CN106643495B - 一种电子扫描式的尺寸测量装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于仪器领域，具体涉及一种电子扫描式的尺寸测量装置及方法。包括光信号发射阵列和板子，板子上等间距开设有N+1个信号发射孔，板子的正面设有N+1条相互平行的刻度线，每个信号发射孔对应一条刻度线；光信号发射阵列包括N+1个光信号发射原件，光信号发射原件设置在板子的背面，每个信号发射孔对应一个光信号发射元件且光信号发射元件发射的光信号从信号发射孔中射出，在板子正面的上方设置有能够接收所有光信号发射元件从光信号发射孔射出的光信号的光信号接收器；光信号发射阵列接入信号发射器电路，光信号接收器将接收到的光信号进行解码和处理并得到被测量物件的尺寸。本发明是对测量方式的补充和丰富，测量一致性好，方便快捷，效率高。
Description
【技术领域】
本发明属于仪器领域，具体涉及一种电子扫描式的尺寸测量装置及方法。
【背景技术】
生活中的常见的尺寸测量方法有以下几种：用尺子直接测量，人工读数；将被测物体固定，用可移动的扫描头，顺着被测物，进行移动扫描，从而自动测量出被测物的尺寸；用投影的方式进行测量；用光的发射-反射历经的时间，来测量长度尺寸等。
本发明是对测量方式的一种补充和丰富，本发明是运用电子扫描方式测量，测量过程无需机械移动部件，测量读数无需人工参与，***自动显示被测物体的尺寸读数。测量一致性好，并且测量过程方便快捷，效率高。
【发明内容】
为解决现有技术中存在的问题，本发明的目的在于提供一种电子扫描式的尺寸测量装置及方法，通过该装置测量时，测量读数无需人工参与，***自动显示被测物体的尺寸读数，测量结果排除了人为读数的影响，测量一致性好，并且测量过程方便快捷。
一种电子扫描式的尺寸测量装置，包括光信号发射阵列和板子，板子上等间距开设有N+1个信号发射孔，板子的正面设有N+1条相互平行的刻度线，每个信号发射孔对应一条刻度线，刻度线依次由0至N编号；
光信号发射阵列包括N+1个光信号发射元件，光信号发射元件设置在板子的背面，每个信号发射孔对应一个光信号发射元件且光信号发射元件发射的光信号从信号发射孔中射出，在板子正面的上方设置有能够接收所有光信号发射元件从光信号发射孔射出的光信号的光信号接收器；
光信号发射阵列接入能够为每个光信号发射元件进行编码和控制所有光信号发射元件逐次发射光信号的信号发射器电路，光信号接收器能够将接收到的光信号进行解码和处理并得到被测量物件的尺寸。
所述刻度线的间距不大于被测量物件尺寸公差带的一半。
所述信号发射器电路包括：
编码扫描电路，用于对光信号发射阵列中的每个光信号发射元件进行编码，并向光信号发射阵列发送扫描驱动信号；
驱动电路，根据编码扫描电路发送的扫描驱动信号驱动光信号发射阵列发射光信号；
电源电路，用于向编码扫描电路和驱动电路供电。
所述光信号接收器包括信号接收器电路，信号接收器电路包括：
光信号接收电路，用于接收光信号发射元件发出的光信号，并且将光信号转换成数字电信号；
处理器，对光信号接收电路输出的数字电信号进行解码，并进行被测量物件的长度计算；
电源电路，用于向光信号接收电路和处理器供电。
所述处理器上连接有显示电路，显示电路上连接有显示器。
一种电子扫描式的尺寸测量方法，包括如下步骤：
步骤一，将被测量物件放在板子上，使被测量物件遮挡住信号发射孔；
步骤二，信号发射电路为每个光信号发射元件进行编码并控制所有光信号发射元件逐次发射光信号；
步骤三，光信号接收器逐个接收光信号发射元件发出的光信号，然后将接收到的光信号进行解码和处理并得到被测量物件的尺寸。
