測量裝置及其測量方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種測量裝置，該測量裝置包括主控單元、測量桿以及安裝于測量桿上的測量單元，測量單元包括測距模塊、第一電機和第二電機，第一電機驅(qū)動測距模塊轉(zhuǎn)動，第二電機驅(qū)動第一電機轉(zhuǎn)動，主控單元控制第一電機和第二電機的轉(zhuǎn)動、收集并處理測距模塊測得的數(shù)據(jù)，還提供了一種測量方法。本發(fā)明測量裝置能夠方便的測知預(yù)測物的三維輪廓，受預(yù)測物的分布情況、體積大小以及形狀影響小，并且本測量裝置結(jié)構(gòu)簡單，拆裝方便，很適合用于大型堆積物的三維輪廓的獲知，特別適用于臨時放置的堆積物。
【專利說明】測量裝置及其測量方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于測量設(shè)備領(lǐng)域，特別是用于測量較大范圍的物品的是三維輪廓，具體涉及一種測量裝置及采用該測量裝置的測量方法。
【背景技術(shù)】
[0002]三維測量可以生成物品的三維輪廓，進而可以獲知其整體的外形，可以方便的獲知物品的體積，進而獲知重量等數(shù)據(jù)。有些堆積物都是隨意的堆放，具有極不規(guī)則的形狀，比如堆放在糧倉里的糧食，放置在地面上的沙土等等，想獲得這些物品的體積或者重量時，往往是通過最初的記錄得知，如果記錄的數(shù)據(jù)存在問題，很難得到真實的情況。
[0003]現(xiàn)有的測量方式多是在堆積物的上空放置垂直的桁架導軌，在導軌上安裝測量儀器，通過測量儀器在導軌上的移動獲得物品的三維輪廓，進而得到體積、重量等數(shù)據(jù)。但這種測量方法中，需要在待測物品上方搭建桁架導軌，這無疑會極大地增加獲得預(yù)測物體積、質(zhì)量等數(shù)據(jù)的成本，并且有時在得知數(shù)據(jù)后，還要拆除桁架導軌，造成測量的極大不方便。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的主要目的是提供一種測量裝置以及相應(yīng)的測量方法，該測量裝置能夠很方便的測出預(yù)測物的三維輪廓，獲取預(yù)測物的體積、重量等信息。
[0005]一種測量裝置，包括主控單元、測量桿以及安裝于所述測量桿上的測量單元，所述測量單元包括測距模塊、第一電機和第二電機，所述第一電機驅(qū)動所述測距模塊轉(zhuǎn)動，所述第二電機驅(qū)動所述第一電機轉(zhuǎn)動，所述主控單元控制所述第一電機和所述第二電機的轉(zhuǎn)動、收集并處理所述測距模塊測得的數(shù)據(jù)。
`[0006]優(yōu)選地，所述第一電機驅(qū)動所述測距模塊等角速度轉(zhuǎn)動。
[0007]優(yōu)選地，所述第一電機驅(qū)動所述測距模塊轉(zhuǎn)動的角速度Co = CociCose/cos Qtl，其中，Θ為所述測距模塊與所述測量桿的夾角，Qtl為所述測距模塊與所述測量桿的最小夾角，Qci為G = Qtl時所述第一電機驅(qū)動所述測距模塊轉(zhuǎn)動的角速度。
[0008]優(yōu)選地，所述測距模塊與所述測量桿處于最小夾角時，所述第二電機驅(qū)動所述測距模塊轉(zhuǎn)動的角度Δ ψη=ψη — Ψη—丨，其中，Ψη、Ψη —丨滿足tan￥n=2tan￥n —丨一tan Ψη_2,η^2；Ψ為所述測距模塊與所述測量桿的夾角，Ψ0為初始所述測距模塊與所述測量桿的夾角，L為所述第二電機首次驅(qū)動所述第一電機轉(zhuǎn)動后所述測距模塊與所述測量桿的夾角。
[0009]優(yōu)選地，所述測距模塊為激光測距模塊、超聲波測距模塊或紅外測距模塊。
[0010]優(yōu)選地，所述測量桿和所述測量單元均為兩個，所述測量單元分別安裝在所述測量桿上，兩所述測量單元在各自的第一電機驅(qū)動相應(yīng)測量模塊時，兩所述測量單元形成的測量軌跡相交。
