大型堆積物料體積兩側(cè)平行測量裝置和方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種大型堆積物料體積兩側(cè)平行測量裝置和方法。本方法采用激光掃描器和激光測距傳感器相互配合同步采集料堆輪廓信息。激光掃描器被安裝在可實現(xiàn)穩(wěn)定勻速運(yùn)動的小車上，在運(yùn)動中激光掃描器不斷掃描料堆輪廓信息，激光測距傳感器采集激光掃描器的運(yùn)動位移，兩組同步信息構(gòu)成料堆的三維輪廓信息。小車在特定的軌道上運(yùn)動，以實現(xiàn)平穩(wěn)運(yùn)動。本測量裝置具體布置為料堆兩側(cè)各平行安裝一套測量設(shè)備，以完整的掃描料堆輪廓信息。采集的料堆輪廓信息被傳遞到PC機(jī)上利用積分重構(gòu)的方式重建料堆的外貌和體積，從而實現(xiàn)對大型堆積物料的體積測量。另外，被測得的數(shù)據(jù)被管理者接受到能夠及時做出相應(yīng)的決策，因此本發(fā)明將為企業(yè)管理大型堆積物料提供了技術(shù)支持。
【專利說明】大型堆積物料體積兩側(cè)平行測量裝置和方法【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種大型堆積物料體積兩側(cè)平行測量裝置和方法。具體涉及一種使用激光掃描大型料堆表面采集三維信息，通過三維建模重建料堆數(shù)據(jù)模型，然后通過對數(shù)據(jù)的處理可以計算出料堆體積和質(zhì)量的自動化視覺測量方法及裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]一些粉料或粒料通常以堆積的方式存儲，如煤、糧食、礦石、沙土等，這些堆積物料的體積一般較大，而且隨著存取操作的執(zhí)行，庫存量呈動態(tài)變化，用常規(guī)的測量方法很難準(zhǔn)確估計庫存數(shù)量，在許多企業(yè)仍然采用人工去現(xiàn)場丈量的方式估算堆積物料的體積。人工丈量方式誤差較大，而且盤庫周期較長，對于頻繁進(jìn)行存取料操作的企業(yè)，由于進(jìn)料出料這個過程導(dǎo)致物料的料堆是動態(tài)變化的，從而需要對料堆的體積進(jìn)行實時的監(jiān)控，掌握實時的數(shù)據(jù)，確定哪些物料還有，有多少，需要多少，為生產(chǎn)計劃的安排做智能決策。而人工測量方法盤庫給出的信息不及時，不便于合理控制庫存和利用倉庫。也有一些企業(yè)擁有堆料機(jī)、取料機(jī)等自動化設(shè)備和系統(tǒng)。但是仍然需要人工測量估算或盤點(diǎn)等物料的庫存量，因而，開發(fā)一種遠(yuǎn)距離實時測量物料體積的裝置和方法是很重要的。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明的目的在于針對已有技術(shù)存在的不足，提供一種大型堆積物堆積物料體積兩側(cè)平行測量裝置和方法，采用激光掃描器、激光測距傳感器等傳感器來測取大型料堆的外形輪廓信息。為了獲取有用的料堆輪廓信息，本發(fā)明將激光掃描器裝在可實現(xiàn)穩(wěn)定的勻速直線運(yùn)動的小車上，激光掃描器在勻速前進(jìn)中不斷的掃描料堆的輪廓信息，每次掃描為一條二維曲線離散點(diǎn)信息；同時被裝在小車運(yùn)行軌道的一端的激光測距傳感器測取小車即激光掃描器的位置信息，這是一個一維信息。兩個傳感器同步獲取的信息經(jīng)特定的傳輸方式和接口傳遞給處理器，用特定的算法擬合兩路信息將形成料堆外形的三維輪廓信息，使用積分重構(gòu)的方法可以計算出料堆的體積。
