CN114616436A - 测量装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种测量装置，其包括：量具；卷轴，所述量具围绕所述卷轴卷绕，卷轴根据量具的拉出而旋转并且设置有沿着旋转方向改变的编码图案；读取单元，所述读取单元被构造成光学地读取编码图案；以及计算单元，所述计算单元被构造成根据读取单元的读取结果计算量具的测量值。
Description
技术领域
本发明涉及一种测量装置。
背景技术
关于包括量具的测量装置，专利文件1描述了通过识别量具的刻度的图像来测量长度。
现有技术文件
专利文件
专利文件1：日本公开专利公告No.2011-7607
发明内容
本发明要解决的问题
然而，由于量具要从测量装置的主体拉出并施加至待测量的物体上，所以污垢容易粘附至量具，这可能引起测量值的误差。比如泥土和油的污垢容易粘附至经常在室外使用的量具，比如凸形量具。
本发明的一个目的是提供一种能够提高测量精度的测量装置。
解决问题的手段
根据一个方面，测量装置包括：量具；卷轴，量具围绕所述卷轴卷绕，卷轴根据量具的拉出而旋转并且设置有沿着旋转方向改变的编码图案；读取单元，所述读取单元被构造成光学地读取编码图案；以及计算单元，所述计算单元被构造成根据读取单元的读取结果计算量具的测量值。
本发明的效果
根据本发明，可以提高测量精度。
附图说明
图1是示例说明测量装置的示例的分解立体图(部分1)；
图2是示例说明测量装置的示例的分解立体图(部分2)；
图3是示例说明测量装置的电气构造的示例的构造图；
图4是示例说明通过发光元件和光接收元件读取编码图案的操作的图；
图5是示例说明从编码图案读取的值的示例以及由检测电路进行的检测操作的示例的图；
图6是示例说明微型计算机的操作的示例的流程图；以及
图7是示例说明卷轴的旋转的确定处理的示例的流程图。
具体实施方式
图1和2是示例说明测量装置的示例的分解立体图。测量装置包括一对壳体90、91，量具5，卷轴6，盖80，填料81、82，主基板70和副基板71、72。
壳体90和91分别是第一壳体和第二壳体的示例。壳体90和91中的每一个具有大致圆筒形的形状并且由树脂等制成。壳体90、91是彼此可拆卸的。壳体91容纳量具5和卷轴6，壳体90容纳主基板70和副基板71、72。
作为示例，卷轴6由树脂等制成，并且例如具有圆柱形形状。卷轴6可旋转地附接至壳体90和91，以与量具5沿方向D的拉出配合。在卷轴6的面对壳体90的侧表面上设置有凸缘状法兰60。量具5围绕卷轴6卷绕。卷轴6被比如弹簧的弹性体施力以将量具5卷绕起来。
量具5例如由金属制成，并且被用来测量待测量的物体的长度。在量具5的一侧上打印有刻度。量具5的头端50从壳体91的开口911露出。头端50设置有钩51，所述钩51围绕开口911锁定以防止头端50被围绕卷轴6卷绕并被拉回至壳体91中。
在壳体91的开口911上方设置有用于停止或释放量具5的卷绕的锁定杆910。锁定杆910被安装成可在壳体90和91的凹槽912和902上滑动。当锁定杆910处于所示的解锁状态时，量具5通过弹性体的施加力而围绕卷轴6卷绕。
当锁定杆910沿方向L滑动时，锁定杆910被锁定并且抑制量具5的卷绕。当量具5被应用至待测量的物体时，使用者可以通过将锁定杆910锁定来停止量具5的卷绕。
法兰60具有圆盘形状，并且圆形凸形的轴600设置于面对壳体90的表面S的中心处。轴600被插入至设置于面对的壳体90的底部表面B的中心处的圆形凹形轴接收部900中。因此，在量具5被沿方向D从开口911拉出时，卷轴6可以围绕轴600沿方向R旋转。
在表面S上围绕轴600设置有编码图案60a。例如，编码图案60a为格雷编码图案，并且沿着卷轴6的旋转方向R改变。可以使用编码图案60a计算卷轴6的转数和旋转角度。作为示例，每个编码图案60a由设置于表面S上的孔形成。