所述步骤三中，每个没有被被测量物件遮挡的光信号都会被光信号接收器接收到，在一个扫描过程完毕之后，光信号接收器根据接收到的光信号组得到未接收到光信号的光信号发射元件的编码信息，并根据未接收到光信号的光信号发射元件的编码信息计算被测量物件被测部位的尺寸。
所述步骤二中，信号发射电路为每个光信号发射元件进行编码的编码结构为：
头标志+刻度编号+刻度代码+CRC16校验码，
其中：头标志为每个完整编码的开始标志，是一个4字节的固定二进制数；
刻度编号：为从0刻度到N刻度编号分别用0到N号自然数进行编码，每个刻度编号都对应一个光信号发射元件；
刻度代码：用一个字节表示，低四位表示刻度单位，高四位表示刻度数值；
CRC16校验码：为头标志+刻度编号+单位刻度代码中从第一个字节开始的所有的字节，按照顺序，做CRC16校验后得到的16位校验值。
所述步骤三中，光信号接收器依次接收到光信号发射元件的光信号后，对每个光信号的编码进行验证，如果验证无误，则计算被测量物件的尺寸，计算过程如下：
{(最小刻度×缺失段连续的光信号个数)+[最小刻度×(缺失段之后接收到的第一个刻度编号-缺失段之前接收到的最后一个刻度编号)]}÷2。
所述光信号接收器对每个光信号的编码进行验证的过程如下：
首先，验证编码的前四个字节是否是头标志，如果是，则从编码中第一个字节开始到倒数第3个字节做CRC16校验，如果校验值和编码中的最后两个字节相等，则说明该编码完整无误；
如果数据包有任何错误，则光信号接收器发出错误提示。
与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：
本发明通过在板子上等间距开设有N+1个信号发射孔，在板子的正面设置N+1条相互平行的刻度线，每个信号发射孔对应一条刻度线，刻度线依次由0至N编号；光信号发射元件设置在板子的背面，每个信号发射孔对应一个光信号发射元件且光信号发射元件发射的光信号从信号发射孔中射出，在板子正面的上方设置有能够接收所有光信号发射元件从光信号发射孔射出的光信号的光信号接收器；光信号发射阵列接入能够为每个光信号发射元件进行编码和控制所有光信号发射元件逐次发射光信号的信号发射器电路，光信号接收器能够将接收到的光信号进行解码和处理并得到被测量物件的尺寸，在测量被测量物件时，将被测量物件放在板子上，使被测量物件遮挡住信号发射孔，再由信号发射电路为每个光信号发射元件进行编码并控制所有光信号发射元件逐次发射光信号，光信号接收器逐个接收光信号发射元件发出的光信号，然后将接收到的光信号进行解码和处理并得到被测量物件的尺寸，在计算被测量物件的尺寸时，由于被测量物件的遮挡，处于被测量物件下方的发射孔被堵住，从这些发射孔发射的光信号无法到达光信号接收器，光信号接收器就可以根据未被接收到的信号，结合相邻两个发射孔之间的距离，计算出被测量物件的尺寸。
进一步的，本发明的刻度线的间距不大于被测量物件尺寸公差带的一半，因此在测量时能够保证被测量物件测量尺寸的精度。
进一步的，通过设置显示器，能够使得测量结果及时显示，方便记录和观看。
【附图说明】
图1为本发明的测量装置的结构示意图；
图2为本发明的测量装置测量被测量物件时的示意图；
图3为本发明的板子上的刻度的局部示意图；
图4为本发明的电路及功能框图。
其中，1-板子，2-信号发射孔，3-光信号发射元件，3-1-光信号，4-光信号接收器，5-被测量物件，6-刻度线。
【具体实施方式】
下面结合附图来对本发明作进一步的说明。
如图1至图4所示，本发明的电子扫描式的尺寸测量装置，包括光信号发射阵列和板子1，板子1上等间距开设有N+1个信号发射孔2，板子1的正面设有N条相互平行的刻度线6，每个信号发射孔2对应一条刻度线，刻度线依次由0至N编号，刻度线的间距X不大于被测量物件5尺寸公差带的一半；
