CN204461716U - 一种数显镜度表 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开一种数显镜度表，主要由外壳、中心测针、2个定位针、位移传感器、微控制器、显示屏和按键组成；位移传感器和微控制器置于外壳的内腔中，显示屏与按键嵌设在外壳上；中心测针的测量端从外壳的内部活动伸出至外壳的外部；2个定位针固定在外壳上，且以中心测针为中心呈左右对称设置；位移传感器的输入端与中心测针的驱动端相连，容栅位移传感器的输出端与微控制器相连；微控制器连接显示屏和按键。本实用新型拥有读数直观、测量精度高、无需手工计算既可以直接显示矢高位移量、曲率半径、屈光度和折射率等特点，其完全能适应现代眼镜行业的发展，提高了工作效率，又因其实现成本低，适于大规模推广。

Description

一种数显镜度表

技术领域

本实用新型涉及一种眼镜行业的测量工具，具体涉及一种数显镜度表。

背景技术

镜度表又叫镜片弧度表，是用于测量眼镜片屈光度的工具。传统的镜度表为机械式镜度表，其主要由外壳、中心测针、2个定位针、传动放大齿轮组和指针表盘构成。中心测针的驱动端经传动放大齿轮组与指针相连，中心测针的测量端从外壳的内部活动伸出至外壳的外部。2个固定在外壳上，且以中心测针为中心呈左右对称设置。使用时，先将镜度表的中心测针指向眼镜片的中心，并让测量端与眼镜片的表面相贴，后通过按压镜度表使得2个定位针的测量端也与眼镜片的表面相贴。此时中心测针会根据眼镜片的表面弯曲程度向外壳内部缩进，并驱动传动放大齿轮组运动，将中心测针的直线运动量即矢高位移转换为齿轮的曲线运动量，并带动指针转动，在表盘上指示出相应的屈光度。

然而，由于传统机械式的镜度表的矢高位移到屈光度的转换是通过齿轮传动放大组与指针转动即齿轮之间的相互配合来实现的，而齿轮自身的机械结构特性又使得传统机械式镜度表不可避免的存在精度难以保证、测量误差大、读数不方便和零位调整繁琐等问题。

另外，随着科技的发展，目前镜片屈光度的测量都由电子光学焦度计完成。因此，传统机械式的镜度表只能用作间接测量镜片折射率的铺助工具，这需要不断地重复测量和手工计算，极大的影响工作效率，已经不再适应眼镜行业的发展。

实用新型内容

本实用新型所要解决的技术问题是现有机械式的镜度表存在的精度难保证、测量误差大、读数不方便、零位调整和折射率测量繁琐等问题，提供一种数显镜度表。

为解决上述问题，本实用新型是通过以下技术方案实现的：

一种数显镜度表，主要由外壳、中心测针、2个定位针、位移传感器、微控制器、显示屏和按键组成；位移传感器和微控制器置于外壳的内腔中，显示屏与按键嵌设在外壳上；中心测针的测量端从外壳的内部活动伸出至外壳的外部；2个定位针固定在外壳上，且以中心测针为中心呈左右对称设置；位移传感器的输入端与中心测针的驱动端相连，位移传感器的输出端与微控制器相连；微控制器连接显示屏和按键。

上述方案中，位移传感器为容栅位移传感器，该容栅位移传感器包括振荡电路、分频电路、数据处理电路、鉴相与计算电路、解调放大电路、驱动电路、定栅尺和动栅尺；振荡电路的输出端与分频电路的输入端相连；分频电路的输出端分别与数据处理电路、鉴相与计算电路、解调放大电路和驱动电路的控制端相连；驱动电路的输出端连接定栅尺；中心测针的驱动端与动栅尺固连，中心测针的运动带动动栅尺在定栅尺的相对位置上滑动；定栅尺的输出端与解调放大电路的输入端相连，解调放大电路的输出端与数据处理电路的输入端相连，数据处理电路的输出端与微控制器的输入端相连。

