PL224847B1 - Sposób pomiaru i analizowania kształtów - Google Patents

Description

Opis wynalazku

Przedmiotem wynalazku jest sposób pomiaru kształtów w przestrzeni dwuwymiarowej i trójwymiarowej. Wynalazek jest przeznaczony do inwentaryzacji obiektów przestrzennych, w szczególności, budynków, wnętrz i innych brył sztywnych, może także znaleźć zastosowanie w automatycznym sterowaniu pojazdami. Rozwiązanie może znaleźć zastosowanie w geodezji, architekturze, konserwacji zabytków inżynierii i transporcie.

Znane są rozwiązania urządzeń skanujących elementy przestrzeni trójwymiarowej, za przykład posłużyć może polskie zgłoszenie patentowe nr P.312523, które nie rozróżnia kształtów podczas skanowania, podobnie w zgłoszeniu międzynarodowym WO/2012/168322. Obydwa urządzenia optyczne skanują przestrzeń w sposób jednorodny to znaczy bez wpływu geometrii na precyzowanie skanowania - efektem są zbiory punktów, które są wyświetlane bądź interpretowane na płaszczyźnie.

Francuska publikacja EP 1209441 zawiera informacje na temat innowacyjnego urządzenia odczytywania kształtów przestrzeni natomiast brak w niej zastrzeżeń oraz informacji o analizie geometrii zwiększaniu próbkowania zależnie od odczytywanej geometrii, zasada pomiarów różni się zasadniczo od przedstawionej w niniejszym opisie.

Znane jest poza tym urządzenie sprzedawane pod rynkową nazwą Flexijet, które odczytuje punkty zadane przez człowieka lub skanuje w zadanych odstępach za pomocą dalmierza laserowego osadzonego na głowicy.

Istotą wynalazku jest sposób pomiaru i analizowania kształtów w przestrzeni, polegający na wykonywaniu serii pomiarów, dających informacje o kształcie i gabarycie mierzonych obiektów na podstawie wyników wykonywanych pomiarów. Poprzez układ sterujący ustala się liczbę kolejnych pomiarów odległości liniowej przypadającej na odległość kątową po wykonanej serii takich pomiarów, a następnie odszukuje się granicę i przebieg nierozpoznanego kształtu poprzez zwiększenie liczby pomiarów względem początkowo zadanej, przypadającej na zakres kąta pomiaru tam, gdzie zależność zmiany odczytanej odległości w stosunku do zmiany kąta pomiaru odległości wskazuje na występowanie granicy kształtu.

Zaletami tego układu jest prostota działania i dostępność urządzeń sterowanych komputerowo (tachimetry) co umożliwi wdrożenie wynalazku, dzięki czemu wykonywanie pomiarów form przestrzennych stanie się szybsze i bardziej precyzyjne od pomiarów wykonywanych przez człowieka. Urządzenie nie wyprze z rynku pracy ludzi, którzy wykonują pomiary ponieważ do obsługi urządzenia potrzebny jest człowiek, a większość ludzi wykonujących pomiary to osoby, które w dalszym etapie pracują na danych z pomiarów.

Przedmiot wynalazku w przykładzie wykonania i sposobie działania przedstawiony jest na rysunku Fig. 1, który jest rzutem obrazującym przykładowy sposób działania układu wykonującego pomiary przekroju dwuwymiarowego ze stałego punktu w przestrzeni, umieszczonego wewnątrz mierzonego obiektu oraz na rysunku Fig. 2, który jest aksonometrią schematu funkcjonalno-przestrzennego. Oznaczenia: 1 - dalmierz laserowy mierzący odległość pomiędzy dalmierzem a wskazanym punktem,

- urządzenie obracające dalmierz w jednej osi, 3 - urządzenie obracające dalmierz w osi prostopadłej do osi obrotu urządzenia oznaczonego jako 2, 4 - urządzenie przetwarzające dane, 5 - dane przesyłane pomiędzy urządzeniem przetwarzającym dane a dalmierzem oraz urządzeniami obracającymi dalmierzem, 6 - mierzony obiekt, 7 - pomiary odległości, 8 - dane wyjściowe z urządzenia do przetwarzania danych.