光信号发射阵列包括N+1个光信号发射元件3，光信号发射元件3设置在板子1的背面，每个信号发射孔2对应一个光信号发射元件3，且光信号发射元件3发射的光信号从信号发射孔2中射出，在板子1正面的上方设置有能够接收所有光信号发射元件3从光信号发射孔2射出的光信号的光信号接收器4；
光信号发射阵列是接入能够为每个光信号发射元件3进行编码和控制所有光信号发射元件逐次发射光信号的信号发射器电路，光信号接收器4能够将接收到的光信号进行解码和计算并显示被测量物件5的尺寸；
如图4所示，信号发射器电路包括：编码扫描电路，用于对光信号发射阵列中的每个光信号发射元件3进行编码，并向光信号发射阵列发送扫描驱动信号；驱动电路，根据编码扫描电路发送的扫描驱动信号驱动光信号发射阵列发射光信号；电源电路，用于向编码扫描电路和驱动电路供电。
光信号接收器4包括信号接收器电路，信号接收器电路包括：光信号接收电路，用于接收光信号发射元件3发出的光信号，并且将光信号转换成数字电信号；处理器，对光信号接收电路输出的数字电信号进行解码，并进行被测量物件的长度计算；电源电路，用于向光信号接收电路和处理器供电；处理器上连接有显示电路，显示电路上连接有显示器。
通过本发明的测量装置测量被测量物件5的带测量部位时，测量过程包括如下步骤：
步骤一，将被测量物件5放在板子1上，使被测量物件5遮挡住信号发射孔；
步骤二，信号发射电路为每个光信号发射元件3进行编码并控制所有光信号发射元件逐次发射光信号，信号发射电路为每个光信号发射元件3进行编码的编码结构为：头标志+刻度编号+刻度代码+CRC16校验码，其中：头标志为每个完整编码的开始标志，是一个4字节的固定二进制数；刻度编号：为从0刻度到N刻度编号分别用0到N号自然数进行编码，每个刻度编号都对应一个光信号发射元件3；刻度代码：用一个字节表示，低四位表示刻度单位，高四位表示刻度数值；CRC16校验码：为头标志+刻度编号+单位刻度代码中从第一个字节开始(包含第一个字节)的所有的字节，按照顺序，做CRC16校验后得到的16位校验值；
步骤三，光信号接收器4逐个接收光信号发射元件3发出的光信号，每个没有被被测量物件5遮挡的光信号都会被光信号接收器4接收到，在一个扫描过程完毕之后，光信号接收器4根据接收到的光信号组得到未接收到光信号的光信号发射元件的编码信息；
然后对每个光信号的编码进行验证，验证时，首先，验证编码的前四个字节是否是头标志，如果是，则从编码中第一个字节(包含第一个字节)开始到倒数第3个字节(包含第三个字节)做CRC16校验，如果校验值和编码中的最后两个字节相等，则说明该编码完整无误，如果数据包有任何错误，则光信号接收器4发出错误提示；
当验证无误时，再根据未接收到光信号的光信号发射元件的编码信息计算被测量物件5被测部位的尺寸，计算过程如下：
{(最小刻度×缺失段连续的光信号个数)+[最小刻度×(缺失段之后接收到的第一个刻度编号-缺失段之前接收到的最后一个刻度编号)]}÷2。
本发明的原理说明：
如图1所示，在板1的下方，贴有光信号发射元件3，每隔X毫米一个，一共有N+1个。每个光信号元件3发出的光信号3-1都可以通过信号发射孔2发射出去。在光信号3-1的发射方向上，设有光信号接收器4，光信号接收器4可接收到所有光信号发射元件发射出来的光信号。
如图2所示，测量时，所有的光信号发射元件都是按照顺序逐次向外部发射光学信号的，光信号接收器会逐次接收到每个光信号发射元件发射的光学信号，当被测量物件5被放置在板子1上后，由于被测量物件5的遮挡，处于被测量物件下方的信号发射孔被堵住，从这些发射孔发射的光信号无法到达光信号接收器，所以，光信号接收器就可以根据未被接收到的光信号，并结合被测量物件5两侧的两个发射孔之间的距离，计算出被测量物件被测部位的尺寸。