上述方案中，外壳内设有一个动栅安装组件，该动栅安装组件包括动栅座、动栅框架和弹簧；动栅座滑动嵌设在动栅框架与定栅尺组成的滑道腔内；动栅座的内表面和动栅框架的内表面通过弹簧相连；动栅尺固定在动栅座的外表面，中心测针固定在动栅座的下部，2个定位针固定在动栅框架的下部。

上述方案中，振荡电路、分频电路、数据处理电路、鉴相与计算电路、解调放大电路、驱动电路和定栅尺印制在同一块线路板上。

上述方案中，容栅位移传感器的动栅尺的节距设置在1.2mm～2.6mm之间。

上述方案中，容栅位移传感器的驱动电路为8路驱动电路。

上述方案中，容栅位移传感器的定栅尺的节距设置在0.15mm～0.325mm之间。

上述方案中，2个定位针的测量端的前端面均为规则的半球形，且这2个的半球形的尺寸和形状完全一致。

上述方案中，2个定位针的测量端的前端面的半球半径介于0.6mm～1.5mm之间。

上述方案中，2个定位针之间的距离介于10mm～15mm之间。

与现有技术相比，本实用新型有效的解决了传统机械式镜度表的缺陷，拥有读数直观、测量精度高、无需手工计算既可以直接显示矢高位移量、曲率半径、屈光度和折射率等特点，其完全能适应现代眼镜行业的发展，提高了工作效率，又因其实现成本低，适于大规模推广。

附图说明

图1为一种数显镜度表的结构示意图。

图2为一种数显镜度表的电路原理图。

图3为动栅安装组件的结构示意图。

图4为矢高位移法测量曲率半径原理图。

1、外壳；  1-1、动栅座；  1-2、动栅框架；  1-3、弹簧；  2、中心测针；  3、定位针；  4-1定栅尺；  4-2、动栅尺；  5、显示屏；  6、按键。

具体实施方式

一种数显镜度表，如图1和2所述，主要由外壳1、中心测针2、2个定位针3、位移传感器、微控制器(MCU)、显示屏5和按键6组成。位移传感器和微控制器置于外壳1的内腔中，显示屏5与按键6嵌设在外壳1上；中心测针2的测量端从外壳1的内部活动伸出至外壳1的外部；2个定位针3固定在外壳1上，且以中心测针2为中心呈左右对称设置；位移传感器的输入端与中心测针2的驱动端相连，位移传感器的输出端与微控制器相连；微控制器连接显示屏5和按键6。

为实现机械式镜度表向数显镜度表的升级，本实用新型首先要解决矢高位移的电子化问题，即位移传感器的选取。虽然选取的位移传感器可以有多种，如电阻传感器、磁栅传感器、光栅传感器、容栅位移传感器等，但结合镜度表的形态、使用情况及测量分辨力、测量精度等问题，本实用新型采用容栅位移传感器完成矢高位移的采集，同时采用直动式取代原有的齿轮传动，以进一步提高了测量精度。该容栅位移传感器包括振荡电路、分频电路、数据处理电路、鉴相与计算电路、解调放大电路、驱动电路、定栅尺4-1和动栅尺4-2；振荡电路的输出端与分频电路的输入端相连；分频电路的输出端分别与数据处理电路、鉴相与计算电路、解调放大电路和驱动电路的控制端相连；驱动电路的输出端连接定栅尺4-1；中心测针2的驱动端与动栅尺4-2固连，中心测针2的运动带动动栅尺4-2在定栅尺4-1的相对位置上滑动；定栅尺4-1的输出端与解调放大电路的输入端相连，解调放大电路的输出端与数据处理电路的输入端相连，数据处理电路的输出端与微控制器的输入端相连。所述驱动电路为8路驱动电路。

