专利名称：任意形状板件面积测量仪的制作方法
技术领域：
本发明属于现代板材加工制造的仪器仪表测量领域，涉及一种任意复杂形状的平面或曲面面积测量仪器。
背景技术：
任意几何轮廓的平板件和覆盖件的加工在航空、汽车和家用电器等行业中占有重要地位，这些零件的加工首先要解决下料的问题，下料是根据零件的面积确定坯料的尺寸，对于几何形状复杂的平板面积的确定不但用微积分、数值计算难以求得精确的尺寸，即使用有限元法计算也很复杂，其结果的精度也不能令人满意，至于复杂形状曲面的面积的计算难度就更大了，因此一种能简便测量任意复杂形状平面和曲面面积的测量仪器的研制便是板材成形加工领域亟待解决的问题之一。
技术内容本发明所要解决的技术问题是提供一种结构简单、造价低、易于操作，能够测量任意形状板件面积测量仪及方法。
本发明的原理是根据阿基米德原理，即物体在水中减轻的重量等于物体排开同体积水的重量(即物体的体积)，所设计的任意形状板材面积测量仪，不仅能测量比重大于水的任意形状平面或曲面的面积和密度，还能够测量比重小于水的任意形状平面或曲面的面积和密度。
本发明的装置如下本发明的任意形状板件面积测量仪，是由主机、控制系统、测量系统、检测系统、数据处理系统和结果显示或打印系统组成，主机的底座1与侧横梁10和正横梁11借助立柱7联接，在底座1上装有轨道2，滚轮3装在滚轮支架4上，并与水箱8的外底部固接，滚轮3可以在轨道2上左右移动，在正横梁11上方的一侧装有步进电机12，步进电机12的轴上装有小齿轮13，小齿轮13与大齿轮14啮合，在大齿轮14的轴16上装有绕线盘15，轴16装在滚珠轴承17上，滚珠轴承是借助轴承支架座18支承，并固定在正横梁11上，在正横梁上方的另一侧装有压力传感器19，滑轮支架27与压力传感器相接，滑轮支架上装有滑轮28，在水箱的内底部装有滑轮支架22和24，滑轮21和23是分别装在滑轮支架22和24上，固接在绕线盘15上的高强度尼龙丝20是通过滑轮28与装有比重大于水的待测件的尼龙网的上端连接，或者是通过滑轮28、21和23与装有比重小于水的板件的尼龙网的下端连接。
PC机借助接口芯片U4和单片机U1连接，单片机U1和脉冲分配器D连接，由脉冲分配器D产生的驱动信号和方法信号，输出到脉冲功率放大器D，由脉冲功率放大器D放大的驱动信号控制步进电机的运转，单片机U1和传感器的A/D转换器U2连接，A/D转换器U2和传感器的放大电路连接，放大电路和传感器连接。
在控制步进电机的电路中，PC机通过软件向单片机输出0和1，把单片机的两个端口的一个定为驱动信号口，使驱动信号口循环输出0和1，就得到方波驱动信号，另一个定为方向信号口，方向信号口输出1时为左转，输出0时为右转，驱动信号和方向信号进入脉冲分配器后，由脉冲分配器产生步进电机的运行脉冲，运行脉冲经脉冲功率放大器后，便可驱动步进电机。
在测量系统的电路中，左边是放大器的工作电路图，右边是A/D转换器的工作电路图，传感器的信号从υIB口输入，υOB和υI联接，信号经过放大后，输出到A/D转换器中，转换后输出到单片机中，经过单片机处理后输出到PC机。
在传感器放大信号的A/D转换电路中，放大的信号输入到A/D芯片中，A/D芯片把模拟信号转变为数字信号，利用单片机把PC机输出的数字信号转换成控制步进电机的驱动信号和方向信号，把传感器采集到的信号经过放大和模数转换后输出到PC机中，单片机和PC机的接口联接采用通用的接口芯片。