刻度设计，如图3和图1所示，在板材1上，按照规定的间隔距离(在此设该值为X)，在一条直线上，设计N+1个信号发射孔。
如图2和图3所示，在测量时，相邻刻度线之间的间距即刻度的最小分度值应不大于被测量物件5的公差带的一半，这样使得被测量物件5的测量尺寸满足精度要求，为了适应对不同规格及不同精度要求的被测量物件，本发明板子上的信号发射孔和刻度线的间距以及板子总长可以设置成不同规格，在测量被测量物件5的尺寸时，根据其尺寸的大小及精度的要求选择合适规格的测量装置进行测量即可。如图4所示，为本发明的电路及功能框图：
在光信号发射器电路中，各单元电路的功能如下：
1)电源电路是为光信号发射器中的光信号发射元件阵列电路和编码扫描电路供电的电路；
2)编码扫描电路是对光信号发射阵列电路中的每个光发射元件进行编码，并且产生光发射元件的扫描驱动信号的电路；
3)光信号发射元件阵列电路是指，按照一定间距，直线排列起来的光信号发射元件阵列，以及这些光信号发射元件的驱动电路。
在信号接收器电路中，各单元功能如下：
1)光信号接收电路，是接收光信号发射元件发出的光信号，并且将其转换成数字电信号的电路；
2)处理器，对光信号接收电路输出的数字信号进行解码，并根据解码到的所有信息进行被测物的长度计算，然后将计算出的结果数值，经显示驱动程序产生驱动信号，用该驱动信号去控制外部显示电路显示的内容；
3)显示电路，是具备显示数值的器件和其驱动电路组成的功能单元电路，其主要功能就是将处理器产生的驱动信号，经过驱动电路，送到显示器件，在显示器件上显示出数值。
本发明的扫描方法：所有的光信号发射元件都接入光信号发射元件的驱动电路，每个光信号发射元件都有唯一的编码与之相对应，从第一个光信号发射元件的编码到最后一个光信号发射元件的编码，整个编码是顺序并有规律的连续过程；
电路在工作时，先从第一个光信号发射元件开始发射编码信号，然后，再从第二个光信号发射元件发射编码信号，按照次序，依次类推，直到从最后一个光信号发射元件将编码信号发射完毕，算是一次扫描过程。为了避免相互干扰，扫描过程中每次只能从一个信号发射元件发射编码信号，其它信号发射元件都不发信号。
编码设计：
光信号发射元件发射的编码结构设计如下：
头标志+刻度编号+刻度代码+CRC16校验码
头标志：每个完整编码的开始标志，该标志是一个4字节的固定二进制数0xAAAAAAAA；
刻度编号：从0刻度到N刻度编号分别用0到N号自然数进行编码，例如：第0个刻度的编号为0，第124个刻度的编码为123，每个刻度编号都对应一个光信号发射元件。
单位刻度代码：用一个字节表示，低四位表示刻度单位，高四位表示刻度数值，例如代码(二进制)00101000，可做如下解读：
该公式的意思是：单位刻度的单位长度X是2厘米。
刻度代码低四位(刻度单位)的含义如表1所示：
表1
| 刻度代码低四位(二进制) | 长度单位 |
| 0000～1001 | 保留 |
| 1010 | 0.5毫米 |
| 1011 | 1毫米 |
| 1100 | 1厘米 |
| 1101～1111 | 保留 |
刻度代码高四位(刻度数值)的意义如表2所示：
表2
| 代码低四位(二进制) | 数值 |
| 0000 | 0 |
| 0001 | 1 |
| 0010 | 2 |
| 0011 | 3 |
| 0100 | 4 |
| 0101 | 5 |
| 0110 | 6 |
| 0111 | 7 |
| 1000 | 8 |
| 1001 | 9 |
| 1010 | 10 |
| 1011 | 11 |
| 1100 | 12 |
| 1101 | 13 |
| 1110 | 14 |
| 1111 | 15 |
