[發(fā)明專利]一種苗床土塊三維空間分布可視化的測(cè)量裝置和方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202011221752.2
• 申請(qǐng)日: 2020-11-05
• 公開（公告）號(hào): CN112325735B
• 公開（公告）日: 2021-08-03
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 郭慧;趙佳樂;王剛;賈洪雷;齊江濤;袁洪方
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 吉林大學(xué)
• 主分類號(hào): G01B5/004
• 分類號(hào): G01B5/004;G01B5/02;G01B5/18;G01B5/24
• 代理公司: 長(zhǎng)春吉大專利代理有限責(zé)任公司 22201
• 代理人: 邵銘康;朱世林

1.一種苗床土塊三維空間分布可視化的測(cè)量裝置，其特征在于：由取樣器(A)和測(cè)量器(B)組成，其中所述的測(cè)量器(B)由距離尺組件(H)、支架(I)、角度尺(J)、深度尺組件(K)、連接件(L)、螺釘Ⅰ(7)、螺釘Ⅱ(8)、橡膠堵塊Ⅰ(9)和橡膠堵塊Ⅱ(10)組成，其中距離尺組件(H)由距離量尺(16)、圓環(huán)(17)和角度指針(18)組成，且距離量尺(16)、圓環(huán)(17)和角度指針(18)自前至后順序排列并固接，距離量尺(16)的左面所設(shè)尺寸刻度為0～(a+20)mm，其中a為取樣器(A)上前板(C)、左板(D)、后板(E)、右板(F)和底板(G)組成的正方體邊長(zhǎng)，距離量尺(16)的橫截面為凹槽形，距離量尺(16)左端面與圓環(huán)(17)圓心距離為l，距離量尺(16)的寬度為b，圓環(huán)(17)下表面與距離量尺(16)下表面距離為b/2；支架(I)由插板Ⅰ(11)、插板Ⅱ(12)、三角架(13)、圓柱桿(14)和定位圈(15)組成，定位圈(15)固接于圓柱桿(14)近上端，圓柱桿(14)下端固接于三角架(13)的后角上面，插板Ⅰ(11)垂直固接于三角架(13)的右角上面，插板Ⅱ(12)垂直固接于三角架(13)的左角上面；角度尺(J)為半圓形，其圓弧面上設(shè)有角度刻度(19)，圓心設(shè)有孔Ⅲ(20)，角度尺(J)上扇形孔的半徑為R，且與孔Ⅲ(20)同心；深度尺組件(K)由深度量尺(21)和圓錐型定位針(22)組成，且深度量尺(21)和圓錐型定位針(22)上下排列并固接，其中圓錐形定位針長(zhǎng)度為h，深度量尺(21)的右面所設(shè)尺寸刻度為0～(a+20)mm，深度量尺(21)的橫截面為凹槽形；連接件(L)由矩形板Ⅰ(23)、銷軸(25)和矩形板Ⅱ(26)組成，矩形板Ⅰ(23)左部和矩形板Ⅱ(26)上部經(jīng)銷軸(25)呈直角固接；矩形板Ⅰ(23)右部沿中線設(shè)有螺紋孔Ⅰ(24)，矩形板Ⅱ(26)下部沿中線設(shè)有螺紋孔Ⅱ(27)；距離尺組件(H)的圓環(huán)(17)與支架(I)的圓柱桿(14)上部活動(dòng)連接，且圓環(huán)(17)的下表面緊貼定位圈(15)的上表面，角度尺(J)經(jīng)孔Ⅲ(20)與支架(I)的圓柱桿(14)上部固接，且角度尺(J)的下表面與定位圈(15)的上表面距離滿足距離尺組件(H)的圓環(huán)(17)可繞圓柱桿(14)自由轉(zhuǎn)動(dòng)；連接件(L)的矩形板Ⅰ(23)與距離尺組件(H)中距離量尺(16)的凹槽滑動(dòng)連接，橡膠堵塊Ⅱ(10)固接于距離量尺(16)的凹槽右端；連接件(L)的矩形板Ⅱ(26)與深度尺組件(K)中深度量尺(21)的凹槽滑動(dòng)連接，橡膠堵塊Ⅰ(9)固接于深度尺組件(K)的凹槽上端；螺釘Ⅰ(7)與連接件(L)中矩形板Ⅱ(26)的螺紋孔Ⅱ(27)螺紋連接；螺釘Ⅱ(8)與連接件(L)中矩形板Ⅰ(23)的螺紋孔Ⅰ(24)螺紋連接；取樣器(A)中底板(G)的下表面與測(cè)量器(B)中支架(I)的三角架(13)上表面貼合，測(cè)量器(B)中支架(I)上的插板Ⅰ(11)與取樣器(A)中底板(G)的孔Ⅰ(3)連接，測(cè)量器(B)中支架(I)的插板Ⅱ(12)與取樣器(A)中底板(G)的孔Ⅱ(5)連接，且插板Ⅰ(11)和插板Ⅱ(12)與孔Ⅰ(3)和孔Ⅱ(5)形狀一致；測(cè)量器(B)中支架(I)的圓柱桿(14)近上端卡于取樣器(A)中后板(E)的U形缺口(1)，圓柱桿(14)的中心線與后板(E)內(nèi)側(cè)距離為l，與距離量尺(16)左端面至圓環(huán)(17)圓心距離相等，距離尺組件(H)中角度指針(18)的下端面與后板(E)上端面距離為h，與圓錐形定位針長(zhǎng)度相等，距離尺組件(H)中角度指針(18)尖端外緣至圓環(huán)(17)圓心距離為R，與角度尺(J)上扇形孔的半徑相等。

