CN110988895A

CN110988895A - 测量装置、系统以及方法

Info

Publication number: CN110988895A
Application number: CN201911099547.0A
Authority: CN
Inventors: 王振兴
Original assignee: Shenzhen Dobiy Electronic Co ltd
Current assignee: Shenzhen Changmaoxiang Electronics Co ltd
Priority date: 2019-11-11
Filing date: 2019-11-11
Publication date: 2020-04-10

Abstract

本申请涉及激光测距领域，具体而言，涉及一种测量装置、系统以及方法。该装置包括第一激光测距仪、第二激光测距仪以及测角仪处理器。第一激光测距仪和第二激光测距仪均连接于测角仪，并且第一激光测距仪和第二激光测距仪的激光发射点重叠于测角仪。处理器用于接收第一距离信号、第二距离信号以及角度信号；并计算第一点与第二点之间的距离。该装置和系统能够利用三角形定理，计算获得待测量物体上的第一点和第二点之间的距离，然后根据第一点和第二点生成测量轨迹，从而得到待测量物体的形状。

Description

测量装置、系统以及方法

技术领域

本申请涉及激光测距领域，具体而言，涉及一种测量装置、系统以及方法。

背景技术

激光测距仪是利用调制激光的某个参数实现对目标的距离测量的仪器。

激光测距仪按照测距方法分为相位法测距仪和脉冲法测距仪，脉冲式激光测距仪是在工作时向目标射出一束或一序列短暂的脉冲激光束，由光电元件接收目标反射的激光束，计时器测定激光束从发射到接收的时间，计算出从观测者到目标的距离。相位法激光测距仪是利用检测发射光和反射光在空间中传播时发生的相位差来检测距离的。激光测距仪重量轻、体积小、操作简单速度快而准确，其误差仅为其它光学测距仪的五分之一到数百分之一。

但是，目前常见的激光测距仪只能测量物体距离观察者的距离，不能测量出物体的形状。

发明内容

本申请实施方式的目的在于提供一种测量装置、系统以及方法，其旨在改善现有的激光测距仪只能测量距离不能测量待测物体形状的问题。

第一方面，本申请提供一种测量装置，包括：

第一激光测距仪，用于向待测量物体上的第一点发射激光以测量第一距离并转换为第一距离信号；

第二激光测距仪，用于向待测量物体上的第二点发射激光以测量第二距离并转换为第二距离信号；

测角仪，用于测量两束激光之间的夹角并转换为角度信号；第一激光测距仪和第二激光测距仪均连接于测角仪，且第一激光测距仪和第二激光测距仪的激光发射点重叠于测角仪。

该测量装置由于第一激光测距仪和第二激光测距仪的激光发射点重叠于测角仪，从而能够利用测角仪对第一激光测距仪和第二激光测距仪发出的两束激光之间的夹角进行检测，进而获得两束激光之间的角度。然后可以利用三角形定理，计算获得待测量物体上的第一点和第二点之间的距离，根据第一点和第二点生成测量轨迹，从而得到待测量物体的形状。

在本申请的其他实施例中，测角仪具有转轴；

第一激光测距仪和第二激光测距仪均铰接于转轴。

通过设置转轴，使得第一激光测距仪和第二激光测距仪能够相对于测角仪转动一定的角度。

在本申请的其他实施例中，上述第一激光测距仪的端部具有相对的两个第一连接部；

两个第一连接部均铰接于转轴；

第二激光测距仪具有第二连接部，第二连接部铰接于转轴，且第二连接部位于两个第一连接部之间。

通过将第一连接部和第二连接部铰接于测角仪的转轴，能够使得第一测量仪和第二测量仪相对转动，从而调整角度。该装置结构简单紧凑，使用方便，并且方便携带。

在本申请的其他实施例中，两个第一连接部和第二连接部均为圆环状；两个第一连接部和第二连接部均套设在转轴上。

圆环状的结构能够套设在测角仪上，装配方便，结构稳定。

在本申请的其他实施例中，转轴的两端均设置有限位部，两个第一连接部和第二连接部均位于两个限位部之间。

通过设置限位部，能够使得第一连接部和第二连接部与转轴的连接更加稳定可靠。

在本申请的其他实施例中，第二连接部的厚度等于两个第一连接部之间的距离。

第二连接部的厚度等于两个第一连接部之间的距离，使得整个装置的结构更稳定，体积更小，连接巧妙。

在本申请的其他实施例中，第一激光测距仪和第二激光测距仪共面；或者

第一激光测距仪和第二激光测距仪的端部叠放铰接于测角仪。

通过将第一激光测距仪和第二激光测距仪共面，或者将第一激光测距仪和第二激光测距仪的端部叠放铰接于测角仪，均能够使得第一激光测距仪和第二激光测距从激光发射点发出的激光束共面，使得测角仪检测到的角度在一个平面内，方便后续计算待测试物体上第一点和第二点之间的距离。

