用于測(cè)量結(jié)構(gòu)的設(shè)備及方法
【專利摘要】一種用于測(cè)量結(jié)構(gòu)的測(cè)量設(shè)備1，其中測(cè)量設(shè)備包括兩個(gè)互相間隔設(shè)置的慣性測(cè)量單元3，4。測(cè)量設(shè)備可具有用于嚙合被測(cè)量的結(jié)構(gòu)的裝置。還提供了一種包括測(cè)量設(shè)備和為測(cè)量設(shè)備提供參考點(diǎn)的基臺(tái)21的配置。而且，提供了一種包括測(cè)量設(shè)備和適配器的套件，其中，適配器可在測(cè)量設(shè)備和被測(cè)結(jié)構(gòu)之間提供接口。還提供了一種利用測(cè)量設(shè)備、尤其測(cè)量套件來(lái)測(cè)量固定結(jié)構(gòu)的方法。
【專利說(shuō)明】用于測(cè)量結(jié)構(gòu)的設(shè)備及方法
[0001]本申請(qǐng)是2011年6月15日提交的發(fā)明名稱為“用于測(cè)量結(jié)構(gòu)的設(shè)備及方法”的中國(guó)專利申請(qǐng)200981050615.X的分案申請(qǐng)。
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0002]本發(fā)明涉及用于測(cè)量結(jié)構(gòu)的測(cè)量設(shè)備和方法，諸如，測(cè)定建筑或交通工具的伸展和尺寸。特別地，它涉及包括陀螺儀和加速度計(jì)的測(cè)量設(shè)備。
【背景技術(shù)】
[0003]測(cè)量諸如建筑或交通工具的物體或結(jié)構(gòu)的問(wèn)題在于，測(cè)量的準(zhǔn)確性需要技巧并通常涉及測(cè)量設(shè)備的麻煩的操作。
[0004]US5, 852，241描述了一種用于測(cè)量交通工具、尤其車輪轉(zhuǎn)角和如卡車的大型交通工具上的軸的方向的測(cè)量系統(tǒng)。該系統(tǒng)包括設(shè)置在交通工具上的測(cè)量單元，并測(cè)量交通工具的不同部件的角度和尺寸。測(cè)量結(jié)果被提供給計(jì)算機(jī)，其計(jì)算交通工具的幾何數(shù)據(jù)并在顯示器上顯示這些數(shù)據(jù)。該系統(tǒng)使用激光器，其需要不受約束的視線并利用需要由操作員手動(dòng)實(shí)施的精確操作的裝備。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的為提供一種易于操作的測(cè)量裝備并提供可靠的測(cè)量結(jié)果。
[0006]為此目的本發(fā)明提供用于測(cè)量固定構(gòu)造或結(jié)構(gòu)的測(cè)量設(shè)備，其包括用于測(cè)量相同方向的加速度的兩個(gè)慣性測(cè)量單元。慣性測(cè)量單元，所謂的MU，為包括運(yùn)動(dòng)感測(cè)裝置、加速度計(jì)和陀螺儀的測(cè)量單元，其已被研發(fā)出來(lái)并被用于追蹤例如飛機(jī)和潛水艇的移動(dòng)交通工具的位置、傾角和速度。被感測(cè)的加速度和角速度隨后被分別關(guān)于時(shí)間進(jìn)行兩次積分和一次積分，以便分別提供長(zhǎng)度和角度。本發(fā)明的測(cè)量設(shè)備包括主體，且每個(gè)慣性測(cè)量單元被固定于主體。慣性測(cè)量單元被互相間隔一定距離(L)固定，且每個(gè)單元包括用于測(cè)量加速度和用于感測(cè)轉(zhuǎn)動(dòng)的裝置。具有兩個(gè)慣性測(cè)量單元提供了冗余度，且可被用于檢測(cè)測(cè)量誤差。
