专利名称：用于确定建筑材料样品的外廓尺寸的方法及相关设备的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种用于确定样品的至少一个外廓尺寸(dimension)的设备和方法，更具体来讲，涉及一种用于确定未压实的含沥青铺路混合物、土壤和/或混凝料的样品、以及励磁铁芯、实验室制取的压实的含沥青铺路材料标本和/或其它建筑材料的至少一个外廓尺寸的设备和方法。
背景技术：
为了对各种建筑项目进行设计、质量控制和质量保证，建筑业依赖于材料测试。材料密度和比重是材料测试中的某些重要参数。具体来讲，在对天然的和制造的铺路材料的设计和质量确定过程中，铺路建筑业使用材料密度和比重。
在沥青铺路业中，例如使用热沥青混合物实验室制取标本或者铁芯铺路标本的空隙含量来确定混合设计、工厂生产的热混合物以及铺路建筑的质量。在某些情况下，压实标本的空隙含量被确定为压实标本的实际比重(毛体积比重)与疏松沥青混合物的理论上的最大比重的比值。
疏松沥青混合物的最大比重或者密度的确定可能具有某些限制，这些限制影响了空隙含量测量的准确性。此外，确定毛体积比重的方法很高程度上取决于操作者，因此可能产生很大变化的结果，由此也影响了空隙含量的确定。目前，存在三种普遍接受的做法或方法来确定压实沥青标本的毛体积比重。这些方法是(1)γ衰减；(2)阿基米德原理的应用；以及(3)外廓尺寸分析。
γ衰减技术可用于通过测量压实沥青标本的电子密度来提供压实沥青标本的体积密度，所述技术例如在Dep等人提出的第6,492,641号美国专利中描述。通过遍历样品的γ辐射的强度和能量分布来确定所述电子密度。所述γ辐射通常从低强度辐射铯源发出，并且由灵敏的碘化钠检测器来检测。然后必须通过标本的高度(或者厚度)来规范化电子密度的最终测量。然而，虽然电子密度确定总体上是精确的并且是可靠的，但是γ衰减方法会受到操作者测量标本高度的准确性和精确性的能力的限制。
ASTM D3549是一种标准测试方法，用于确定压实的含沥青铺路混合物标本的厚度或者高度。所述标准规定应该使用以90°为间隔的四次测量的平均值来近似表示标本的高度。它还建议相对于圆柱纵轴不是水平的标本的末端应该被锯成平面并且水平。然而，存在与这种方法相关的许多问题。例如，在某些情况下，操作者未必确保标本的末端是平面并且水平，由此因为端到端(或者峰到峰)的卡尺测量将无法可靠测量标本的高度，故而把错误引入到高度测量中。在这种情况下，均方根高度可以是用于密度确定的标本高度的更加准确的测量。这种高度测量中的另一错误来源在于利用卡尺的四次测量未必提供足够的数据点来正确地表示真实的样品高度，特别是当标本不是真正的圆柱体和/或当其末端是不规则的或者是倾斜的。即使操作者在利用卡尺测量标本高度时极端认真并且用心，卡尺也未必能够正确地测量不规则的或者不平的表面。
一种广泛使用的用于确定沥青混合物标本毛体积比重的方法是通过确定标本的质量与体积之比来实现。质量确定一般通过使用现有的天平和比例尺可以高度可靠地获得，其中所述天平和比例尺很容易从市场购买到。然而，体积测量通常比质量确定缺乏可靠性。多种不同的体积测量方法都采用排水的阿基米德原理。用于获得体积测量的另一种方法使用利用卡尺或者千分尺的外廓尺寸分析方法。
当把固体浸入足够大的水槽中时，阿基米德原理能够通过确定因固体而排出的水的体积，来近似固体的体积。一般说来，排出水的质量与水的比重的比值是固体的最终体积。然而，在某些情况下，所确定的体积会因水渗入固体内相互连通的孔隙而受到不利影响。另外，水的密度不是恒定的，而是会受到温度、杂质、甚至不一致的水源的影响。因此，固体的真实体积可能会受到所确定的固体比重和密度的准确性的虚假量以及能够渗入固体的水量的影响。然而，利用排水量法的另一问题在于把样品浸入水中是一种破坏性的过程。虽然样品可以在浸泡之后被干燥，但是，即便非常精心的干燥过程通常也无法在后续测试中为该样品提供能够重复的比重确定结果。由此对标本的损坏通常禁止其在其它材料测试过程的使用。
许多AASHTO或者ASTM标准利用这种排水量原理来确定压实沥青混合物的毛体积比重。然而，基本上所有这些方法都包括固有的误差源，这通常取决于执行所述过程所基于的条件。饱和的表面干燥(saturated surface dry，SSD)方法(AASHTO T166/ASTM D2726)势必低估标本的体积，由此过高估计其毛体积比重或者密度。为了克服与SSD方法相关联的限制，已经介绍了这样的技术，即要求利用石蜡或者保护膜来覆盖标本(AASHTO T275/ASTMDl 188)，或者把标本真空密封在塑料或者聚乙烯材料袋内(ASTM D6752)，这些技术例如在Regimand提出的第6,321,589号美国专利中所有描述。然而，这些方法通过封孔标本的表面空隙而可能过高估计了标本体积，由此提供经常低于标本毛体积比重的真实值的最终毛体积比重。另外，这种方法还要求对覆盖或真空密封袋的质量和体积进行校正，这样做也会把错误引入到计算中。
用于确定标本的毛体积比重的外廓尺寸分析方法通过利用卡尺和千分尺物理地测量标本的高度和直径外廓尺寸来近似体积。然而，通过外廓尺寸分析方法确定的比重通常低于通过排水量法确定的比重，这是因为使用卡尺或者千分尺的外廓尺寸分析没有考虑标本的表面空隙或者其它不规则的表面特征。
