CN110385603A - 一种型材尺寸自动测量装置及测量方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种型材尺寸自动测量装置及测量方法，该装置包括控制器、超声波测距模块、显示屏、供电电源及测量挡板，超声波测距模块固定安装于切割机锯口下方的平台上，且与锯口平行且与锯口间隔固定距离，所述测量挡板可拆卸的安装于预切割型材远离切割机的一端；所述超声波测距模块、显示屏和供电电源均与所述控制器电连接。该装置利用超声波测距技术配合外围控制器件及测量挡板的合理设计实现对型材长度的自动测量，同时该装置可以安装在切割机上，成本低且操作便捷，更适合大范围推广应用。

Description

一种型材尺寸自动测量装置及测量方法

技术领域

本发明涉及型材加工设备及超声波检测技术领域，更具体的说是涉及一种型材尺寸自动测量装置及测量方法。

背景技术

目前，在商品房门窗制作的下料过程中，很多都是依赖于工人手工测量型材的长度。先根据要安装门窗的洞口的尺寸，然后计算出要制作的门窗的各部分所用型材的长度，接下来将米尺的一端勾到型材上，测量出所要截取的型材的长度，并在将要截取的长度处进行划线，以便利用切割机进行切割。这种测量型材的方式耗时耗力，无形中增加了工程成本。

为此，自动下料装置应运而生，申请公布号为CN 109434196 A，名称为一种带锯自动下料装置及其下料方法的发明专利，公开了一种自动下料装置，该装置的操作方法为：首先，将一组板材放置在固定夹板和可移动夹板之间的辊筒上，并使板材的前端超出固定夹板或可移动夹板的前端，然后压料气缸工作，使压料气缸的伸缩杆缩回，进而带动杠杆绕转轴转动，使杠杆前端的压料块将该组板材的前端压紧，此时启动带锯机，通过带锯机将该组板材的前端切割整齐，然后手指气缸工作，通过手指气缸带动夹料爪将该组板材的前端加紧，纵向移动气缸工作，通过纵向移动气缸带动夹料爪纵向移动一个下料尺寸，然后再次启动带锯机，将该段材料从板材上切割下来，此时横向移动气缸工作，通过横向移动气缸带动夹料爪横向移动，最后手指气缸工作，夹料爪松开，从而将夹料爪上的切割下来的材料卸载至指定位置。这种装置对场地要求比较高，而且装置比较复杂，实际应用效果并不理想。

因此，如何提供一种可自动测量型材长度、成本低且操作便捷的自动测量装置是本领域技术人员亟需解决的问题。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种型材尺寸自动测量装置及测量方法，该装置利用超声波测距技术配合外围控制器件实现对型材长度的自动测量，同时该装置可以安装在切割机上，使用时操作方便，解决了现有的型材切割装置成本高且实际操作效果不理想的问题。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一方面，本发明提供了一种型材尺寸自动测量装置，该装置包括控制器、超声波测距模块、显示屏、供电电源及测量挡板；

所述超声波测距模块固定安装于切割机锯口下方的平台上，并与锯口平行且与锯口间隔固定距离，所述测量挡板可拆卸的安装于预切割型材远离切割机的一端；

所述超声波测距模块、显示屏和供电电源均与所述控制器电连接，所述超声波测距模块用于根据其发射的超声波脉冲信号以及检测得到的经所述测量挡板反射回的回波信号进行测距，所述控制器用于接收所述超声波测距模块测量得到的长度数据，并控制所述显示屏实时显示所述长度数据，所述供电电源用于为所述控制器实时供电。

在上述方案的基础上，对本发明提供的方案做进一步解释说明。

进一步地，上述型材尺寸自动测量装置还包括温度补偿模块，所述温度补偿模块与所述控制器电连接，所述温度补偿模块用于实时检测所述超声波测距模块周围的温度数据，所述控制器根据所述温度数据控制所述超声波测距模块对所述超声波脉冲信号的发射速度进行调整。

进一步地，所述温度补偿模块包括型号为DS18B20的温度传感器及一电阻R3，所述温度传感器的VCC端接所述供电电源，其DQ端通过串接电阻R3与所述供电电源连接，所述GND端接地。

进一步地，上述型材尺寸自动测量装置还包括警报器，所述警报器与所述控制器电连接，所述警报器用于在所述超声波测距模块测量得到的长度数据超出测量范围时发出警报提示。

具体地，所述供电电源为220V转5V的电源，在使用时直接将模块接220V的一端接在插排上，所述供电电源、控制器和温度补偿模块均固定安装于切割机锯口下方的平台背面，所述显示屏固定安装在切割机开关把手的上方。

