CN106170677B - 用于测量法兰表面的几何表面特性的方法和系统 - Google Patents

Abstract

公开了用于测量在诸如风力发电塔的部分的管状物体的端部定位的法兰表面的几何表面特性的方法。还公开了相应的系统。方法包括在管状物体的多个旋转位置中的每一个中光学测量在法兰的表面的一组测量点，每一组测量点布置在沿着离管状物体的中心轴线第一距离处的弧的扇区中，并在法兰的圆周方向上被分开，其中，所述扇区是至少部分重叠的，使得每个组中的至少两个测量点基本上对应于至少另一组测量点中的测量点，并且，其中，弧一起延伸通过法兰的整个圆周。此外，基于相应的测量点，使对不同的弧的测量和它们的多组测量点相互关联，以获得法兰表面的表面特性的最终估计。

Description

用于测量法兰表面的几何表面特性的方法和系统

技术领域

本发明涉及用于测量在管状物体(如风力发电塔的一部分)的端部定位的法兰表面的几何表面特性的方法和系统。

背景

在许多工业过程的制造、装配和调整及应用中，经常需要获得几何表面特性的准确的和精确的测量，例如，以确定表面的平坦度，确定在不同区域的倾斜度，等等。为此，各种技术已开发多年。

一个这种技术是用户激光束或其他电磁辐射，以及测量传感器(如,位置感测设备(PSD)或类似物)上的冲击点。这种方法如在US 7403294和DE 102008035480中所披露的。

另一种方法已使用摄影测量，其中，目标被布置在待测对象上，并且从不同的角度拍照。通过处理图像(例如，通过三角测量方法)，目标的几何位置可被计算，并且被用于确定物体的表面的几何表面特性。这种方法如在US 6826299和US 6990215中所讨论的。

然而，某些物体比其他物体更难以精确测量。已经发现布置在管状物体上的，且特别是在非常大的管状物体上的，法兰用传统的技术测量是非常难以处理的且代价高的，而且测量结果具有使测量数据不太可靠的误差。这种情况如在测量风力发电塔的时候。这些塔是由管状的、有点圆锥形的部分在使用现场被组装在一起来进行的。各部分之间的连接是通过将法兰和螺栓或类似物连接在一起来进行的的。塔往往很高，并且必须承受很强的横向力。此外，为了确保在向内导向的法兰的情况下外周在所有地方保持充分接触，并确保在螺栓上没有太多的负荷，法兰需要有明确的径向倾斜度。外围不充分的接触会造成不稳定性，并且当遭受外力时，造成螺栓失效的很大的风险。为此，确保法兰的平坦度和径向倾斜度始终是正确的且在可接受的公差内是最重要的。然而，这些塔的部分往往是非常大的，往往有几米的并且甚至常在5米和10米之间的横截面直径。在制造过程中已经测量这些部分的法兰将是优选的。然而，利用目前已知的技术的对这些法兰的测量实际上既繁琐又昂贵的，并且测量数据往往是不够准确和可靠。

为此，在装配期间测量塔并使用特制的垫片调整测量不匀已经在US8240044中被提出。然而，在装配过程中测量是昂贵和困难的。

因此，存在对用于测量在管状物体(并且特别是针对非常大的管状物体)的端部定位的法兰表面的几何表面特性的改进的方法的需要。

发明概述

因此，本发明的目的是提供用于测量在管状物体的端部定位的法兰表面的几何表面特性的方法和系统。

这个目的是利用如下所述的方法、系统和计算机软件来实现的。

根据本发明的第一方面，提供了用于测量在管状物体的端部定位的法兰表面的几何表面特性的方法，该方法包括：

在管状物体的多个旋转位置中的每一个中光学测量在法兰的表面的一组测量点，每一组测量点布置在沿着离管状物体的中心轴线第一距离处的弧的扇区中，并在法兰的圆周方向上被分开，其中，所述扇区是至少部分重叠的，使得每个组中的至少两个测量点基本上对应于至少另一组测量点的测量点，并且，其中，弧一起延伸通过法兰的整个圆周；以及

基于相应的测量点，使不同的弧的测量和它们的多组测量点相互关联，以获得法兰表面的表面特性的最终估计。

该扇区优选彼此不同，并且优选仅部分重叠，但完全重叠的扇区也可以在某些实施例中被使用。因此，在本申请的上下文中的“扇区”被广泛解释，意味着优选具有由两个半径和弧封闭的圆形的圆周以及其中的半径由在一般范围高达360度内的中心角度分开的区域的部分。在360度的极端的情况下，半径将重合。同样，“弧”在本申请的上下文中也应该被广泛解释，并在极端情况下围绕整个圆周延伸。