考虑到这些限制，在使用现有技术能够可靠地确定标本高度或者其它外廓尺寸的过程中，需要更加可靠的方法来为标本提供准确的外廓尺寸值。还需要这样的方法和/或设备，即减小在确定标本高度或者其它外廓尺寸时操作者判断的影响，以便使单个实验室和/或多个实验室的变化不会影响沥青混合物标本的评估。另外，这种设备和/或方法应该能够无破坏性地评估所述标本。
发明内容
上述以及其它需要是通过本发明来满足的，在一个实施例中，本发明提供了一种适用于确定建筑材料样品的体积的装置。这种装置包括至少一个样品交互设备，其被配置为与建筑材料样品交互，以便确定其至少一个表面特性。计算机设备被配置为能够接收来自至少一个样品交互设备的至少一个表面特性，并且能够处理所述至少一个表面特性以便形成建筑材料样品的三维表示。所述计算机设备还被配置为根据建筑材料样品的三维表示来确定其体积。
本发明的另一方面包括适用于确定具有多个外廓尺寸的建筑材料样品的至少一个外廓尺寸的装置。这种装置包括与至少一个外廓尺寸测量设备可操作地啮合的样品收容器的第一部分。所述样品收容器的第二部分能够与第一部分可操作地啮合，以便允许至少一个外廓尺寸测量设备至少测量建筑材料样品的第一个外廓尺寸。所述第二部分适于可操作地啮合所述建筑材料样品，以便在相对于第一部分和至少一个外廓尺寸测量设备的坐标系内收容所述建筑材料样品。所述第二部分还被配置为可随着第一部分移动，并且与所述坐标系对准，以便允许至少一个外廓尺寸测量设备至少测量建筑材料样品的第二个外廓尺寸。
本发明的又一方面包括适用于确定建筑材料样品的至少一个外廓尺寸的装置。这种装置包括至少一个样品交互设备，其被配置为与建筑材料样品交互，以便确定其至少一个表面特性。计算机设备被配置为能够接收来自至少一个样品交互设备的至少一个表面特性，并且能够处理所述至少一个表面特性，以便确定建筑材料样品的至少一个外廓尺寸。
本发明的又一方面包括一种用于确定建筑材料样品的体积的方法。这种方法包括利用至少一个样品交互设备来确定建筑材料的至少一个表面特性。此后，在计算机设备接收来自至少一个样品交互设备的至少一个表面特性。然后利用所述计算机设备来处理至少一个表面特性，以便形成建筑材料样品的三维表示。然后利用所述计算机设备根据所述三维表示来确定建筑材料样品的体积。
本发明的又一方面包括一种用于确定建筑材料样品的体积的方法。这种方法包括首先利用计算机设备来组合由至少一个样品成像设备捕获的建筑材料样品的多个图像，以便形成建筑材料样品的三维表示。然后利用计算机设备根据所述三维表示来确定建筑材料样品的体积。
本发明的又一方面包括一种用于确定建筑材料样品的至少一个外廓尺寸的方法。利用至少一个样品交互设备来确定建筑材料的至少一个表面特性。在计算机设备接收来自至少一个样品交互设备的至少一个表面特性，并且利用所述计算机设备来处理至少一个表面特性以便利用所述计算机设备来确定建筑材料样品的至少一个外廓尺寸。
本发明的另一方面包括一种用于测量具有多个外廓尺寸的建筑材料样品的至少一个外廓尺寸的方法，其中所述建筑材料样品与样品收容器的第二部分可操作地啮合。所述样品收容器的第二部分可操作地啮合所述样品收容器的第一部分，使得建筑材料样品位于相对于样品收容器和与之可操作地啮合的至少一个外廓尺寸测量设备的第一部分的坐标系内。然后利用所述至少一个外廓尺寸测量设备来测量所述建筑材料样品的至少第一个外廓尺寸。然后，在利用至少一个外廓尺寸测量设备来测量建筑材料样品的至少第二个外廓尺寸之前，所述第二部分可随着第一部分移动，并且与所述坐标系对准。
所提供的方法和设备由此无需破坏性或者损伤样品的测试方法，诸如阿基米德排水量法。无论所期望的是γ射线衰减方法的准确的高度确定还是外廓尺寸分析方法的准确的体积确定，此处所公开的技术都最小化或者消除了先前就现有方法而论述的操作者判断和/或偏离限制。
在某些情况下，用于确定标本高度、形状和/或体积的测试方法和设备可以应用于其它一般建筑和/或铺路相关材料，诸如疏松土和混凝料、波特兰水泥、混凝土柱体以及许多其它应用。在体积、形状和/或高度测量准确性和/或精确度方面的改善还将提供更加可靠的密度和比重确定。由此，后续影响将是改进建筑和/或铺路相关材料的设计、质量控制和质量保证。此外例如可以包括如下效益，即基本上改善结构并且减少拥有者与承包商之间的争端，其中这种争端是由于测试结果的不确定因素造成的。由此，本发明的实施例提供了如上所公开的、所描述的并且此处进一步详细说明的明显优势。
现在将参考附图来概括地描述本发明，所述附图未必按比例描绘，并且其中图1A和1B是依照本发明的一个实施例，实现单个样品交互设备的用于确定建筑材料样品的至少一个表面特性的装置的示意图；图2A是依照本发明的一个实施例，实现多个样品交互设备的用于确定建筑材料样品的至少一个表面特性的装置的示意图；图2B是依照本发明的一个实施例，建筑材料样品图像形式的多个表面特性的示意图，其中所述多个表面特性是通过图2A中示出的多个样品交互设备确定的，以及通过组合图像而形成的建筑材料样品的三维表示，可以从该三维表示获得建筑材料样品的体积；图3A和3B是依照本发明的一个实施例，实现外廓尺寸测量设备的用于确定建筑材料样品的至少一个外廓尺寸的装置的示意图；并且图4是依照本发明的一个实施例，用于确定建筑材料样品的至少一个外廓尺寸的装置的可替代样品收容器的示意图。
具体实施例方式
现在将是参照附图在下文更加全面地描述本发明，其中示出了本发明的某些、但不是所有的实施例。实际上，本发明可以被嵌入在许多不同的形式中，而不应该视为局限于此处所提出的实施例；相反，提供这些实施例是使此公开内容将有效满足法定要求。相同的数字始终涉及相同的元件。