CRC16校验码：“头标志+刻度编号+单位刻度代码”中从第一个字节开始(包含第一个字节)的所有的字节，按照顺序，做CRC16校验后得到的16位校验值，CRC16校验方法资料很多，在此不做讲解。
测量数值计算
在测量时，每个没有被物体遮挡的信号，都会被信号接收器接收到，信号接收器会根据接收到的信号组，得知在一个扫描过程完毕之后，哪些信号发射元件发射的编码信号没有被接收到，从而可以确定这些信号被被测物件遮挡住了。
如图2所示，0号刻度(对应的0号信号发射元件)到N号刻度(对应的N号信号发射元件)，依次发射出来的刻度编码数据包分别如表3所示：
表3
| 刻度编号(光发射元件编号) | 刻度编码数据包 |
| 0 | 0xAA 0xAA 0xAA 0xAA 0x00 0x1B 0x41 0xFA |
| 1 | 0xAA 0xAA 0xAA 0xAA 0x01 0x1B 0x40 0x6A |
| 2 | 0xAA 0xAA 0xAA 0xAA 0x03 0x1B 0x41 0x0A |
| 3 | 0xAA 0xAA 0xAA 0xAA 0x04 0x1B 0x43 0x3A |
| 4 | 0xAA 0xAA 0xAA 0xAA 0x05 0x1B 0x42 0xAA |
| 5 | 0xAA 0xAA 0xAA 0xAA 0x06 0x1B 0x42 0x5A |
| 6 | 0xAA 0xAA 0xAA 0xAA 0x07 0x1B 0x43 0xCA |
| 7 | 0xAA 0xAA 0xAA 0xAA 0x08 0x1B 0x46 0x3A |
| … | … |
| … | … |
| … | … |
| N | 0xAA 0xAA 0xAA 0xAA 0x0N 0x1B…… |
表3
假设单位刻度X为1mm，以十六进制表示，信号接收器能接收到的编码数据如表4所示：
表4
光信号接收器能接收到刻度的编码后，对每个编码数据包进行验证，首先，验证前四个字节是否是头标志0xAA0xAA0xAA 0xAA。
然后，从数据包第一个字节(包含第一个字节)开始到倒数第3个字节(包含第三个字节)，做CRC16校验，如果校验值和数据包中的最后两个字节相等，则说明该数据包完整无误，如果数据包有任何错误，则接收器发出错误提示。
如图2所示，接收器接收到的数据，从0号刻度到2号刻度是连续的，中间3、4、5、6号一共4个刻度的数据包缺失,从7号开始才又恢复连续，由此，可以用下列公式，计算的到物件的尺寸：
{(最小刻度×缺失段连续的光信号个数)+[最小刻度×(缺失段之后接收到的第一个刻度编号-缺失段之前接收到的最后一个刻度编号)]}÷2，
带入数值(单位刻度设为1mm)：
则实际尺寸＝[1×4+1×(7-2)]/2＝4.5(mm)。
本发明是对测量方式的一种补充和丰富，本发明是运用电子扫描方式测量，测量过程无需机械移动部件，测量读数无需人工参与，***自动显示被测物体的尺寸读数。测量一致性好，并且测量过程方便快捷，效率高。
Claims (8)
1.一种电子扫描式的尺寸测量方法，其特征在于，通过一种电子扫描式的尺寸测量装置进行，所述电子扫描式的尺寸测量装置包括光信号发射阵列和板子(1)，板子(1)上等间距开设有N+1个信号发射孔(2)，板子(1)的正面设有N+1条相互平行的刻度线(6)，每个信号发射孔(2)对应一条刻度线，刻度线依次由0至N编号；
光信号发射阵列包括N+1个光信号发射元件(3)，光信号发射元件(3)设置在板子(1)的背面，每个信号发射孔(2)对应一个光信号发射元件(3)且光信号发射元件(3)发射的光信号从信号发射孔(2)中射出，在板子(1)正面的上方设置有能够接收所有光信号发射元件(3)从光信号发射孔(2)射出的光信号的光信号接收器(4)；