[0007]由此提供了用于測(cè)量結(jié)構(gòu)的測(cè)量設(shè)備1，且該測(cè)量設(shè)備包括兩個(gè)互相間隔設(shè)置的慣性測(cè)量單元。該測(cè)量設(shè)備也可具有用于與被測(cè)結(jié)構(gòu)嚙合的裝置。而且，提供了一種包括測(cè)量設(shè)備和為測(cè)量設(shè)備提供參考點(diǎn)的基臺(tái)的設(shè)置。進(jìn)一步，提供了一種包括測(cè)量設(shè)備和適配器的套件，其中，適配器在測(cè)量設(shè)備和被測(cè)結(jié)構(gòu)之間提供接口。本發(fā)明還提供了一種用于測(cè)量固定結(jié)構(gòu)的方法，該方法采用測(cè)量設(shè)備、優(yōu)選測(cè)量套件。
[0008]在一個(gè)實(shí)施例中，兩個(gè)慣性測(cè)量單元具有不同的范圍，且第一個(gè)單元可比另一個(gè)單元具有較高的分辨率，且提供更精確的測(cè)量數(shù)據(jù)。具有較大的量程的另一個(gè)單元還可在測(cè)量設(shè)備受到超出第一個(gè)單元的量程的較大加速度時(shí)，提供測(cè)量數(shù)據(jù)。
[0009]優(yōu)選，慣性測(cè)量單元中的其中之一包括以第一、第二和第三坐標(biāo)系方向設(shè)置的三個(gè)加速度計(jì)，且另一個(gè)慣性測(cè)量單元也包括以同樣的第一、第二和第三坐標(biāo)系方向的三個(gè)加速度計(jì)。[0010]在一個(gè)實(shí)施例中，測(cè)量設(shè)備包括至少一個(gè)滾筒，其中，滾筒或每個(gè)滾筒適于關(guān)于測(cè)量單元自由旋轉(zhuǎn)，并在該單元和被測(cè)表面之間提供接口。在一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例中，外殼為細(xì)長(zhǎng)的，具有兩個(gè)端部，且滾筒設(shè)置在端部之一處。
[0011]本發(fā)明還提供包括上述測(cè)量設(shè)備和用于與要測(cè)量的結(jié)構(gòu)接口的適配器的測(cè)量套件，其中，適配器和設(shè)備適于以可分離的方式互相附連，以使得它們互相也可拆卸。適配器可具有作為接口裝置的輪子或滾筒。根據(jù)本發(fā)明的其他適配器為用于圍繞結(jié)構(gòu)的伸出部件的套管，當(dāng)與如螺栓頭的伸出部件嚙合時(shí)，其提供定位測(cè)量點(diǎn)。其他適配器被設(shè)計(jì)成用于與被測(cè)物體中的孔配合，例如，不同尺寸的圓錐形適配器。其他的適配器被提供用于伸出到測(cè)量點(diǎn)并提供用于測(cè)量設(shè)備的延長(zhǎng)部分，例如，附連到測(cè)量設(shè)備一端的細(xì)長(zhǎng)桿。
[0012]本發(fā)明還為測(cè)量設(shè)備提供基底單元，其中，該基底單元適于在預(yù)定的位置、優(yōu)選還在預(yù)定的方向上容納測(cè)量設(shè)備，以便為測(cè)量設(shè)備提供參考位置、優(yōu)選還提供參考方向。由此，為測(cè)量提供坐標(biāo)原點(diǎn)。
【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0013]圖1闡明了根據(jù)本發(fā)明的測(cè)量設(shè)備。
[0014]圖2闡明了具有與輪子哨合的表面的測(cè)量設(shè)備。
[0015]圖3闡明了具有用于與被測(cè)物體的突出部嚙合的套管的測(cè)量設(shè)備。
[0016]圖4闡明了用于伸出到結(jié)構(gòu)上的測(cè)量點(diǎn)的細(xì)長(zhǎng)桿，例如伸進(jìn)如室內(nèi)天花板的很難接近的較窄通道或位置。
【具體實(shí)施方式】