进一步地，所述测量挡板包括挡板本体和固定夹，所述固定夹与所述挡板本体垂直连接，所述挡板本体竖直布置，所述固定夹贯穿所述挡板本体且夹口开闭自由；所述固定夹张开使所述挡板本体抵至预切割型材远离切割机的一端，闭合所述固定夹实现所述测量挡板与预切割型材的可拆卸连接。

另一方面，本发明还提供了一种型材尺寸自动测量方法，该方法使用上述的一种型材尺寸自动测量装置。

进一步地，上述型材尺寸自动测量方法，包括以下步骤：

步骤一：将超声波测距模块安装在切割机的锯口下方的平台上使其与锯口平行且与锯口间隔固定距离；

步骤二：将测量挡板可拆卸的安装于预切割型材远离切割机的一端；

步骤三：启动超声波测距模块，根据其发射的超声波脉冲信号以及检测得到的经所述测量挡板反射回的回波信号对预切割型材的长度进行测量，并通过显示屏实时显示长度数据；

步骤四：当显示屏上显示的长度为预截取的长度时，按动切割机的开关进行切割。

进一步地，超声波测距模块与锯口间隔的距离为2cm～4cm。

进一步地，上述型材尺寸自动测量方法还包括：

步骤五：在所述超声波测距模块测量得到的长度数据超出测量范围时警报器发出警报提示。

进一步地，所述超声波测距模块的测量范围为0～4m。

经由上述的技术方案可知，与现有技术相比，本发明公开提供了一种型材尺寸自动测量装置及测量方法，该装置利用超声波测距技术配合外围控制器件及测量挡板的合理设计实现对型材长度的自动测量，同时该装置可以安装在切割机上，成本低且操作便捷，更适合大范围推广应用。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。

图1附图为本发明提供的一种型材尺寸自动测量装置的电路器件部分的结构架构示意图；

图2附图为本发明实施例中超声波测距模块的工作原理框图；

图3附图为本发明实施例中温度补偿模块的内部电路原理示意图；

图4附图为本发明实施例中警报器的内部电路原理示意图；

图5附图为本发明实施例中测量挡板的结构示意图；

图6附图为本发明实施例中测量挡板的另一视角状态下的结构示意图；

图7附图为本发明实施例中测量挡板工作状态示意图；

图8附图为本发明实施例中一种型材尺寸自动测量方法的流程图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

一方面，参见附图1和图5，本发明实施例公开了一种型材尺寸自动测量装置，该装置包括控制器1、超声波测距模块2、显示屏5、供电电源3及测量挡板7；

超声波测距模块2固定安装于切割机锯口下方的平台上，并与锯口平行且与锯口间隔固定距离，测量挡板7可拆卸的安装于预切割型材远离切割机的一端；

超声波测距模块2、显示屏5和供电电源3均与控制器1电连接，超声波测距模块2用于根据其发射的超声波脉冲信号以及检测得到的经测量挡板反射回的回波信号进行测距，控制器1用于接收超声波测距模块2测量得到的长度数据，并控制显示屏5实时显示长度数据，供电电源3用于为控制器1实时供电。

具体地，显示屏5的型号为LCD1602。1602LCD显示屏是一种工业字符型液晶，所谓1602是指显示的内容为16*2，即可以显示两行，每行16个字符，字符型液晶显示模块是一类专门用于显示字母、数字、符号等的点阵式液晶显示屏。在显示器件上的电极图型设计，它是由若干个5*7或5*11等点阵符位组成。每一个点阵字符位都可以显示一个字符。1602液晶显示屏内部的字符发生存储器已经存储了160个不同的点阵字符图形，这些字符有：阿拉伯数字、英文字母的大小写、常用的符号和日文假名等，每一个字符都有一个固定的代码，比如大写的英文字母“A”的代码是01000001B(41H)，显示时模块把地址41H中的点阵字符图形显示出来，我们就能看到字母“A”。点阵字符位之间有一空点距的间隔起到了字符间距和行距的作用。

具体地，控制器1选用型号为STC12C5A60S2的单片机，该控制器是宏晶科技生产的单片机。它是新一代8051单片机，指令代码完全兼容传统8051,同晶振情况下，速度快了8-12倍。内部集成MAX810专用复位电路，2路PWM，8路高速10位A/D转换，2个通用全双工串行接口。

具体地，超声波测距模块2选用集成发射与接收的HC-SR04超声波测距模块。其结构简单，使用单片机控制电路简单容易，而且价格便宜。并且，本发明设计还为此模块设计了适用于安装在切割机上的外壳。该模块包括超声波发射、接收与控制电路。发射电路主要由型号为EM78P153的单片机、型号为MAX232单电源电平转换芯片及超声波发射头T40组成，接收电路主要由型号为TL074的运算放大器及超声波接收探头R40组成。其工作原理可以参见附图2。