该方法特别有利于大型管状物体(如风力发电塔的部分)的测量。具体地，该方法有利于测量在具有超过2米、以及优选超过4米、以及最优选超过5米(如7米或更多，或如在范围5-10米内)的横截面的尺寸的管状物体的端部定位的法兰表面的几何表面特性。管状物体的横截面优选是圆形的，但也可能是椭圆形或任何其他形状。优选地，待测量的法兰是内法兰，即向内定向的法兰。

本发明基于下列现实：当测量大的管状物体(如风力发电塔的部分)时，管状物体在使用中通常被布置在垂直位置，但当平放在水平位置时最方便被测量。然而，本发明人已经意识到的是，管状物体在水平位置变形到在水平位置上做的测量往往不能准确地代表在垂直使用位置的情况的程度。首先，管状物体将会有点向下压缩，使起初圆形的横截面略呈椭圆形。此外，管状物体将不会停留在完全平坦的表面上。与之相反的是，在两个或两个以上的滚柱支座上或类似物上布置大型管状物体是常见的做法。鉴于此，管状物体将呈现稍微扭曲和/或弯曲的形状。这将影响在端部的法兰的外观。还发现了，法兰所产生的变形将不会是均匀的，但将主要在上部发生。

本发明对这个提供了非常有效的补救。已经发现了，在管状物体的多个旋转位置中的每一个中，通过光学测量在沿弧的扇区中布置的法兰的表面上的一组测量点，这有效地补偿法兰的任何变形。首先，据此，可能总是在法兰的表现出最小变形的一部分(这将通常是法兰的较低部分)中测量。此外，在非常相似的条件期间(即，通过旋转扇区到相同的区域或位置)，通过测量不同的扇区，在每个测量区中的变形将是相似的。此外，通过提供组之间的重叠，使每个组中的至少两个测量点基本上对应于至少另一组测量点中的测量点，扇区测量可以是相关的，从而提供在法兰的整个圆周上的法兰表面的表面特性的测量。

本解决方案的进一步重大的优点是，所有的测量可以在管状物体的相同的部分且优选在较低的部分进行，这减轻了在过去经历的许多实际问题，因为待测的法兰的部分是更容易接近的，从而例如消除对梯子、天空升降机等的需要。

在两个扇区中的分开在许多情况下可以是足够的。然而，优选地光学测量的步骤包括：在管状物体的至少三个而且优选至少四个旋转位置中光学测量多组测量点。四个以上的扇区也可被使用。如果使用两个扇区，每个扇区优选在180-270度而且优选在180-220度的范围的角度上延伸。如果使用三个扇区，每个扇区优选在120-180度而且优选在120-140度的范围的角度上延伸。如果使用四个扇区，每个扇区优选在90-140度而且优选在90-110度的范围的角度上延伸。

方法还优选包括光学测量在每组测量点内的附加的测量点，所述附加的测量点被布置在同一扇区内，但布置在离管状物体的中心轴线除了第一距离之外的其他距离处的一个或(多个)弧处。因此，测量点被布置在两个或两个以上同心圆上布置的弧上。在一个示例中，测量点被布置在两个同心圆上布置的弧上，优选地沿着顶部法兰的内圆周和外圆周布置。然而，它也可能沿着多个同心圆(如沿三个或四个，或甚至更多个同心圆)测量。在每个同心圆中的测量点的数量可能是完全相同的，或不同的。然而，优选地，在每个同心圆中的测量点是在角方向等距分开的。此外，优选的是，在每个同心圆中的测量点的数量至少是6，而且优选是超过10。

在至少一个圆内的扇区的重叠至少延伸通过在每个重叠处的一个测量点，以便每个扇区具有对应于至少另一组测量点中的测量点的至少两个测量点。这使不同的扇区能够关联在一起。然而，优选地，每个重叠延伸通过两个测量点或甚至更多测量点。这实现了在扇区的测量之间的更精细的相关性，不仅包括绝对位置，而且也包括每个扇区测量的斜率。例如，每个扇区的测量可以表示为将相对于参考平面的高度和围绕管状物体的中心轴线的角度联系起来的曲线图。通过在高度轴上向上和/或向下移动不同扇区的曲线，则可以进行相互关联，以及，如果至少两个测量点被包括在每个重叠中，每个曲线图部分的斜率/倾斜度也可以被相关，以获得更好的相关性。

