專利名稱：測量工具和測量方法
技術(shù)領(lǐng)域：
概括地說，本發(fā)明涉及測量工具和測量方法；具體地說，本發(fā)明涉及非接觸性快速測量物體尺寸的測量工具和測量方法，這種方法可以實現(xiàn)非接觸式、快速的物體尺寸測量。
背景技術(shù)：
眾所周知，測量工具即為將被測長度與已知長度比較從而得出測量結(jié)果的工具， 其在工程及生活中的各領(lǐng)域中均有廣泛的應(yīng)用。概括地說，長度測量工具包括量規(guī)、量具和量儀。傳統(tǒng)中最常使用的測量裝置是一些機械式測量工具，例如角尺、卡鉗、卷尺等?？梢粤私?，用這些工具進(jìn)行測量時效率低并且無法很好地建立起零件間的相對位置關(guān)系。在工程中測量機械設(shè)備和裝置的尺寸時，三坐標(biāo)打點式測量法顯示出了很多優(yōu)點；但是三坐標(biāo)打點式測量方法，同樣也存在效率低的問題，并且費用昂貴。另外，對于不能直接進(jìn)行接觸式測量的情況，例如當(dāng)需要對遠(yuǎn)處的裝置或設(shè)備尺寸進(jìn)行遠(yuǎn)程測量時，上述測量工具和方法顯然不能勝任。例如，在整車開發(fā)過程中通常需要對多種競爭車型進(jìn)行分析比較，這時就需要對一些零件位置的擺放進(jìn)行分析和測量。采用一般的卷尺或三坐標(biāo)打點法進(jìn)行測量存在前述的缺點；并且對于一些無法直接測量到零件的情況，這些測量工具更是無能為力。因此，亟需能夠解決上述技術(shù)問題的測量工具和測量方法。

發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)本發(fā)明的第一方面，提供了一種輔助測量工具，其中，所述輔助測量工具具有三個不共線的標(biāo)記投射裝置，所述標(biāo)記投射裝置用于向待測目標(biāo)投射標(biāo)記；以及拍攝裝置，所述拍攝裝置用于拍攝投射有所述標(biāo)記的所述待測目標(biāo)，其中，所述標(biāo)記投射裝置的投射方向與所述拍攝裝置的拍攝方向平行。通過這樣設(shè)置的輔助測量工具小巧輕便、易于隨身攜帶，同時可快速在待測目標(biāo)上尋找到三個標(biāo)記點，通過對所成的像的分析，便可建立起相應(yīng)的坐標(biāo)系和比例尺，從而求出像中待測目標(biāo)上任意兩點間的距離；并且能夠?qū)崿F(xiàn)非接觸性的快速測量。 可選地，在如上所述的輔助測量工具中，所述標(biāo)記投射裝置為激光標(biāo)點器?？蛇x地，在如上所述的輔助測量工具中，所述拍攝裝置為照相機?？蛇x地，在如上所述的輔助測量工具中，所述輔助測量工具還具有框架，所述標(biāo)記投射裝置及所述拍攝裝置均安裝在所述框架上?？蛇x地，在如上所述的輔助測量工具中，所述框架為三角架，并且所述三個標(biāo)記投射裝置位于所述三角架的頂點附近。根據(jù)本發(fā)明的第二方面，提供了一種用如前所述的輔助測量工具進(jìn)行測量的方法，其中，所述方法包括如下步驟
使所述輔助測量工具平行地位于所述待測目標(biāo)的一側(cè)；利用所述標(biāo)記投射裝置向所述待測目標(biāo)平行地投射出三個標(biāo)記；用所述拍攝裝置拍攝包括所述待測目標(biāo)和所述標(biāo)記的像；計算所述像上標(biāo)記之間的距離與所述測量工具上相應(yīng)的標(biāo)記投射裝置之間的距離之間的比例；測量所述像上任意兩點之間的距離，并根據(jù)比例關(guān)系計算待測目標(biāo)上相應(yīng)的點之間的距離。通過這樣的方法能夠方便求出像中待測目標(biāo)上任意兩點間的距離；并且能夠?qū)崿F(xiàn)非接觸性的快速測量。