[0011]優(yōu)選地，兩所述測量單元在各自的第一電機驅(qū)動相應(yīng)測量模塊時，兩所述測量單元形成的測量軌跡相交垂直。[0012]優(yōu)選地，還包括兩個所述測量單元，四個所述測量單元呈矩形狀分布。
[0013]一種測量方法，包括以下步驟:a、放置測量裝置；b、調(diào)整測量單元在測量桿上的高度；c、主控單元控制第二電機驅(qū)動第一電機轉(zhuǎn)動，以調(diào)整測距模塊與測量桿之間的夾角；d、主控單元控制第一電機驅(qū)動測距模塊轉(zhuǎn)動，并收集測距模塊測量的數(shù)據(jù)；e、重復步驟C、d，直至完全測量預(yù)測物；f、主控單元處理收集的數(shù)據(jù)，生成預(yù)測物的三維模型。
[0014]優(yōu)選地，所述步驟a中所述測量裝置包括四個測量單元，所述測量單元分別放置在所述預(yù)測物的四周。
[0015]本發(fā)明測量裝置能夠方便的測知預(yù)測物的三維輪廓，受預(yù)測物的分布情況、體積大小以及形狀影響小，并且本測量裝置結(jié)構(gòu)簡單，拆裝方便，很適合用于大型堆積物的三維輪廓的獲知，特別適用于臨時放置的堆積物。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0016]圖1是本發(fā)明測量裝置一種實施方式的示意圖；
[0017]圖2是圖1所示實施方式測量單元的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0018]圖3本發(fā)明測量裝置另一種實施方式的應(yīng)用圖；
[0019]圖4是圖3所不應(yīng)用圖的截面圖；
[0020]圖5是本發(fā)明測量裝置橫向測量時的示意圖；
[0021]圖6是本發(fā)明測量裝置縱向移動時的示意圖。
[0022]本發(fā)明目的的實現(xiàn)、功能特點及優(yōu)點將結(jié)合實施例，參照附圖做進一步說明?！揪唧w實施方式】
[0023]應(yīng)當理解，此處所描述的具體實施例僅僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。
[0024]參照圖1和圖2，所示為本發(fā)明測量裝置一種實施方式的示意圖，該測量裝置包括測量桿1、主控單元2和測量單元3，其中測量單元3安裝在測量桿I上，可以根據(jù)預(yù)測物的高度和測量需要進行調(diào)整。測量單元3包括測距模塊31、第一電機32和第二電機33，測距模塊31是激光測距模塊、超聲波測距模塊或者紅外測距模塊等；第一電機32的驅(qū)動軸與測距模塊31發(fā)出的探測信號方向的夾角不為零，第二電機33的驅(qū)動軸與第一電機32的驅(qū)動軸垂直，第一電機32驅(qū)動測距模塊31，第二電機33驅(qū)動第一電機32轉(zhuǎn)動，主控單元2可以是電腦，控制第一電機32和第二電機33的轉(zhuǎn)動、主控單元2還用于收集測距模塊32測得的數(shù)據(jù)，并進行相應(yīng)處理。
[0025]參見圖3和圖4，所示為本發(fā)明測量裝置應(yīng)用時的示意圖，該測量裝置包括四個測量桿la、Ic (另兩個未示出)，四個測量單元3a、3b、3c、3d,和主控單元(圖中未示出)，四個測量桿分別放置在預(yù)測物7的四周，呈矩形狀分布，四個測量單元對應(yīng)安裝在測量桿上，在工作時分別形成掃描軌跡線51、52、53、54，圖中象征性的各畫出了三條軌跡線，在實際應(yīng)用時，軌跡線的間距可根據(jù)預(yù)測物的大小形狀以及對獲得的三維輪廓的精確度要求進行設(shè)置，軌跡線間距越密集，生成的三維輪廓像素越高；相鄰的軌跡線垂直相交，也可以根據(jù)預(yù)測物的形狀選擇軌跡線是否垂直。在本實施方式中，主控單元連接4個測量單元，以控制4個測量單元的獲知預(yù)測物7的信息。