为了便于定栅尺4-1和动栅尺4-2的安装，所述外壳1内设有一个动栅安装组件，该动栅安装组件包括动栅座1-1、动栅框架1-2和弹簧1-3；动栅座1-1滑动嵌设在动栅框架1-2与定栅尺4-1组成的滑道腔内；动栅座1-1的内表面和动栅框架1-2的内表面通过弹簧1-3相连；动栅尺4-2固定在动栅座1-1的外表面，中心测针2固定在动栅座1-1的下部，2个定位针3固定在动栅框架1-2的下部。所述振荡电路、分频电路、数据处理电路、鉴相与计算电路、解调放大电路、驱动电路和定栅尺4-1印制在同一块线路板上。参见图3。

按键6则可以完成显示切换、零位重置及开关机等相关控制操作。显示屏5用于显示数显镜度表的矢高位移量、曲率半径、屈光度和折射率等。两侧的定位针3和中心测针2组成镜度表的测量机构，中心测针2能自由伸缩。通过定位针3带动动栅尺4-2运动，从而使容栅位移传感器定栅尺4-1与动栅尺4-2间产生相对位移，并经过其内部的解调放大、鉴相计算、数据处理等电路的处理，最终得到位移数据后送入微控制器。微控制器取得该位移数据后，依据相关领域已有的公式，计算、保存并显示矢高位移量、曲率半径、屈光度和折射率。即：

1、通过中心测针2直接测得眼镜片的矢高位移量h。

2、结合矢高测量曲率半径的计算公式，计算眼镜片的曲率半径；

$R=\frac{K^2}{2h}+\frac{h}{2}\±r$                 ①

式中：R为曲率半径，K为2个定位针3之间的距离的一半(相当于定位针3到中心测针2的距离)，h为测量到的矢高位移量；r为定位测针前端面的半球形的半径。参见图4。

3、当已知折射率，需要计算眼镜片的屈光度时：

D＝(n-1)/(R_(外)-R_(内))              ②

式中：D为屈光度，R_(外)、R_(内)为镜片外、内两面曲率半径，n为眼镜片的折射率。

4、当已知屈光度，需要计算眼镜片的折射率时：

n＝D×(R_(外)-R_(内))+1              ③

式中：n为眼镜片的折射率，D为屈光度，R_(外)、R_(内)为镜片外、内两面曲率半径。

上述公式①-③存储在微控制器内部，当位移传感器测量出眼镜片的矢高位移量h时，即可以根据相应的公式直接获得眼镜片的曲率半径、屈光度和折射率等参数，而无需进行繁琐的转换运算。

为了获得更高的测量精度，2个定位针3的测量端的前端面均为规则的半球形，且这2个的半球形的尺寸和形状完全一致。传统的机械式镜度表采用的测球半径一般为0.6mm，两定位球跨度一般为15mm，这样做的目的是减少线性的齿轮传动机构与非线性的计算公式之间的误差，但它带来了定位针3的测球半径较小容易划伤镜片的问题。而本实用新型由于有微控制器计算功能的引入，不仅使数显镜度表的零位调整更简便；还可采用更大的测球半径，以减少了测球划伤镜片的几率；两定位球的跨距也可以适当缩小以减少非球面镜的测量误差。在本实用新型中，中心测针2和2个定位针3的测量端的前端面的半球半径r介于0.6mm～1.5mm之间。2个定位针3之间的距离2K介于10mm～15mm之间。在本实用新型优选实施例中，中心测针2和2个定位针3的测量端的前端面的半球半径r为1mm。2个定位针3之间的距离2K为15mm。