根據(jù)本發(fā)明的第三方面，提供了一種測量工具，其中，所述測量工具具有三個不共線的標(biāo)記投射裝置，所述標(biāo)記投射裝置用于向待測目標(biāo)投射標(biāo)記；拍攝裝置，所述拍攝裝置用于拍攝獲取投射有所述標(biāo)記的所述待測目標(biāo)的像，并且所述拍攝裝置的拍攝方向與所述標(biāo)記投射裝置的投射方向平行；顯示裝置，所述顯示裝置用于顯示由所述拍攝裝置所拍攝的像；識別裝置，所述識別裝置能夠識別像上的標(biāo)記的距離；運算裝置，所述運算裝置能夠根據(jù)所述像上的標(biāo)記之間的距離與相應(yīng)的所述標(biāo)記投射裝置的之間的距離之比計算出距離比例；其中，所述顯示裝置能夠根據(jù)所述距離比例顯示出標(biāo)尺，從而能夠在顯示裝置中直接讀取待測目標(biāo)的尺寸。通過這樣設(shè)置的測量工具更加小巧輕便、易于隨身攜帶，能夠方便快捷地實現(xiàn)非接觸性的快速測量?？蛇x地，在如上所述的測量工具中，所述標(biāo)記投射裝置為激光標(biāo)點器。可選地，在如上所述的測量工具中，所述拍攝裝置為照相機。根據(jù)本發(fā)明的第四方面，本發(fā)明提供了一種測量方法，其中，所述方法包括如下步驟使三個不共線的投射源位于待測目標(biāo)一側(cè)上并且與所述待測目標(biāo)平行的平面上；用所述投射源向待測目標(biāo)平行地投射三個標(biāo)記；沿平行于所述投射的方向獲取所述待測目標(biāo)與所述標(biāo)記的像；計算所述像上標(biāo)記之間的距離與相應(yīng)的投射源之間距離的比例；以及測量所述像上任意兩點之間的距離，并根據(jù)比例關(guān)系計算待測目標(biāo)上相應(yīng)的點之間的距離。通過這種方法，能夠方便快捷地進(jìn)行非接觸式的尺寸測量，實現(xiàn)了常規(guī)測量工具不能實現(xiàn)的良好技術(shù)效果。


參照附圖，本發(fā)明的公開內(nèi)容將更加顯然。應(yīng)當(dāng)了解，這些附圖僅僅用于說明的目的，而并非意在限制本發(fā)明的范圍；附圖的繪制也不是按比例，圖中圖1示意性地示出了根據(jù)本發(fā)明第一方面的測量工具的一種實施方式；
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圖2示意性地示出了圖1中的測量工具以及待測目標(biāo)；以及圖3示意性地示出了測量工具在圖2中所示位置獲取的待測目標(biāo)的像。
具體實施例方式下面參照附圖詳細(xì)地說明本發(fā)明的具體實施方式
。附圖中相同的附圖標(biāo)記用于標(biāo)記相同的技術(shù)特征。如下的說明僅是說明性、示例性的。另外，雖然在此根據(jù)本發(fā)明的具體實施方式
進(jìn)行了說明，但是應(yīng)當(dāng)了解，這些具體實施方式
的一些等同或類似的變型和改型也將落入在本發(fā)明的保護范圍內(nèi)。圖1示意性地示出了根據(jù)本發(fā)明第一方面的輔助測量工具的一種具體實施方式
。 如圖ι中所示，該輔助測量工具100具有三個不共線的標(biāo)記投射裝置4、5、6，標(biāo)記投射裝置 4、5、6用于向待測目標(biāo)200(見圖2)投射標(biāo)記A、B、C(見圖2，圖2示意性地示出了圖1中的測量工具100以及待測目標(biāo)200)；以及拍攝裝置1，拍攝裝置1用于拍攝投射有標(biāo)記A、 B、C的待測目標(biāo)200，其中，標(biāo)記投射裝置4、5、6的投射方向與拍攝裝置1的拍攝方向平行。 可以看出，這樣的輔助測量工具小巧輕便、易于隨身攜帶，利用其可快速在待測目標(biāo)上尋找到三個標(biāo)記點，通過對所成的像的分析可建立起相應(yīng)的坐標(biāo)系和比例尺，從而求出像中物體任意兩點間的距離，能夠?qū)崿F(xiàn)非接觸性的快速測量。在上述描述中，標(biāo)記投射裝置4、5、6可以是激光標(biāo)點器，或者也可以是其它能夠投射標(biāo)記于待測目標(biāo)上的裝置。該標(biāo)記在待測目標(biāo)上形成光影、標(biāo)識等，或者是其它能夠由拍攝裝置獲取像的標(biāo)記。所述拍攝裝置可以是攝像頭、照相機、甚至是攝像機等，其可以為采用膠卷、錄像帶式的，也可以是數(shù)碼式的。在前一情況下，在尺寸測量步驟中需要對像進(jìn)行測量時可以通過先沖洗照片再進(jìn)行測量的方式進(jìn)行；在后一情況下，在尺寸測量步驟中可以直接使用相關(guān)設(shè)備中的識別裝置或運算裝置完成。