光信号发射阵列接入能够为每个光信号发射元件(3)进行编码和控制所有光信号发射元件逐次发射光信号的信号发射器电路，光信号接收器(4)能够将接收到的光信号进行解码和处理并得到被测量物件(5)的尺寸；
尺寸测量方法包括如下步骤：
步骤一，将被测量物件(5)放在板子(1)上，使被测量物件(5)遮挡住信号发射孔；
步骤二，信号发射电路为每个光信号发射元件(3)进行编码并控制所有光信号发射元件逐次发射光信号；信号发射电路为每个光信号发射元件(3)进行编码的编码结构为：头标志+刻度编号+刻度代码+CRC16校验码，其中：头标志为每个完整编码的开始标志，是一个4字节的固定二进制数；刻度编号：为从0刻度到N刻度编号分别用0到N号自然数进行编码，每个刻度编号都对应一个光信号发射元件(3)；刻度代码：用一个字节表示，低四位表示刻度单位，高四位表示刻度数值；CRC16校验码：为头标志+刻度编号+单位刻度代码中从第一个字节开始的所有的字节，按照顺序，做CRC16校验后得到的16位校验值；
步骤三，光信号接收器(4)逐个接收光信号发射元件(3)发出的光信号，然后将接收到的光信号进行解码和处理并得到被测量物件(5)的尺寸。
2.根据权利要求1所述的一种电子扫描式的尺寸测量方法，其特征在于，所述步骤三中，每个没有被被测量物件(5)遮挡的光信号都会被光信号接收器(4)接收到，在一个扫描过程完毕之后，光信号接收器(4)根据接收到的光信号组得到未接收到光信号的光信号发射元件的编码信息，并根据未接收到光信号的光信号发射元件的编码信息计算被测量物件(5)被测部位的尺寸。
3.根据权利要求1所述的一种电子扫描式的尺寸测量方法，其特征在于，所述步骤三中，光信号接收器(4)依次接收到光信号发射元件(3)的光信号后，对每个光信号的编码进行验证，如果验证无误，则计算被测量物件(5)的尺寸，计算过程如下：
{(最小刻度×缺失段连续的光信号个数)+[最小刻度×(缺失段之后接收到的第一个刻度编号-缺失段之前接收到的最后一个刻度编号)]}÷2。
4.根据权利要求3所述的一种电子扫描式的尺寸测量方法，其特征在于，所述光信号接收器(4)对每个光信号的编码进行验证的过程如下：
首先，验证编码的前四个字节是否是头标志，如果是，则从编码中第一个字节开始到倒数第三个字节做CRC16校验，如果校验值和编码中的最后两个字节相等，则说明该编码完整无误；
如果数据包有任何错误，则光信号接收器(4)发出错误提示。
5.根据权利要求1所述的一种电子扫描式的尺寸测量方法，其特征在于，所述刻度线的间距不大于被测量物件(5)尺寸公差带的一半。
6.根据权利要求1所述的一种电子扫描式的尺寸测量方法，其特征在于，所述信号发射器电路包括：
编码扫描电路，用于对光信号发射阵列中的每个光信号发射元件(3)进行编码，并向光信号发射阵列发送扫描驱动信号；
驱动电路，根据编码扫描电路发送的扫描驱动信号驱动光信号发射阵列发射光信号；
电源电路，用于向编码扫描电路和驱动电路供电。
7.根据权利要求1所述的一种电子扫描式的尺寸测量方法，其特征在于，所述光信号接收器(4)包括信号接收器电路，信号接收器电路包括：
光信号接收电路，用于接收光信号发射元件(3)发出的光信号，并且将光信号转换成数字电信号；
处理器，对光信号接收电路输出的数字电信号进行解码，并进行被测量物件的长度计算；
电源电路，用于向光信号接收电路和处理器供电。
8.根据权利要求7所述的一种电子扫描式的尺寸测量方法，其特征在于，所述处理器上连接有显示电路，显示电路上连接有显示器。
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2016
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