[0017]圖1闡明了測(cè)量設(shè)備I，其包括外殼2和設(shè)置在外殼2內(nèi)的至少兩個(gè)慣性測(cè)量單元3，4。外殼為如桿的細(xì)長(zhǎng)形，且尺寸適當(dāng)易于操作，尺寸如手持移動(dòng)電話或筆。每個(gè)慣性測(cè)量單元(IMU)包括至少兩個(gè)、優(yōu)選三個(gè)加速度計(jì)，其感測(cè)垂直方向、優(yōu)選三個(gè)垂直方向X，y，z的加速度ax，ay，az。每個(gè)MU3，4還包括至少兩個(gè)、優(yōu)選三個(gè)陀螺儀，其感測(cè)轉(zhuǎn)動(dòng)，即圍繞垂直方向、優(yōu)選三個(gè)垂直方向X，y，Z的角速度ωχ，Qy, ωζ。MU3，4互相以固定間隔L設(shè)置；在測(cè)量設(shè)備I的每一端設(shè)置一個(gè)IMU。兩個(gè)MU3，4均以相同的方向測(cè)量，以使得它們可獨(dú)立地提供測(cè)量設(shè)備I的運(yùn)動(dòng)的兩個(gè)獨(dú)立的測(cè)量結(jié)果。當(dāng)測(cè)量結(jié)果偏離太多，即超過(guò)單元的額定測(cè)量精度時(shí)，測(cè)量設(shè)備可優(yōu)選適于報(bào)警，其指示錯(cuò)誤的測(cè)量結(jié)果。
[0018]測(cè)量設(shè)備還包括諸如電池(未示出)的電源裝置，優(yōu)選還包括有通信裝置(未示出)，諸如無(wú)線通信裝置、例如無(wú)線電收發(fā)器，以用于與外部計(jì)算機(jī)單元進(jìn)行通信。圖6中闡明了外部計(jì)算機(jī)單元的示例，其示出了具有顯示器的便攜式計(jì)算機(jī)(見(jiàn)圖6)，其在測(cè)量期間內(nèi)適當(dāng)?shù)剡m于為操縱員提供用戶界面。IMU可適當(dāng)?shù)鼐哂杏?jì)算裝置以便根據(jù)所感測(cè)的加速度和角速度計(jì)算如物體的長(zhǎng)度、高度以及寬度的距離和角度?？商鎿Q地，外部計(jì)算單元(如，圖6的便攜式計(jì)算機(jī))執(zhí)行這種計(jì)算，測(cè)量數(shù)據(jù)被從IMU傳遞到該外部計(jì)算單元。
[0019]在X軸方向移動(dòng)測(cè)量設(shè)備I提供了該方向的加速度的兩個(gè)測(cè)量結(jié)果。IMU3，4優(yōu)選具有不同的類型，例如一個(gè)比另一個(gè)更靈敏。例如，第一 MU3可具有量程為O-1g (g =重力常數(shù),9.8m/s2)的加速度計(jì)，而第二 IMU4具有量程為0_5g的加速度計(jì),其較不靈敏,也比第一 MU3精度低。在這樣的設(shè)置中，將通常為測(cè)量設(shè)備I的運(yùn)動(dòng)提供兩個(gè)完整的測(cè)量結(jié)果，但是如果測(cè)量設(shè)備遭受I和5g之間的加速度時(shí)，第一 MU3將“超出量程”且將僅僅提供一個(gè)測(cè)量結(jié)果。當(dāng)MU其中之一，在該情形中為第一 MU3超出量程時(shí)，即不提供可靠的信號(hào)或測(cè)量結(jié)果時(shí)，該設(shè)備I優(yōu)選適于報(bào)警。
[0020]測(cè)量設(shè)備優(yōu)選還包括無(wú)線通信裝置，并適于與諸如圖6中闡明的計(jì)算機(jī)14的外部設(shè)備進(jìn)行通信。附圖闡明了在固定結(jié)構(gòu)，例如卡車的測(cè)量期間，利用根據(jù)本發(fā)明的測(cè)量設(shè)備的測(cè)量設(shè)置。卡車具有主體11和前后輪13，15，并被設(shè)置在滾筒16，17上，以使得在測(cè)量期間輪可被旋轉(zhuǎn)。設(shè)置還包括基臺(tái)21和便攜式計(jì)算機(jī)14。便攜式計(jì)算機(jī)14具有用于與測(cè)量設(shè)備I進(jìn)行通信的無(wú)線電通信裝置18?；_(tái)21具有用于容納測(cè)量設(shè)備的凹部20。優(yōu)選，凹部被形成為以特定的位置和方向容納測(cè)量設(shè)備。
[0021]該設(shè)置可特別適于測(cè)量諸如汽車的交通工具，例如，通過(guò)在計(jì)算機(jī)14中的數(shù)據(jù)庫(kù)存儲(chǔ)大量不同汽車模型的幾何數(shù)據(jù)。計(jì)算機(jī)可適當(dāng)?shù)剡m于在顯示器上提供被測(cè)交通工具的圖像，其中，測(cè)量點(diǎn)被標(biāo)出。