2.按權(quán)利要求1所述的苗床土塊三維空間分布可視化的測(cè)量裝置，其特征在于：所述的取樣器(A)由前板(C)、左板(D)、后板(E)、右板(F)和底板(G)組成，其中前板(C)、左板(D)、后板(E)和右板(F)的側(cè)面首尾均成90度固接，形成正方體框架結(jié)構(gòu)，正方體邊長(zhǎng)a為300～800mm；后板(E)的上邊沿中心設(shè)有U形缺口(1)；底板(G)的前端設(shè)有擋板(4)，底板(G)的右側(cè)前部設(shè)有孔Ⅰ(3)，底板(G)的左側(cè)前部設(shè)有孔Ⅱ(5)，底板(G)的上面近右側(cè)設(shè)有凹槽Ⅰ(2)，底板(G)的上面近左側(cè)設(shè)有凹槽Ⅱ(6)；左板(D)下端與底板(G)的凹槽Ⅱ(6)滑動(dòng)連接；右板(F)下端與底板(G)的凹槽Ⅰ(2)滑動(dòng)連接。

3.一種苗床土塊三維空間分布可視化的測(cè)量方法,其特征在于包括下列步驟：

3.1樣本采集：將取樣器(A)中由前板(C)、左板(D)、后板(E)和右板(F)固接而成的正方體框架結(jié)構(gòu)自上至下插入苗床指定位置的指定深度等于正方體邊長(zhǎng)a后，底板(G)上凹槽Ⅱ(6)和凹槽Ⅰ(2)沿左板(D)和右板(F)下端由前至后水平插入；

3.2建立三維坐標(biāo)系：按權(quán)利要求1所述的苗床土塊三維空間分布可視化的測(cè)量裝置，以測(cè)量器(B)中支架(I)的定位圈(15)上表面的圓心為坐標(biāo)原點(diǎn)O，以測(cè)量器(B)中支架(I)的圓柱桿(14)中軸線由下至上為Y軸正方向，以O(shè)點(diǎn)為原點(diǎn)由后至前為X軸正方向、由左至右為Z軸正方向；

3.3在步驟3.1和3.2基礎(chǔ)上，對(duì)于坐標(biāo)系內(nèi)的任一土塊P_i，通過繞圓環(huán)(17)轉(zhuǎn)動(dòng)距離尺組件(H)、沿距離尺組件(H)長(zhǎng)度方向移動(dòng)連接件(L)上矩形板Ⅰ(23)、沿深度尺組件(K)長(zhǎng)度方向移動(dòng)連接件(L)上矩形板Ⅱ(26)使深度尺組件(K)上圓錐型定位針(22)的尖端垂直插入待測(cè)量土塊P_i上任一點(diǎn)P_ij，通過角度尺(J)、距離尺組件(H)的距離量尺(18)和深度尺組件(K)的深度量尺(21)，依次讀取點(diǎn)P_ij在XOZ平面與Z軸負(fù)方向的夾角α_ij、點(diǎn)P_ij到Y(jié)OZ平面的垂直距離r_ij和點(diǎn)P_ij到XOZ平面的垂直距離y_ij，則P_ij點(diǎn)的坐標(biāo)表示為[r_ijsin(α_ij)，-y_ij，r_ijcos(α_ij)]，i，j均為正整數(shù)；

3.4以步驟3.1至3.3為依據(jù)，對(duì)于土塊P_i，依次量取其上X軸反向最遠(yuǎn)點(diǎn)P_i1[r_i1sin(α_i1)，-y_i1，r_i1cos(α_i1)]、X軸正向最遠(yuǎn)點(diǎn)P_i2[r_i2sin(α_i2)，-y_i2，r_i2cos(α_i2)]、Y軸反向最遠(yuǎn)點(diǎn)P_i3[r_i3sin(α_i3)，-y_i3，r_i3cos(α_i3)]、Y軸正向最遠(yuǎn)點(diǎn)P_i4[r_i4sin(α_i4)，-y_i4，r_i4cos(α_i4)]、Z軸反向最遠(yuǎn)點(diǎn)P_i5[r_i5sin(α_i5)，-y_i5，r_i5cos(α_i5)]、Z軸正向最遠(yuǎn)點(diǎn)P_i6[r_i6sin(α_i6)，-y_i6，r_i6cos(α_i6)]，通過在三維坐標(biāo)系內(nèi)連線點(diǎn)P_i1與點(diǎn)P_i3、點(diǎn)P_i1與點(diǎn)P_i4、點(diǎn)P_i1與點(diǎn)P_i5、點(diǎn)P_i1與點(diǎn)P_i6、點(diǎn)P_i2與點(diǎn)P_i3、點(diǎn)P_i2與點(diǎn)P_i4、點(diǎn)P_i2與點(diǎn)P_i5、點(diǎn)P_i2與點(diǎn)P_i6重塑土塊P_i；

3.5根據(jù)步驟3.1-3.4土塊P_i重塑過程，對(duì)坐標(biāo)系內(nèi)滿足既定要求的土塊進(jìn)行重塑，并在三維坐標(biāo)系中表征。