[0004]為了實現(xiàn)上述功能，本發(fā)明的構(gòu)思是:
一種自動快速掃描方式的大型料堆體積測量方法和裝置。它包括激光掃描器、激光測距傳感器、運(yùn)載小車、小車軌道和軌道架、計算機(jī)、數(shù)據(jù)電纜等。本發(fā)明的一個特點(diǎn)在于，將激光掃描儀安放在運(yùn)載小車上，隨小車在軌道上平穩(wěn)運(yùn)動而掃描采集料堆信息，與此同時激光測距傳感器也同步采集小車運(yùn)行位移。為了保證運(yùn)載小車額平穩(wěn)運(yùn)動，小車采用軌道輪，在鋪設(shè)的軌道上運(yùn)動，并將軌道固定在剛度很好的軌道架上。軌道架和軌道的鋪設(shè)需注重直線度、剛度和穩(wěn)定性，可以根據(jù)被測量場地的大小決定軌道的長度，一般可以是數(shù)百米。小車采用電力驅(qū)動，電機(jī)的平穩(wěn)運(yùn)轉(zhuǎn)可保證小車的平穩(wěn)運(yùn)行。整個工作過程可在計算機(jī)的控制界面下操作完成，例如啟動激光掃描器和激光測距儀進(jìn)行工作、校準(zhǔn)激光掃描器的位置、設(shè)置工作區(qū)間、采集和儲存數(shù)據(jù)等。
[0005] 本發(fā)明的另一個特征為采用兩組上述料堆輪廓信息采集裝置通過同步控制，同時采集和處理數(shù)據(jù)。一套裝置只能測出料堆的單側(cè)輪廓信息，被平行布置在料堆兩側(cè)的兩套裝置才能完整的測出料堆的輪廓信息。通過同步控制，比如兩套裝置的運(yùn)載小車同速運(yùn)行、設(shè)置初始位置相同、設(shè)置相同的掃描頻率和掃描區(qū)間等，同時進(jìn)行并行采集和處理數(shù)據(jù)，將兩套裝置采集的料堆曲面輪廓信息拼接擬合，對料堆輪廓信息進(jìn)行完整的三維重建，進(jìn)一步的積分重構(gòu)處理可得到料堆的體積信息。
[0006]根據(jù)上述發(fā)明構(gòu)思，本發(fā)明采用下述技術(shù)方案:
一種大型堆積物料體積兩側(cè)平行測量裝置，包括兩套平行布置安裝的激光掃描裝置，其中每一套有一個激光掃描器、一個激光測距傳感器、一個小車控制器、一個小車驅(qū)動器、一副導(dǎo)軌、一個導(dǎo)軌架和一臺運(yùn)載小車，共用一臺計算機(jī)，其特征在于所述激光掃描器被安裝在運(yùn)載小車上，導(dǎo)軌和導(dǎo)軌架被平行安裝在料堆堆場兩側(cè)，通過小車在導(dǎo)軌上的勻速運(yùn)動，激光掃描器逐行對料堆進(jìn)行掃描，激光測距傳感器安裝在導(dǎo)軌一端，兩組測量裝置的與計算機(jī)通過有線或者無線通信的方式連接。
[0007]所述的大型物料堆積物料體積兩側(cè)平行測量裝置。其特征在于:所述激光測距傳感器被安裝在小車運(yùn)行導(dǎo)軌的一端，在小車經(jīng)常啟動和停靠的一端；料堆兩側(cè)的測量裝置中的激光測距傳感器安裝在同一端；系統(tǒng)啟動后，激光測距傳感器測量小車到其的距離。所述小車運(yùn)行的兩組導(dǎo)軌和導(dǎo)軌架平行安裝，安裝時保證預(yù)定的精度，為小車的穩(wěn)定運(yùn)動創(chuàng)造條件；小車運(yùn)動時勻速運(yùn)動，兩組小車同時啟動，并且保證控制速度相同；在運(yùn)動過程中為保證小車的同步運(yùn)動，所述激光測距傳感器返回的值作為控制量調(diào)節(jié)兩小車的同步性，小車的同步保證了激光掃描器的同步性，保證了激光掃描器掃描料堆兩側(cè)輪廓的同步性，為料堆輪廓的拼合做了有利準(zhǔn)備。
