專利名稱：任意形狀板件面積測量儀的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于現(xiàn)代板材加工制造的儀器儀表測量領(lǐng)域，涉及一種任意復(fù)雜形狀的平面或曲面面積測量儀器。
背景技術(shù)：
任意幾何輪廓的平板件和覆蓋件的加工在航空、汽車和家用電器等行業(yè)中占有重要地位，這些零件的加工首先要解決下料的問題，下料是根據(jù)零件的面積確定坯料的尺寸，對于幾何形狀復(fù)雜的平板面積的確定不但用微積分、數(shù)值計算難以求得精確的尺寸，即使用有限元法計算也很復(fù)雜，其結(jié)果的精度也不能令人滿意，至于復(fù)雜形狀曲面的面積的計算難度就更大了，因此一種能簡便測量任意復(fù)雜形狀平面和曲面面積的測量儀器的研制便是板材成形加工領(lǐng)域亟待解決的問題之一。
技術(shù)內(nèi)容本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種結(jié)構(gòu)簡單、造價低、易于操作，能夠測量任意形狀板件面積測量儀及方法。
本發(fā)明的原理是根據(jù)阿基米德原理，即物體在水中減輕的重量等于物體排開同體積水的重量(即物體的體積)，所設(shè)計的任意形狀板材面積測量儀，不僅能測量比重大于水的任意形狀平面或曲面的面積和密度，還能夠測量比重小于水的任意形狀平面或曲面的面積和密度。
本發(fā)明的裝置如下本發(fā)明的任意形狀板件面積測量儀，是由主機、控制系統(tǒng)、測量系統(tǒng)、檢測系統(tǒng)、數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)和結(jié)果顯示或打印系統(tǒng)組成，主機的底座1與側(cè)橫梁10和正橫梁11借助立柱7聯(lián)接，在底座1上裝有軌道2，滾輪3裝在滾輪支架4上，并與水箱8的外底部固接，滾輪3可以在軌道2上左右移動，在正橫梁11上方的一側(cè)裝有步進(jìn)電機12，步進(jìn)電機12的軸上裝有小齒輪13，小齒輪13與大齒輪14嚙合，在大齒輪14的軸16上裝有繞線盤15，軸16裝在滾珠軸承17上，滾珠軸承是借助軸承支架座18支承，并固定在正橫梁11上，在正橫梁上方的另一側(cè)裝有壓力傳感器19，滑輪支架27與壓力傳感器相接，滑輪支架上裝有滑輪28，在水箱的內(nèi)底部裝有滑輪支架22和24，滑輪21和23是分別裝在滑輪支架22和24上，固接在繞線盤15上的高強度尼龍絲20是通過滑輪28與裝有比重大于水的待測件的尼龍網(wǎng)的上端連接，或者是通過滑輪28、21和23與裝有比重小于水的板件的尼龍網(wǎng)的下端連接。
PC機借助接口芯片U4和單片機U1連接，單片機U1和脈沖分配器D連接，由脈沖分配器D產(chǎn)生的驅(qū)動信號和方法信號，輸出到脈沖功率放大器D，由脈沖功率放大器D放大的驅(qū)動信號控制步進(jìn)電機的運轉(zhuǎn)，單片機U1和傳感器的A/D轉(zhuǎn)換器U2連接，A/D轉(zhuǎn)換器U2和傳感器的放大電路連接，放大電路和傳感器連接。
在控制步進(jìn)電機的電路中，PC機通過軟件向單片機輸出0和1，把單片機的兩個端口的一個定為驅(qū)動信號口，使驅(qū)動信號口循環(huán)輸出0和1，就得到方波驅(qū)動信號，另一個定為方向信號口，方向信號口輸出1時為左轉(zhuǎn)，輸出0時為右轉(zhuǎn)，驅(qū)動信號和方向信號進(jìn)入脈沖分配器后，由脈沖分配器產(chǎn)生步進(jìn)電機的運行脈沖，運行脈沖經(jīng)脈沖功率放大器后，便可驅(qū)動步進(jìn)電機。