根据矢高位移值换算的相关公式，可以推算出容栅位移传感器的测量范围至少2.3mm，精度至少要达到±0.01mm，但常规的容栅位移传感器的精度只有±0.02mm，因此本实用新型采用减小容栅位移传感器节距的方式来提高其测量精度，结合镜度表的测量范围和精度要求，将本实用新型的容栅位移传感器的节距T设置在1.2mm～2.6mm之间，与之相应的是，当容栅位移传感器的驱动电路为8路驱动电路时，容栅位移传感器的定栅尺4-1的节距设置在0.15mm～0.325mm之间。根据上述两定位针3之间的距离2K和测头部小球半径r的取值，结合镜度表的测量范围和精度要求，本实用新型优选实施例 中，容栅位移传感器的动栅尺4-2的节距设置为2.54mm，与之相配合的是定栅尺4-1的节距也相应设置成2.54/8＝0.3175mm。

Claims (10)

1.一种数显镜度表，其特征在于：主要由外壳(1)、中心测针(2)、2个定位针(3)、位移传感器、微控制器、显示屏(5)和按键(6)组成；位移传感器和微控制器置于外壳(1)的内腔中，显示屏(5)与按键(6)嵌设在外壳(1)上；中心测针(2)的测量端从外壳(1)的内部活动伸出至外壳(1)的外部；2个定位针(3)固定在外壳(1)上，且以中心测针(2)为中心呈左右对称设置；位移传感器的输入端与中心测针(2)的驱动端相连，位移传感器的输出端与微控制器相连；微控制器连接显示屏(5)和按键(6)。

2.根据权利要求1所述的一种数显镜度表，其特征在于：位移传感器为容栅位移传感器，该容栅位移传感器包括振荡电路、分频电路、数据处理电路、鉴相与计算电路、解调放大电路、驱动电路、定栅尺(4-1)和动栅尺(4-2)；振荡电路的输出端与分频电路的输入端相连；分频电路的输出端分别与数据处理电路、鉴相与计算电路、解调放大电路和驱动电路的控制端相连；驱动电路的输出端连接定栅尺(4-1)；中心测针(2)的驱动端与动栅尺(4-2)固连，中心测针(2)的运动带动动栅尺(4-2)在定栅尺(4-1)的相对位置上滑动；定栅尺(4-1)的输出端与解调放大电路的输入端相连，解调放大电路的输出端与数据处理电路的输入端相连，数据处理电路的输出端与微控制器的输入端相连。

3.根据权利要求2所述的一种数显镜度表，其特征在于：外壳(1)内设有一个动栅安装组件，该动栅安装组件包括动栅座(1-1)、动栅框架(1-2)和弹簧(1-3)；动栅座(1-1)滑动嵌设在动栅框架(1-2)与定栅尺(4-1)组成的滑道腔内；动栅座(1-1)的内表面和动栅框架(1-2)的内表面通过弹簧(1-3)相连；动栅尺(4-2)固定在动栅座(1-1)的外表面，中心测针(2)固定在动栅座(1-1)的下部，2个定位针(3)固定在动栅框架(1-2)的下部。

4.根据权利要求2所述的一种数显镜度表，其特征在于：振荡电路、分频电路、数据处理电路、鉴相与计算电路、解调放大电路、驱动电路和定栅尺(4-1)印制在同一块线路板上。

5.根据权利要求2～4中任意一项所述的一种数显镜度表，其特征在于：容栅位移传感器的动栅尺(4-2)的节距设置在1.2mm～2.6mm之间。

6.根据权利要求5所述的一种数显镜度表，其特征在于：容栅位移 传感器的驱动电路为8路驱动电路。

7.根据权利要求6所述的一种数显镜度表，其特征在于：容栅位移传感器的定栅尺(4-1)的节距设置在0.15mm～0.325mm之间。

8.根据权利要求1所述的一种数显镜度表，其特征在于：2个定位针(3)的测量端的前端面均为规则的半球形，且这2个的半球形的尺寸和形状完全一致。

9.根据权利要求8所述的一种数显镜度表，其特征在于：2个定位针(3)的测量端的前端面的半球半径介于0.6mm～1.5mm之间。

10.根据权利要求1所述的一种数显镜度表，其特征在于：2个定位针(3)之间的距离介于10mm～15mm之间。