專利名稱：一種精密長(zhǎng)度測(cè)量方法及通用表頭的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種以應(yīng)用電或電磁的方法為特征的長(zhǎng)度測(cè)量方法及實(shí)施這種方法的通用表頭。通過(guò)電感傳感器將位移量變?yōu)槊}沖頻率變化，然后將頻率變化再轉(zhuǎn)變?yōu)槲灰屏?，并顯示。本發(fā)明尤其適合于大批量比較測(cè)量之用。
國(guó)內(nèi)外以電或電磁的方法為特征的用于批量比較測(cè)量的方法的基本思想普遍是位移量經(jīng)磁芯棒體的移動(dòng)變?yōu)殡姼辛康淖兓瘋鹘o交流電橋，電橋的差動(dòng)輸出，經(jīng)交流放大，相敏整流，直流放大等環(huán)節(jié)轉(zhuǎn)變?yōu)殡妷耗M量。然后，或經(jīng)模數(shù)轉(zhuǎn)換變?yōu)閿?shù)字量，或用指針式儀表變?yōu)閿?shù)字量輸出。例如專利號(hào)90212416.1的專利公開(kāi)了一種使用這種方法的電子卡規(guī)，這種傳統(tǒng)的方式有以下幾個(gè)方面的缺點(diǎn)1、元件數(shù)目多，環(huán)節(jié)多，其倍率和線性的調(diào)整和元件的搭配篩選都有極嚴(yán)的要求，因此，不適于大批量生產(chǎn)，且價(jià)格昂貴，推廣應(yīng)用困難;
2、電路所需體積較大，不便于同塞規(guī)或卡規(guī)直接裝為一體;
3、其測(cè)量范圍隨分辯率的不同而變，一般其測(cè)量范圍較小，因而，它們對(duì)塞規(guī)和卡規(guī)的機(jī)械本體的加工精度和對(duì)標(biāo)準(zhǔn)件的尺寸精度都有較苛刻的要求;
4、一般難以做成多通道，對(duì)多相關(guān)量的測(cè)量難以實(shí)現(xiàn)。
專利號(hào)為88212744的專利則給出了一種具有差動(dòng)結(jié)構(gòu)，采用差動(dòng)調(diào)頻方式結(jié)合單片機(jī)處理數(shù)據(jù)的測(cè)量?jī)x器，它在測(cè)量精度及穩(wěn)定性方面比前者進(jìn)步了一些，但由于脈沖信號(hào)需經(jīng)過(guò)整形、放大等環(huán)節(jié)，元件數(shù)目多，電路部分體積大，不便于同用于批量測(cè)量的塞規(guī)和卡規(guī)直接裝為一體，使用不方便。且其測(cè)量時(shí)整機(jī)工作，功耗較大，不適于用干電池供電。
本發(fā)明的目的是提供一種能使測(cè)量電路元件極少，電路部分體積小，功耗極低的測(cè)量方法，并給出實(shí)施這種方法的通用表頭，該通用表頭能方便地直接裝在常規(guī)塞規(guī)或卡規(guī)上，且測(cè)量范圍大，精度高，抗干擾能力強(qiáng)，穩(wěn)定性好，特別適合于車(chē)間里重復(fù)測(cè)量大批量工件。
本發(fā)明依然采用電感傳感器將位移量變?yōu)槊}沖頻率變化，然后將頻率變化再轉(zhuǎn)變?yōu)槲灰屏?，并顯示的測(cè)量方法，本發(fā)明的特征是采用電感傳感器的電感L、電阻R的R、L積分定時(shí)方式結(jié)合訊號(hào)放大和反饋環(huán)節(jié)組成方波振蕩源將位移量變?yōu)槊}沖頻率的變化，使用低功耗單片機(jī)結(jié)合這種振蕩源，利用低功耗單片機(jī)的“等待狀態(tài)”實(shí)現(xiàn)測(cè)量(計(jì)頻)，即測(cè)量時(shí)，低功耗單片機(jī)一個(gè)定時(shí)計(jì)數(shù)器實(shí)現(xiàn)精確定時(shí)，一個(gè)定時(shí)計(jì)數(shù)器作為頻率計(jì)數(shù)。