在測量系統(tǒng)的電路中，左邊是放大器的工作電路圖，右邊是A/D轉(zhuǎn)換器的工作電路圖，傳感器的信號從υIB口輸入，υO(shè)B和υI聯(lián)接，信號經(jīng)過放大后，輸出到A/D轉(zhuǎn)換器中，轉(zhuǎn)換后輸出到單片機中，經(jīng)過單片機處理后輸出到PC機。
在傳感器放大信號的A/D轉(zhuǎn)換電路中，放大的信號輸入到A/D芯片中，A/D芯片把模擬信號轉(zhuǎn)變?yōu)閿?shù)字信號，利用單片機把PC機輸出的數(shù)字信號轉(zhuǎn)換成控制步進(jìn)電機的驅(qū)動信號和方向信號，把傳感器采集到的信號經(jīng)過放大和模數(shù)轉(zhuǎn)換后輸出到PC機中，單片機和PC機的接口聯(lián)接采用通用的接口芯片。
數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)是一個用高級語言編制的程序，由程序產(chǎn)生相應(yīng)的控制指令和控制脈沖數(shù)量，程序由數(shù)據(jù)采集模塊、數(shù)據(jù)處理模塊、步進(jìn)電機控制模塊、接口模塊和結(jié)果顯示和打印模塊組成，程序開始時，讀取傳感器的信號，存儲結(jié)果，發(fā)出1和0信號，產(chǎn)生驅(qū)動步進(jìn)電機所需的驅(qū)動信號和方向信號，使步進(jìn)電機開始工作，當(dāng)待測件完全沉入水中時，停止步進(jìn)電機的工作，再讀取傳感器的信號，然后給出步進(jìn)電機反向工作的方向信號和驅(qū)動信號，當(dāng)工件完全脫離水面后，電機停止工作，數(shù)據(jù)處理開始，最后是結(jié)果的顯示或打印。
本發(fā)明的測量方法是當(dāng)待測板件材料的比重大于水時，板件是直接懸掛在只通過壓力傳感器上面滑輪的高強度尼龍絲的下端，顯示系統(tǒng)中便顯示板件在空氣中的重量，再啟動步進(jìn)電機，當(dāng)待測件完全沉入水中后，關(guān)閉電機，在顯示系統(tǒng)中就顯示出板件在水中減輕的重量；當(dāng)待測板件材料的比重小于水時，把板件與通過壓力傳感器上面的和水箱內(nèi)底部的兩個滑輪尼龍絲的上端與板件的下端相連，啟動電機，當(dāng)板件完全侵入水中后，關(guān)閉電機，即可顯示板件在水中的浮力。
本發(fā)明的有益效果是1.儀器結(jié)構(gòu)簡單，投資小，易于加工制造和市場用量大。
2.測量精度高，對環(huán)境無污染，操作簡便，對操作人員無很高的技術(shù)要求。


圖1.1是本發(fā)明主機的正視圖。
圖1.2是圖1.1的側(cè)視圖。
圖1.3是圖1.1的俯視圖。
圖2是本發(fā)明測量控制電路原理圖。
圖3是本發(fā)明實施例的電路圖。
其中1是底座，2是導(dǎo)軌，3是滾輪，4是滾輪支架，5是調(diào)節(jié)水平螺柱，6是螺母，7是立柱，8是水箱，9是水，10是側(cè)橫梁，11是正橫梁，12是步進(jìn)電機，13是小齒輪，14是大齒輪，15是繞線盤，16是大齒輪軸，17是滾珠軸承，18是軸承支架，19是壓力傳感器，20是高強度尼龍絲，21是滑輪，22是滑輪支架，23是滑輪，24是滑輪支架，25是尼龍絲網(wǎng)，26是待測板件，27是滑輪支架，28是滑輪；A是傳感器信號，B是驅(qū)動脈沖信號，C是方向脈沖信號，D是步進(jìn)電機驅(qū)動電源(包括脈沖分配器和脈沖功率放大器)，E是步進(jìn)電機，U1是8051單片機，U2是AD7703模數(shù)轉(zhuǎn)換器，U3是AD580精密基準(zhǔn)電壓源，U4是MAX232的TTL-RS232電平轉(zhuǎn)換器，LF353是運算放大器，74LS04是反相器，C是電容器，R是電阻器，P1-4和單片機的P1-4口連接，P1-5和單片機的P1-5口連接。