如果每一个重叠延伸通过几个测量点(如两个、三个或更多，或甚至在极端情况下包括所有的测量点(即，其中在多组测量点之间有完全的重叠))，重叠的测量点除了可以使不同的弧的测量和它们的多组测量点彼此相互关联之外，也可以用来改善所有或一些重叠的测量点的测量质量。改善的测量质量也改善了测量之间的相关性。这可以例如通过对应于重叠测量点的所有测量的算术平均值的计算，通过对应于重叠测量点的所有测量的中值的计算或类似物来获得。据此，获得了改进的测量精度，且对测量误差等的灵敏度较低。如果测量是沿着两个或两个以上的同心圆进行的，相关性可以是基于在多个圆中的一个圆中的测量进行的。然而，可选地，相关性可以是基于几个甚至所有的同心圆进行的。在这种情况下，相关性优选地是基于最佳拟合的相关性，其提供了更好的准确性。例如，这将补偿由于例如在轻微位移的测量点处放置探测器等引起的小误差。

方法/处理器还可以图形化地生成显示所测量的高度的或在与参考表面相关的每个测量点的偏差或类似物的平面度图。可选地或附加地，测量数据可以显示为表或类似物。此外，测量装置/系统优选地包括显示测量数据的平面度图或其它图形或视觉呈现的显示器。

优选地，所有的测量均是在管状物体被布置在基本上水平的位置时进行的。此外，在每个旋转位置中被测量的扇区优选地都布置在管状物体的下部。这是有好处的，因为已经发现了，大多数变形发生在上部区域。

被测的几何表面特性优选地是以下至少一个：弧关于垂直于管状物体的中心轴线的平面的平面度，以及法兰的朝向中心轴的径向倾斜度。此外，其他几何表面特性可以被测量，如波纹等。

测量步骤优选包括光学测量在每个测量点处的三维坐标。

作为光学测量布置的一个例子，光学测量包括将目标定位在扇区内的每个测量点，并将摄影测量法应用到目标以空间地表征期望的几何特征。摄影测量技术本身是已知的，如在例如US 6 826 299和US 6 990 215中公开的，所述的文件都在此通过引用被全文并入。

目标可以是凭借摄影测量法对于检测可用的任何类型的目标。例如，目标可以是具有可识别特征的反射区，或具有可检测、可识别特征的非反射区。优选地，每个目标包括具有已知相互几何关系的至少两个区别地可检测的特征。此外，目标可以以投影的图像等的形式被提供。

优选地，摄影测量法的应用步骤包括以下步骤：拍摄法兰表面的一部分的至少两张照片，每张照片包含至少一些目标，每张照片从相对于物体的不同的角度拍摄；计算目标的相对位置；以及对相对位置执行几何计算，以确定法兰表面的空间坐标。

当使用摄影测量法时，扇区可以如上面讨论的，每次只覆盖法兰有限的、较低的部分。然而，扇区也可覆盖整个圆周的主要部分，如圆周的3/4，以及例如在每个测量组中仅省略上部的部分。因此，将提供非常大的重叠，但在同一时间，具有最大的变形的部分仍然可能被忽略。

然而，扇区也可以完全重叠。在这种情况下，每个扇区将优选地覆盖整个圆周，并在每个旋转位置中测量所有的测量点。正如上面所讨论的，许多重叠的测量点然后可以被用来改善在不同的旋转位置处进行的测量的相关性，并在最后，通过对对应于每个测量点的所有的测量的算术平均值的计算，通过对对应于每个测量点的所有的测量的中间值的计算，等等，来改善法兰表面的表面特性的最终估计。

照片拍摄的步骤优选地包括拍摄数字照片，并且，其中，计算步骤和执行步骤是在具有其中存有摄影测量分析软件的计算机中被执行的。

可选地，光学测量包括定位传感器，同时或连续地在扇区内的每个测量点以红外、可见光或紫外光的形式由电磁辐射源在平行或接近平行于法兰表面的平面中产生电磁辐射，测量在每个传感器中的入射电磁辐射，并使用传感器数据来空间地表征期望的几何特征。这种测量可例如按照在US 7 403 294和DE 10 2008 035 480(所述文件据此通过引用被全文并入)描述的一般方法进行。

例如，传感器可以被手动地搬来搬去，并被布置在各个待测的测量点处。此外，标准化可以根据测得的点进行，例如，根据最佳拟合的峰到峰的方法，从而没必要调整激光或其他类型的电磁辐射到绝对平行于法兰平面的平面中。

然而，激光平面(或其他电磁辐射平面)凭借例如目标可以被粗调整，激光平面被布置成发现当目标移动或通过脉线测量等时看到激光照射在大约相同的位置上。

为了新扇区的测量，电磁辐射源可以拆卸和改装，然后再次重复该过程，其中检测器被布置在各种测量位置用于测量。然而，在几个不同的扇区的测量期间，至少对于一些连续的扇区允许电磁辐射源保持在相同的位置中，也可以是可能的。