[0026]在測量預(yù)測物7，首先放置測量裝置，將四個測量單元分別放置在預(yù)測物的四周，然后調(diào)整測量單元在測量桿上高度高于預(yù)測物，主控單元控制第二電機驅(qū)動第一電機轉(zhuǎn)動，得到測距模塊與測量桿之間合適的夾角，主控單元控制第一電機驅(qū)動測距模塊轉(zhuǎn)動，形成橫向的軌跡線，主控單元收集測距模塊測量的數(shù)據(jù)，在完成一條橫向的軌跡線后，主控單元控制第二電機驅(qū)動第一電機轉(zhuǎn)動，得到測距模塊與測量桿之間新的夾角，主控單元控制第一電機驅(qū)動測距模塊轉(zhuǎn)動，形成新的橫向的軌跡線，主控單元收集測距模塊測量的數(shù)據(jù)，重復直至完全測量預(yù)測物，最后，主控單元處理收集的數(shù)據(jù)，生成預(yù)測物的三維模型。
[0027]在操作時，測量單元的選擇不限于四個，也可以是一個、兩個、三個甚至是更多個，在選擇多個測量單元時，至少相鄰的測量單元形成的掃描軌跡線是相交的。例如測量單元是兩個時，兩測量單元的掃描軌跡線夾角可以是60° -120°，優(yōu)選為90°。再如測量單元是三個時，可呈品字形分布，各測量單元形成的掃描軌跡線兩兩之間夾角為0° -90°，優(yōu)選為60°。測量單元的個數(shù)能夠滿足測量要求即可。
[0028]參見圖5，所示為測量裝置橫向測量時的示意圖，其中，測距模塊發(fā)出的探測信號6與測量桿I之間的夾角即為測距模塊與測量桿I之間的夾角。測量桿I放置在地面4上，測距模塊發(fā)出的探測信號6與測量桿I之間的最小夾角為Θ ^，在主控單元控制下，第一電機驅(qū)動測距模塊轉(zhuǎn)動時形成測距模塊與測量桿I之間夾角的變化，記為θ，第一電機可以等角速度的驅(qū)動測距模塊轉(zhuǎn)動，形成軌跡線，也可以按照角速度為Co = CociCose/cos Qtl來驅(qū)動測距模塊轉(zhuǎn)動，形成軌跡線，其中，Qci為G = Qtl時所述第一電機驅(qū)動所述測距模塊轉(zhuǎn)動的角速度。
[0029]參見圖6，所示為測量裝置縱向移動時的示意圖，其中，測距模塊發(fā)出的探測信號6與測量桿I之間的夾角即為測距模塊與測量桿I之間的夾角。測量桿I放置在地面4上，測距模塊發(fā)出的探測信號6與所述測量桿處于最小夾角時記為Ψ，當主控單元控制第二電機驅(qū)動第一電機轉(zhuǎn)動時，Ψ增大或者減小。以初始測距模塊發(fā)出的探測信號6與所述測量桿處于最小夾角時記為Vtl，且在第二電機驅(qū)動下Ψ逐漸增大，相鄰變化的角度記為Λ ψη,η變化的次數(shù)，第二電機可以等角度的變化驅(qū)動第一電機轉(zhuǎn)動，以形成不同的軌跡線，第二電機也可以Δ Ψη=Ψη — 驅(qū)動第一電機轉(zhuǎn)動，其中，Ψη、滿足tan￥n=2tan￥n_1 - tanΨn —2，且η≥2，V1為所述第二電機首次驅(qū)動第一電機轉(zhuǎn)動后測距模塊發(fā)出的探測信號6與測量桿I的夾角。
[0030]主控單元控制第一電機以不同的角速度驅(qū)動測距模塊轉(zhuǎn)動，形成不同的數(shù)據(jù)采集點，角速度越小，形成的軌跡點越密集；主控單元控制第二電機以不同的角度變化驅(qū)動第一電機轉(zhuǎn)動，形成不同間距的軌跡線，變化的角度越小，形成的軌跡線越密集；經(jīng)以上變化，測量得出的預(yù)測物的三維輪廓與預(yù)測物越接近。
[0031]本發(fā)明測量裝置形成的軌跡線可以是圖3中所示的形態(tài)，也可以是與圖3所示軌跡線垂直的形態(tài)，這只是主控單元驅(qū)動第一電機或者第二電機運行的方式引起的，也是可以通過本發(fā)明測量裝置實現(xiàn)的，同樣該種方法也理應(yīng)屬于本發(fā)明權(quán)利要求的保護范圍。
