CN103542834B - 用于测量结构的设备及方法 - Google Patents

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Abstract

一种用于测量结构的测量设备1，其中测量设备包括两个互相间隔设置的惯性测量单元3，4。测量设备可具有用于啮合被测量的结构的装置。还提供了一种包括测量设备和为测量设备提供参考点的基台21的配置。而且，提供了一种包括测量设备和适配器的套件，其中，适配器可在测量设备和被测结构之间提供接口。还提供了一种利用测量设备、尤其测量套件来测量固定结构的方法。

Description

用于测量结构的设备及方法
本申请是2011年6月15日提交的发明名称为“用于测量结构的设备及方法”的中国专利申请200981050615.X的分案申请。
技术领域
本发明涉及用于测量结构的测量设备和方法，诸如，测定建筑或交通工具的伸展和尺寸。特别地，它涉及包括陀螺仪和加速度计的测量设备。
背景技术
测量诸如建筑或交通工具的物体或结构的问题在于，测量的准确性需要技巧并通常涉及测量设备的麻烦的操作。
US5,852,241描述了一种用于测量交通工具、尤其车轮转角和如卡车的大型交通工具上的轴的方向的测量系统。该系统包括设置在交通工具上的测量单元，并测量交通工具的不同部件的角度和尺寸。测量结果被提供给计算机，其计算交通工具的几何数据并在显示器上显示这些数据。该系统使用激光器，其需要不受约束的视线并利用需要由操作员手动实施的精确操作的装备。
发明内容
本发明的目的为提供一种易于操作的测量装备并提供可靠的测量结果。
为此目的本发明提供用于测量固定构造或结构的测量设备，其包括用于测量相同方向的加速度的两个惯性测量单元。惯性测量单元，所谓的IMU，为包括运动感测装置、加速度计和陀螺仪的测量单元，其已被研发出来并被用于追踪例如飞机和潜水艇的移动交通工具的位置、倾角和速度。被感测的加速度和角速度随后被分别关于时间进行两次积分和一次积分，以便分别提供长度和角度。本发明的测量设备包括主体，且每个惯性测量单元被固定于主体。惯性测量单元被互相间隔一定距离（L）固定，且每个单元包括用于测量加速度和用于感测转动的装置。具有两个惯性测量单元提供了冗余度，且可被用于检测测量误差。
由此提供了用于测量结构的测量设备1，且该测量设备包括两个互相间隔设置的惯性测量单元。该测量设备也可具有用于与被测结构啮合的装置。而且，提供了一种包括测量设备和为测量设备提供参考点的基台的设置。进一步，提供了一种包括测量设备和适配器的套件，其中，适配器在测量设备和被测结构之间提供接口。本发明还提供了一种用于测量固定结构的方法，该方法采用测量设备、优选测量套件。
在一个实施例中，两个惯性测量单元具有不同的范围，且第一个单元可比另一个单元具有较高的分辨率，且提供更精确的测量数据。具有较大的量程的另一个单元还可在测量设备受到超出第一个单元的量程的较大加速度时，提供测量数据。
优选，惯性测量单元中的其中之一包括以第一、第二和第三坐标系方向设置的三个加速度计，且另一个惯性测量单元也包括以同样的第一、第二和第三坐标系方向的三个加速度计。
在一个实施例中，测量设备包括至少一个滚筒，其中，滚筒或每个滚筒适于关于测量单元自由旋转，并在该单元和被测表面之间提供接口。在一个优选实施例中，外壳为细长的，具有两个端部，且滚筒设置在端部之一处。
本发明还提供包括上述测量设备和用于与要测量的结构接口的适配器的测量套件，其中，适配器和设备适于以可分离的方式互相附连，以使得它们互相也可拆卸。适配器可具有作为接口装置的轮子或滚筒。根据本发明的其他适配器为用于围绕结构的伸出部件的套管，当与如螺栓头的伸出部件啮合时，其提供定位测量点。其他适配器被设计成用于与被测物体中的孔配合，例如，不同尺寸的圆锥形适配器。其他的适配器被提供用于伸出到测量点并提供用于测量设备的延长部分，例如，附连到测量设备一端的细长杆。
本发明还为测量设备提供基底单元，其中，该基底单元适于在预定的位置、优选还在预定的方向上容纳测量设备，以便为测量设备提供参考位置、优选还提供参考方向。由此，为测量提供坐标原点。
附图说明
图1阐明了根据本发明的测量设备。
图2阐明了具有与轮子啮合的表面的测量设备。
图3阐明了具有用于与被测物体的突出部啮合的套管的测量设备。