传感器数据优选地至少包括相对于法兰表面的入射电磁辐射高度。因此，位置检测器的光敏测量表面可响应于在其上的电磁辐射撞击而提供对应于在测量表面上的光束的瞬时撞击点的坐标的电信号。

电磁辐射源优选地是激光源或电磁辐射发射源，以及优选地是旋转激光束发射器，如以恒定的旋转速度围绕轴线可旋转的并适于在固定的水平平面内发射至少一个旋转激光束的旋转激光束发射器。然而，除了在自身定义了激光平面的旋转激光器，或扇形激光器外，也可能使用在各种方向上的测量之间重新定位从而定义了测量平面的单一的激光束。

传感器优选地是具有光敏测量表面的感光的位置传感器，并且优选地是半导体传感器、位置感测设备(PSD)和面向像素的传感器(如CMOS或CCD结构)中的一个。

此外，激光(或任何其他的电磁辐射)发射器可递送脉冲激光器光束用于产生包括在至少一个感光的位置传感器上的多个个体脉冲的脉冲序列。脉冲可以代表激光束的时间上的长度和相位角。此外，脉冲也可以代表在激光束的传感器上的撞击的位置。

此外，除了上述讨论的光学测量方法，其他的光学测量方法也可以结合本发明被使用。例如，可能使用经纬仪测量，其中，经纬仪装置被用来基于对各种目标的反射等测量距离和角度。经纬仪装置本身是公知的，并且是在水平平面和垂直平面中测量角度的精密仪器。当望远镜指向目标对象时，这些轴中的每个的角度可以用很高的精度测量。在今天的经纬仪中，水平度盘和竖直度盘的读取通常是电子实现的。通过旋转编码器实现读取，它可以是绝对的(例如使用Gray码)，或增量式(使用等距的亮的和暗的径向区段)。此外，最近的CCD传感器已被添加到望远镜的焦平面，既允许自动瞄准又允许剩余目标偏移量的自动测量。这一切都可以在嵌入式软件中实现。

同时，现代经纬仪可配备一般基于红外的允许一次性测量完整的三维矢量的集成光电测距设备。

根据本发明的另一方面，提供了用于测量在管状物体的端部定位的法兰表面的几何表面特性的系统，该系统包括：

用于在管状物体的多个旋转位置中的每一个中测量在法兰的表面的一组测量点的光学测量布置，每一组测量点布置在沿着离管状物体的中心轴线第一距离处的弧的扇区中，并在法兰的圆周方向上被分开，其中，所述扇区是至少部分重叠的，使得每个组中的至少两个测量点基本上对应于至少另一组测量点中的测量点，并且，其中，弧一起延伸通过法兰的整个圆周；以及

中央处理器单元，其被配置为接收管状物体的所述多个旋转位置的多组测量点，以及基于相应的测量点，使不同的弧的测量和它们的多组测量点相互关联，以获得法兰的表面的最终估计。

根据这一方面，可以考虑如在本发明的上述讨论的方面中的类似的优点和优选的特征等。

根据本发明的另一个方面，提供了计算机可读介质，其包括在其上存储的用于执行过程的计算机软件，用于确定在管状物体的端部定位的法兰表面的几何表面特性，该过程包括以下步骤：

接收包括在法兰的表面的测量点处做出的多组测量的光学测量数据，每一组测量点布置在沿着离管状物体的中心轴线第一距离处的弧的扇区中，并在法兰的圆周方向上被分开，其中，所述扇区是至少部分重叠的，使得每个组中的至少两个测量点基本上对应于至少另一组测量点中的测量点，并且，其中，弧一起延伸通过法兰的整个圆周；以及

基于相应的测量点，使不同的弧的测量和它们的多组测量点相互关联，以获得法兰表面的表面特性的最终估计。

根据这一方面，可考虑如在本发明的上述讨论的方面中的类似的优点和优选的特征等。

附图简述

本发明的前述和其他目标、特征和优点将从以下本发明的优选的实施例的更特定的描述变得明显，如在附图中示出的，贯穿不同的视图，相似的参考字符指相同的部分。附图不一定按比例，而是强调说明本发明的原理。

图1示意性地示出了可能出现在被布置在管状物体的端部的法兰的各种类型的变形。图1a是朝向管状物体的侧面看到的侧视图，其以放大的形式示出了当管状物体被布置在水平位置时可出现的一些变形。图1b是朝向管状物体的端部看到的侧视图，其以放大的形式示出了当管状物体被布置在水平位置时可出现的又一些变形。