實(shí)施上述方法的通用表頭有兩個(gè)核心元件一個(gè)是振蕩源，另一個(gè)是低功耗單片計(jì)算機(jī)。與低功耗單片機(jī)聯(lián)接的還有復(fù)位電路和復(fù)位鍵，鎖存譯碼單元和由其控制的液晶顯示器，判別或分組燈組以及功能鍵。所說(shuō)的振蕩源是一個(gè)由多諧振蕩器(實(shí)現(xiàn)訊號(hào)放大和反饋)，若干傳感器，聯(lián)接在多諧振蕩器與傳感器間的電阻R1、R2，電容C以及模擬切換開(kāi)關(guān)組成的方波振蕩源。低功耗單片機(jī)的其中一支腳與振蕩源的多諧振蕩器相連，另兩支腳與模擬切換開(kāi)關(guān)聯(lián)接;精密穩(wěn)壓源為整機(jī)提供高穩(wěn)定性電源。
本發(fā)明利用電感傳感器傳遞位移的脈沖振蕩源，不需要對(duì)脈沖信號(hào)進(jìn)行整形等環(huán)節(jié);利用低功耗單片機(jī)的“等待狀態(tài)”進(jìn)行測(cè)量，在測(cè)量過(guò)程中，單片機(jī)不運(yùn)行程序，且其它大多數(shù)元件也處于靜止?fàn)顟B(tài)，因而本發(fā)明的方法具有以下優(yōu)點(diǎn)1、可使元件數(shù)目極少，環(huán)節(jié)單一，不存在元件的搭配問(wèn)題，控制、運(yùn)算、判別均通過(guò)單片機(jī)編程實(shí)現(xiàn)，裝配簡(jiǎn)單，調(diào)整方便，功能靈活，適用范圍廣。
2、電路部分所需裝配體積小，易于同塞規(guī)、卡規(guī)直接裝為一體。
3、其功耗極小，測(cè)量轉(zhuǎn)換部分的電路所需電流小于0.3mA，整機(jī)電流不大于2mA，且不隨通道的增多而加大電流，因此可用于電池供電。
4、其抗干擾能力極強(qiáng)，穩(wěn)定性好，測(cè)量誤差可以做到小于±0.005微米。
5、其測(cè)量范圍不隨分辯率的變化而變，測(cè)量范圍大。若采用DGC-8ZG型傳感器(中原量?jī)x廠生產(chǎn))，測(cè)量范圍為±450微米，對(duì)塞規(guī)和卡規(guī)機(jī)械本體的加工精度要求可低些，尤其對(duì)標(biāo)準(zhǔn)件的實(shí)際尺寸相對(duì)于名義尺寸的偏差，可較大范圍地放寬，給實(shí)際應(yīng)用帶來(lái)方便，可降低機(jī)械部分的成本。
6、在多相關(guān)量的測(cè)量應(yīng)用場(chǎng)合，可掛上多只傳感器實(shí)現(xiàn)。
7、有各種故障診斷功能，給使用維護(hù)帶來(lái)方便。
下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說(shuō)明

圖1本發(fā)明通用表頭的結(jié)構(gòu)方框圖;
圖2振蕩源電路圖;
圖3本發(fā)明一個(gè)應(yīng)用實(shí)例圖;
圖4為圖3實(shí)施例單片機(jī)CPU單元電原理圖;
圖5為圖3實(shí)施例顯示單元電原理圖;
圖6微功耗精密穩(wěn)壓源電路圖;
圖7主程序流程圖;
圖8零點(diǎn)漂移修正子程序的流程圖;
圖9測(cè)量子程序流程圖。
圖1中1-振蕩源、2-低功耗單片機(jī)、3-復(fù)位電路、4-鎖存譯碼驅(qū)動(dòng)單元、5-液晶顯示器、6-判別或分組燈、7-功能鍵、11-精密穩(wěn)壓源、12-音響告警。
圖2中振蕩源1由8-多諧振蕩器、9-若干傳感器、10-模擬切換開(kāi)關(guān)，電阻R1、R2，電容C組成。
圖3中是本發(fā)明和塞規(guī)裝在一起時(shí)的應(yīng)用實(shí)例。其中13-表頭、14-手把、15-彈性體、16-磁芯棒、17-寶石觸頭、18-導(dǎo)套、19-線圈、20-基體。