图4阐明了用于伸出到结构上的测量点的细长杆，例如伸进如室内天花板的很难接近的较窄通道或位置。
具体实施方式
图1阐明了测量设备1，其包括外壳2和设置在外壳2内的至少两个惯性测量单元3，4。外壳为如杆的细长形，且尺寸适当易于操作，尺寸如手持移动电话或笔。每个惯性测量单元（IMU）包括至少两个、优选三个加速度计，其感测垂直方向、优选三个垂直方向x，y，z的加速度ax，ay，az。每个IMU3，4还包括至少两个、优选三个陀螺仪，其感测转动，即围绕垂直方向、优选三个垂直方向x，y，z的角速度ωx，ωy，ωz。IMU3，4互相以固定间隔L设置；在测量设备1的每一端设置一个IMU。两个IMU3，4均以相同的方向测量，以使得它们可独立地提供测量设备1的运动的两个独立的测量结果。当测量结果偏离太多，即超过单元的额定测量精度时，测量设备可优选适于报警，其指示错误的测量结果。
测量设备还包括诸如电池（未示出）的电源装置，优选还包括有通信装置（未示出），诸如无线通信装置、例如无线电收发器，以用于与外部计算机单元进行通信。图6中阐明了外部计算机单元的示例，其示出了具有显示器的便携式计算机（见图6），其在测量期间内适当地适于为操纵员提供用户界面。IMU可适当地具有计算装置以便根据所感测的加速度和角速度计算如物体的长度、高度以及宽度的距离和角度。可替换地，外部计算单元（如，图6的便携式计算机）执行这种计算，测量数据被从IMU传递到该外部计算单元。
在x轴方向移动测量设备1提供了该方向的加速度的两个测量结果。IMU3，4优选具有不同的类型，例如一个比另一个更灵敏。例如，第一IMU3可具有量程为0-1g（g＝重力常数，9.8m/s2）的加速度计，而第二IMU4具有量程为0-5g的加速度计，其较不灵敏，也比第一IMU3精度低。在这样的设置中，将通常为测量设备1的运动提供两个完整的测量结果，但是如果测量设备遭受1和5g之间的加速度时，第一IMU3将“超出量程”且将仅仅提供一个测量结果。当IMU其中之一，在该情形中为第一IMU3超出量程时，即不提供可靠的信号或测量结果时，该设备1优选适于报警。
测量设备优选还包括无线通信装置，并适于与诸如图6中阐明的计算机14的外部设备进行通信。附图阐明了在固定结构，例如卡车的测量期间，利用根据本发明的测量设备的测量设置。卡车具有主体11和前后轮13，15，并被设置在滚筒16，17上，以使得在测量期间轮可被旋转。设置还包括基台21和便携式计算机14。便携式计算机14具有用于与测量设备1进行通信的无线电通信装置18。基台21具有用于容纳测量设备的凹部20。优选，凹部被形成为以特定的位置和方向容纳测量设备。
该设置可特别适于测量诸如汽车的交通工具，例如，通过在计算机14中的数据库存储大量不同汽车模型的几何数据。计算机可适当地适于在显示器上提供被测交通工具的图像，其中，测量点被标出。
另一个示例要测量建筑物。计算机可适于提供建筑物内部和外部的三维模型。
图2-5阐明了图1中的测量设备的实施例。可通过适配器提供所阐明的实施例。例如，可提供包括一个测量设备1和四个分别用于特定目的的不同的可连接适配器5-8的测量套件。
图2阐明了具有轮子或滚筒5的测量设备1的实施例。该实施例用于测量表面，例如底盘部分的曲率。在使用期间，设备1的轮子被设置在例如汽车的变形主体部分的表面上，并且，伴随着将轮子抵靠在表面上并沿着表面行进，设备1随后沿着该表面滚动。通过这种方式，提供表面的轮廓线。因此，具有轮子5的测量设备1适于连续地，即高速地提供座标。轮子5可为测量设备的一个一体部件。可替换地，轮子5为具有紧固到测量设备1的装置的适配器的一部分。该轮子适配器可包括用于包围测量设备的端截面的套管或管状盖，并将适配器连接到该设备。
图3-5阐明了用于测定不同类型测量点的坐标的实施例，其中，测量设备具有用于测量点的适配器。优选地，每个适配器能够可分离地连接到测量设备上。测量设备和适配器可作为测量套件提供。
图3阐明了具有用于将测量设备定中心在如手柄或轴端的伸出部件上的套管6的测量设备1的实施例。套管6具有用于包围伸出部件的开口和窄通道。优选地，一套不同尺寸的套管6可被提供用于将测量设备适配为使得中心在不同尺寸的突出部上。
图4阐明了设有伸长杆7的测量设备1的实施例，该伸长杆7用于接近在如小且窄的隔间的难接近的地方内的测量位置。
图5阐明了设有用于将测量设备中心设置在圆形孔内的圆锥体8的测量设备1的实施例。