圆形的主基板70设置在壳体90的底部表面B上。主基板70是其上安装有电子构件的电路基板。主基板70的一个表面面对底部表面B。另外，主基板70的另一表面面对法兰60的表面S，并且读取编码图案60a的读取传感器701安装在主基板70的所述另一表面上。读取传感器701具有成排布置的多组发光元件和光接收元件对，如后所述。根据读取传感器701所读取的编码图案60a的值计算量具5的测量值，并且将量具5的测量值传输至其他装置。
在主基板70的中心处设置有要装配轴接收部900的外周壁900a的通孔700。由此，主基板70相对于壳体90被固定在预定位置处。如后所述，主基板70设置有微型计算机、通信处理单元和显示单元。
窗口903设置在底部表面B的与主基板70上的显示单元相对应的位置处。例如，窗口903由透明树脂等制成。使用者通过窗口903确认显示单元的显示内容。
副基板71和72是其上安装有电子构件的电路基板。副基板71和72经由未示出的电缆电连接至主基板70。尽管主基板70以及副基板71和72被构造为单独的基板，但是它们也可以被构造成单个基板。
副基板71设置在壳体90中的与壳体91的开口911附近相对应的位置处。副基板71设置有检测量具5的拉出的检测电路26。检测电路26具有发光元件和光接收元件组，如后所述。
副基板72设置有用于开始通过量具5进行测量的开关22。副基板72设置在主基板70的一侧处，使得开关22从设置于壳体90的外周壁上的半圆形槽口904露出。
盖80通过螺钉等固定至壳体90。盖80将卷轴6和读取传感器701分开，并且覆盖读取传感器701。盖80呈圆盘形状，并且具有环形插入部分800，轴600在盖80的中心处插入穿过环形插入部分800。盖80保护读取传感器701不受污垢(比如，量具5上的泥土)的影响。由于盖80由例如透明树脂等制成，所以盖80不会干扰读取传感器701对编码图案60a的读取。
填料81和82由比如橡胶的弹性构件制成，并且用来改善测量装置的密封。填料81具有与盖80的外周表面相对应的环形形状，填料82具有与盖80的插入部分800相对应的环形形状。通过将填料81夹持在盖80与壳体90之间，壳体90中的主基板70被相对于外部密封。此外，通过将填料82夹持在盖80与主基板70之间，壳体90中的主基板70被相对于外部密封。因此，可以防止已经通过例如开口911进入的水或灰尘粘附至主基板70。
即使比如水或灰尘的异物进入壳体90和91，壳体90和91也是彼此可拆卸的，因此可以容易地移除异物。此外，壳体90容纳主基板70并且壳体91容纳卷轴6。因此，即使卷轴6发生故障，也可以仅仅用新的壳体91更换容纳卷轴6的壳体91，并且新的壳体91可以与壳体90结合，从而容许在不丢弃昂贵的主基板70的情况下再次使用测量装置。
图3是示例说明测量装置的电气构造的示例的构造图。测量装置包括微型计算机1、通信处理单元20、显示单元21、开关22、电池23、读取传感器701以及检测电路26。
例如，微型计算机1、通信处理单元20、显示单元21、电池23以及读取传感器701安装在主基板70上。此外，例如，开关22安装在副基板72上，检测电路26安装在副基板71上。
微型计算机1是包括比如未示出的CPU(中央处理单元)的处理器和存储用于驱动该处理器的程序的存储器的电路。当微型计算机1执行程序时，它形成作为软件函数的计算单元10、确定单元11以及电力供应控制单元(以下被称为“控制单元”)12。计算单元10、确定单元11和控制单元12可以是由比如FPGA(现场可编程门阵列)或ASIC(专用集成电路)的硬件组成的电路。
计算单元10根据读取传感器701所读取的编码图案60a计算量具5的测量值。确定单元11基于检测电路26的检测结果以及读取传感器701所读取的编码图案60a的改变来确定卷轴6的旋转的正常性。控制单元12控制向读取传感器701和检测电路26的电力供应。