另外，在這些情況下，術(shù)語“拍攝方向，，指的就是這些攝像頭、照相機、攝像機等的光軸。在圖1中還示意性地示出了一些任選的設(shè)置。例如，輔助測量工具100中還具有框架3，標(biāo)記投射裝置4、5、6及拍攝裝置1均安裝在框架3上?？蚣?可以為任何平面的幾何形狀形式，例如三角架的形式(見圖1)、圓形、方形等。標(biāo)記投射裝置4、5、6可以以任何常規(guī)的機械裝置安裝在框架上，例如嵌入、卡合或螺紋連接等。在圖1中示意性地示出框架 3為三角架的形式，并且三個標(biāo)記投射裝置4、5、6位于三角架3的頂點附近。下面介紹利用該輔助測量工具100進(jìn)行測量的方法。用前面所述的輔助測量工具 100進(jìn)行測量的方法包括如下步驟使所述輔助測量工具100平行地位于待測目標(biāo)200的一側(cè)；利用標(biāo)記投射裝置4、5、6向待測目標(biāo)200平行地投射出三個標(biāo)記A、B、C ；用拍攝裝置 1拍攝包括待測目標(biāo)200和標(biāo)記A、B、C的像(圖3示意性地示出了測量工具100在圖2中所示位置獲取的待測目標(biāo)200的像)；計算所述像上標(biāo)記A、B、C之間(或其中任意兩個之間)的距離與所述測量工具上相應(yīng)的標(biāo)記投射裝置4、5、6之間(或其中相應(yīng)的任意兩個之間)的距離之間的比例；測量所述像上任意兩點之間的距離，并根據(jù)比例關(guān)系計算待測目標(biāo)上相應(yīng)的點之間的距離。所屬技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)該可以了解，在上面的方法中，使所述輔助測量工具 100的位置與待測目標(biāo)200平行，主要是指要使所述標(biāo)記投射裝置4、5、6(例如激光標(biāo)點器)所在的平面與所述待測目標(biāo)200平行，并且拍攝裝置1的拍攝方向與標(biāo)記投射裝置4、5、6的投射方向平行，使得由拍攝裝置1(例如照相機)所獲取的像與輔助測量工具100的尺寸成正比?？梢粤私?，這種方法對于待測目標(biāo)200為平坦的目標(biāo)時測量結(jié)果會比較準(zhǔn)確， 對于待測目標(biāo)200為球形等其它不平坦形狀或不規(guī)則形時，測量結(jié)果精確度會有所降低。 所述像上的標(biāo)記的計算(測量)方式也可以有多種不同，例如，當(dāng)像是沖印出的照片時，可以用直尺等常規(guī)測量工具直接進(jìn)行測量；而如果像是設(shè)置在電子設(shè)備中的電子圖文時，則可以用常用的識別裝置進(jìn)行識別而獲取該像的大小。獲取待測目標(biāo)上兩點之間的距離的公式為待測目標(biāo)上兩點之間的距離=像上相應(yīng)的兩點之間的距離X標(biāo)記投射裝置4、5兩點間的距離/像上相應(yīng)的A、B兩點間的距離。應(yīng)當(dāng)了解，也可以采用4、6兩點之間的距離及 5、6之間的距離分別相應(yīng)于A、C之間的距離及B、C之間的距離進(jìn)行計算?；蛘呃缭跍y量時，將測量工具100以與待測目標(biāo)200平行的方式擺放在待測目標(biāo)200的一側(cè)，通過三個標(biāo)記投射裝置(例如激光標(biāo)點器)4、5、6平行地投射三個標(biāo)記(例如激光點)A、B、C于待測目標(biāo)200表面，此時可以通過拍攝裝置1 (例如數(shù)碼相機)拍攝出相應(yīng)的包含待測目標(biāo)200及三個標(biāo)記A、B、C的像(例如照片)。由于三個投射路徑(例如激光束)之間的距離是恒定的，而投射路徑與拍攝裝置的光軸又是平行的，因此，在拍攝表面比較平坦的待側(cè)目標(biāo)時，顯示在像中的三個標(biāo)記的距離AB、AC、BC可以認(rèn)定為三個標(biāo)記投射裝置4、5、6之間的距離。像的具體效果參見圖3。通過分析上述像，連接BC兩點，形成 X軸，通過A點作出垂直于BC的直線，形成Y軸。