用于測量結(jié)構(gòu)的設(shè)備及方法
【專利摘要】一種用于測量結(jié)構(gòu)的測量設(shè)備1，其中測量設(shè)備包括兩個互相間隔設(shè)置的慣性測量單元3，4。測量設(shè)備可具有用于嚙合被測量的結(jié)構(gòu)的裝置。還提供了一種包括測量設(shè)備和為測量設(shè)備提供參考點的基臺21的配置。而且，提供了一種包括測量設(shè)備和適配器的套件，其中，適配器可在測量設(shè)備和被測結(jié)構(gòu)之間提供接口。還提供了一種利用測量設(shè)備、尤其測量套件來測量固定結(jié)構(gòu)的方法。
【專利說明】用于測量結(jié)構(gòu)的設(shè)備及方法
[0001]本申請是2011年6月15日提交的發(fā)明名稱為“用于測量結(jié)構(gòu)的設(shè)備及方法”的中國專利申請200981050615.X的分案申請。
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0002]本發(fā)明涉及用于測量結(jié)構(gòu)的測量設(shè)備和方法，諸如，測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的測量設(shè)備。
【背景技術(shù)】
[0003]測量諸如建筑或交通工具的物體或結(jié)構(gòu)的問題在于，測量的準(zhǔn)確性需要技巧并通常涉及測量設(shè)備的麻煩的操作。
[0004]US5, 852，241描述了一種用于測量交通工具、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量系統(tǒng)。該系統(tǒng)包括設(shè)置在交通工具上的測量單元，并測量交通工具的不同部件的角度和尺寸。測量結(jié)果被提供給計算機，其計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實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量裝備并提供可靠的測量結(jié)果。
[0006]為此目的本發(fā)明提供用于測量固定構(gòu)造或結(jié)構(gòu)的測量設(shè)備，其包括用于測量相同方向的加速度的兩個慣性測量單元。慣性測量單元，所謂的MU，為包括運動感測裝置、加速度計和陀螺儀的測量單元，其已被研發(fā)出來并被用于追蹤例如飛機和潛水艇的移動交通工具的位置、傾角和速度。被感測的加速度和角速度隨后被分別關(guān)于時間進(jìn)行兩次積分和一次積分，以便分別提供長度和角度。本發(fā)明的測量設(shè)備包括主體，且每個慣性測量單元被固定于主體。慣性測量單元被互相間隔一定距離(L)固定，且每個單元包括用于測量加速度和用于感測轉(zhuǎn)動的裝置。具有兩個慣性測量單元提供了冗余度，且可被用于檢測測量誤差。
[0007]由此提供了用于測量結(jié)構(gòu)的測量設(shè)備1，且該測量設(shè)備包括兩個互相間隔設(shè)置的慣性測量單元。該測量設(shè)備也可具有用于與被測結(jié)構(gòu)嚙合的裝置。而且，提供了一種包括測量設(shè)備和為測量設(shè)備提供參考點的基臺的設(shè)置。進(jìn)一步，提供了一種包括測量設(shè)備和適配器的套件，其中，適配器在測量設(shè)備和被測結(jié)構(gòu)之間提供接口。本發(fā)明還提供了一種用于測量固定結(jié)構(gòu)的方法，該方法采用測量設(shè)備、優(yōu)選測量套件。
[0008]在一個實施例中，兩個慣性測量單元具有不同的范圍，且第一個單元可比另一個單元具有較高的分辨率，且提供更精確的測量數(shù)據(jù)。具有較大的量程的另一個單元還可在測量設(shè)備受到超出第一個單元的量程的較大加速度時，提供測量數(shù)據(jù)。
[0009]優(yōu)選，慣性測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)置的三個加速度計，且另一個慣性測量單元也包括以同樣的第一、第二和第三坐標(biāo)系方向的三個加速度計。[0010]在一個實施例中，測量設(shè)備包括至少一個滾筒，其中，滾筒或每個滾筒適于關(guān)于測量單元自由旋轉(zhuǎn)，并在該單元和被測表面之間提供接口。在一個優(yōu)選實施例中，外殼為細(xì)長的，具有兩個端部，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量設(shè)備和用于與要測量的結(jié)構(gòu)接口的適配器的測量套件，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，其提供定位測量點。其他適配器被設(shè)計成用于與被測物體中的孔配合，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量點并提供用于測量設(shè)備的延長部分，例如，附連到測量設(shè)備一端的細(xì)長桿。