[0008]一種大型堆積物料體積兩側(cè)平行測量方法，采用所述的大型堆積物料體積兩側(cè)平行測量裝置進(jìn)行測量，測量操作步驟如下:系統(tǒng)啟動與初始化，包括工作區(qū)間、掃描頻率、小車運(yùn)動速度的設(shè)置工作，并啟動各傳感器和初始化設(shè)備，使測量裝置對齊以保證同步測量；啟動運(yùn)載小車開始測量，收集各傳感器數(shù)據(jù)；數(shù)據(jù)處理:包括兩套測量裝置傳感器收集的數(shù)據(jù)的整合、點(diǎn)云創(chuàng)建、料堆輪廓擬合與重建，積分求體積；測量裝置復(fù)位并停止。
[0009]所述大型堆積物料體積兩側(cè)平行測量方法，其特征在于所述掃描是通過傳感器收集信息:激光掃描器獲得的料堆輪廓點(diǎn)信息、激光測距傳感器獲得的激光掃描器沿導(dǎo)軌的行走位移；輪廓點(diǎn)信息是一個以激光掃描器為原點(diǎn)的角坐標(biāo)系的點(diǎn)信息，與激光測距傳感器獲得的位移信息組合，經(jīng)坐標(biāo)變換后可建立標(biāo)準(zhǔn)坐標(biāo)系下的點(diǎn)信息；測量信息可通過有線或者無線的通信方式傳遞給具有數(shù)據(jù)處理及控制功能的計算機(jī)。所述數(shù)據(jù)處理是所述兩種激光測量傳感器獲得信息組成料堆的三維信息，通過對兩組測量裝置的同步測量，可將兩側(cè)的測量信息很好的擬合成完整的料堆輪廓；由于激光掃描傳感器在隨小車的運(yùn)動中測量料堆輪廓點(diǎn)信息，在數(shù)據(jù)處理中考慮到小車的運(yùn)動速度予以補(bǔ)償激光測量傳感器的測量結(jié)果；通過計算機(jī)的處理模擬出料堆的輪廓模型，進(jìn)而通過積分重構(gòu)的方式計算出料堆的體積。
[0010]所述激光掃描器，采用適用于室外型激光掃描測量系統(tǒng)的傳感器，比如SICK品牌的型號為LD-LRS系列產(chǎn)品，具有霧氣矯正功能，能夠適應(yīng)戶外惡劣的天氣情況，而且具有較大的工作范圍，最大測距為250m，具有較高的分辨率(0.125度)、大掃描角(270度)、低頻掃描(10Hz)。這些條件已經(jīng)滿足了大型料堆測量的需求。對于數(shù)據(jù)輸出可采用PNP輸出，也可采用繼電器輸出，該系列產(chǎn)品均為以太網(wǎng)接口，能夠很好的將數(shù)據(jù)傳輸給計算機(jī)。激光掃描器被安裝在運(yùn)動的小車上，隨著小車的勻速運(yùn)動逐行掃描料堆截面輪廓，實際上激光掃描儀也是一個測距儀，將在料堆輪廓上有規(guī)律的采集距離信息，這一信息通過數(shù)據(jù)傳輸裝置傳遞給計算機(jī)處理能夠重建出料堆輪廓。理想狀態(tài)下的激光掃描是垂直于掃描器運(yùn)動方向的，在運(yùn)動的掃描中采集的信息是料堆斜截面的輪廓信息，這就需要在數(shù)據(jù)處理中進(jìn)行運(yùn)動補(bǔ)償，以正確重建料堆輪廓進(jìn)而得出正確的料堆體積和質(zhì)量。
[0011]所述激光測距傳感器，是被安裝在導(dǎo)軌架一端的裝置，用來采集激光掃描儀運(yùn)動距離。激光測距傳感器必須安裝精準(zhǔn)以保證激光掃描儀適中在測量方向上。激光測距儀采集的信息一方面用來作為料堆建模時的一維信息，另一方面可以用來校準(zhǔn)料堆兩側(cè)的測距儀的同步位置，也可以用來作為設(shè)置測量范圍的依據(jù)。