超声波测距模块往往比较迅速、方便、计算简单、易于做到实时控制，并且在测量精度方面能达到工业实用的要求。超声波测距原理是在超声波发射装置发出超声波，它的根据是接收器接到超声波时的时间差，与雷达测距原理相似。超声波发射器向某一方向发射超声波，在发射时刻的同时开始计时，超声波在空气中传播，途中碰到障碍物就立即返回来，超声波接收器收到反射波就立即停止计时。超声波在空气中的传播速度为340m/s，根据计时器记录的时间t(秒)，就可以计算出发射点距障碍物的距离(s)，即：s＝340t/2。

在一些实施例中，上述型材尺寸自动测量装置还包括温度补偿模块4，温度补偿模块4与控制器1电连接，温度补偿模块4用于实时检测超声波测距模块2周围的温度数据，控制器1根据温度数据控制超声波测距模块2对超声波脉冲信号的发射速度进行调整。

由于超声波的速度在不同的温度下有所不同，因此为提高精度，应通过温度补偿模块4对超声波的传播速度进行校正。本实施例采用型号为DS18B20的温度传感器测量温度，DS18B20温度传感器具有不受外界干扰、精度高、测温范围宽等优点。单片机口接DS18B20的数据总线，控制DS18B20进行温度转换和传输数据，数据总线接10kΩ的上拉电阻，作用是使总线控制器在温度转换期间无需一直保持高电平。

在一个具体的实施例中，参见附图3，温度补偿模块4包括型号为DS18B20的温度传感器及一电阻R3，温度传感器的VCC端接供电电源，其DQ端通过串接电阻R3与供电电源连接，GND端接地。

在一些实施例中，上述型材尺寸自动测量装置还包括警报器6，警报器6与控制器1电连接，警报器6用于在超声波测距模块2测量得到的长度数据超出测量范围时发出警报提示。如果距离小于4m，则单片机STC12C5A60S2则给P3.7口一个信号，使得报警电路工作，实现报警。本实施例中采用蜂鸣器作为警报器的核心器件，具体的蜂鸣器警报电路可参见附图4所示。

具体地，供电电源为220V转5V的电源，在使用时直接将模块接220V的一端接在插排上，供电电源、控制器和温度补偿模块均固定安装于切割机锯口下方的平台背面，显示屏固定安装在切割机开关把手的上方。

在一个具体的实施例中，参见附图5和图6，测量挡板7包括挡板本体71和固定夹72，固定夹72与挡板本体71垂直连接，挡板本体71竖直布置，固定夹72贯穿挡板本体71且夹口开闭自由；固定夹72张开使挡板本体71抵至预切割型材远离切割机的一端，闭合固定夹72实现测量挡板7与预切割型材的可拆卸连接。

参见附图7，在下料的过程中，首先将测量挡板7夹在型材的一端，使测量挡板7的挡板本体71刚好与型材的一端对齐。操作过程：用手将测量挡板7上的固定夹72的一端按下，将夹口伸入型材，当固定夹72两侧的挡板本体71碰到型材的端口时将手松开。

下面对该装置的工作原理做简要介绍：

先将超声波测距模块安装在切割机的锯口下方的平台上使其与锯口平行且距离锯口2cm，然后将测量挡板夹在要切割的型材一端。此时，由单片机的I/O接口向触发引脚发送≥10μs的脉冲触发信号，安装在切割机上的超声波测距模块内部将发出8个40k Hz周期电平并检测回波，一旦检测到由测量用挡板所反射的回波信号，则3脚输出回响信号，所测的距离与回响信号的脉冲宽度成正比，同时，由温度补偿模块所检测到的实时的温度数据对超声波速度进行调整，利用到的公式如下：

v＝331.5+0.61T

其中，超声波速度为v，往返时间为t，温度为T。

由此可通过发射信号到收到回响信号的时间间隔计算得到距离，然后由显示屏实时显示当前长度，当显示屏上显示的长度为要截取的长度时就可以按动切割机的开关进行切割，并且当测量长度超出所能测量的范围时蜂鸣器会报警。