第二方面，本申请提供一种测量系统，包括：

第二激光测距仪，用于向待测量物体上的第二点发射激光以测量第二距离并转换为第二距离信号；测角仪，用于测量两束激光之间的夹角并转换为角度信号；第一激光测距仪和第二激光测距仪均连接于测角仪，且第一激光测距仪和第二激光测距仪的激光发射点重叠于测角仪；以及处理器，第一激光测距仪、第二激光测距仪以及测角仪均电连接于处理器；处理器用于接收第一距离信号、第二距离信号以及角度信号；并根据第一距离信号、第二距离信号以及角度信号计算第一点及第二点之间的距离。

该系统能够准确地计算出待测试物体上的第一点和第二点之间的距离，并且根据测试的轨迹，得到待测试物体的形状。

第三方面，本申请提供一种远距离测量的方法，包括：

以相同的发射点，采用激光测量待测量物体上至少两点与发射点之间的距离；

测量每两束激光之间的夹角；

根据距离和夹角计算待测量物体上至少两点之间的距离。

该方法，能够测得待测量物体的形状。

在本申请的其他实施例中，根据距离和夹角计算待测量物体上至少两点之间的距离的步骤，包括：

根据两个距离以及对应的两束激光之间的夹角，利用三角形定理，计算待测量物体上至少两点之间的距离。

利用三角形定理，计算待测量物体上至少两点之间的距离计算方法可靠，精确度高。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本申请的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1为本申请实施例提供的测量装置的闭合状态的结构示意图；

图2为本申请实施例提供的测量装置的打开状态的结构示意图；

图3为本申请实施例提供的测量装置打开状态下另一视角的结构示意图；

图4为本申请实施例提供的测量装置的第一激光测距仪的结构示意图；

图5为本申请实施例提供的测量装置的第一激光测距仪的局部结构示意图；

图6为本申请实施例提供的测量装置的第二激光测距仪的第一视角的结构示意图；

图7为本申请实施例提供的测量装置的第二激光测距仪的局部结构示意图；

图8为采用本申请实施例提供的测量装置测量待测试物体上两点时的示意图；

图9为采用本申请实施例提供的方法测量待测试物体上多点时的示意图。

图标：100-测量装置；110-第一激光测距仪；111-第一连接部；112-第一表面；113-第二表面；120-第二激光测距仪；121-第二连接部；130-测角仪；131-转轴。

具体实施方式

为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本申请实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

因此，以下对在附图中提供的本申请的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本申请的范围，而是仅仅表示本申请的选定实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

在本申请实施例的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该申请产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，或者是本领域技术人员惯常理解的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的设备或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。

此外，术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本申请实施例的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。

请参阅图1～图7，本实施方式提供了一种测量装置100，包括：

第一激光测距仪110、第二激光测距仪120以及测角仪130。

进一步地，第一激光测距仪110用于向待测量物体上的第一点发射激光以测量第一距离并转换为第一距离信号。

第二激光测距仪120用于向待测量物体上的第二点发射激光以测量第二距离并转换为第二距离信号。

测角仪130用于测量两束激光之间的夹角并转换为角度信号。

进一步地，第一激光测距仪110和第二激光测距仪120均连接于测角仪130。第一激光测距仪110和第二激光测距仪120的激光发射点重叠于测角仪130。

该测量装置100由于第一激光测距仪110和第二激光测距仪120的激光发射点重叠在测角仪130处，从而能够利用测角仪130对第一激光测距仪110和第二激光测距仪120发出的两束激光之间的夹角进行检测，进而获得两束激光之间的角度。然后，根据第一激光测距仪110和第二激光测距仪120测得的两个距离，利用三角形定理，计算获得该夹角所对应的边，即待测量物体上的第一点和第二点之间的距离，然后根据第一点和第二点的测量轨迹生成，能够得到待测量物体的形状。