[0012]所述運(yùn)載小車，包括車輪、驅(qū)動裝置、控制器、車板等結(jié)構(gòu)或裝置。根據(jù)小車運(yùn)行平穩(wěn)的要求，采用類似火車輪子的車輪，可以達(dá)到理想的要求使誤差保持在可接受的范圍之內(nèi)。驅(qū)動裝置采用馬達(dá)驅(qū)動，經(jīng)變速達(dá)到足夠的驅(qū)動力矩和要求的運(yùn)動速度，這也是選擇馬達(dá)的依據(jù)。對于控制器，用來控制小車的運(yùn)動和作為數(shù)據(jù)采集的接口和暫存地，是一個信息中轉(zhuǎn)站。當(dāng)然除了有線的數(shù)據(jù)電纜，也可以考慮無線通信，方便移動目標(biāo)的數(shù)據(jù)和信號的傳遞。對于小車的周邊結(jié)構(gòu)，比如遮陽遮雨棚等可以根據(jù)需要選用。
[0013]所述軌道和支架，作為激光掃描系統(tǒng)的支持設(shè)備尤為重要，其精度直接影響測量結(jié)果。對于一般的固定堆場，支架和軌道的鋪設(shè)也是固定的，即將支架固定在地面上，然后將軌道固定在軌道架上?？紤]到這一固定裝置的剛度需求，軌道架采用斜向筋進(jìn)行加強(qiáng)，力口強(qiáng)筋呈三角分布，具有足夠的剛度。在鋪設(shè)過程中，需保證軌道的安裝精度。對于軌道采用無縫處理，以消除軌道縫帶來的震動和掃描儀采集數(shù)據(jù)的噪聲；根據(jù)具體場地需求決定軌道長度，一般會在數(shù)百米。
[0014]所述計算機(jī)，具有遠(yuǎn)程控制功能和處理數(shù)據(jù)的功能。通過有線電纜或者無線的方式和上述激光掃描測量設(shè)備進(jìn)行通信，可以將啟動停止、掃描區(qū)間、小車運(yùn)動速度等信息傳遞給激光掃描測量設(shè)備，也可將激光掃描設(shè)備采集的料堆輪廓信息傳遞給計算機(jī)。計算機(jī)的另一個重要功能是將接收到的兩套同步控制的激光掃描測量設(shè)備并行采集得到的料堆輪廓信息進(jìn)行并行處理，利用積分重構(gòu)方式重建堆積物料的形貌和體積，并根據(jù)人機(jī)界面輸入的料堆比重可以計算出料堆的質(zhì)量。計算機(jī)處理數(shù)據(jù)的另一個方式是將計算得出的料堆體積或者質(zhì)量信息及時的傳遞給企業(yè)物流部門的上層監(jiān)控平臺，讓物流部門能夠及時的了解物料的實時數(shù)據(jù)和及時按照生產(chǎn)計劃做出智能決策。本發(fā)明將成為企業(yè)大型物料堆數(shù)字化管理的重要組成部分。
[0015]目前現(xiàn)有的大型料堆測量方法有人工堆型估測法和一般激光測量法。人工堆型估測法不但費(fèi)時費(fèi)力，而且測量精度較低，這種方法通過人工將料堆堆積成類似金字塔形等規(guī)則體，然后測量相應(yīng)的邊長和高度來計算料堆體積。一般激光測量法是將激光測量儀安裝在堆料機(jī)上，隨堆料機(jī)轉(zhuǎn)動來掃描料堆輪廓，這種方法存在掃描死角，堆料機(jī)移動后需要重新標(biāo)定掃描儀的坐標(biāo)，因此這種方法測量效率存在缺陷，測量精度不高。本方法采用兩邊掃描料堆輪廓的方法，消除掃描死角，小車運(yùn)載激光掃描器在平直導(dǎo)軌上運(yùn)動，掃描范圍可控且保證了測量精度，具有較高的實用價值。