图1A和1B举例说明了依照本发明一个实施例的适用于确定建筑和/或铺路相关材料样品的至少一个表面特性的装置，所述装置通常通过数字100来表示。装置100包括至少一个样品交互设备200和样品收容器300，所述样品收容器300被配置为能够支撑铺路相关材料或者其它建筑材料的样品400。应注意的是，此处使用的术语“铺路相关材料”例如指的是未压实的含沥青铺路混合物、疏松土和混凝料，以及励磁铁芯和压实含沥青铺路材料的实验室制取标本，而此处所使用的术语“建筑材料”更加通用，并且例如包括铺路相关材料、波特兰水泥(portland cement)、混凝土柱体等等。
所述样品交互设备200例如可以使用点光源、线光源或者波源来提供比如光、声音、超声、辐射、物理接触和/或其它介质，以便允许确定样品400的至少一个表面特性。本领域中的普通技术人员将理解的是，这种设备200可以被适当地配置为使用光、声音、超声、辐射(例如包括微波辐射或者红外辐射)、物理接触和/或其它介质来对样品400的至少一个表面特性，诸如外廓尺寸使用如下方法执行测量，所述方法比如是反射方法、传输方法、持续时间方法、接触方法或者任何其它适当的方法，其中设备200例如可以包括至少一个对应的并且适当的发射器/检测器对，或者包括适当的传感器，以便测量所述至少一个表面特性。比如，所述设备200可以被配置为使用结构光、激光测距仪或者X-射线来进行无接触类型的测量；使用线性差动变换器(LVDT)或者其它物理机制来进行接触类型的测量；或者使用任何其它适当的测量技术。例如，可以把光学方法或者诸如立体视觉技术之类的摄影方法用于执行3D仿形。诸如扫描器或者照相机之类的各种成像设备也是适合的，其中可以通过在与样品交互设备200相关联的计算机设备600上执行的相关软件或者图象处理过程来实现对诸如外廓尺寸的表面特性的确定。在某些情况下，设备200例如可以包括三维仿形设备，诸如由加拿大的渥太华的Shape Grabber公司或者加拿大的魁北克市的National Optics Institute of Sainte-Foy制作的。然而，本领域普通技术人员将理解的是，在如此处公开的本发明的精神和范围内，还可以实现许多其它样品交互设备。
样品收容器300被配置为相对于样品交互设备200来收容样品400，以便允许样品交互设备200确定样品400的适当的表面特性。这种表面特性例如可以包括样品400的外廓尺寸、质地、粗糙度或者其它可辨认的表面外观，包括空隙的识别和/或量化、样品表面的不规则性或者其它特征。在某些情况下，样品交互设备200可以如此来配置，使得在通过样品收容器300把样品400收容在一个位置的情况下，确定样品400的必要的或者所期望的表面特性。然而，在样品400具有复杂的三维结构的情况下，在样品400相对于样品交互设备200位于单个位置的情况下，可能无法适当地进行确定或者测量。因此，在必需或者希望进行第二次确定或测量以便产生例如样品400的外廓尺寸测量的准确表示的情况下，可以为第二次测量把样品400相对于样品收容器300从第一位置移动到第二位置。然而，如果因为对于样品400缺少两次测量必须协调的公共参考点而移动样品400，那么会引入明显的误差。此外，在其它情况下，样品400可以是不规则形状的，或者在混凝料、土壤、沙等等的情况下，可被如此配置使得其不便于或几乎不能够相对于样品交互设备200来收容样品400，或者把样品400移动到另一位置，以便允许测量样品400的适当外廓尺寸。
因此，在这方面，本发明的一个优势方面在于实现计算机分析设备600，其能够执行用于分析由至少一个样品交互设备200确定的样品400的表面特性的软件包以便提取想要的信息，同时能够克服在获得样品的三维表示方面遇到的某些误差。例如，由计算机设备600执行的诸如ProEngineer、Matlab、Geomagic Studio的工程/建模/逆工程软件或者其它适当的软件包，可以被配置为接收由样品交互设备200确定的至少一个表面特性。比如，使用点光源的样品交互设备200可以被配置为检测与样品400交互的光的特性，其中检测到的光可以表示样品400上每一测量点相对于样品交互设备200的坐标或者距离。因此，利用这种点光源的样品400的增加的测量次数以及后续测量与先前测量的接近性可以直接影响从该过程中获得的样品400的表示的分辩率。也就是说，与分布在样品400表面的非常少的测量点相比，密集的“点云”可以提供样品400的表面特性的明显更高的分辨率。然而，获得样品400的至少一个表面特性的适当和有效结果所需的分辩率不会因此受到任何方式的限制，并且本领域技术人员将理解的是，这种分辩率是与将实现的期望结果相关联的选择问题。
图1A和1B还举例说明了样品400围绕样品收容器300限定的纵轴相对于样品交互设备200被移动，其中这种移动可以人工地实现(通过操作者在样品收容器300上物理地旋转样品400)或者依照自动方式来实现，诸如通过与样品收容器300相关联并且用于旋转样品收容器300从而旋转样品400的电动化或者机械化系统来实现。在其它情况下，样品400可以是静止的，并且样品交互设备200围绕样品400移动。在其它情况下，如图2A所示，可以实现多个样品交互设备200，因此不必为了确定或者捕获样品400的期望表面特性而移动样品400或者样品交互设备200。本领域中的普通技术人员还将理解的是，在某些情况下，样品收容器300未必是设备100的实际方面。