[0012]本發(fā)明還為測量設(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)定的方向上容納測量設(shè)備，以便為測量設(shè)備提供參考位置、優(yōu)選還提供參考方向。由此，為測量提供坐標(biāo)原點。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0013]圖1闡明了根據(jù)本發(fā)明的測量設(shè)備。
[0014]圖2闡明了具有與輪子哨合的表面的測量設(shè)備。
[0015]圖3闡明了具有用于與被測物體的突出部嚙合的套管的測量設(shè)備。
[0016]圖4闡明了用于伸出到結(jié)構(gòu)上的測量點的細(xì)長桿，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。
【具體實施方式】
[0017]圖1闡明了測量設(shè)備I，其包括外殼2和設(shè)置在外殼2內(nèi)的至少兩個慣性測量單元3，4。外殼為如桿的細(xì)長形，且尺寸適當(dāng)易于操作，尺寸如手持移動電話或筆。每個慣性測量單元(IMU)包括至少兩個、優(yōu)選三個加速度計，其感測垂直方向、優(yōu)選三個垂直方向X，y，z的加速度ax，ay，az。每個MU3，4還包括至少兩個、優(yōu)選三個陀螺儀，其感測轉(zhuǎn)動，即圍繞垂直方向、優(yōu)選三個垂直方向X，y，Z的角速度ωχ，Qy, ωζ。MU3，4互相以固定間隔L設(shè)置；在測量設(shè)備I的每一端設(shè)置一個IMU。兩個MU3，4均以相同的方向測量，以使得它們可獨立地提供測量設(shè)備I的運動的兩個獨立的測量結(jié)果。當(dāng)測量結(jié)果偏離太多，即超過單元的額定測量精度時，測量設(shè)備可優(yōu)選適于報警，其指示錯誤的測量結(jié)果。
[0018]測量設(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)，諸如無線通信裝置、例如無線電收發(fā)器，以用于與外部計算機單元進(jìn)行通信。圖6中闡明了外部計算機單元的示例，其示出了具有顯示器的便攜式計算機(見圖6)，其在測量期間內(nèi)適當(dāng)?shù)剡m于為操縱員提供用戶界面。IMU可適當(dāng)?shù)鼐哂杏嬎阊b置以便根據(jù)所感測的加速度和角速度計算如物體的長度、高度以及寬度的距離和角度?？商鎿Q地，外部計算單元(如，圖6的便攜式計算機)執(zhí)行這種計算，測量數(shù)據(jù)被從IMU傳遞到該外部計算單元。
[0019]在X軸方向移動測量設(shè)備I提供了該方向的加速度的兩個測量結(jié)果。IMU3，4優(yōu)選具有不同的類型，例如一個比另一個更靈敏。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，而第二 IMU4具有量程為0_5g的加速度計,其較不靈敏,也比第一 MU3精度低。在這樣的設(shè)置中，將通常為測量設(shè)備I的運動提供兩個完整的測量結(jié)果，但是如果測量設(shè)備遭受I和5g之間的加速度時，第一 MU3將“超出量程”且將僅僅提供一個測量結(jié)果。當(dāng)MU其中之一，在該情形中為第一 MU3超出量程時，即不提供可靠的信號或測量結(jié)果時，該設(shè)備I優(yōu)選適于報警。
[0020]測量設(shè)備優(yōu)選還包括無線通信裝置，并適于與諸如圖6中闡明的計算機14的外部設(shè)備進(jìn)行通信。附圖闡明了在固定結(jié)構(gòu)，例如卡車的測量期間，利用根據(jù)本發(fā)明的測量設(shè)備的測量設(shè)置?？ㄜ嚲哂兄黧w11和前后輪13，15，并被設(shè)置在滾筒16，17上，以使得在測量期間輪可被旋轉(zhuǎn)。設(shè)置還包括基臺21和便攜式計算機14。便攜式計算機14具有用于與測量設(shè)備I進(jìn)行通信的無線電通信裝置18。基臺21具有用于容納測量設(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量設(shè)備。
[0021]該設(shè)置可特別適于測量諸如汽車的交通工具，例如，通過在計算機14中的數(shù)據(jù)庫存儲大量不同汽車模型的幾何數(shù)據(jù)。計算機可適當(dāng)?shù)剡m于在顯示器上提供被測交通工具的圖像，其中，測量點被標(biāo)出。
[0022]另一個示例要測量建筑物。計算機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中的測量設(shè)備的實施例。可通過適配器提供所闡明的實施例。例如，可提供包括一個測量設(shè)備I和四個分別用于特定目的的不同的可連接適配器5-8的測量套件。
[0024]圖2闡明了具有輪子或滾筒5的測量設(shè)備I的實施例。該實施例用于測量表面，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。通過這種方式，提供表面的輪廓線。因此，具有輪子5的測量設(shè)備I適于連續(xù)地，即高速地提供座標(biāo)。輪子5可為測量設(shè)備的一個一體部件?？商鎿Q地，輪子5為具有緊固到測量設(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闡明了用于測定不同類型測量點的坐標(biāo)的實施例，其中，測量設(shè)備具有用于測量點的適配器。優(yōu)選地，每個適配器能夠可分離地連接到測量設(shè)備上。測量設(shè)備和適配器可作為測量套件提供。