图2示意性示出了在侧视图中的被测量的法兰和沿着围绕圆周的两个同心圆的测量点的定位。

图3示意性示出了在不同的扇区中做出的测量的图的相关性，其中，图3a示出了在初始未关联的状态下的测量图，而图3b示出了在后来关联状态下的测量图。

图4示出了与本发明的一个实施例有关的可用的激光测量布置，其中，图4a显示了朝向管状物体的端部看到的侧视图，以及图4b显示了朝向管状物体的侧面看到的侧视图中的相同的测量布置。

图5根据本发明的另一个实施例示出了根据以上的基于摄影测量法的测量布置看到的侧视图。

具体实施方式

在以下的详细描述中，本发明的优选的实施例将被描述。然而，应该理解，不同实施例的特征在实施例之间是可交换的，以及可以不同的方式结合，除非有任何其他特别说明。也可注意，为清楚起见，在附图中示出的某些部件的尺寸可不同于在本发明的真实的实现中对应的尺寸。虽然在下面的描述中，许多具体的细节被阐述以提供对本发明的彻底的理解，然而本领域技术人员将理解的是，本发明可以在没有这些具体细节的情况下被实施。在其他情况下，公知的构造或功能没有被详细描述以便不混淆本发明。

本发明的方法和系统特别有利于大型管状物体(如风力发电塔的部分)的测量。当这种管状物体被布置在水平位置时，已经发现不同类型的变形将在具有待被测量的法兰的端部出现。这些变形中的一些被以放大的形式示出在图1a和1b中。

在图1a中，管状物体1被布置在水平位置，并且被布置在允许管状物体围绕其自身的中心轴线旋转的支撑2上。在这种管状物体中出现的一种类型的变形是如在图1a中示意性示出的，管状物体1将呈现稍微弯曲的形状。这将影响法兰在端部11的外观。还发现了，法兰所产生的变形将不会是均匀的，但如在图1a中示意性示出的，将在更大程度上影响上部。

此外，如在图1b中所示，管状物体将有点向下压缩，使起初圆形的横截面(虚线)稍微变成椭圆(实线)。

为了测量在管状物体的端部定位的法兰表面的几何表面特性，在法兰的表面的一组测量点在管状物体的第一旋转位置中被首先光学测量。测量点被布置在沿着在离管状物体的中心轴线第一距离处的弧的扇区中，并且在法兰的圆周方向上被进一步分开。管状物体被旋转到第二旋转位置，并且又一组测量点被光学测量。这些附加的测量点也被布置在沿着在离管状物体的中心轴线第一距离处的弧的扇区中，并且也在法兰的圆周方向上被分开。一个或多个扇区以及一组(多组)测量点可以以相同的方式在管状物体的一个或多个附加的旋转位置中进行测量。弧一起延伸通过法兰的整个圆周。此外，扇区和弧是有区别的，但是至少部分地重叠，使得每个组中的至少两个测量点基本上对应于至少另一组测量点中的测量点。基于这个重叠，不同的弧的测量和它们的测量点的组可随后相互关联以获得法兰表面的表面特性的最终估计。

优选地，测量优选在非常类似的条件(即，通过将扇区旋转到相同的区域和位置)下进行。优选地，测量发生在管状物体的下部。

方法还优选地包括光学测量在每组测量点内的附加的测量点，所述附加的测量点被布置在相同扇区内，但布置在离管状物体的中心轴线除了第一距离之外的其他的距离处的一个或多个弧处。因此，测量点被布置于在两个或两个以上同心圆上布置的弧上。在一个示例中，测量点被布置于在两个同心圆上布置的弧上，优选地沿着顶部法兰的内圆周和外圆周布置。然而，也可能沿着多个同心圆(如沿三个或四个，或甚至更多的同心圆)测量。在每个同心圆中的测量点的数量可能是完全相同的，或不同的。然而，优选地，在每个同心圆中的测量点是在角方向等距分开的。此外，优选的是，在每个同心圆中的测量点的数量至少是6，而且优选超过10。

在图2示出的例子中，使用四个扇区。然而，四个以上的扇区以及三个或两个扇区可被使用。在这个实施例中，测量点沿着两个同心圆32、34被布置。这里每个同心圆包括16个测量点31、33。然而，在每个圆中，可以使用更多或更少的测量点，如8或12。此外，在每一个圆中的测量点的数量不必相同。例如，一个圆可包括16个测量点，另一个圆包括8个测量点，等等。优选地，在每个同心圆中的测量点在角度方向被等距地分开。此外，优选的是，在每个同心圆中的测量点的数量至少是6，而且优选超过10。