也就是说，在某些情况下，样品400例如可以通过至少一个样品交互设备200来支撑，借此，至少一个样品交互设备200被配置为在提供其支撑的同时，确定样品400的期望表面特性。在其它情况下，样品交互设备200可以被配置为就地对样品400起作用，并且照此，不要求样品收容器300来支撑样品400。更具体来讲，例如，ASTM E 965是一种用于确定道路的表面质地的标准，并且涉及在道路上摊铺校准沙、然后在道路上铺开这种沙，直到符合散布条件为止。然后测量沙斑的直径，借此可以使用沙斑的面积以及获知的校准沙的密度来确定道路的表面粗糙度。根据本发明的实施例可以用于通过实现这样一种样品交互设备200来确定表面粗糙度，所述样品交互设备200被配置为相对于道路移动以便就地与样品400交互，由此消除了对样品收容器300本身的需要。然后将样品交互设备200确定的表面特性传输至计算机设备600，以便确定表面特性的属性，并且由此确定样品400的至少一个外廓尺寸(在这种情况下，样品交互设备200和样品400之间的距离可以表示样品400的表面质地，并且由此可以确定平均间距，其中平均间距例如可以与该区域中的道路的厚度有关)。
在本发明的替代性的实施例中，如图3A和3B所示，样品收容器300可以具备第一部分320和第二部分340，其中所述第一和第二部分320、340被配置为合作来支撑样品400，如此可以通过外廓尺寸测量设备(作为样品交互设备200的一种形式)来确定适当的外廓尺寸或者其它测量结果。也就是说，在一个实施例中，第一部分320可以被设置在相对于样品交互设备200而选择的位置处。在把第二部分340依照适当方式与第一部分320连接之前，可以把第二部分340附着于样品400。例如，第一部分320可以限定销槽(未示出)，所述销槽被配置为容纳从第二部分340伸出的销子(未示出)，如此当连接时，第一和第二部分320、340将样品400收容在相对于样品交互设备200的已知位置。在任意情况下，第一和第二部分320、340被配置为限定相对于所述样品交互设备200的坐标系。也就是说，当把第二部分340与第一部分320连接时，样品400位于由样品交互设备200识别的坐标系内。在其它情况下，第一和第二部分320、340可以由适当的软件分析包使用，如以前所描述的那样，所述软件分析包由计算机设备600执行，以便限定用于分析样品400的坐标系。
在一个例子中，如果样品400包括大体上柱状的压实励磁铁芯，样品收容器300的第二部分340可以被配置为在样品400圆周上包裹的环。因此，样品收容器300的第一部分320可以被配置为容纳所述第二部分340，使得样品400的轴大体上水平。依照这种结构，所述第二部分340可以在样品交互设备200进行测量之间相对于第一部分320旋转，使得样品400沿其轴旋转。在其它情况下，例如，当样品400包括混凝料时，样品收容器300例如可以被配置为一个或多个筛380，用于相对于所述样品交互设备200来支撑混凝料(例如，两个对置筛380，其间具有混凝料)，以便允许测量混凝料的组成的适当外廓尺寸或者其它表面特性，例如，如图4所示。照此，本领域中的普通技术人员将理解的是，本发明的实施例可用于确定样品400的许多不同结构的外廓尺寸或其它表面特性，并且由此可用于这样的目的，即确定柱状压实励磁铁芯的体积，对表面的粗糙性或质地建模或者对沥青铺路混合物或混凝料的组成进行分级。
一旦由样品交互设备200执行了处于第一位置的样品400的首次测量，样品400然后可以被移到第二位置，以便允许执行样品400的第二次测量，其中这种测量例如可以与样品400的外廓尺寸相关联。用这样的方式，可以对样品400的适当表面特性执行更加精确的确定，以便例如能够更加接近地并且正确地确定样品400的体积。因此，在如图3A和3B所示的一个实施例中，样品收容器300的第一和第二部分320、340限定纵轴360，并且第一和第二部分320、340被配置为能够在样品交互设备200进行测量之间绕轴360旋转。图3A和3B还示出了绕轴360旋转的样品400。例如，第一和第二部分320、340可以被配置为在样品交互设备200进行测量之间、以90度增量或者180度增量(或者依照任何适当的度数增量乃至依照连续扫描)来旋转，同时维持样品400在所建立的坐标系内。也就是说，第一和第二部分320、340例如可以如此配置，使得当样品400绕轴360旋转时，使基准点保持在第一部分320、第二部分340和/或样品400上。由此，最终数据的后续分析可以使用该公共参考点，以便协调根据每一测量结果的特殊视图的已测量的表面特性。此外，来自多个视图的样品400的多个测量结果还将提供用于验证所确定的样品400的表面特性的准确性的冗余数据，由此提供了本发明实施例的另一明显优势。在某些情况下，可以使用样品交互设备来对样品400执行重复测量，使得那些测量结果的平均值可用于后续的数据分析。在某些情况下，同单次测量结果相比，这种平均值的使用可以提供样品400的表面特性的更加准确的表示。
按照样品交互设备200与样品400的关系，如图3A、3B和4所示，本发明的其它实施例可以如此配置，使所述第一和第二部分320、340稳固地收容样品400，同时，样品交互设备200被配置为围绕样品400移动，以便执行适当的测量。在其它的情况下，样品交互设备200和样品收容器300两者都可相对于彼此移动，或者可以使用镜来使样品交互设备200与样品400交互。此外，本发明的其它实施例还可以具有样品收容器300，所述样品收容器300被如此配置，使第二部分340可相对于第一部分320移动，其中第一部分320例如可以相对于样品交互设备200固定地设置。对于用这样的方式配置的样品收容器300来说，收容所述样品400的第二部分340可以依照许多不同的方式相对于第一部分320移动，正如本领域中的普通技术人员将理解的那样。在任意情况下，设备100的这种实施例被如此配置，使得通过样品交互设备200和/或样品收容器300的第一和/或第二部分320、340的任何移动来维持样品400与坐标系对准。
