例中，如图1所示，所述操作板的上表面安装一个手持把手6。

本发明实施例提供的一种基于上述管状物体测量装置的管状物体测量方法，包括：

S1、使安装在中部的探测板插入所述管状物体的内部，三个所述测距传感器的连线低于所述管状物体的顶端且与所述管状物体的侧壁垂直；

S2、按照下列公式计算得到所述管状物体的侧壁厚度D0：

D0＝L2-D3-D2

其中，如图10所示，L2为已知的第二测距传感器与第三测距传感器之间的安装距离，D3为第三测距传感器测得的距离，即第三测距传感器与相对的管状物体外壁之间的距离，D2为第二测距传感器测得的距离，即第二测距传感器与相对的管状物体内壁之间的距离。

可选地，在该实施例中，该方法还包括：

S3、按照下列公式计算得到所述管状物体的内径D4：

D4＝L1-D3-D1

其中，如图10所示，L1为已知的第一测距传感器与第三测距传感器之间的安装距离，D1为第一测距传感器测得的距离，即第一测距传感器与相对的管状物体外壁之间的距离。

可选地，在该实施例中，考虑到三个激光测距传感器本身具有厚度，由此需要在上面的公式中对三个激光测距传感器本身的厚度进行纠偏计算。

该方法还包括：

S4、按照下列公式对计算得到的侧壁厚度D0和内径D4进行纠偏计算，分别得到纠偏后的侧壁厚度D0’和内径D4’：

D0’＝D0-(n2+n3)

D4’＝D4-(n1+n3)

其中，n1、n2、n3分别为第一测距传感器、第二测距传感器和第三测距传感器本身的厚度。

本发明实施例提供的一种管状物体测量方法，由测量电路根据三个测距传感器测得的距离即可计算出管状物体的壁厚、内径等参数，便于快速、准确地对管状物体进行测量，提高竹筒等管状物体分类的稳定性，并且能够节省人力资源。

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)

1.一种管状物体测量装置，其特征在于，包括操作板、三个探测板、测量电路和三个测距传感器，所述三个探测板垂直固定在所述操作板下表面的两端和中部，每个所述探测板的侧壁上安装一个所述测距传感器，三个所述测距传感器位于同一直线，其中，安装在一端的探测板上的第一测距传感器和安装在中部的探测板上的第二测距传感器与安装在另一端的探测板上的第三测距传感器的朝向相对，三个所述测距传感器均与所述测量电路连接。

2.根据权利要求1所述的管状物体测量装置，其特征在于，所述测量电路包括主控电路、第一电源电路、第二电源电路、屏显电路和无线通信电路；

所述主控电路分别与所述屏显电路、无线通信电路和三个测距传感器连接，所述第一电源电路与所述屏显电路、主控电路和三个测距传感器连接，所述第二电源电路与所述无线通信电路连接。

3.根据权利要求2所述的管状物体测量装置，其特征在于，所述主控电路包括微控制器和与所述微控制器连接的晶振电路、复位电路、程序下载接口和电源指示灯。

4.根据权利要求2所述的管状物体测量装置，其特征在于，所述第一电源电路包括：第一稳压器芯片、第一TVS管、第一电容、第二电容、第三电容、第四电容、第五电容、第六电容和第七电容；

所述第一TVS管、第一电容和第二电容的一端和第一稳压器芯片的输入端连接作为电源输入端，所述第三电容、第四电容、第五电容、第六电容和第七电容的一端和第一稳压器芯片的输出端连接作为电源输出端，所述第一稳压器芯片的接地端与第一TVS管、第一电容、第二电容、第三电容、第四电容、第五电容、第六电容和第七电容的另一端接公共地。

5.根据权利要求2所述的管状物体测量装置，其特征在于，所述第二电源电路包括第一电阻、第二电阻、第三电阻、第八电容、第九电容、第十电容、第十一电容、第十二电容、第十三电容、第二TVS管和第二稳压器芯片；

所述第一电阻、第八电容和第九电容的一端与第二稳压器的输入端连接作为电源输入端，所述第一电阻的另一端与第二稳压器芯片的使能端连接，所述第十电容的一端与第二稳压器芯片的接地端连接，所述第二稳压器芯片的输出端与第十一电容、第十二电容、第十三电容、第二TVS管、第二电阻的一端连接作为电源输出端，所述第二稳压器芯片的调节端与第二电阻的另一端和第三电阻的一端连接，所述第三电阻、第八电容、第九电容、第十电容、第十一电容、第十二电容、第十三电容和第二TVS管的另一端接公共地。

6.根据权利要求2所述的管状物体测量装置，其特征在于，所述操作板上开有屏显孔，所述屏显电路中的显示屏固定在所述屏显孔的下方。

7.根据权利要求1至6任一项所述的管状物体测量装置，其特征在于，所述操作板的上表面安装一个手持把手。

8.一种管状物体测量方法，其特征在于，基于权利要求1至7任一项所述的管状物体测量装置实现，包括：

使安装在中部的探测板插入所述管状物体的内部，三个所述测距传感器的连线低于所述管状物体的顶端且与所述管状物体的侧壁垂直；

按照下列公式计算得到所述管状物体的侧壁厚度D0：

D0＝L2-D3-D2

其中，L2为已知的第二测距传感器与第三测距传感器之间的安装距离，D3为第三测距传感器测得的距离，D2为第二测距传感器测得的距离。

9.根据权利要求8所述的管状物体测量方法，其特征在于，还包括：

按照下列公式计算得到所述管状物体的内径D4：

D4＝L1-D3-D1

其中，L1为已知的第一测距传感器与第三测距传感器之间的安装距离，D1为第一测距传感器测得的距离。

10.根据权利要求9所述的管状物体测量方法，其特征在于，还包括：

按照下列公式对计算得到的侧壁厚度D0和内径D4进行纠偏计算，分别得到纠偏后的侧壁厚度D0’和内径D4’：

D0’＝D0-(n2+n3)

D4’＝D4-(n1+n3)

其中，n1、n2、n3分别为第一测距传感器、第二测距传感器和第三测距传感器本身的厚度。