Przykładem realizacji wynalazku jest układ składający się z urządzenia przetwarzania danych 4 sterującego i odbierającego dane 5 z tachimetru na który składają się urządzenia obracające 2, 3 dalmierzem 1, którego działanie polega na odczytywaniu za pomocą dalmierza 1 odległości z punku pomiarowego w przestrzeni trójwymiarowej - dalmierza 1 punktu na mierzonym obiekcie 6 poprzez pomiar odległości 7, co w zestawieniu z informacją o kącie pomiaru daje informację o kształcie obiektu. Głowica z dalmierzem 1 obraca się w płaszczyźnie za pomocą urządzenia obracającego w jednej osi 2, które z kolei obracane jest za pomocą urządzenia obracającego 3 w osi prostopadłej do osi obrotu urządzenia obracającego 2, co umożliwia dokonanie pomiarów odległości 7 w pełnym zakresie kąta przestrzeni trójwymiarowej za wyjątkiem zasłoniętych dla dalmierza miejsc. Dalmierz w trakcie obrotu ma dobieraną liczbę pomiarów odległości 7 od dalmierza 1 przypadających na kąt pomiaru w przestrzeni w zależności od wyników wykonanych poprzednio pomiarów 7. Dalmierz 1 odczytuje odległość 7, obraca się o zadany kąt i odczytuje kolejną odległość 7. Dane 5 trafiają do urządzenia

PL 224 847 B1 przetwarzającego 4 po dwóch lub większej liczbie zadanych odczytów, urządzenie przetwarzające 4 analizuje charakter krzywej zależności odległości od kąta lub funkcję zależności współrzędnych w przestrzeni, jeśli kolejny punkt należy do tej samej funkcji lub posiada ten sam charakter krzywej, powierzchni co punkty poprzednie to odległości odczytywane są dalej w zadanej wartości kąta do momentu aż odczyt będzie sprzeczny z odszukaną uprzednio funkcją lub charakterem krzywej, wtedy dalmierz 1 obracany za pomocą urządzeń do obrotu 2, 3 oraz lasera otrzymuje dane 5 z urządzenia przetwarzającego 4 cofa się o zaprogramowany kąt i zagęszcza obszar do momentu odszukania zmiany funkcji, charakteru krzywej, powierzchni odszukując w ten sposób granicę kształtu, następnie odczytywanie jest kontynuowane a urządzenie odczytuje przestrzeń zgodnie z zadanym standardowo kątem poszukując dalej funkcji lub charakteru krzywej lub powierzchni. Zagęszczenie pomiarów 7 może również nastąpić nie poprzez cofnięcie o kąt lecz w kolejnych cyklach obrotu dalmierza 1. Jest to rozwiązanie wspomagane komputerowo ale istota działania nie polega tylko na tym co jest związane z programem komputerowym ale na tym jak urządzenie działa w przestrzeni i jak przetwarzanie danych i sterowanie, które składają się na sposób pomiaru i analizowania kształtów 6 wpływa na działanie układu i dane wyjściowe 8 otrzymywane z pomiaru. Urządzenie przetwarzające 4 to komputer z możliwością ustawiania przez użytkownika otrzymywania, analizowania, przetwarzania danych matematycznych oraz sygnałów analogowych. Układ może mieć zaprogramowaną czułość i uśredniać wyniki pomiarów odległości 7 lub dane wyjściowe 8. Odległości i funkcje zapisywane są lub przekazywane przez urządzenie, człowieka, urządzenia zewnętrzne lub komputer w celu dalszego wykorzystania.