在图2的例子中，在测量点的每一对相邻的组之间的重叠可以是一个测量点，使得每一组总共包括基本上对应于其他的测量组中的测量点的两个测量点，即，在每一个端部的一个测量点。延伸通过约90度的扇区角度的这种弧被示意性示出为42。然而，弧也可具有较大的重叠，例如，延伸通过三个测量点，如由延伸通过约135度的角度的弧41所示。较大的重叠提供了获取精确的相关性的更好的可能性。自然地，也可能使用延伸通过超过三个测量点(如四个或五个测量点)的重叠。在极端情况下，每一个扇区可延伸通过整个圆周，从而重叠延伸通过所有的测量点。

例如，沿着同心圆的每个扇区的测量可以表示为将相对于参考平面的高度与围绕管状物体的中心轴线的角度联系起来的曲线图。这种曲线图在图3a中示出，其中，y轴代表相对于参考平面的高度，且x轴代表围绕管状物体的中心轴线的角度位置。曲线图的关联则可以通过在高度轴上向上和/或向下移动不同扇区的曲线来进行，以及，如果至少两个测量点被包括在每个重叠中，每个曲线图部分的斜率/倾斜度也可以被相关，以获得更好的相关性。对应于图3a的分段的这种相关的曲线在图3b中被示出。

如果沿着两个或两个以上的同心圆(如在图2的例子中的)进行测量，基于在其中一个圆中的测量，可以进行相关。然而，可选地，相关性可以基于几个甚至所有的同心圆进行。在这种情况下，相关性优选地是基于最佳拟合的相关性，其提供了更好的准确性。例如，这将补偿由于例如在略微位移的测量点处放置探测器等而引起的小误差。

被测的几何表面特性优选地是以下中的至少一个：弧关于垂直于管状物体的中心轴线的平面的平面度，以及法兰的朝向中心轴的径向倾斜度。此外，其他几何表面特性可以被测量，如波纹等。测量的结果可用数字数据(例如，以表格的形式或以图解表示法(如图表中的说明，或其他的图形可视化)被提供)提交给用户/操作者。例如，平面度图可被用来图形化地显示所测量的高度或在与参考表面相关的每个测量点的偏差等。这些或其他表示法的不同组合也可被使用。

测量步骤优选包括光学测量在每个测量点处的三维坐标。

根据如在图4a和4b中示意性示出的一个可选的实施例，光学测量包括同时地或连续地在扇区内的每个测量点定位传感器51，通过在平行于或接近平行于法兰表面的平面53中的电磁辐射源52以红外、可见光或紫外光的形式产生电测辐射。例如，传感器51可被手动地搬来搬去，并被布置在各种待测的测量点处。此外，标准化可以根据测得的点进行，例如，根据最佳拟合的峰到峰的方法，从而没必要调整激光或其他类型的电磁辐射到绝对平行于法兰平面的平面中。然而，激光平面(或其他电磁辐射平面)凭借例如目标可以被粗调整，其被布置成在目标移动或通过脉线测量等时看到激光照射在大约相同的位置上。入射的电磁辐射在传感器51中被测量，且传感器的数据被用来空间地表征期望的几何特征。这种测量可例如按照在US 7 403 294和DE 10 2008 035 480(所述文件据此通过引用被全文并入)中描述的一般方法进行。

对于新扇区的测量，电磁辐射源可以拆卸和改装，然后再次重复该过程，检测器被布置在各种测量位置用于测量。然而，至少对于一些连续的扇区，还可能的是，在几个不同的扇区的测量期间允许电磁辐射源保持在相同的位置中。

传感器数据优选地至少包括入射电磁辐射相对于法兰表面的高度。因此，位置检测器的光敏测量表面可响应于在其上的电磁辐射撞击提供对应于在测量表面上的光束的瞬时撞击点的坐标的电信号。

电磁辐射源优选地是激光源或电磁辐射发射源，以及优选地是旋转激光束发射器，如以恒定的旋转速度围绕轴旋转的并适于在固定的水平平面内发射至少一个旋转激光束的旋转激光束发射器。然而，除了在自身定义了激光平面的旋转激光器，或扇形激光器外，它也可能使用在各种方向上的测量之间重新定位从而定义了测量平面的单一激光束。

传感器优选地是具有光敏测量表面的感光的位置传感器，并且优选地是半导体传感器、位置感测设备(PSD)和面向像素的传感器(如CMOS或CCD结构)中的一个。

此外，激光(或任何其他的电磁辐射)发射器可递送脉冲激光器光束用于产生包括在至少一个感光的位置传感器上的多个个体脉冲的脉冲序列。脉冲可以代表激光束的时间上的长度和相位角。此外，脉冲也可以代表在激光束的传感器上的撞击的位置。