数据处理系统是一个用高级语言编制的程序，由程序产生相应的控制指令和控制脉冲数量，程序由数据采集模块、数据处理模块、步进电机控制模块、接口模块和结果显示和打印模块组成，程序开始时，读取传感器的信号，存储结果，发出1和0信号，产生驱动步进电机所需的驱动信号和方向信号，使步进电机开始工作，当待测件完全沉入水中时，停止步进电机的工作，再读取传感器的信号，然后给出步进电机反向工作的方向信号和驱动信号，当工件完全脱离水面后，电机停止工作，数据处理开始，最后是结果的显示或打印。
本发明的测量方法是当待测板件材料的比重大于水时，板件是直接悬挂在只通过压力传感器上面滑轮的高强度尼龙丝的下端，显示系统中便显示板件在空气中的重量，再启动步进电机，当待测件完全沉入水中后，关闭电机，在显示系统中就显示出板件在水中减轻的重量；当待测板件材料的比重小于水时，把板件与通过压力传感器上面的和水箱内底部的两个滑轮尼龙丝的上端与板件的下端相连，启动电机，当板件完全侵入水中后，关闭电机，即可显示板件在水中的浮力。
本发明的有益效果是1.仪器结构简单，投资小，易于加工制造和市场用量大。
2.测量精度高，对环境无污染，操作简便，对操作人员无很高的技术要求。
图1.1是本发明主机的正视图。
图1.2是图1.1的侧视图。
图1.3是图1.1的俯视图。
图2是本发明测量控制电路原理图。
图3是本发明实施例的电路图。
其中1是底座，2是导轨，3是滚轮，4是滚轮支架，5是调节水平螺柱，6是螺母，7是立柱，8是水箱，9是水，10是侧横梁，11是正横梁，12是步进电机，13是小齿轮，14是大齿轮，15是绕线盘，16是大齿轮轴，17是滚珠轴承，18是轴承支架，19是压力传感器，20是高强度尼龙丝，21是滑轮，22是滑轮支架，23是滑轮，24是滑轮支架，25是尼龙丝网，26是待测板件，27是滑轮支架，28是滑轮；A是传感器信号，B是驱动脉冲信号，C是方向脉冲信号，D是步进电机驱动电源(包括脉冲分配器和脉冲功率放大器)，E是步进电机，U1是8051单片机，U2是AD7703模数转换器，U3是AD580精密基准电压源，U4是MAX232的TTL-RS232电平转换器，LF353是运算放大器，74LS04是反相器，C是电容器，R是电阻器，P1-4和单片机的P1-4口连接，P1-5和单片机的P1-5口连接。
具体实施例方式主机的整体结构和尺寸，可根据待测板件的大小和重量按系列划分；电路中各元件的型号和数值在实施例电路图中标明，其中传感器放大电路和步进电机控制电路中的电阻值和电容值要根据传感器的量程和步进电机的功率具体确定。
整个系统分为控制系统和测量系统，在控制系统中，由PC机控制程序产生0和1信号，经由单片机U1的两个端口输出，一个定义为方向信号口P1-5，另一个定义为驱动信号口P1-4，驱动信号B和方向信号C进入脉冲分配器D后，便可驱动步进电机E；由传感器采集信号A，经过放大电路放大和A/D转换器U2的数模转换后，经过单片机U1和PC机连接，由程序来处理这些数字信号。
本发明的具体测量方法如下
1.测量比重大于水的板件的面积和密度先用润湿后的毛巾将整个板件擦拭一遍，再将其装入尼龙网中，悬挂在高强度尼龙丝20的下端，板件的重量便通过压力传感器，在显示记录系统中显示了板件在空气中的重量，然后启动步进电机，把板件全部沉入水中，关闭步进电机，此时显示记录系统又显示记录了板件在水中的重量，两者之差便是板件的体积，用板件的体积除以板件在空气中的重量，便是板件材料的密度，用板件的体积除以板件的厚度便是板件的面积。
2.测量比重小于水的板件的面积和密度同上把板件悬挂在高强度尼龙丝的下方，测得其在空气中的重量，然后把高强度尼龙丝20再通过滑轮21和23，把它的末端与装有板件的尼龙网的下端相接，启动电机，使板件全部侵入水中，停止电机，板件的浮力便通过传感器在显示记录系统中显示记录，板件的浮力就是板件的体积，用板件的体积除以板件在空气中的重量，便是板件材料的密度，用板件的体积除以板件的厚度便是板件的面积。