[0022]另一個(gè)示例要測(cè)量建筑物。計(jì)算機(jī)可適于提供建筑物內(nèi)部和外部的三維模型。
[0023]圖2-5闡明了圖1中的測(cè)量設(shè)備的實(shí)施例?？赏ㄟ^(guò)適配器提供所闡明的實(shí)施例。例如，可提供包括一個(gè)測(cè)量設(shè)備I和四個(gè)分別用于特定目的的不同的可連接適配器5-8的測(cè)量套件。
[0024]圖2闡明了具有輪子或滾筒5的測(cè)量設(shè)備I的實(shí)施例。該實(shí)施例用于測(cè)量表面，例如底盤部分的曲率。在使用期間，設(shè)備I的輪子被設(shè)置在例如汽車的變形主體部分的表面上，并且，伴隨著將輪子抵靠在表面上并沿著表面行進(jìn)，設(shè)備I隨后沿著該表面滾動(dòng)。通過(guò)這種方式，提供表面的輪廓線。因此，具有輪子5的測(cè)量設(shè)備I適于連續(xù)地，即高速地提供座標(biāo)。輪子5可為測(cè)量設(shè)備的一個(gè)一體部件?？商鎿Q地，輪子5為具有緊固到測(cè)量設(shè)備I的裝置的適配器的一部分。該輪子適配器可包括用于包圍測(cè)量設(shè)備的端截面的套管或管狀蓋，并將適配器連接到該設(shè)備。
[0025]圖3-5闡明了用于測(cè)定不同類型測(cè)量點(diǎn)的坐標(biāo)的實(shí)施例，其中，測(cè)量設(shè)備具有用于測(cè)量點(diǎn)的適配器。優(yōu)選地，每個(gè)適配器能夠可分離地連接到測(cè)量設(shè)備上。測(cè)量設(shè)備和適配器可作為測(cè)量套件提供。
[0026]圖3闡明了具有用于將測(cè)量設(shè)備定中心在如手柄或軸端的伸出部件上的套管6的測(cè)量設(shè)備I的實(shí)施例。套管6具有用于包圍伸出部件的開(kāi)口和窄通道。優(yōu)選地，一套不同尺寸的套管6可被提供用于將測(cè)量設(shè)備適配為使得中心在不同尺寸的突出部上。
[0027]圖4闡明了設(shè)有伸長(zhǎng)桿7的測(cè)量設(shè)備I的實(shí)施例，該伸長(zhǎng)桿7用于接近在如小且窄的隔間的難接近的地方內(nèi)的測(cè)量位置。
[0028]圖5闡明了設(shè)有用于將測(cè)量設(shè)備中心設(shè)置在圓形孔內(nèi)的圓錐體8的測(cè)量設(shè)備I的實(shí)施例。
【權(quán)利要求】
1.一種用于測(cè)量固定結(jié)構(gòu)的測(cè)量設(shè)備(1)，包括確定固定結(jié)構(gòu)的尺寸，所述測(cè)量設(shè)備(I)包括主體(2)，所述主體(2)包括第一和第二慣性測(cè)量單元(3，4)，每個(gè)慣性測(cè)量單元被固定到所述主體并且相對(duì)于另一慣性測(cè)量單元(3，4)以間隔(L)固定，每個(gè)慣性測(cè)量單元包括用于感測(cè)加速度(ax, ay, az)的至少兩個(gè)加速度計(jì)和用于感測(cè)轉(zhuǎn)動(dòng)(ωχ，coy，ωζ)的至少兩個(gè)陀螺儀，并且其中，第一慣性測(cè)量單元(3)和第二慣性測(cè)量單元(4)被設(shè)置成在相同的方向上測(cè)量，并在測(cè)量設(shè)備(I)相對(duì)于所述固定結(jié)構(gòu)移動(dòng)時(shí)提供兩個(gè)獨(dú)立的測(cè)量結(jié)果；并且測(cè)量設(shè)備(I)還包括無(wú)線電通信裝置，并且適于將測(cè)量數(shù)據(jù)傳送到外部計(jì)算單元。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的測(cè)量設(shè)備，其中，第一慣性測(cè)量單元(3，4)包括三個(gè)加速度計(jì)，并適于感測(cè)三個(gè)垂直坐標(biāo)方向(x，y，z)上的加速度，且第二慣性測(cè)量單元(3，4)包括三個(gè)加速度計(jì)，并適于感測(cè)三個(gè)垂直坐標(biāo)方向(X，1，z)上的加速度。