参照图3～图7，上述的第一激光测距仪110的端部具有相对的两个第一连接部111。两个第一连接部111均铰接于测角仪130。第二激光测距仪120具有第二连接部121，第二连接部121铰接于测角仪130，且第二连接部121位于两个第一连接部111之间。

通过将上述的第二连接部121设置在两个第一连接部111之间，使得第一连接部111、两个第二连接部121位于相同的铰链上，因此通过可以使得第一激光测距仪110和第二激光测距仪120相对转动，调节第一激光测距仪110和第二激光测距仪120之间的夹角，从而能够测量待测试物体上不同位置的两点的距离。

参照图4、5以及图6、7，上述的第二激光测距仪120和第一激光测距仪110的结构基本相同，所不同之处在于第一连接部111和第二连接部121的结构不相同。

进一步地，第一激光测距仪110具有第一表面112和相对的第二表面113。

进一步地，两个第一连接部111分别与第一表面112或者第二表面113齐平。

参照图3，连接在第一表面112处的一个第一连接部111与第一表面112平齐，即二者连接成一整个平面。连接在第二表面113处的另一个第一连接部111与第二表面113平齐，即二者连接成一整个平面。

进一步地，第二连接部121仅设置有一个。且第二连接部121的相对的两个外表面均与第二激光测距仪120的两个相对的外表面不齐平，而是相互错位。换句话说，第二连接部121的厚度小于第二激光测距仪120剩余本体的厚度。

进一步地，第二连接部121连接于第二激光测距仪120的一端，且第二连接部121的厚度等于两个第一连接部111之间的距离。

通过将第二连接部121的厚度设置为等于两个第一连接部111之间的距离，使得第二连接部121能够嵌入至两个第一连接部111之间连接于测角仪130。

进一步地，测角仪130具有转轴131，两个第一连接部111和第二连接部121均为圆环状。两个第一连接部111和第二连接部121均套设在转轴131上。

通过将上述的圆环状的两个第一连接部111和第二连接部121套设在测角仪130的转轴131上，能够使得第一连接部111和第二连接部121绕转轴131转动，从而调节第一激光测距仪110和第二激光测距仪120之间的角度。

进一步地，转轴131上安装有角度传感器(图未示)，当转轴131转动时，带动第一激光测距仪110和第二激光测距仪120转动，角度传感器检测第一激光测距仪110和第二激光测距仪120之间张开的角度，并根据第一激光测距仪110和第二激光测距仪120之间张开的角度获得第一激光测距仪110发出的激光束和第二激光测距仪120发出的激光束之间的夹角。

进一步地，转轴131的两端均设置有限位部(图未示)。

通过设置限位部，能够更好地将第一连接部111和第二连接部121限制在转轴131上，从而围绕转轴131转动。

进一步可选地，上述的第一连接部111和第二连接部121安装在转轴131上时可以设置一定的阻尼，从而能够使得第一激光测距仪110和第二激光测距仪120相对转轴131转动，并且当转动结束后，能够将第一激光测距仪110和第二激光测距仪120稳定在相对固定的位置，从而使得后续测角仪130测量第一激光测距仪110和第二激光测距仪120各自发出的激光之间的夹角，更加地方便、可靠。

装配时，将第二连接部121卡入两个第一连接部111之间，然后，将转轴131穿入第一连接部111和第二连接部121的圆环中，使得三者铰接在一起。则第二连接部121和第一连接部111能够相对于转轴131转动，从而带动第一激光测距仪110和第二激光测距仪120转动形成不同的角度，进而能够用于测量待测试物体上不同的点的距离。

示例性地，测量时，先将第一激光测距仪110向待测量物体上的第一点发出第一束激光，从而测得激光源到第一点的第一距离。

然后调整第二激光测距仪120与第一激光测距仪110之间的夹角，并通过第二激光测距仪120向待测量物体上的第二点发出第二束激光，从而测得激光源到第二点的第二距离。

然后通过测角仪130测量第一束激光和第二束激光之间的夹角。根据第一激光测距仪110测得的第一距离信息和第二激光测距仪120测得的第二距离信息以及测角仪130测得的角度信息，计算得到第一点与第二点之间的距离，然后根据第一点的位置、第二点的位置以及第一点和第二点之间的距离，得到测量轨迹，进而获得待测量物体的形状。