Odczytywanie kształtów może odbywać się na zadanej płaszczyźnie przekroju, wielu płaszczyznach bądź w przestrzeni trójwymiarowej, w każdym z przypadków poprzez zagęszczenie pomiarów w miejscu zmiany znalezionej lub poszukiwanej funkcji, charakteru krzywej lub powierzchni, co ma pozwalać na odczytywanie z rzeczywistości odcinków prostych, krzywych płaskich, krzywych przestrzennych, płaszczyzn, dowolnych powierzchni.

Sposób działania układu wyróżnia się spośród stosowanych systemów takich jak skanery 3D tym że skanery 3D generują dużą liczbę punktów jako danych, które dopiero są przetwarzane po skanowaniu.

Urządzenie odczytuje i zapisuje tylko niezbędną liczbę punktów do określenia kształtów a w miarę potrzeby dostosowuje dokładność (liczbę odczytów odległości przypadających na kąt). Dane wyjściowe 8 wynikające bezpośrednio ze sposobu działania wynalazku staną się bardziej przystępne do użytku inżynierskiego oraz w maszynach niż te, które są efektem działania obecnie stosowanych. Zapis danych, może odbywać się poprzez punkty, funkcje lub inne oznaczenia. Urządzenie podczas pomiarów podąża za poszukiwanym punktem, krzywą lub krzywizną starając się przewidzieć jej przebieg, nanosząc poprawki na pomiary w sposób ciągły.

Przykładem wykonania układu może być urządzenie odczytujące składające się z dalmierza laserowego obracanego w osi poziomej i pionowej za pomocą serwomechanizmu z przekładnią zębatą bądź gotowy tachimetr, sygnał z dalmierza przekazywany jest przewodowo lub bezprzewodowo do zaprogramowanego komputera. Po przetworzeniu danych komputer wysyła sygnał przewodowo lub bezprzewodowo do silniczków krokowych oraz dalmierza i dokonywany jest kolejny odczyt. Analiza danych może odbywać się na zasadzie badania przebiegu funkcji odległości od kąta lub odległości w kartezjańskim układzie współrzędnych, w momencie gdy komputer dostaje dane z których wynika zmiana przebiegu funkcji z której może wynikać brak ciągłości krzywej lub powierzchni, urządzenie zagęszcza pomiary w okolicy prawdopodobnej utraty ciągłości mierzonego obiektu do momentu znalezienia punktów bliskich tym, gdzie nie ma ciągłości krzywej lub powierzchni, natomiast punkt przejścia pomiędzy funkcjami może być znaleziony jako punkt przecięcia się wykresów funkcji matematycznych odczytanych z pomiarów. Po dokonanych odczytach dane wyjściowe mogą zostać zapisane w formacie umożliwiającym odczyt na oprogramowaniu CAD lub oprogramowaniu matematycznym. Analiza przebiegu kształtu może odbywać się również poprzez badanie ciągów pomiarów lub dopasowanie do szablonowych ciągów pomiarów.

Do budowy układu urządzenia można posłużyć się gotowym tachimetrem i komputerem lub zestawić: dalmierz laserowy, serwomechanizmy, statyw, urządzenia poziomujące, urządzenia przesyłania, i przetwarzania danych, oraz oprogramowanie sterujące stworzone zgodnie z założeniami sposobu działania układu.

Claims (1)

1. Sposób pomiaru i analizowania kształtów w przestrzeni, polegający na wykonaniu serii pomiarów (7), dających informacje (8) o kształcie i gabarycie mierzonych obiektów (6), znamienny tym, że na podstawie wyników wykonywanych pomiarów (5), poprzez układ sterujący (4) ustala się liczbę kolejnych pomiarów odległości liniowej przypadającej na odległość kątową, a następnie odszukuje się granicę i przebieg nierozpoznanego kształtu (6) poprzez zwiększenie liczby pomiarów (7) względem zadanej, przypadającej na zakres kąta pomiaru w którym zależność odczytanej odległości w stosunku do zmiany kąta pomiaru odległości (7) wskazuje na występowanie granicy kształtu.