實(shí)施例如圖3、圖4、圖5、圖6所示。
該實(shí)施例中本發(fā)明與常規(guī)塞規(guī)連為一體，其中低功耗單片機(jī)2可采用87C51芯片或采用80C31芯片加掛程序存儲(chǔ)器，多諧振蕩器8采用CD4047，模擬開(kāi)關(guān)10選用4通道CD4052。其它元件及參數(shù)如圖。
低功耗單片機(jī)2程序存儲(chǔ)單元預(yù)先置入有各種功能程序模塊和常數(shù)。比如說(shuō)控制模擬切換開(kāi)關(guān)10的程序，傳感器倍率、線性調(diào)整程序，標(biāo)準(zhǔn)環(huán)規(guī)對(duì)應(yīng)測(cè)量點(diǎn)的偏差尺寸和合格指標(biāo)等數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)，零點(diǎn)飄移修正程序，定時(shí)中斷服務(wù)程序，運(yùn)算程序，故障診斷程序等等。
測(cè)量前，需對(duì)表頭每一傳感器做一次倍率和線性的調(diào)整測(cè)定，并確定對(duì)應(yīng)的線性修正方程。倍率和線性調(diào)整借助精密微動(dòng)臺(tái)架和預(yù)先置入單片機(jī)2的傳感器倍率、線性調(diào)整程序完成。調(diào)整原理是對(duì)某一通道某一傳感器，給出若干確定的位移量，測(cè)量其相應(yīng)的頻率變化，倍率和線性調(diào)整程序會(huì)根據(jù)這組數(shù)據(jù)確定涉及倍率和線性的所有參數(shù)，并確定線性修正方程，以備測(cè)量時(shí)根據(jù)某一測(cè)量值的頻率變化，用已確定好的方程換算出位移量的數(shù)值。
合格指標(biāo)的數(shù)據(jù)，標(biāo)準(zhǔn)環(huán)規(guī)的偏差尺寸可以在用戶訂貨時(shí)提供，連同所有其它可編程的數(shù)據(jù)，一次固化于單片機(jī)中。
在每一次使用之前，首先將塞規(guī)插入標(biāo)準(zhǔn)環(huán)規(guī)測(cè)取基準(zhǔn)數(shù)據(jù)，測(cè)畢，取出塞規(guī)，儀器會(huì)自動(dòng)測(cè)取塞規(guī)空閑時(shí)的基準(zhǔn)值。為了保持該基準(zhǔn)值不變，在塞規(guī)每次插入工件進(jìn)行測(cè)量之前，單片機(jī)總利用這段測(cè)量前空閑時(shí)間不斷重復(fù)執(zhí)行零點(diǎn)漂移修正程序。主程序流程圖如圖7所示，零點(diǎn)漂移修正的流程圖如圖8所示。
當(dāng)塞規(guī)的導(dǎo)套18插入工件時(shí)，寶石觸頭17被壓縮，引起磁芯棒16相對(duì)線圈19產(chǎn)生移動(dòng)，多諧振蕩器CD4047的1、2腳間的電感產(chǎn)生變化，從而13腳輸出的方波脈沖頻率產(chǎn)生變化，這個(gè)脈沖訊號(hào)由單片機(jī)2的計(jì)數(shù)器計(jì)頻。低功耗單片機(jī)采用“等待方式”計(jì)頻，其流程圖如圖9所示。
取得測(cè)量值后，由單片機(jī)2中倍率，線性調(diào)整程序，將對(duì)應(yīng)傳感器的測(cè)量值轉(zhuǎn)變?yōu)槲灰茢?shù)字量;然后用測(cè)量值減去標(biāo)準(zhǔn)環(huán)規(guī)的偏差值和測(cè)環(huán)規(guī)時(shí)的基準(zhǔn)值，并將其與給定判別指標(biāo)比較，得到比較結(jié)果。最后將測(cè)量數(shù)據(jù)送顯示器5顯示，將判別結(jié)果送判別指示燈組6，至此完成一個(gè)測(cè)量周期。