通過測量像中BC的距離和對應(yīng)的標(biāo)記投射裝置5、6之間的距離，便可形成該像的比例尺，進(jìn)而根據(jù)比例關(guān)系可以得到像中待測目標(biāo)上任意兩點間的距離。根據(jù)本發(fā)明的第三方面提供的測量工具的實施方式(未圖示)中，所述測量工具具有三個不共線的標(biāo)記投射裝置，所述標(biāo)記投射裝置用于向待測目標(biāo)投射標(biāo)記；拍攝裝置，所述拍攝裝置用于拍攝獲取投射有所述標(biāo)記的所述待測目標(biāo)的像，并且所述拍攝裝置的拍攝方向與所述標(biāo)記投射裝置的投射方向平行；顯示裝置，所述顯示裝置用于顯示由所述拍攝裝置所拍攝的像；識別裝置，所述識別裝置能夠識別像上的標(biāo)記的距離；運算裝置， 所述運算裝置能夠根據(jù)所述像上的標(biāo)記之間的距離與相應(yīng)的所述標(biāo)記投射裝置的之間的距離之比計算出距離比例；其中，所述顯示裝置能夠根據(jù)所述距離比例顯示出標(biāo)尺，從而能夠在顯示裝置中直接讀取待測目標(biāo)的尺寸。可以了解，這樣的測量工具更加小巧輕便、易于隨身攜帶，能夠?qū)崿F(xiàn)非接觸性的快速測量并在顯示裝置上直接讀取出待測目標(biāo)的尺寸。該測量工具可以是一個集成一體式的電子設(shè)備。在這種測量工具中，標(biāo)記投射裝置可以是激光標(biāo)點器，或者也可以是其它能夠投射標(biāo)記于待測目標(biāo)上的裝置。該標(biāo)記在待測目標(biāo)上形成光影、標(biāo)識等，或者是其它能夠由拍攝裝置獲取像的標(biāo)記。所述拍攝裝置可以是數(shù)碼照相機或數(shù)碼攝像機等，其中，在尺寸測量步驟中可以直接使用相關(guān)設(shè)備中的識別裝置以對像上標(biāo)記的距離進(jìn)行識別，運算裝置能夠根據(jù)識別裝置識別出的像上標(biāo)記的距離與預(yù)存儲好的標(biāo)記投射裝置的距離獲取像與實物的比例，進(jìn)而計算并在顯示裝置上顯示出標(biāo)尺，從而能夠在顯示裝置上直接讀取待測目標(biāo)的尺寸讀數(shù)。另外，在這些情況下，術(shù)語“拍攝方向”指的就是這些攝像頭、照相機、攝像機等的光軸。在本申請的上下文中，所述“不共線”即是指不在同一條直線上；具體地說，“三個不共線的投射裝置”以及“三個不共線的投射源”指的是所述的三個投射裝置或三個投射源的位置不同時位于同一條直線上。
在替代實施方式中，該測量工具還可以具有一些任選的設(shè)置。例如，測量工具還可以具有框架，標(biāo)記投射裝置及拍攝裝置可以均安裝在該框架上?？蚣芸梢詾槿魏纹矫娴膸缀涡螤钚问?，例如三角架的形式(見圖1)、圓形、方形等。標(biāo)記投射裝置則可以以任何常規(guī)的機械裝置安裝在框架上，例如嵌入、卡合或螺紋連接等。下面詳細(xì)介紹本發(fā)明第四方面的測量方法。這種測量方法中包括如下步驟使三個不共線的投射源位于待測目標(biāo)一側(cè)上并且與所述待測目標(biāo)平行的平面上；用所述投射源向待測目標(biāo)平行地投射三個標(biāo)記；沿平行于所述投射的方向獲取所述待測目標(biāo)與所述標(biāo)記的像；計算所述像上標(biāo)記之間的距離與相應(yīng)的投射源之間距離的比例；以及測量所述像上任意兩點之間的距離，并根據(jù)比例關(guān)系計算待測目標(biāo)上相應(yīng)的點之間的距離。如上所述，參照附圖對本發(fā)明的具體實施方式
進(jìn)行了詳細(xì)的說明，但是應(yīng)當(dāng)了解， 本申請并非意在使這些具體細(xì)節(jié)來構(gòu)成對本發(fā)明保護范圍的限制。在不背離根據(jù)本發(fā)明的精神和范圍的情況下，可對這些結(jié)構(gòu)進(jìn)行等同或類似的改變，這些改變將也落在本發(fā)明所附的權(quán)利要求書確定的保護范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種輔助測量工具，其特征是，所述輔助測量工具具有三個不共線的標(biāo)記投射裝置，所述標(biāo)記投射裝置用于向待測目標(biāo)投射標(biāo)記；以及拍攝裝置，所述拍攝裝置用于拍攝投射有所述標(biāo)記的所述待測目標(biāo)， 其中，所述標(biāo)記投射裝置的投射方向與所述拍攝裝置的拍攝方向平行。