具體實施例方式主機的整體結(jié)構(gòu)和尺寸，可根據(jù)待測板件的大小和重量按系列劃分；電路中各元件的型號和數(shù)值在實施例電路圖中標(biāo)明，其中傳感器放大電路和步進(jìn)電機控制電路中的電阻值和電容值要根據(jù)傳感器的量程和步進(jìn)電機的功率具體確定。
整個系統(tǒng)分為控制系統(tǒng)和測量系統(tǒng)，在控制系統(tǒng)中，由PC機控制程序產(chǎn)生0和1信號，經(jīng)由單片機U1的兩個端口輸出，一個定義為方向信號口P1-5，另一個定義為驅(qū)動信號口P1-4，驅(qū)動信號B和方向信號C進(jìn)入脈沖分配器D后，便可驅(qū)動步進(jìn)電機E；由傳感器采集信號A，經(jīng)過放大電路放大和A/D轉(zhuǎn)換器U2的數(shù)模轉(zhuǎn)換后，經(jīng)過單片機U1和PC機連接，由程序來處理這些數(shù)字信號。
本發(fā)明的具體測量方法如下
1.測量比重大于水的板件的面積和密度先用潤濕后的毛巾將整個板件擦拭一遍，再將其裝入尼龍網(wǎng)中，懸掛在高強度尼龍絲20的下端，板件的重量便通過壓力傳感器，在顯示記錄系統(tǒng)中顯示了板件在空氣中的重量，然后啟動步進(jìn)電機，把板件全部沉入水中，關(guān)閉步進(jìn)電機，此時顯示記錄系統(tǒng)又顯示記錄了板件在水中的重量，兩者之差便是板件的體積，用板件的體積除以板件在空氣中的重量，便是板件材料的密度，用板件的體積除以板件的厚度便是板件的面積。
2.測量比重小于水的板件的面積和密度同上把板件懸掛在高強度尼龍絲的下方，測得其在空氣中的重量，然后把高強度尼龍絲20再通過滑輪21和23，把它的末端與裝有板件的尼龍網(wǎng)的下端相接，啟動電機，使板件全部侵入水中，停止電機，板件的浮力便通過傳感器在顯示記錄系統(tǒng)中顯示記錄，板件的浮力就是板件的體積，用板件的體積除以板件在空氣中的重量，便是板件材料的密度，用板件的體積除以板件的厚度便是板件的面積。
權(quán)利要求
1.一種任意形狀板件面積測量儀是由主機、控制系統(tǒng)、測量系統(tǒng)、檢測系統(tǒng)、數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)和結(jié)果顯示或打印系統(tǒng)組成，其特征是a、主機的底座與側(cè)橫梁和正橫梁與立柱連接，在底座上裝有導(dǎo)軌，在水箱外底部裝有滾輪，滾輪可以在軌道上左右移動，在正橫梁上方的一側(cè)裝有步進(jìn)電機，步進(jìn)電機的軸上裝有小齒輪，小齒輪與大齒輪嚙合，在大齒輪的軸上裝有繞線盤，大齒輪的軸是裝在滾珠軸承中，滾珠軸承是借助軸承支架固定在正橫梁上，在正橫梁上方的另一側(cè)裝有壓力傳感器，壓力傳感器上裝有滑輪支架，滑輪支架上裝有滑輪，在水箱的內(nèi)底部的兩側(cè)也裝有兩個滑輪，高強度尼龍絲是固接在繞線盤上，它可以通過壓力傳感器上的滑輪或者通過壓力傳感器上的滑輪和水箱內(nèi)底部的兩個滑輪與待測件連接。b、PC機借助接口芯片U4和單片機U1連接，單片機U1和脈沖分配器D連接，由脈沖分配器D產(chǎn)生的驅(qū)動信號和方法信號，輸出到脈沖功率放大器D，由脈沖功率放大器D放大的驅(qū)動信號控制步進(jìn)電機的運轉(zhuǎn)，單片機U1和傳感器的A/D轉(zhuǎn)換器U2連接，A/D轉(zhuǎn)換器U2和傳感器的放大電路連接，放大電路和傳感器連接。