Claims (14)

1.一种用于测量固定结构的测量设备(1)，包括计算如固定结构的长度、高度以及宽度的距离，所述测量设备(1)包括主体(2)，所述主体(2)包括第一和第二惯性测量单元(3，4)，每个惯性测量单元被固定到所述主体并且相对于另一惯性测量单元(3，4)以距离(L)固定，每个惯性测量单元包括用于感测加速度(ax，ay，az)的至少两个加速度计和用于感测转动(ωx，ωy，ωz)的至少两个陀螺仪，并且其中，第一惯性测量单元(3)和第二惯性测量单元(4)被设置成在相同的方向上测量，并在测量设备(1)相对于所述固定结构移动时提供两个独立的测量结果；并且测量设备(1)还包括无线电通信装置，并且适于将测量数据传送到外部计算单元。
2.根据权利要求1所述的测量设备，其中，第一惯性测量单元(3)包括三个加速度计，并适于感测三个垂直坐标方向(x，y，z)上的加速度，且第二惯性测量单元(4)包括三个加速度计，并适于感测三个垂直坐标方向(x，y，z)上的加速度。
3.根据权利要求1或2所述的测量设备，包括设置成关于所述第一惯性测量单元和第二惯性测量单元自由转动并在所述第一惯性测量单元和第二惯性测量单元与被测表面之间提供接口的滚筒(5)。
4.根据权利要求3所述的测量设备，其中，所述主体为细长的，具有两个端部，且所述滚筒(5)被设置在其中一个端部处。
5.根据权利要求1-2中任一项所述的测量设备，其中，所述两个惯性测量单元(3，4)具有不同的量程。
6.一种测量套件，包括根据权利要求1-2中任一项所述的测量设备和用于与要被测量的结构接口的适配器(5-9)，该适配器和设备能够可分离地连接。
7.根据权利要求6所述的测量套件，其中，所述适配器包括用于将中心定位在突出部上的开口。
8.根据权利要求6所述的测量套件，其中，所述适配器为用于将中心定位在孔内的圆锥形。
9.根据权利要求6所述的测量套件，其中，所述适配器为用于接近测量点的细长形。
10.一种测量系统，包括根据权利要求1-2中的任一项所述的测量设备(1)、包括无线电通信装置的计算单元(14)以及用于所述测量设备的基底单元(21)，其中，所述基底单元适于在预定的位置容纳所述测量设备，以便为所述测量设备提供参考位置，并且所述计算单元(14)被设置成执行如固定结构的长度、高度以及宽度的距离的计算。
11.根据权利要求10所述的测量系统，其中，所述基底单元适于在预定的方向上容纳所述测量设备，以便为所述测量设备提供参考方向。
12.根据权利要求10或11所述的测量系统，包括通信地连接到所述测量设备的显示单元(8)。
13.一种用于测量固定结构的方法，包括计算如固定结构的长度、高度以及宽度的距离，所述方法包括相对于该固定结构移动根据权利要求1-2中任一项所述的测量设备的步骤。
14.根据权利要求13所述的方法，其中，所述测量设备为根据权利要求6-9中任一项所述的测量套件的部件，且该方法包括将适配器连接到所述测量设备，并且所述移动的步骤包括将所述测量设备与所连接的适配器一起移动。
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