[0026]圖3闡明了具有用于將測量設(shè)備定中心在如手柄或軸端的伸出部件上的套管6的測量設(shè)備I的實施例。套管6具有用于包圍伸出部件的開口和窄通道。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)有伸長桿7的測量設(shè)備I的實施例，該伸長桿7用于接近在如小且窄的隔間的難接近的地方內(nèi)的測量位置。
[0028]圖5闡明了設(shè)有用于將測量設(shè)備中心設(shè)置在圓形孔內(nèi)的圓錐體8的測量設(shè)備I的實施例。
【權(quán)利要求】
1.一種用于測量固定結(jié)構(gòu)的測量設(shè)備(1)，包括確定固定結(jié)構(gòu)的尺寸，所述測量設(shè)備(I)包括主體(2)，所述主體(2)包括第一和第二慣性測量單元(3，4)，每個慣性測量單元被固定到所述主體并且相對于另一慣性測量單元(3，4)以間隔(L)固定，每個慣性測量單元包括用于感測加速度(ax, ay, az)的至少兩個加速度計和用于感測轉(zhuǎn)動(ωχ，coy，ωζ)的至少兩個陀螺儀，并且其中，第一慣性測量單元(3)和第二慣性測量單元(4)被設(shè)置成在相同的方向上測量，并在測量設(shè)備(I)相對于所述固定結(jié)構(gòu)移動時提供兩個獨立的測量結(jié)果；并且測量設(shè)備(I)還包括無線電通信裝置，并且適于將測量數(shù)據(jù)傳送到外部計算單元。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的測量設(shè)備，其中，第一慣性測量單元(3，4)包括三個加速度計，并適于感測三個垂直坐標(biāo)方向(x，y，z)上的加速度，且第二慣性測量單元(3，4)包括三個加速度計，并適于感測三個垂直坐標(biāo)方向(X，1，z)上的加速度。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的測量設(shè)備，包括設(shè)置成關(guān)于所述測量單元自由轉(zhuǎn)動并在該單元與被測表面之間提供接口的滾筒(5)。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的測量設(shè)備，其中，所述主體為細(xì)長的，具有兩個端部，且所述滾筒(5)被設(shè)置在其中一個端部處。
5.根據(jù)權(quán)利要求1-4中任一項所述的測量設(shè)備，其中，所述兩個慣性測量單元(3，4)具有不同的量程。
6.一種測量套件，包括根據(jù)權(quán)利要求1-5中任一項所述的測量設(shè)備和用于與要被測量的結(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口。
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的測量套件，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所述的測量套件，其中，所述適配器為用于接近測量點的細(xì)長形。
10.一種測量系統(tǒng)，包括根據(jù)前述權(quán)利要求中的任一項所述的測量設(shè)備(I)、包括無線電通信裝置的計算單元(14)以及用于所述測量設(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量設(shè)備，以便為所述測量設(shè)備提供參考位置，并且所述計算單元(14)被設(shè)置成執(zhí)行結(jié)構(gòu)的尺寸的計算。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的測量系統(tǒng)，其中，所述基底單元適于在預(yù)定的方向上容納所述測量設(shè)備，以便為所述測量設(shè)備提供參考方向。
12.根據(jù)權(quán)利要求10或11所述的測量系統(tǒng)，包括通信地連接到所述測量設(shè)備的顯示單元(8)。
13.一種用于測量固定結(jié)構(gòu)的方法，包括確定固定結(jié)構(gòu)的尺寸，所述方法包括相對于該固定結(jié)構(gòu)移動根據(jù)權(quán)利要求1-5中任一項所述的測量設(shè)備的步驟。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的方法，其中，所述測量設(shè)備為根據(jù)權(quán)利要求6-9中任一項所述的套件的部件，且該方法包括將適配器連接到所述測量設(shè)備，并且所述移動的步驟包括將所述測量設(shè)備與所連接的適配器一起移動。
【文檔編號】G01B21/32GK103542834SQ201310437394
【公開日】2014年1月29日 申請日期: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 申請人:校準(zhǔn)系統(tǒng)股份公司