通信处理单元20通过比如无线LAN(局域网)而与比如智能手机和个人计算机的其它装置通信。通信处理单元20包括执行基带处理的电路、天线等。通信处理单元20是传输单元的示例，并且将量具5的由计算单元10所计算的测量值传输至其他装置。因此，可以将量具5的从测量装置传输的测量值存储在其他装置中。这里，通信处理单元20不限于无线的，而是可以通过线通信。
显示单元21例如是液晶显示器，并且显示各种类型的信息。显示单元21的显示表面被布置成从窗口903可见。例如，当确定单元11确定存在异常时，显示单元21显示异常的发生。由计算单元10所计算得的测量值可以显示在显示单元21上。
当执行量具5的测量时，按下开关22。当微型计算机1检测到开关22被按下时，微型计算机1执行测量处理。
电池23例如是硬币型电池，并且向比如微型计算机1的电子构件供应电力。
读取传感器701是读取单元的示例，并且光学地读取设置于法兰60上的编码图案60a。读取传感器701具有从编码图案60a读取卷轴6的角度的读取单元24、以及从编码图案60a读取卷轴6的转数的读取单元25。
读取单元24包括线性地布置的多组发光元件240和光接收元件241。读取单元25包括发光元件250和光接收元件251组。检测电路26包括发光元件260和光接收元件261组。发光元件240、250以及260是例如LED(发光二极管)，光接收元件241、251和261是例如光电晶体管，但是本发明不限于此。
图4是示例说明由发光元件240和250以及光接收元件241和251读取编码图案60a的操作的图。图4示例说明从一侧观察的法兰60和主基板70。盖80未示出。
读取单元24中的发光元件240和光接收元件241以及读取单元25中的发光元件250和光接收元件251安装于主基板70上。发光元件240和250用光Ls照射法兰60的表面S。光Ls被表面S反射而变成反射光Lr。反射光Lr入射在每个光接收元件241和251上。
符号Ga示例说明在不具有孔h的位置处的编码图案60a的读取操作的示例，符号Gb示例说明在具有孔h的位置处的编码图案60a的读取操作的示例。光接收元件241和251中的每一个输出具有与入射的反射光Lr的量相对应的强度的电流。来自不具有孔h的位置的反射光Lr的量大于来自具有孔h的位置的反射光Lr的量(参见“大量的光”和“少量的光”)。这是因为当存在孔h时，光Ls和反射光Lr根据孔h的深度而衰减。
因此，当存在孔h时，与不存在孔h时相比，光接收元件241和251中的每一个根据反射光Lr量所输出的电流值小。因此，当存在孔h时，通过对光接收元件241和251中的每一个的电流值进行转换而获得的电压值VL小于在不存在孔h时的电压值VH。例如，存在孔h时的电压值VL为不存在孔h时的电压值VH的大约1/20。由此，例如，微型计算机1可以将在没有孔h的位置处读取的编码图案60a的值识别为二进制数“1”，并且将在具有孔h的位置处读取的编码图案60a的值识别为二进制数“0”。
用于识别编码图案60a的值的方法不限于此。例如，编码图案60a可以根据涂在表面S上的颜色的不同而指示不同的值。例如，编码图案60a可以用黑色指示二进制数“0”并且用白色指示二进制数“1”。此时，在黑色的情况下光接收元件241和251中的每一个的电压值是在白色的情况下的电压值的大约三分之一。电压值的这种差使微型计算机1能够识别编码图案60a的值。发光元件240和250以及光接收元件241和251使用可见光，但是不限于此，并且可以使用红外光、不可见光、紫外光等来执行与上述相同的读取。
图5中的编码Gc示例说明从编码图案60a读取的值的示例。编码图案60a包括用于确定转数的通道611以及用于确定旋转角度的五个通道610。通道611是指示卷轴6的转数的区域的示例，通道610是指示卷轴6的旋转角度的区域的示例。