2.一種任意形狀板件面積測量儀的測量方法是當(dāng)待測板件材料的比重大于水時，板件是直接懸掛在只通過壓力傳感器上面滑輪的高強度尼龍絲的下端，顯示系統(tǒng)中便顯示板件在空氣中的重量，再啟動步進(jìn)電機，當(dāng)待測件完全沉入水中后，關(guān)閉電機，在顯示系統(tǒng)中就顯示出板件在水中減輕的重量；當(dāng)待測板件材料的比重小于水時，把板件與通過壓力傳感器上面的和水箱內(nèi)底部的兩個滑輪尼龍絲的上端與板件的下端相連，啟動電機，當(dāng)板件完全侵入水中后，關(guān)閉電機，即可顯示板件在水中的浮力。
3.根據(jù)權(quán)利要求書1所述的一種任意形狀板件面積測量儀，其特征是在控制步進(jìn)電機的電路中，PC機通過軟件向單片機輸出0和1，把單片機的兩個端口，一個定為驅(qū)動信號口，使驅(qū)動信號口循環(huán)輸出0和1，就得到方波驅(qū)動信號，另一個定為方向信號口，方向信號口輸出1時為左轉(zhuǎn)，輸出0時為右轉(zhuǎn)，驅(qū)動信號和方向信號進(jìn)入脈沖分配器后，由脈沖分配器產(chǎn)生步進(jìn)電機的運行脈沖，運行脈沖經(jīng)脈沖功率放大器后，便可驅(qū)動步進(jìn)電機。
4.根據(jù)權(quán)利要求書1所述的一種任意形狀板件面積測量儀，其特征是在測量系統(tǒng)的電路中，傳感器的信號從υIB口輸入，υO(shè)B和υI聯(lián)接，信號經(jīng)過放大后，輸出到A/D轉(zhuǎn)換器中，轉(zhuǎn)換后輸出到單片機中，經(jīng)過單片機處理后輸出到PC機。
5.根據(jù)權(quán)利要求書1所述的一種任意形狀板件面積測量儀，其特征是在傳感器放大信號的A/D轉(zhuǎn)換電路中，放大的信號輸入到A/D芯片中，A/D芯片把模擬信號轉(zhuǎn)變?yōu)閿?shù)字信號，利用單片機把PC機輸出的數(shù)字信號轉(zhuǎn)換成控制步進(jìn)電機的驅(qū)動信號和方向信號，把傳感器采集到的信號經(jīng)過放大和模數(shù)轉(zhuǎn)換后輸出到PC機中，單片機和PC機的接口聯(lián)接采用通用的接口芯片。
全文摘要
一種任意形狀板件面積測量儀,屬于現(xiàn)代板材加工制造的儀器儀表測量領(lǐng)域,它是由主機、控制系統(tǒng)、測量系統(tǒng)、檢測系統(tǒng)、數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)和結(jié)果顯示或打印系統(tǒng)組成,本發(fā)明的測量儀器能夠測量比重大于水或小于水的任意復(fù)雜形狀板件的面積和材料的密度;測量方法是把板件懸掛于空氣中,在顯示器中就可顯示打印出板件的重量,再將其侵入水中,又可顯示打印出板件在水中的重量或浮力,據(jù)此便可測得板件的面積及其材料的密度;本發(fā)明的優(yōu)點是儀器結(jié)構(gòu)簡單,造價低,易于加工制造,市場需求量大,測量精度高,對環(huán)境無污染,操作簡便。
文檔編號G01N9/00GK1372124SQ0113885
公開日2002年10月2日 申請日期2001年12月17日 優(yōu)先權(quán)日2001年12月17日
發(fā)明者宋玉泉, 李志剛 申請人:宋玉泉