控制器或中央处理器单元54(如计算机)被布置为接收测量数据，且执行对测量数据的处理和相关。在控制器54和电磁辐射源52和/或传感器51之间的通信可经由有线通信路径或经由无线通信路径(如使用例如Bluetooth等)发生。控制器可以是专用计算机、智能手机、平板电脑、个人计算机灯。此外，控制器优选地包括或被连接到显示器，用于处理的测量结果的展示。控制器包括具有可编程的电路系统或基于软件的控制系统以接收和解释代表测量的信号的数据处理器。

根据在图5中示出的光学测量布置的另一个示例实施例，光学测量包括在扇区内的每个测量点定位目标，并将摄影测量法应用到目标以空间地表征期望的几何特征。摄影测量技术本身是公知的，如在例如US 6 826 299和US 6 990 215中公开的，所述的文件都据此通过引用被全文并入。目标也可从一开始被提供在法兰的所有的测量点处。

目标可以是凭借摄影测量法对于检测可用的任何类型的目标。例如，目标可以是具有可识别特征的反射区，或具有可检测、可识别特征的非反射区。优选地，每个目标包括具有相对于彼此的已知的几何关系的至少两个区别地可检测的特征。此外，目标可以以投影的图像等的形式被提供。

优选地，摄影测量法的应用步骤包括以下的步骤：至少拍摄法兰表面的一部分或全部的两张照片，每张照片包含至少一些目标，每张照片从相对于物体的不同的角度拍摄；计算目标的相对位置；以及在相对位置上执行几何计算，以确定法兰表面的空间坐标。然后如在前述讨论的实施例中，在管状物体的一个、两个、三个或更多的旋转位置中，进行重复。优选地，不同的照片通过在不同位置布置的不同的相机61拍摄。优选地，至少两个照相机被使用。然而，有时候使用更少的相机也是可行的，例如通过在各种位置之间移动照相机。

当使用摄影测量法时，扇区如上面讨论的，每次只覆盖法兰有限的、下部的部分。然而，扇区也可覆盖整个圆周的主要部分，如圆周的3/4或甚至整个圆周，以及例如在每个测量组中仅忽略上部的部分。因此，将提供非常大的重叠，但在同一时间，具有最大的变形的部分仍然可以被忽略。在这种情况下，每张照片可包括整个法兰(包括在其上的所有的测量点)的图像，但是在处理期间法兰的一部分(如上部扇区)可从计算和进一步处理中被丢弃和忽略。类似地，可能测量在所有的照片中的所有的测量点，但忽略与在其他旋转位置进行的其他测量偏差最大的部分。可选地，代替忽略部分，所有测量可被使用，并且，通过计算对应于每个测量点的所有测量的算术平均值或中值，替代的补偿可发生。

拍照步骤优选地包括拍摄数字照片。如在前述讨论的实施例中的测量数据然后例如用无线通信被转送到控制器54，并且在其中被处理以凭借在控制器中存有的软件进行计算和执行有关摄影测量分析的步骤。

其他类型的光学测量布置也可被使用。如基于经纬仪的系统。此外，测量点的布置可被改变，以使用更多或更少的扇区、更多或更少的同心圆、较大或较小的重叠区域、在每个扇区内和围绕每个同心圆的更多或更少的测量点，等等。这种以及其他明显的修改必然被考虑为落入在如由所附的权利要求限定的本发明的范围内。应注意的是，上面提到的实施例是说明而不是限制本发明，以及本领域中的技术人员将能够设计很多可选的实施例而不偏离所附权利要求的范围。在权利要求中，放置在括号间的任何参考符号不应被解释为限制权利要求。除了在权利要求中列出的那些，单词“包括”并不排除其它元素或步骤的存在。在元素前的单词“一(a)”或“一(an)”并不排除多个这种元素的出现。此外，单一的单元可执行在权利要求中叙述的几个手段的功能。

Claims (18)

1.一种用于测量在管状物体的端部定位的法兰表面的几何表面特性的方法，所述方法包括：

在所述管状物体的多个旋转位置中的每一个中，光学测量在所述法兰的所述表面的一组测量点，每一组测量点布置在沿着离所述管状物体的中心轴线第一距离处的弧的扇区中，并在所述法兰的圆周方向上被分开，其中，所述扇区是至少部分重叠的，使得每个组中的至少两个测量点对应于至少另一组测量点中的测量点，并且，其中，所述弧一起延伸通过所述法兰的整个圆周；以及

基于相应的测量点，使不同的弧的测量和它们的多组测量点相互关联，以获得所述法兰表面的所述表面特性的最终估计，

其中，当所述管状物体被布置在基本上水平位置中时，进行所有的测量，并且其中，在每个旋转位置中被测量的所述扇区都布置在所述管状物体的下部。

2.根据权利要求1所述的方法，其中，光学测量的步骤包括在所述管状物体的至少三个旋转位置中光学测量多组测量点。

3.根据权利要求2所述的方法，其中，光学测量的步骤包括在所述管状物体的至少四个旋转位置中光学测量多组测量点。

4.根据权利要求1-3中的任一项所述的方法，还包括光学测量在每组测量点内的附加的测量点，所述附加的测量点被布置在相同扇区内，但布置在离所述管状物体的所述中心轴线除了所述第一距离之外的其他距离处的一个或多个弧处。