2.如權(quán)利要求1所述的輔助測量工具，其特征是，所述標(biāo)記投射裝置為激光標(biāo)點器。
3.如權(quán)利要求1所述的輔助測量工具，其特征是，所述拍攝裝置為照相機。
4.如權(quán)利要求1所述的輔助測量工具，其特征是，所述輔助測量工具還具有框架，所述標(biāo)記投射裝置及所述拍攝裝置均安裝在所述框架上。
5.如權(quán)利要求4所述的輔助測量工具，其特征是，所述框架為三角架，并且所述三個標(biāo)記投射裝置位于所述三角架的頂點附近。
6.一種用如權(quán)利要求1所述的輔助測量工具進(jìn)行測量的方法，其特征是，所述方法包括如下步驟使所述輔助測量工具平行地位于所述待測目標(biāo)的一側(cè)； 利用所述標(biāo)記投射裝置向所述待測目標(biāo)平行地投射出三個標(biāo)記； 用所述拍攝裝置拍攝包括所述待測目標(biāo)和所述標(biāo)記的像；計算所述像上標(biāo)記之間的距離與所述測量工具上相應(yīng)的標(biāo)記投射裝置之間的距離之間的比例；測量所述像上任意兩點之間的距離，并根據(jù)比例關(guān)系計算待測目標(biāo)上相應(yīng)的點之間的距離。
7.一種測量工具，其特征是，所述測量工具具有三個不共線的標(biāo)記投射裝置，所述標(biāo)記投射裝置用于向待測目標(biāo)投射標(biāo)記； 拍攝裝置，所述拍攝裝置用于拍攝獲取投射有所述標(biāo)記的所述待測目標(biāo)的像，并且所述拍攝裝置的拍攝方向與所述標(biāo)記投射裝置的投射方向平行；顯示裝置，所述顯示裝置用于顯示由所述拍攝裝置所拍攝的像； 識別裝置，所述識別裝置能夠識別像上的標(biāo)記的距離；運算裝置，所述運算裝置能夠根據(jù)所述像上的標(biāo)記之間的距離與相應(yīng)的所述標(biāo)記投射裝置的之間的距離之比計算出距離比例；其中，所述顯示裝置能夠根據(jù)所述距離比例顯示出標(biāo)尺，從而能夠在顯示裝置中直接讀取待測目標(biāo)的尺寸。
8.如權(quán)利要求7所述的測量工具，其特征是，所述標(biāo)記投射裝置為激光標(biāo)點器。
9.如權(quán)利要求7所述的測量工具，其特征是，所述拍攝裝置為照相機。
10.一種測量方法，其特征是，所述方法包括如下步驟使三個不共線的投射源位于待測目標(biāo)一側(cè)上并且與所述待測目標(biāo)平行的平面上； 用所述投射源向待測目標(biāo)平行地投射三個標(biāo)記； 沿平行于所述投射的方向獲取所述待測目標(biāo)與所述標(biāo)記的像； 計算所述像上標(biāo)記之間的距離與相應(yīng)的投射源之間距離的比例；以及測量所述像上任意兩點之間的距離，并根據(jù)比例關(guān)系計算待測目標(biāo)上相應(yīng)的點之間的距離。
全文摘要
本發(fā)明涉及輔助測量工具及其使用其進(jìn)行測量的方法、測量工具及測量方法。這些工具和方法使用了用于向待測目標(biāo)投射標(biāo)記的三個不共線的標(biāo)記投射裝置以及用于拍攝投射有所述標(biāo)記的所述待測目標(biāo)的拍攝裝置。其中，所述標(biāo)記投射裝置的投射方向與所述拍攝裝置的拍攝方向平行。通過這些方法和工具，實現(xiàn)了對待測目標(biāo)的非接觸性快速測量。
文檔編號G01B11/00GK102346011SQ201010240269
公開日2012年2月8日 申請日期2010年7月29日 優(yōu)先權(quán)日2010年7月29日
發(fā)明者孫海青, 楊怡蓓, 林樹楠, 盛晶晶, 胡雪芬, 高建遠(yuǎn), 魯程杰 申請人:上海通用汽車有限公司, 泛亞汽車技術(shù)中心有限公司