在任何情况下，样品400的多个视图和/或测量结果或者其表面特性的其它确定可以产生来自不同透视图的样品400的多个表示，其中所述视图和/或测量结果然后必须被组合以便提供相关并且有用的结果。当必须移动样品400和/或样品交互设备200，或者获得样品400的多个透视图时，为了提供样品400的三维表面特征，由计算机设备600执行的软件(与所述样品交互设备200合作)可以被配置为确定用于由样品交互设备200执行的样品400的表面特性的各种测量或者确定的坐标系或者其它参照系。例如，所述参照系至少可以部分地根据样品收容器300或者根据样品400的表面外观或者特征来指定，其中所述表面外观或者特征诸如是空隙或者其它不规则性。在其它情况下，参照系可以是人工的，诸如在曝露于样品交互设备200之前被添加到样品400的标记或者其它可移除的(或者无关紧要的)表面特征。照此，一旦已经执行了足够数目的源相关测量，如图2B所示(其中图2B举例说明了由图2A中示出的相应多个样品交互设备200捕获的样品400的多个透视图)、由样品交互设备200获得的样品400的各种透视图650，可以根据坐标系或者其它参照系被组合或者“缝合”为样品400的单个三维表示或者模型700。
由此，本领域中的普通技术人员将理解的是，除此处所述的方式外，还可以依照许多不同的方式来配置设备100。例如，设备100可以包括多个样品交互或者外廓尺寸测量设备200，均被设置以便提供样品400的不同透视图，或者一个或多个样品交互设备200可以均包括多个源和/或检测器。另外，诸如镜的各种其它机制可以被实现以便于确定样品400的所期望的表面特性。由此，此处公开的实施例只是为了举例而提供，而不在限制、限定或者涵盖本发明的设想结构的范围。
根据本发明的进一步的优势方面，设备100还可以被如此配置，使样品交互设备200和/或计算机设备600能够确定样品400的体积。经常与样品400的体积确定相关联的一个值是其密度。正如先前描述的，迄今通过建筑工业中认定的标准实现的通用过程往往是麻烦的、不精确的或者对样品400有害。因而，在某些情况下，本发明的实施例还可以包括质量确定设备500，其与样品收容器300可操作地啮合，由此当通过样品交互设备200确定样品400的体积时，可以同时确定样品400的质量。由此可以利用样品400的最小量处理来高效地确定样品400的密度。这种质量确定设备500例如可以包括称重传感器或者其它适当的设备，正如本领域中的普通技术人员将理解的那样。在其它情况下，由设备100至少部分自动地确定样品400的体积和/或密度也是十分有益的，由此减少操作者处理的主观性。因此，在这种情况下，设备100还可以包括计算机设备600，其与样品交互设备200、质量确定设备500和/或样品收容器300可操作地啮合。这种计算机设备600例如可以被配置为验证样品400相对于样品收容器300和/或样品交互设备200被正确放置，通过样品交互设备200执行的测量来协调样品400的移动，由质量确定设备500来确定样品400的质量并且计算样品400的密度，所有这些步骤都在一个自动过程中完成。计算机设备600还可以被配置为对进一步感兴趣的收集的样品数据执行其它过程。例如，计算机设备600可以被配置为由样品400的三维表面图像的复积分来计算样品400的体积，和/或可以被配置为通过确定样品400中的表面空隙或者粗糙性的影响来确定样品400的实际体积。计算机设备600还可以在复杂性方面有所不同，这取决于设备100的计算要求。例如，使用多个样品交互设备200的图像加强装置100可以要求显著容量和具有图像处理能力的计算机设备600，而复杂性低的外廓尺寸确定可以要求较少的计算容量，并且考虑到这种要求而提供适当的计算机设备600。由此，本领域中的普通技术人员将理解的是，装置100的实施例可以用于除此处论述的那些以外的许多其它形式的样品分析。
根据在先前描述和相关附图中呈现的教导，此处提出的本发明的许多修改以及其它实施例将出现在本领域普通技术人员的脑海。例如，本领域普通技术人员将理解的是，除提供在可应用密度标准中略述的密度确定方法的替换物之外，此处所公开并且所描述的设备和方法还可以在其它更高级的标准的方法内实现，这些更高级的标准例如要求使用那些密度标准来确定样品密度，或者要求确定样品外廓尺寸，诸如混凝料大小的直方图。例如，多个AASHTO/ASTM标准致力于混凝料分级，并且可以规定混凝料大小直方图的确定，其中此处所公开并且所描述的设备和方法可以被实现以便进行那些确定。这种标准例如包括
应注意的是，这种列表仅仅是可以规定混凝料分级的混凝料某些标准的示例，而不意在相对于这种更高级的标准来限制、限定或涵盖，这些标准可以规定外廓尺寸、体积、密度和/或其它样品属性的确定，这些确定可以使用此处所公开并且所描述的设备和方法来实现。因此，本发明的附加实施例可以致力于这种更高级的方法，以便实现此处所公开的设备和方法。此外，本发明的其它附加实施例例如可以用来确定样品的质地。要求审查样品质地的ASTM标准的某些例子(其中此处所公开并且所描述的设备和方法也可以实现以便进行那些确定)包括