需要说明的是，在其他示例中，测量方法可以略有不同，例如，同时采用第一激光测距仪110和第二激光测距仪120进行测量，或者先利用测角仪130测量角度。

进一步地，第一激光测距仪110和第二激光测距仪120共面。

通过将第一激光测距仪110和第二激光测距仪120共面，能够使得第一激光测距仪110和第二激光测距仪120从激光发射点发出的激光束共面，使得测角仪130检测到的角度在一个平面内，方便后续计算待测试物体上第一点和第二点之间的距离。

在本申请其他可选的实施方式中，上述的第一激光测距仪110和第二激光测距仪120的端部叠放铰接于测角仪130。这种方式也能够使得第一激光测距仪110和第二激光测距仪120从激光发射点发出的激光束共面，从而便于计算两束激光束之间的夹角。

参照图1，该测量装置100的第一激光测距仪110和第二激光测距仪120之前的夹角为0(即二者合并在一起)时，第一激光测距仪110和第二激光测距仪120在同一个平面内，从而使得第一激光测距仪110和第二激光测距仪120从激光发射点发出的激光束共面。

在本申请的一些实施方式中，还提供了一种测量系统，包括前述实施方式提供的测量装置100以及处理器(图未示)。

进一步地，第一激光测距仪110、第二激光测距仪120以及测角仪130均电连接于处理器。

示例性地，在本申请一些具体的实施例中，上述转轴131上安装的角度传感器为加速度传感器，例如三轴加速度传感器。

该三轴加速度传感器与处理器电连接，具体而言，将该三轴加速度传感器的芯片直接焊接在处理器主板电路上。该三轴加速度传感器计算测量的角度时，根据各轴重力大小的数据换算成水平角度。

进一步地，处理器用于接收第一距离信号、第二距离信号以及角度信号；并根据第一距离信号、第二距离信号以及角度信号计算第一点及第二点之间的距离。

然后根据第一点的位置、第二点的位置以及第一点和第二点之间的距离，得到测量轨迹，进而获得待测量物体的形状。

示例性地，图8中C点为待测试物体上的第一点；D点为待测试物体上的第二点。第一激光测距仪110测量OC点之间的第一距离，并转换为第一距离信号；第二激光测距仪120测量OD点之间的第二距离并转换为第二距离信号。测角仪130测试两束激光之间的夹角Ф并转换为角度信号。然后，处理器接收第一距离信号、第二距离信号以及角度信号，根据三角形计算公式(例如余弦定理，或者勾股定理等)计算得到C点和D点之间的距离。

进一步地，该测量系统还包括显示组件。

通过设置显示组件，能够将上述的测量轨迹以及待测试物体的形状显示出来。

示例性地，处理器计算出C点和D点之间的距离后，根据C点和D点的位置以及C点和D点之间的距离，生成测量轨迹，进而生成待测量物体的形状。

需要说明的是，该测量系统用于测量待测试物体的形状时，尤其适用于一些形状规则的物体，例如直线型物体，可以通过测量物体的两个端点得到物体的形状；对于长方形类的物体可以通过每个边上的两个端点，得到物体的形状。

进一步地，上述的处理器以及显示元件可以选择笔记本电脑、平板电脑或者手机等。上述的电连接可以是电线连接或者无线连接。上述的第一激光测距仪110、第二激光测距仪120可以选择本领域常见的原理结构。

本申请实施方式提供的测量系统结构简单，当需要测量物体上两点之间的距离时，极大地简化了测量步骤，且该系统便于携带，不仅能够远距离测量待测试物体的距离，而且能够测量物体的形状。

在本申请的一些实施方式中，还提供了一种远距离测量的方法。该方法能够采用前述实施方式中提供的测量系统进行测试。

进一步地，该方法包括以下步骤：

步骤S1、以相同的发射点，采用激光测量待测量物体上至少两点与发射点之间的距离。

参照图8，以测试2点为例，图8中C点为待测试物体上的第一点；D点为待测试物体上的第二点。激光源的发射点在点O，采用第一激光测距仪110测量OC点之间的第一距离；采用第二激光测距仪120测量OD点之间的第二距离。需要说明的是，采用第一激光测距仪110和采用第二激光测距仪120进行测量没有先后顺序，也可以同时进行测量。