通道611围绕轴600以90度的间隔设置有总共两个孔h，其具有的长度为周长的四分之一。发光元件250和光接收元件251布置在面对通道611的位置处，并且光接收元件251接收在通道611中的没有孔h的位置处从法兰60反射的光。通道611的具有孔h的部分对应于二进制数“0”，通道611的不具有孔h的部分对应于二进制数“1”。计算单元10和确定单元11根据从光接收元件251输出的电压值对通道611的值进行识别和计数，以检测卷轴6的转数。
随着卷轴6沿旋转方向R旋转，通道611的值每转90度改变一次。当通道611的值变为二进制数“0”、“1”、“0”和“1”时，计算单元10和确定单元11识别卷轴6旋转一次，并且基于对包括“0”、“1”、“0”以及“1”的图案的检测次数而确定卷轴6的旋转数。
例如，根据格雷编码，五个通道610代表五位二进制值。每个通道610在指示二进制数“0”的位置处设置有孔h，并且在指示二进制数“1”的位置处没有设置孔h。发光元件240和光接收元件241设置在面对每个通道610的位置处，并且光接收元件241接收在通道610中的没有孔h的位置处从法兰60反射的光。为二进制数的每个数位提供发光元件240和光接收元件241。
计算单元10根据从与每个数位相对应的光接收元件241输出的电压值来识别每个通道610的值，以检测卷轴6的旋转角度。例如，当将量具5完全地容纳于壳体90和91中时，旋转角度指示卷轴6的相对于卷轴6的位置沿旋转方向R的位移的量。
随着卷轴6沿旋转方向R旋转，面对与每个数位相对应的发光元件240和光接收元件241的通道610的位置改变。当每个数位的发光元件240和光接收元件241面对位置610a时，读出二进制数“00111”。当每个数位的发光元件240和光接收元件241面对位置610b时，读出二进制数“00101”。当每个数位的发光元件240和光接收元件241面对位置610c时，读出二进制数“00100”。
计算单元10根据预定的计算公式将通道610的读取值转换为旋转角度。可以使用表格等来计算旋转角度。
由于量具5的拉出量与卷轴6的转数和旋转角之间存在相关性，所以计算单元10根据计算出的转数和计算出的旋转角度来计算量具5的测量值。可以使用计算公式、表格等来计算测量值。
以这种方式，发光元件240和250以及光接收元件241和251光学地读取设置于根据量具5的拉出而旋转的卷轴6的侧表面上的编码图案60a。编码图案60a沿着卷轴6的旋转方向R改变。计算单元10根据由发光元件240和250以及光接收元件241和251所读取的值计算量具5的测量值。
根据上述构造，由于编码图案60a设置于卷轴6上，因此即使比如泥土或油的污垢粘附至量具5，污垢也不太可能粘附至编码图案60a。因此，计算单元10可以高精度地计算量具5的测量值。因此，可以提高测量装置的测量精度。
发光元件240和250以及光接收元件241和251根据卷轴的侧表面上存在或不存在孔h来读取编码图案60a。因此，与根据卷轴6的侧表面上的涂料颜色读取编码图案60a的情况相比，例如即使污垢粘附至孔h，也可以精确地读取编码图案60a。
编码图案60a具有指示卷轴6的转数的通道611以及指示卷轴6的旋转角度的多个通道610。计算单元10根据卷轴6的旋转角度和转数计算量具5的测量值。因此，与仅仅根据旋转角度计算测量值的情况相比，计算单元10可以高精度地计算测量值。
图5中的编码Gd示例说明通过检测电路26进行的检测操作的示例。图5示例说明打印在量具5的表面上的刻度5a以及副基板71上的检测电路26。检测电路26包括面对量具5的表面的发光元件260和光接收元件261，并且检测量具5的拉出。
发光元件260用光Ls’照射量具5的表面。光Ls’在量具5的表面上反射而变成反射光Lr’。反射光Lr’入射在光接收元件261上。
当沿方向D拉出量具5时，光Ls’在量具5的表面上的照射位置在刻度5a与除刻度5a以外的部分之间交替地切换。另一方面，当量具5停止而未被拉出时，来自发光元件260的光Ls’的照射位置是恒定的。