因此，应该理解的是，本发明不应限制在所公开的特定实施例，其修改以及其它实施例都包括在所附权利要求书的范围内。虽然此处采用了专用术语，但是它们只用于通用和叙述性目的，而非限制性目的。
权利要求
1.一种适用于确定建筑材料样品的体积的装置，所述装置包括至少一个样品交互设备，被配置为与建筑材料样品交互，以便确定建筑材料样品的至少一个表面特性；以及计算机设备，被配置为能够从至少一个样品交互设备接收至少一个表面特性，所述计算机设备被配置为处理所述至少一个表面特性，以便形成所述建筑材料样品的三维表示，所述计算机设备还被配置为根据建筑材料样品的三维表示来确定其体积。
2.如权利要求1所述的装置，还包括样品收容器，能够容纳所述建筑材料样品，所述至少一个样品交互设备被配置为至少部分相对于所述样品收容器来确定至少一个表面特性。
3.如权利要求1所述的装置，还包括质量确定设备，与所述样品收容器可操作地啮合，并且能够确定建筑材料样品的质量。
4.如权利要求3所述的装置，其中所述计算机设备与所述质量确定设备可操作地啮合，并且还被配置为能够根据建筑材料样品的质量和体积来确定其密度。
5.如权利要求1所述的设备，其中所述至少一个样品交互设备被配置为使用点光源、线光源和波源中的至少一个来确定所述建筑材料样品的至少一个表面特性。
6.如权利要求1所述的装置，其中所述至少一个样品交互设备被配置为使用声音、超声、光、物理接触和辐射中的至少一个来确定所述建筑材料样品的至少一个表面特性。
7.如权利要求1所述的装置，其中所述样品收容器和至少一个样品交互设备中的一个被配置为能够相对于另一个移动。
8.如权利要求1所述的装置，其中所述至少一个样品交互设备还包括三维表面仿形设备和样品成像设备的至少一个。
9.如权利要求1所述的装置，其中所述至少一个样品交互设备还包括至少一个样品成像设备，并且所述至少一个表面特性还包括建筑材料样品的至少一个图像。
10.如权利要求1所述的装置，其中所述至少一个样品交互设备还被配置为接触所述建筑材料样品以便确定其至少一个表面特性。
11.如权利要求1所述的装置，其中所述至少一个样品交互设备被配置为非接触地与所述建筑材料样品交互以便确定其至少一个表面特性。
12.如权利要求1所述的装置，其中所述至少一个表面特性包括表面空隙、表面不规则性、表面外廓尺寸、表面坐标和表面特征的任何内容。
13.如权利要求1所述的装置，其中所述至少一个表面特性包括表面外廓尺寸，并且所述计算机设备还被配置为能够根据由至少一个样品交互设备确定的多个表面外廓尺寸来确定平均表面外廓尺寸。
14.如权利要求1所述的装置，其中所述计算机设备还被配置为能够根据由至少一个样品交互设备确定的至少一个表面特性，来确定建筑材料样品的质地和粗糙度的至少一个。
15.如权利要求2所述的装置，其中所述样品收容器还包括第一部分，与至少一个样品交互设备可操作地啮合；以及第二部分，能够与第一部分可操作地啮合，以便允许至少一个样品交互设备至少确定建筑材料样品的第一个表面特性，所述第二部分适用于可操作地啮合建筑材料样品，以便在相对于第一部分和至少一个样品交互设备的坐标系内收容建筑材料样品，所述第二部分还被配置为可相对于第一部分移动，并且与坐标系对准，以便允许至少一个样品交互设备至少确定建筑材料样品的第二个表面特性。
16.一种适用于确定具有多个外廓尺寸的建筑材料样品的至少一个外廓尺寸的装置，所述装置包括至少一个外廓尺寸测量设备；与至少一个外廓尺寸测量设备可操作地啮合的样品收容器的第一部分；以及样品收容器的第二部分，能够与第一部分可操作地啮合，以便允许至少一个外廓尺寸测量设备至少测量建筑材料样品的第一个外廓尺寸，所述第二部分适用于可操作地啮合建筑材料样品，以便在相对于第一部分和至少一个外廓尺寸测量设备的坐标系内收容建筑材料样品，所述第二部分还被配置为可随第一部分移动，并且与坐标系对准，以便允许至少一个外廓尺寸测量设备至少测量建筑材料样品的第二个外廓尺寸。
17.如权利要求16所述的装置，还包括质量确定设备，与所述样品收容器的第一和第二部分的至少一个可操作地啮合，并且能够确定建筑材料样品的质量。
18.如权利要求16所述的装置，还包括计算机设备，与至少一个外廓尺寸测量设备和质量确定设备的至少一个可操作地啮合，所述计算机设备被配置为能够确定建筑材料样品的来自多个外廓尺寸测量的平均外廓尺寸、体积和密度的至少一个。
19.如权利要求16所述的装置，其中所述至少一个外廓尺寸测量设备被配置为使用点光源、线光源和波源的至少一个来测量所述建筑材料样品的至少一个外廓尺寸。
20.如权利要求16所述的装置，其中所述至少一个外廓尺寸测量设备被配置为使用声音、超声、光、物理接触和辐射的至少一个来测量所述建筑材料样品的至少一个外廓尺寸。
21.如权利要求16所述的装置，其中所述样品收容器的第二部分被配置为可相对于样品收容器的第一部分移动，并且与坐标系对准。
22.如权利要求16所述的装置，其中所述至少一个外廓尺寸测量设备还被配置为可相对于样品收容器的第一和第二部分的至少一个移动。
23.如权利要求16所述的装置，其中所述至少一个外廓尺寸测量设备还包括三维表面仿形设备和样品成像设备的至少一个。
24.一种用于确定建筑材料样品的体积的方法，包括利用至少一个样品交互设备来确定建筑材料的至少一个表面特性；在计算机设备接收来自所述至少一个样品交互设备的少一个表面特性；利用所述计算机设备处理所述至少一个表面特性，以便形成建筑材料样品的三维表示；并且利用所述计算机设备根据建筑材料样品的三维表示来确定其体积。