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的測(cè)量設(shè)備，包括設(shè)置成關(guān)于所述測(cè)量單元自由轉(zhuǎn)動(dòng)并在該單元與被測(cè)表面之間提供接口的滾筒(5)。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的測(cè)量設(shè)備，其中，所述主體為細(xì)長(zhǎng)的，具有兩個(gè)端部，且所述滾筒(5)被設(shè)置在其中一個(gè)端部處。
5.根據(jù)權(quán)利要求1-4中任一項(xiàng)所述的測(cè)量設(shè)備，其中，所述兩個(gè)慣性測(cè)量單元(3，4)具有不同的量程。
6.一種測(cè)量套件，包括根據(jù)權(quán)利要求1-5中任一項(xiàng)所述的測(cè)量設(shè)備和用于與要被測(cè)量的結(jié)構(gòu)接口的適配器(5-9)，該適配器和設(shè)備能夠可分離地連接。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的測(cè)量套件，其中，所述適配器包括用于將中心定位在突出部上的開(kāi)口。
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的測(cè)量套件，其中，所述適配器為用于將中心定位在孔內(nèi)的圓錐形。
9.根據(jù)權(quán)利要求6所述的測(cè)量套件，其中，所述適配器為用于接近測(cè)量點(diǎn)的細(xì)長(zhǎng)形。
10.一種測(cè)量系統(tǒng)，包括根據(jù)前述權(quán)利要求中的任一項(xiàng)所述的測(cè)量設(shè)備(I)、包括無(wú)線電通信裝置的計(jì)算單元(14)以及用于所述測(cè)量設(shè)備的基底單元(21)，其中，所述基底單元適于在預(yù)定的位置容納所述測(cè)量設(shè)備，以便為所述測(cè)量設(shè)備提供參考位置，并且所述計(jì)算單元(14)被設(shè)置成執(zhí)行結(jié)構(gòu)的尺寸的計(jì)算。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的測(cè)量系統(tǒng)，其中，所述基底單元適于在預(yù)定的方向上容納所述測(cè)量設(shè)備，以便為所述測(cè)量設(shè)備提供參考方向。
12.根據(jù)權(quán)利要求10或11所述的測(cè)量系統(tǒng)，包括通信地連接到所述測(cè)量設(shè)備的顯示單元(8)。
13.一種用于測(cè)量固定結(jié)構(gòu)的方法，包括確定固定結(jié)構(gòu)的尺寸，所述方法包括相對(duì)于該固定結(jié)構(gòu)移動(dòng)根據(jù)權(quán)利要求1-5中任一項(xiàng)所述的測(cè)量設(shè)備的步驟。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的方法，其中，所述測(cè)量設(shè)備為根據(jù)權(quán)利要求6-9中任一項(xiàng)所述的套件的部件，且該方法包括將適配器連接到所述測(cè)量設(shè)備，并且所述移動(dòng)的步驟包括將所述測(cè)量設(shè)備與所連接的適配器一起移動(dòng)。
【文檔編號(hào)】G01B21/32GK103542834SQ201310437394
【公開(kāi)日】2014年1月29日 申請(qǐng)日期:2009年12月15日 優(yōu)先權(quán)日:2008年12月15日
【發(fā)明者】J·貝克曼 申請(qǐng)人:校準(zhǔn)系統(tǒng)股份公司