权利要求
1.一种任意形状板件面积测量仪是由主机、控制系统、测量系统、检测系统、数据处理系统和结果显示或打印系统组成，其特征是a、主机的底座与侧横梁和正横梁与立柱连接，在底座上装有导轨，在水箱外底部装有滚轮，滚轮可以在轨道上左右移动，在正横梁上方的一侧装有步进电机，步进电机的轴上装有小齿轮，小齿轮与大齿轮啮合，在大齿轮的轴上装有绕线盘，大齿轮的轴是装在滚珠轴承中，滚珠轴承是借助轴承支架固定在正横梁上，在正横梁上方的另一侧装有压力传感器，压力传感器上装有滑轮支架，滑轮支架上装有滑轮，在水箱的内底部的两侧也装有两个滑轮，高强度尼龙丝是固接在绕线盘上，它可以通过压力传感器上的滑轮或者通过压力传感器上的滑轮和水箱内底部的两个滑轮与待测件连接。b、PC机借助接口芯片U4和单片机U1连接，单片机U1和脉冲分配器D连接，由脉冲分配器D产生的驱动信号和方法信号，输出到脉冲功率放大器D，由脉冲功率放大器D放大的驱动信号控制步进电机的运转，单片机U1和传感器的A/D转换器U2连接，A/D转换器U2和传感器的放大电路连接，放大电路和传感器连接。
2.一种任意形状板件面积测量仪的测量方法是当待测板件材料的比重大于水时，板件是直接悬挂在只通过压力传感器上面滑轮的高强度尼龙丝的下端，显示系统中便显示板件在空气中的重量，再启动步进电机，当待测件完全沉入水中后，关闭电机，在显示系统中就显示出板件在水中减轻的重量；当待测板件材料的比重小于水时，把板件与通过压力传感器上面的和水箱内底部的两个滑轮尼龙丝的上端与板件的下端相连，启动电机，当板件完全侵入水中后，关闭电机，即可显示板件在水中的浮力。
3.根据权利要求书1所述的一种任意形状板件面积测量仪，其特征是在控制步进电机的电路中，PC机通过软件向单片机输出0和1，把单片机的两个端口，一个定为驱动信号口，使驱动信号口循环输出0和1，就得到方波驱动信号，另一个定为方向信号口，方向信号口输出1时为左转，输出0时为右转，驱动信号和方向信号进入脉冲分配器后，由脉冲分配器产生步进电机的运行脉冲，运行脉冲经脉冲功率放大器后，便可驱动步进电机。
4.根据权利要求书1所述的一种任意形状板件面积测量仪，其特征是在测量系统的电路中，传感器的信号从υIB口输入，υOB和υI联接，信号经过放大后，输出到A/D转换器中，转换后输出到单片机中，经过单片机处理后输出到PC机。
5.根据权利要求书1所述的一种任意形状板件面积测量仪，其特征是在传感器放大信号的A/D转换电路中，放大的信号输入到A/D芯片中，A/D芯片把模拟信号转变为数字信号，利用单片机把PC机输出的数字信号转换成控制步进电机的驱动信号和方向信号，把传感器采集到的信号经过放大和模数转换后输出到PC机中，单片机和PC机的接口联接采用通用的接口芯片。
全文摘要
一种任意形状板件面积测量仪,属于现代板材加工制造的仪器仪表测量领域,它是由主机、控制系统、测量系统、检测系统、数据处理系统和结果显示或打印系统组成,本发明的测量仪器能够测量比重大于水或小于水的任意复杂形状板件的面积和材料的密度;测量方法是把板件悬挂于空气中,在显示器中就可显示打印出板件的重量,再将其侵入水中,又可显示打印出板件在水中的重量或浮力,据此便可测得板件的面积及其材料的密度;本发明的优点是仪器结构简单,造价低,易于加工制造,市场需求量大,测量精度高,对环境无污染,操作简便。
文档编号G01N9/00GK1372124SQ0113885
公开日2002年10月2日 申请日期2001年12月17日 优先权日2001年12月17日
发明者宋玉泉, 李志刚 申请人:宋玉泉