25.如权利要求24所述的方法，其中确定至少一个表面特性还包括利用至少一个样品交互设备，至少部分与样品收容器相关地确定至少一个表面特性，其中所述样品收容器被配置为容纳所述建筑材料样品。
26.如权利要求24所述的方法，还包括利用与所述样品收容器可操作地啮合的质量确定设备来确定建筑材料样品的质量。
27.如权利要求26所述的方法，其中所述计算机设备与所述质量确定设备可操作地啮合，并且所述方法还包括利用所述计算机设备，根据建筑材料样品的质量和体积来确定其密度。
28.如权利要求24所述的方法，其中确定所述建筑材料样品的至少一个表面特性还包括利用使用点光源、线光源和波源的至少一个的至少一个样品交互设备来确定所述建筑材料样品的至少一个表面特性。
29.如权利要求24所述的方法，其中确定所述建筑材料样品的至少一个表面特性还包括利用使用声音、超声、光、物理接触和辐射的至少一个的至少一个样品交互设备来确定所述建筑材料样品的至少一个表面特性。
30.如权利要求24所述的方法，还包括相对于另一个来移动样品收容器和至少一个样品交互设备的其中一个，以便确定建筑材料样品的至少一个表面特性。
31.如权利要求24所述的方法，其中确定所述建筑材料样品的至少一个表面特性还包括利用包括三维表面仿形设备和样品成像设备的至少一个的至少一个样品交互设备，来确定所述建筑材料样品的至少一个表面特性。
32.如权利要求24所述的方法，其中确定所述建筑材料样品的至少一个表面特性还包括利用至少一个样品成像设备来确定建筑材料样品的至少一个图像。
33.如权利要求24所述的方法，其中确定所述建筑材料样品的至少一个表面特性还包括通过使至少一个样品交互设备与建筑材料样品接触来确定建筑材料样品的至少一个表面特性。
34.如权利要求24所述的方法，其中确定所述建筑材料样品的至少一个表面特性还包括在至少一个样品交互设备不与建筑材料样品接触的情况下，确定建筑材料样品的至少一个表面特性。
35.如权利要求24所述的方法，其中确定建筑材料样品的至少一个表面特性还包括利用样品交互设备来确定包括表面空隙、表面不规则性、表面外廓尺寸、表面坐标和表面特征的任何内容的建筑材料样品的至少一个表面特性。
36.如权利要求24所述的方法，其中所述至少一个表面特性包括表面外廓尺寸，并且确定所述建筑材料样品的至少一个表面特性还包括利用所述计算机设备根据由至少一个样品交互设备确定的多个表面外廓尺寸来确定平均表面外廓尺寸。
37.如权利要求24所述的方法，还包括利用所述计算机设备来根据由至少一个样品交互设备确定的至少一个表面特性来确定建筑材料样品的质地和粗糙度的至少一个。
38.如权利要求25所述的方法，其中所述样品收容器还包括与至少一个样品交互设备可操作地啮合的第一部分，并且包括与所述第一部分可操作地啮合的第二部分，并且所述第二部分适用于可操作地啮合建筑材料样品，以便在相对于第一部分和至少一个样品交互设备的坐标系内收容建筑材料样品，并且所述方法还包括利用至少一个样品交互设备来至少确定所述建筑材料样品的第一个表面特性；相对于所述第一部分来移动所述第二部分，并且与坐标系对准；并且利用至少一个样品交互设备来至少确定所述建筑材料样品的第二个表面特性。
39.一种用于确定建筑材料样品的体积的方法，所述方法包括利用计算机设备来组合由至少一个样品成像设备捕获的建筑材料样品的多个图像，以便形成建筑材料样品的三维表示；并且利用所述计算机设备根据建筑材料样品的三维表示来确定其体积。
40.如权利要求39所述的方法，还包括利用质量确定设备来确定建筑材料样品的质量。
41.如权利要求40所述的方法，还包括利用所述计算机设备来根据建筑材料样品的质量和体积来确定其密度。
42.一种用于测量具有多个外廓尺寸的建筑材料样品的至少一个外廓尺寸的方法，所述建筑材料样品与样品收容器的第二部分可操作地啮合，所述方法包括可操作地啮合所述样品收容器的第二部分和样品收容器的第一部分，使得建筑材料样品位于相对于样品收容器的第一部分和与之可操作地啮合的至少一个外廓尺寸测量设备的坐标系内；利用所述至少一个外廓尺寸测量设备来至少测量所述建筑材料样品的第一个外廓尺寸；相对于所述第一部分来移动所述第二部分，并且与所述坐标系对准；并且利用所述至少一个外廓尺寸测量设备来至少测量所述建筑材料样品的第二个外廓尺寸。
43.如权利要求42所述的方法，还包括利用与所述样品收容器的第一和第二部分的至少一个可操作啮合的质量测量设备来测量建筑材料样品的质量。
44.如权利要求43所述的方法，还包括利用与至少一个外廓尺寸测量设备和质量确定设备的至少一个可操作地啮合的计算机设备，根据多个外廓尺寸测量结果来确定所述样品的平均外廓尺寸、体积和密度的至少一个。
45.如权利要求42所述方法，其中移动所述第二部分还包括相对于所述样品收容器的第一部分来移动所述样品收容器的第二部分，并且与所述坐标系对准。
46.如权利要求42所述的方法，其中利用所述至少一个外廓尺寸测量设备来测量样品的外廓尺寸还包括利用所述至少一个外廓尺寸测量设备，使用点光源、线光源和波源的至少一个来测量所述样品的外廓尺寸。
47.如权利要求42所述的方法，其中利用所述至少一个外廓尺寸测量设备来测量样品的外廓尺寸还包括利用使用声音、超声、光、物理接触和辐射的至少一个的所述至少一个外廓尺寸测量设备来测量所述样品的外廓尺寸。
48.如权利要求42所述的方法，还包括相对于所述样品收容器的第一和第二部分的至少一个来移动所述至少一个外廓尺寸测量设备。