另一方面，参见附图8，本发明实施例还提供了一种型材尺寸自动测量方法，该方法使用上述的一种型材尺寸自动测量装置。

在一个具体的实施例中，上述型材尺寸自动测量方法，包括以下步骤：

S1：将超声波测距模块安装在切割机的锯口下方的平台上使其与锯口平行且与锯口间隔固定距离；

S2：将测量挡板可拆卸的安装于预切割型材远离切割机的一端；

S3：启动超声波测距模块，根据其发射的超声波脉冲信号以及检测得到的经测量挡板反射回的回波信号对预切割型材的长度进行测量，并通过显示屏实时显示长度数据；

S4：当显示屏上显示的长度为预截取的长度时，按动切割机的开关进行切割。

具体地，超声波测距模块与锯口间隔的距离为2cm～4cm。

在一些实施例中，上述型材尺寸自动测量方法还包括：

S5：在超声波测距模块测量得到的长度数据超出测量范围时警报器发出警报提示。

具体地，超声波测距模块的测量范围为0～4m。由于一般的商品房的门窗尺寸都小于3m。因此，本方法能够很好的实现在对商品房门窗制作的下料过程中长度的自动测量。

综上所述，本发明实施例提供的一种型材尺寸自动测量装置及测量方法，与现有技术相比，具有如下优点：

(1)采用了超声波测距模块，利用超声波测距技术配合外围控制器件及测量挡板的合理设计实现对型材长度的自动测量；

(2)设计出一款可配合超声波测距模块使用的测量挡板，实现了将超声波测距技术应用于型材测量的可能性；

(3)利用蜂鸣器报警电路实现了测量型材时若型材长度超过测量长度可发出报警，使工人及时采取转换下料切割；

(4)该装置可以安装在切割机上，成本低且操作便捷，更适合大范围推广应用。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的装置而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (10)

1.一种型材尺寸自动测量装置，其特征在于，包括控制器、超声波测距模块、显示屏、供电电源及测量挡板；

所述超声波测距模块固定安装于切割机锯口下方的平台上，且与锯口平行且与锯口间隔固定距离，所述测量挡板可拆卸的安装于预切割型材远离切割机的一端；

所述超声波测距模块、显示屏和供电电源均与所述控制器电连接，所述超声波测距模块用于根据其发射的超声波脉冲信号以及检测得到的经所述测量挡板反射回的回波信号进行测距，所述控制器用于接收所述超声波测距模块测量得到的长度数据，并控制所述显示屏实时显示所述长度数据，所述供电电源用于为所述控制器实时供电。

2.根据权利要求1所述的一种型材尺寸自动测量装置，其特征在于，还包括温度补偿模块，所述温度补偿模块与所述控制器电连接，所述温度补偿模块用于实时检测所述超声波测距模块周围的温度数据，所述控制器根据所述温度数据控制所述超声波测距模块对所述超声波脉冲信号的发射速度进行调整。

3.根据权利要求2所述的一种型材尺寸自动测量装置，其特征在于，所述温度补偿模块包括型号为DS18B20的温度传感器及一电阻R3，所述温度传感器的VCC端接所述供电电源，其DQ端通过串接电阻R3与所述供电电源连接，所述GND端接地。

4.根据权利要求1所述的一种型材尺寸自动测量装置，其特征在于，还包括警报器，所述警报器与所述控制器电连接，所述警报器用于在所述超声波测距模块测量得到的长度数据超出测量范围时发出警报提示。

5.根据权利要求1所述的一种型材尺寸自动测量装置，其特征在于，所述测量挡板包括挡板本体和固定夹，所述固定夹与所述挡板本体垂直连接，所述挡板本体竖直布置，所述固定夹贯穿所述挡板本体且夹口开闭自由；所述固定夹张开使所述挡板本体抵至预切割型材远离切割机的一端，闭合所述固定夹实现所述测量挡板与预切割型材的可拆卸连接。

6.一种型材尺寸自动测量方法，其特征在于，所述方法使用如权利要求1-5任一项所述的一种型材尺寸自动测量装置。

7.根据权利要求6所述的一种型材尺寸自动测量方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤一：将超声波测距模块安装在切割机的锯口下方的平台上使其与锯口平行且与锯口间隔固定距离；

步骤二：将测量挡板可拆卸的安装于预切割型材远离切割机的一端；

步骤三：启动超声波测距模块，根据其发射的超声波脉冲信号以及检测得到的经所述测量挡板反射回的回波信号对预切割型材的长度进行测量，并通过显示屏实时显示长度数据；

步骤四：当显示屏上显示的长度为预截取的长度时，按动切割机的开关进行切割。

8.根据权利要求7所述的一种型材尺寸自动测量方法，其特征在于，超声波测距模块与锯口间隔的距离为2cm～4cm。

9.根据权利要求7所述的一种型材尺寸自动测量方法，其特征在于，还包括：

步骤五：在所述超声波测距模块测量得到的长度数据超出测量范围时警报器发出警报提示。

10.根据权利要求9所述的一种型材尺寸自动测量方法，其特征在于，所述超声波测距模块的测量范围为0～4m。