例如，量具5的刻度5a是黑色，并且量具5中的除刻度5a以外的部分是白色。由于发光元件260的光Ls’在照射黑色刻度5a时被吸收，所以当光Ls’照射刻度5a时而不是当光Ls’照射除刻度5a以外的部分时，入射到光接收元件261上的反射光Lr’的量减少。
入射到光接收元件261上的反射光Lr’的量在量具5停止而未被拉出时是大致恒定的，但是在量具5被拉出时以反复地增加和减少的方式改变。因此，从光接收元件261输出的电流值在量具5停止而未被拉出时也是大致恒定的，但是在量具5被拉出时以反复地增加和减少的方式改变。从电流值获得的电压值也与此类似。
因此，计算单元10和确定单元11可以根据光接收元件261的电压值的改变而确定量具5是否被拉出。发光元件260和光接收元件261使用可见光，但是不限于此，并且可以使用红外光、可见光、紫外光等来执行与上述相同的检测。
当即使量具5被拉出卷轴6的旋转速度也不改变时，或者当即使量具5停止卷轴6的转数也改变时，确定单元11确定异常。此外，当在量具5被拉出的同时卷轴6的转数改变时，或者当在量具5停止的状态下卷轴6的转数不改变时，确定单元11确定卷轴6的旋转是正常的。
以这种方式，检测电路26检测量具5从壳体90和91的拉出。确定单元11基于检测电路26的检测结果以及由读取传感器701所读取的编码图案60a的值的改变来确定卷轴6的旋转的正常性。
因此，测量装置可以检测例如由于随时间的劣化而导致的卷轴6的故障。由于显示单元21将关于卷轴6的旋转的异常显示为警报，所以使用者可以接收警报，并且例如修理卷轴6或用新的卷轴6更换卷轴6。
接下来，描述微型计算机1的操作。
图6是示例说明微型计算机1的操作的示例的流程图。当打开测量装置时，控制单元12启动读取单元25和检测电路26(St1)。控制单元12例如通过打开和关掉读取单元25和检测电路26的电开关而控制向读取单元25和检测电路26的电力供应，以及启动读取单元25和检测电路26，但是控制单元12不限于此。
接下来，计算单元10通过检测电路26确定量具5是否被拉出(St2)。当量具5未被拉出时(在St2中为否)，再次执行步骤St2的处理。
当量具5被拉出时(在St2中为是)，计算单元10基于确定单元11的确定结果而确定卷轴6的旋转是否为异常的(St3)。当计算单元10确定卷轴6的旋转为异常的时(在St3中为是)，计算单元10使显示单元21显示警报(St13)。由此，将卷轴6的异常通知给使用者。
此外，当卷轴6的旋转为正常的时(在St3中为否)，计算单元10确定开关22是否被按下(St4)。当开关22未被按下时(在St4中为否)，再次执行步骤St3的处理。当开关22被按下时(在St4中为是)，控制单元12启动读取单元24(St5)。控制单元12例如通过打开和关掉读取单元24的电开关而控制向读取单元24的电力供应，以及启动读取单元24，但是控制单元12不限于此。
接下来，计算单元10从来自读取传感器701的读取结果而获取卷轴6的转数和角度(St6)。此时，计算单元10将从发光元件240和250以及光接收元件241和251输出的电流值转换成电压值，以获取卷轴6的转数和角度。
接下来，计算单元10根据卷轴6的转数和角度计算量具5的测量值(St7)。由于卷轴6的转数和角度是根据量具5的拉出长度确定的，因此基于预定的计算公式根据卷轴6的转数和角度来计算量具5的测量值。
接下来，通信处理单元20将量具5的测量值传输至另其他装置(St8)。接下来，控制单元12起动计时器(St9)。接下来，控制单元12根据检测电路26的检测结果确定量具5是否被拉出(St10)。当量具5被拉出时(在St10中为是)，再次执行步骤St3之后的每个处理。