49.如权利要求42所述的方法，其中利用所述至少一个外廓尺寸测量设备来测量建筑材料样品的外廓尺寸还包括利用三维表面仿形设备和样品成像设备的至少一个来测量所述建筑材料样品的外廓尺寸。
50.一种适用于确定建筑材料样品的至少一个外廓尺寸的装置，所述装置包括至少一个样品交互设备，被配置为与建筑材料样品交互，以便确定其至少一个表面特性；以及计算机设备，被配置为能够接收来自至少一个样品交互设备的至少一个表面特性，并且能够处理所述至少一个表面特性，以便确定建筑材料样品的至少一个外廓尺寸。
51.如权利要求50所述的装置，还包括质量确定设备，能够可操作地啮合所述建筑材料样品，以便确定其质量。
52.如权利要求50所述的装置，其中所述至少一个样品交互设备被配置为使用点光源、线光源和波源的至少一个来确定所述建筑材料样品的至少一个表面特性。
53.如权利要求50所述的装置，其中所述至少一个样品交互设备被配置为使用声音、超声、光、物理接触和辐射的至少一个来确定所述建筑材料样品的至少一个表面特性。
54.如权利要求50所述的装置，其中所述至少一个样品交互设备还包括三维表面仿形设备和样品成像设备的至少一个。
55.如权利要求50所述的装置，其中所述至少一个样品交互设备还包括至少一个样品成像设备，并且所述至少一个表面特性还包括建筑材料样品的至少一个图像。
56.如权利要求50所述的装置，其中所述至少一个样品交互设备还被配置为接触所述建筑材料样品以便确定其至少一个表面特性。
57.如权利要求50所述的装置，其中所述至少一个样品交互设备被配置为非接触地与所述建筑材料样品交互以便确定其至少一个表面特性。
58.如权利要求50所述的装置，其中所述至少一个表面特性包括表面空隙、表面不规则性、表面外廓尺寸、表面坐标和表面特征的任何内容。
59.如权利要求50所述的装置，其中所述至少一个表面特性包括表面外廓尺寸，并且所述计算机设备还被配置为能够根据由至少一个样品交互设备确定的多个表面外廓尺寸来确定平均表面外廓尺寸。
60.如权利要求50所述的装置，其中所述计算机设备还被配置为能够根据由至少一个样品交互设备确定的至少一个表面特性来确定建筑材料样品的质地和粗糙度的至少一个。
61.一种用于确定建筑材料样品的至少一个外廓尺寸的方法，所述方法包括利用至少一个样品交互设备来确定建筑材料的至少一个表面特性；在计算机设备接收来自所述至少一个样品交互设备的至少一个表面特性；并且利用所述计算机设备来处理所述至少一个表面特性，以便利用所述计算机设备来确定建筑材料样品的至少一个外廓尺寸。
62.如权利要求61所述的方法，还包括利用质量确定设备来确定建筑材料样品的质量，其中所述质量确定设备能够可操作地啮合所述建筑材料样品。
63.如权利要求61所述的方法，其中确定所述建筑材料样品的至少一个表面特性还包括利用使用点光源、线光源和波源的至少一个的至少一个样品交互设备来确定所述建筑材料样品的至少一个表面特性。
64.如权利要求61所述的方法，其中确定所述建筑材料样品的至少一个表面特性还包括利用使用声音、超声、光、物理接触和辐射的至少一个的至少一个样品交互设备来确定所述建筑材料样品的至少一个表面特性。
65.如权利要求61所述的方法，其中确定所述建筑材料样品的至少一个表面特性还包括利用包括三维表面仿形设备和样品成像设备的至少一个的至少一个样品交互设备，来确定所述建筑材料样品的至少一个表面特性。
66.如权利要求61所述的方法，其中确定所述建筑材料样品的至少一个表面特性还包括利用至少一个样品成像设备来确定建筑材料样品的至少一个图像。
67.如权利要求61所述的方法，其中确定所述建筑材料样品的至少一个表面特性还包括通过使至少一个样品交互设备与建筑材料样品接触来确定建筑材料样品的至少一个表面特性。
68.如权利要求61所述的方法，其中确定所述建筑材料样品的至少一个表面特性还包括不使至少一个样品交互设备与建筑材料样品接触来确定建筑材料样品的至少一个表面特性。
69.如权利要求61所述的方法，其中确定建筑材料样品的至少一个表面特性还包括利用样品交互设备来确定包括表面空隙、表面不规则性、表面外廓尺寸、表面坐标和表面特征的任何内容的建筑材料样品的至少一个表面特性。
70.如权利要求61所述的方法，其中所述至少一个表面特性包括表面外廓尺寸，并且确定所述建筑材料样品的至少一个表面特性还包括利用所述计算机设备根据由至少一个样品交互设备确定的多个表面外廓尺寸来确定平均表面外廓尺寸。
71.如权利要求61所述的方法，还包括利用所述计算机设备来根据由至少一个样品交互设备确定的至少一个表面特性来确定建筑材料样品的质地和粗糙度的至少一个。
全文摘要
提供了一种用于确定建筑材料样品的体积的装置，包括被配置为与建筑材料样品交互以便确定其至少一个表面特性的至少一个样品交互设备。计算机设备被配置为能够从至少一个样品交互设备接收至少一个表面特性，并且能够处理所述至少一个表面特性以便形成建筑材料样品的三维表示。所述计算机设备还被配置为根据建筑材料样品的三维表示来确定其体积。通过确定建筑材料样品的质量，可以提供建筑材料样品的密度。还提供了相关的方法。
文档编号G01B11/28GK1836148SQ200480023497
公开日2006年9月20日 申请日期2004年6月17日 优先权日2003年6月17日
发明者罗伯特·E.·特罗克斯勒, 小詹姆斯·D.·普拉特, 安德鲁·K.·敦莫 申请人:特罗克斯勒电子实验有限公司