步骤S2、测量每两束激光之间的夹角。

采用测角仪130测量OC和OD两束激光之间的夹角；例如图8中夹角Ф。

需要说明的是，在本申请其他可选的实施方式中，上述的步骤S1和步骤S2之间的顺序可以调换。例如，使用前述实施方式提供的测量装置100或系统时，可以先将装置或者系统的第一激光测距仪110和第二激光测距仪120分开至需要的角度，然后由第一激光测距仪110和第二激光测距仪120分别发出一束激光测量距离。

步骤S3、根据距离和夹角计算待测量物体上至少两点之间的距离，并生成测量轨迹，得到待测试物体的形状。

进一步地，根据距离和夹角计算待测量物体上至少两点之间的距离的步骤，包括：

根据两个距离以及对应的两束激光之间的夹角，利用三角形定理，计算待测量物体上至少两点之间的距离CD。

参照图8，在三角形OCD中，利用三角形余弦定理CD²＝OC²+OD²-2OC*OD*cosФ，计算得到两点之间的距离CD。

然后，根据点C的位置、点D的位置以及点C和点D之间的距离CD，可以生成出测量轨迹。

需要说明的是，在本申请其他实施方式中，可以选用其他适用的三角形定理，例如勾股定理等。

进一步地，在本申请一些可选的实施方式中，该方法可以用于测量待测试物体上的多个点，然后生成测量轨迹，得到待测试物体的形状。

参照图9，按照步骤S1依次测得OC、OD、OE、OF、OG的距离，然后按照步骤S2，依次测得∠COD、∠DOE、∠EOF、∠FOG。然后按照步骤S3计算出CD、DE、EF以及FG之间的距离，从而生成出测量轨迹，进而得到待测试物体的形状。

以上所述仅为本申请的优选实施例而已，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims

1.一种测量装置，其特征在于，包括：

测角仪，用于测量两束激光之间的夹角并转换为角度信号；所述第一激光测距仪和所述第二激光测距仪均连接于所述测角仪，且所述第一激光测距仪和所述第二激光测距仪的激光发射点重叠于所述测角仪。

2.根据权利要求1所述的测量装置，其特征在于，

所述测角仪具有转轴；

所述第一激光测距仪和所述第二激光测距仪均铰接于所述转轴。

3.根据权利要求2所述的测量装置，其特征在于，

所述第一激光测距仪的端部具有相对的两个第一连接部；

所述两个第一连接部均铰接于所述转轴；

所述第二激光测距仪具有第二连接部，所述第二连接部铰接于所述转轴，且所述第二连接部位于两个所述第一连接部之间。

4.根据权利要求3所述的测量装置，其特征在于，

所述两个第一连接部和所述第二连接部均为圆环状；

所述两个第一连接部和所述第二连接部均套设在所述转轴上。

5.根据权利要求3所述的测量装置，其特征在于，

所述转轴的两端均设置有限位部，所述两个第一连接部和所述第二连接部均位于两个所述限位部之间。

6.根据权利要求3所述的测量装置，其特征在于，

所述第二连接部的厚度等于所述两个第一连接部之间的距离。

7.根据权利要求1-6任一项所述的测量装置，其特征在于，

所述第一激光测距仪和所述第二激光测距仪共面；或者

所述第一激光测距仪和所述第二激光测距仪的端部叠放铰接于所述测角仪。

8.一种远距离测量系统，其特征在于，包括：

测角仪，用于测量两束激光之间的夹角并转换为角度信号；所述第一激光测距仪和所述第二激光测距仪均连接于所述测角仪，且所述第一激光测距仪和所述第二激光测距仪的激光发射点重叠于所述测角仪；以及

处理器，所述第一激光测距仪、所述第二激光测距仪以及所述测角仪均电连接于所述处理器；所述处理器用于接收所述第一距离信号、所述第二距离信号以及所述角度信号；并根据所述第一距离信号、所述第二距离信号以及所述角度信号计算所述第一点及所述第二点之间的距离。

9.一种远距离测量的方法，其特征在于，包括：

以相同的发射点，采用激光测量待测量物体上至少两点与所述发射点之间的距离；

测量每两束激光之间的夹角；

根据所述距离和所述夹角计算所述待测量物体上至少两点之间的距离。

10.根据权利要求9所述的远距离测量的方法，其特征在于，

所述根据所述距离和所述夹角计算所述待测量物体上至少两点之间的距离的步骤，包括：

根据两个所述距离以及对应的两束激光之间的夹角，利用三角形定理，计算所述待测量物体上至少两点之间的距离。