当量具5未被拉出时(在St10中为否)，控制单元12确定计时器是否到期(St11)。当计时器未到期时(在St11中为否)，再次执行St10的处理。
此外，当计时器到期时(在St11中为是)，控制单元12停止向读取单元24的电力供应，以使得操作停止(St12)。以这种方式，控制单元12仅仅在开关22被按下以通过量具5进行测量时启动读取单元24，并且在测量之后在计时器的到期时间过去时，停止向读取单元24的电力供应。即，仅仅在测量时对读取单元24供电。因此，与不断地供应电力的情况相比，减少读取单元24的电力消耗。然后，再次执行步骤St2的处理。
接下来，描述St3中的用于确定卷轴6的旋转的正常性的处理。
图7是示例说明卷轴的旋转的确定处理的示例的流程图。确定单元11基于由读取单元25读取的编码图案60a上的通道611的值来确定卷轴6的转数是否正在改变(St21)。
当卷轴6的转数正改变时(在St21中为是)，确定单元11基于检测电路26的检测结果而确定量具5是否被拉出(St22)。当确定量具5未被拉出时(在St22中为否)，由于即使量具5停止卷轴6也可能空转，所以确定单元11确定卷轴6的旋转为异常的(St24)。
此外，当量具5被拉出时(在St22中为是)，确定单元11确定卷轴6的旋转为正常的(St23)。
此外，当卷轴6的旋转速度没有改变时(在St21中为否)，确定单元11基于检测电路26的检测结果确定量具5是否被拉出(St24)。当量具5未被拉出时(在St24中为否)，确定单元11确定卷轴6的旋转为正常的(St25)。
此外，当量具5被拉出时(在St24中为是)，即使量具5被拉出卷轴6也停止，因此确定单元11确定卷轴6的旋转为异常的(St26)。以这种方式，执行了确定卷轴6的旋转的正常性的处理。
以这种方式，当卷轴6的旋转和量具5的拉出彼此不配合时，确定单元11确定卷轴6的旋转异常。因此，可以检测到卷轴6的故障。
上述实施例是本发明的优选实施例的示例。然而，本发明不限于此，并且可以在不脱离权利要求中所公开的本发明范围的情况下对实施例进行各种改变和修改。
附图标记说明
1 微型计算机
5 量具
6 卷轴
10 计算单元
11 确定单元
20 通信处理单元
26 检测电路
60a 编码图案
80 盖
90、91 壳体
610、611 通道
701 读取传感器。
Claims (6)
1.一种测量装置，包括：
量具；
卷轴，所述量具围绕所述卷轴卷绕，卷轴根据量具的拉出而旋转并且设置有沿着旋转方向改变的编码图案；
读取单元，所述读取单元被构造成光学地读取编码图案；以及
计算单元，所述计算单元被构造成根据读取单元的读取结果计算量具的测量值。
2.根据权利要求1所述的测量装置，其中，
读取单元根据在卷轴的侧表面上存在或不存在孔来读取编码图案。
3.根据权利要求1或2所述的测量装置，其中，
编码图案具有指示卷轴的旋转角度的区域以及指示卷轴的转数的区域，以及
计算单元根据卷轴的旋转角度和转数计算所述测量值。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的测量装置，还包括：
检测单元，所述检测单元被构造成检测量具从测量装置的拉出；以及
确定单元，所述确定单元被构造成基于检测单元的检测结果以及由读取单元所读取的值的改变来确定卷轴旋转的正常性。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的测量装置，还包括：
彼此可拆卸的第一壳体和第二壳体；
其中，第一壳体容纳量具围绕其卷绕的卷轴，第二壳体容纳读取单元和计算单元。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的测量装置，还包括：
传输单元，所述传输单元被构造成将所述测量值传输至其他装置。
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