對(duì)多相關(guān)量的測(cè)量，可以掛多只傳感器實(shí)現(xiàn)。例如掛三只或四只傳感器時(shí)，使用控制模擬開(kāi)關(guān)的程序，依次測(cè)出每個(gè)通道的測(cè)量值，再經(jīng)過(guò)單片機(jī)程序處理，得到所需的多相關(guān)量的結(jié)果。
本發(fā)明和卡規(guī)配合時(shí)，使用原理完全相同不再輟述。
權(quán)利要求
1.一種精密長(zhǎng)度的測(cè)量方法，采用通過(guò)電感傳感器將位移量變?yōu)槊}沖頻率變化，再將頻率變化轉(zhuǎn)變?yōu)槲灰屏坎@示的測(cè)量方法，其特征是采用電感傳感器的電感L、電阻R的R、L積分定時(shí)方式結(jié)合訊號(hào)放大和反饋環(huán)節(jié)組成方波振蕩源將位移量變?yōu)槊}沖頻率的變化；使用低功耗單片機(jī)結(jié)合這種振蕩源，利用低功耗單片機(jī)的“等待狀態(tài)”實(shí)現(xiàn)測(cè)量(計(jì)頻)，測(cè)量時(shí)，單片機(jī)一個(gè)定時(shí)計(jì)數(shù)器實(shí)現(xiàn)精確定時(shí)，一個(gè)定時(shí)計(jì)數(shù)器實(shí)現(xiàn)頻率計(jì)數(shù)。
2.一種實(shí)施權(quán)利要求1所述的精密長(zhǎng)度測(cè)量方法的通用表頭，其特征是有兩個(gè)核心元件，一個(gè)是振蕩源1，另一個(gè)是低功耗單片計(jì)算機(jī)2，與單片機(jī)2聯(lián)接的還有復(fù)位電路3和復(fù)位鍵，鎖存譯碼單元4和由其控制的液晶顯示器5，判別或分組發(fā)光燈組6以及功能鍵7，所說(shuō)的振蕩源1是一個(gè)由一個(gè)多諧振蕩器8，若干傳感器9，聯(lián)接在多諧振蕩器8與傳感器9間的電阻R1、R2，電容C以及模擬切換開(kāi)關(guān)10組成的方波振蕩源，單片機(jī)2的其中一支腳與振蕩源1的多諧振蕩器8相聯(lián)，另有兩支腳與模擬切換開(kāi)關(guān)10聯(lián)接;精密穩(wěn)壓源11為整機(jī)提供高穩(wěn)定性電源。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的長(zhǎng)度測(cè)量的通用表頭，其特征是低功耗單片機(jī)采用87C51芯片。
4.根據(jù)權(quán)利要求2或3所述的長(zhǎng)度測(cè)量的通用表頭，其特征是多諧振蕩器采用CD4047。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種精密測(cè)長(zhǎng)方法及實(shí)施該方法的通用表頭。本發(fā)明是在常規(guī)電磁測(cè)量方法中，采用電感傳感器的電感L，電阻R的R、L積分定時(shí)方式，結(jié)合訊號(hào)放大和反饋環(huán)節(jié)組成方波振蕩源將位移量變?yōu)槊}沖頻率的變化；使用低功耗單片機(jī)結(jié)合這種振蕩源，利用低功耗單片機(jī)的“等待狀態(tài)”實(shí)現(xiàn)測(cè)量。使用該測(cè)長(zhǎng)方法的通用表頭具有電路元件數(shù)目少，體積小，功耗極低的特點(diǎn)，可以和常規(guī)塞規(guī)，卡規(guī)裝為一體，特別適合于車(chē)間里批量測(cè)量之用，且表頭本身也適合于大批量生產(chǎn)。
文檔編號(hào)G01B7/02GK1073761SQ92110040
公開(kāi)日1993年6月30日 申請(qǐng)日期1992年9月2日 優(yōu)先權(quán)日1992年9月2日
發(fā)明者霍木林 申請(qǐng)人:霍木林