[0032]以上所述僅為本發(fā)明的優(yōu)選實施例，并非因此限制本發(fā)明的專利范圍，凡是利用本發(fā)明說明書及附圖內(nèi)容所作的等效結(jié)構(gòu)或等效流程變換，或直接或間接運用在其他相關(guān)的【技術(shù)領(lǐng)域】，均同理包括在本發(fā)明的專利保護范圍內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種測量裝置，其特征下在于，包括主控單元、測量桿以及安裝于所述測量桿上的測量單元，所述測量單元包括測距模塊、第一電機和第二電機，所述第一電機驅(qū)動所述測距模塊轉(zhuǎn)動，所述第二電機驅(qū)動所述第一電機轉(zhuǎn)動，所述主控單元控制所述第一電機和所述第二電機的轉(zhuǎn)動、收集并處理所述測距模塊測得的數(shù)據(jù)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的測量裝置，其特征在于，所述第一電機驅(qū)動所述測距模塊等角速度轉(zhuǎn)動。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的測量裝置，其特征在于，所述第一電機驅(qū)動所述測距模塊轉(zhuǎn)動的角速度O = COciCose/cos Qtl，其中，Θ為所述測距模塊與所述測量桿的夾角，Qtl為所述測距模塊與所述測量桿的最小夾角，Qci為G = Qtl時所述第一電機驅(qū)動所述測距模塊轉(zhuǎn)動的角速度。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的測量裝置，其特征在于，所述測距模塊與所述測量桿處于最小夾角時，所述第二電機驅(qū)動所述測距模塊轉(zhuǎn)動的角度Λ Ψη=Ψη - ,其中，Ψη、Ψη —i滿足tanvn=2tan￥n —丨一 tan￥n_2,n ^ 2 ； Ψ為所述測距模塊與所述測量桿的夾角，為初始所述測距模塊與所述測量桿的夾角，L為所述第二電機首次驅(qū)動所述第一電機轉(zhuǎn)動后所述測距模塊與所述測量桿的夾角。
5.根據(jù)權(quán)利要求1-4任一項所述的測量裝置，其特征在于，所述測距模塊為激光測距模塊、超聲波測距模塊或紅外測距模塊。
6.根據(jù)權(quán)利要 求1-4任一項所述的測量裝置，其特征在于，所述測量桿和所述測量單元均為兩個，所述測量單元分別安裝在所述測量桿上，兩所述測量單元在各自的第一電機驅(qū)動相應(yīng)測量模塊時，兩所述測量單元形成的測量軌跡相交。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的測量裝置，其特征在于，兩所述測量單元在各自的第一電機驅(qū)動相應(yīng)測量模塊時，兩所述測量單元形成的測量軌跡相交垂直。
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的測量裝置，其特征在于，還包括兩個所述測量單元，四個所述測量單元呈矩形狀分布。
9.一種基于權(quán)利要求1-8任一項所述測量裝置的測量方法，其特征在于，包括以下步驟: a、放置測量裝置； b、調(diào)整測量單元在測量桿上的高度； C、主控單元控制第二電機驅(qū)動第一電機轉(zhuǎn)動，以調(diào)整測距模塊與測量桿之間的夾角； d、主控單元控制第一電機驅(qū)動測距模塊轉(zhuǎn)動，并收集測距模塊測量的數(shù)據(jù)； e、重復步驟C、d，直至完全測量預(yù)測物； f、主控單元處理收集的數(shù)據(jù)，生成預(yù)測物的三維模型。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的測量方法，其特征在于，所述步驟a中所述測量裝置包括四個測量單元，所述測量單元分別放置在所述預(yù)測物的四周。
【文檔編號】G01B17/06GK103808275SQ201210572552
【公開日】2014年5月21日 申請日期:2012年12月25日 優(yōu)先權(quán)日:2012年12月25日
【發(fā)明者】公丕亮 申請人:哈爾濱工業(yè)大學深圳研究生院