5.根据权利要求1-3中的任一项所述的方法，其中，所述管状物体是风力涡轮发电塔的部分。

6.根据权利要求1-3中的任一项所述的方法，其中，被测量的所述几何表面特性是以下中的至少一个：所述弧关于垂直于所述管状物体的所述中心轴线的平面的平面度，以及所述法兰的朝向所述中心轴线的径向倾斜度。

7.根据权利要求1-3中的任一项所述的方法，其中，测量步骤包括光学测量在每个测量点处的三维坐标。

8.根据权利要求1-3中的任一项所述的方法，其中，所述光学测量包括在扇区内的每个测量点定位目标，并将摄影测量法应用到所述目标以空间地表征期望的几何特征。

9.根据权利要求8所述的方法，其中，所述摄影测量法的应用步骤包括以下的步骤：拍摄所述法兰表面的一部分的至少两张照片，每张照片包含所述目标中的至少一些，每张照片从相对于所述物体的不同的角度拍摄；计算所述目标的相对位置；以及对所述相对位置执行几何计算，以确定所述法兰表面的空间坐标。

10.根据权利要求1-3中的任一项所述的方法，其中，所述光学测量包括：同时或连续地将传感器定位在扇区内的每个测量点，由电磁辐射源在平行于或接近平行于所述法兰表面的平面中以红外、可见光或紫外光的形式产生电磁辐射，测量在每个传感器中的入射电磁辐射，并使用传感器数据来空间地表征期望的几何特征。

11.根据权利要求10所述的方法，其中，所述传感器数据至少包括所述入射电磁辐射相对于所述法兰表面的高度。

12.根据权利要求10所述的方法，其中，所述电磁辐射源是激光源。

13.根据权利要求12所述的方法，其中，所述激光源是旋转激光束发射器，所述旋转激光束发射器以恒定的旋转速度围绕轴线能够旋转并适于在固定的水平平面中发射至少一个旋转激光束。

14.根据权利要求10所述的方法，其中，所述传感器是具有光敏测量表面的感光的位置传感器。

15.根据权利要求14所述的方法，其中，所述感光的位置传感器是以下中的一个：半导体传感器、位置感测设备(PSD)和面向像素的传感器。

16.根据权利要求15所述的方法，其中，所述面向像素的传感器是CMOS或CCD结构的面向像素的传感器。

17.一种用于测量在管状物体的端部定位的法兰表面的表面特性的系统，所述系统包括：

光学测量布置，所述光学测量布置用于在所述管状物体的多个旋转位置中的每一个中测量在所述法兰的所述表面的一组测量点，每一组测量点布置在沿着离所述管状物体的中心轴线第一距离处的弧的扇区中并在所述法兰的圆周方向上被分开，其中，所述扇区是至少部分重叠的，使得每个组中的至少两个测量点对应于至少另一组测量点中的测量点，并且，其中，所述弧一起延伸通过所述法兰的整个圆周；以及

中央处理器单元，所述中央处理器单元被配置为，接收所述管状物体的所述多个旋转位置的多组测量点，以及基于相应的测量点使不同的弧的测量和它们的多组测量点相互关联，以获得所述法兰的所述表面的最终估计；

其中，当所述管状物体被布置在基本上水平位置中时，所述光学测量布置被布置为在每个旋转位置中测量在所述管状物体的下部中的所述扇区。

18.一种计算机可读介质，所述计算机可读介质包括在其上存储的用于执行过程的计算机软件，所述过程用于确定在管状物体的端部定位的法兰表面的几何表面特性，所述过程包括以下步骤：

接收包括在所述法兰的所述表面的测量点处进行的多组测量的光学测量数据，每一组测量点布置在沿着离所述管状物体的中心轴线第一距离处的弧的扇区中，并在所述法兰的圆周方向上被分开，其中，所述扇区是至少部分重叠的，使得每个组中的至少两个测量点对应于至少另一组测量点中的测量点，并且，其中，所述弧一起延伸通过所述法兰的整个圆周；以及

基于相应的测量点，使对不同的弧的测量和它们的多组测量点相互关联，以获得所述法兰表面的所述表面特性的最终估计；

其中，当所述管状物体被布置在基本上水平位置中时，进行光学测量，并且其中，在每个旋转位置中被测量的所述扇区都布置在所述管状物体的下部。