[0016]本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比較，具有以下顯而易見的突出實質(zhì)性特點(diǎn)和顯著技術(shù)進(jìn)步:本發(fā)明提出一種360度范圍內(nèi)同步測量和重建的大型堆積物料體積測量方法和裝置，通過兩組同步信息采集裝置同時采集料堆的外形輪廓信息，根據(jù)采集的輪廓信息利用積分重構(gòu)方式重建堆積物料的形貌和體積，從而實現(xiàn)對大型堆積物料體積的測量。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0017]圖1大型堆積物料體積兩側(cè)平行測量設(shè)備結(jié)構(gòu)示意圖 圖2大型堆積物料體積兩側(cè)平行測量設(shè)備整體布置示意圖 圖3大型堆積物料體積兩側(cè)平行測量系統(tǒng)原理框圖
圖4大型堆積物料體積兩側(cè)平行測量方法流程圖圖。
【具體實施方式】
[0018]下面結(jié)合附圖對本發(fā)明優(yōu)選實施例作詳細(xì)說明:
實施實例一:
參見圖1和圖2，本大型堆積物料體積兩側(cè)平行測量裝置，包括兩套平行布置安裝的激光掃描裝置，其中每一套有一個激光掃描器(21)、一個激光測距傳感器(22)、一個小車控制器(23)、一個小車驅(qū)動器(24)、一副鐵軌(12)、一個軌道架(11)和一臺運(yùn)載小車(30)，共用一臺計算機(jī)(50)，其特征在于激光掃描器(21)被安裝在運(yùn)載小車(30)上，通過小車(30)的勻速運(yùn)動，逐行對料堆(40)進(jìn)行掃描，同時被安裝在軌道(10) —端的激光測距傳感器
(22)同步測量小車(30)和激光掃描器(21)的位置，兩組傳感器的信息傳遞到計算機(jī)(50)上經(jīng)擬合后能夠呈現(xiàn)出料堆(40)的完整輪廓信息，進(jìn)而求出期望的料堆體積。
[0019]參見圖2和圖3所示，計算機(jī)(50)上的控制界面可以發(fā)出控制信息，啟動激光掃描測量設(shè)備，比如設(shè)定掃描區(qū)間、定位掃描初始位置、啟動小車(30)等。激光掃描器(21)可以設(shè)定掃描角度、掃描頻率等信息，可根據(jù)被測量對象的具體位置和外形進(jìn)行設(shè)定?？梢酝ㄟ^激光測傳感器(22)的返回值確定激光掃描器(21)的縱向位置，設(shè)定縱向掃描范圍。對掃描區(qū)間的設(shè)置有利于盡可能的縮小掃描范圍，提高掃描效率。另外通過控制界面可以設(shè)定小車(30)的運(yùn)動速度，這個參數(shù)需要被用來作為掃描點(diǎn)位置信息的補(bǔ)償值，也關(guān)系到掃描效率，運(yùn)動速度越快掃描效率越高，輪廓信息保真度越小。
[0020]當(dāng)激光掃描測量設(shè)備運(yùn)行時，激光掃描器(21)不斷掃描料堆輪廓，以極坐標(biāo)形式返回被掃描點(diǎn)相對于激光掃描器(21)的角度和距離信息,被掃描的點(diǎn)被擬合成一條曲線，再配合以及激光測距傳感器(22)返回同步測量的距離值，多條曲線被擬合成一個曲面。料堆(40)兩側(cè)的激光掃描測量設(shè)備采用同步控制、同時采集和處理的方法，將料堆(40)兩側(cè)的曲面信息進(jìn)行拼接，能夠重建出完整的料堆輪廓信息，再加以積分重構(gòu)在計算機(jī)(50)計算出料堆的體積。
[0021]實施實例二:鋼廠原料堆體積的測量
參見圖2所示，鋼廠原料一般都有固定的堆放位置，因此本發(fā)明適合鋼廠大型原料堆場的料堆測量。料堆(40)兩側(cè)留出運(yùn)輸車輛道路，將兩套激光掃描測量設(shè)備固裝在地面上，同時保證兩套設(shè)備的軌道(10)相互平行，并根據(jù)實際場地需求確定軌道(10)的長度。調(diào)整激光測距傳感器(22)的測量方向，使得其始終面對激光掃描器(21)以測量出其離岸距離作為料堆輪廓模型的一維信息。[0022]操作人員通過使用計算機(jī)(50)上的控制界面操作激光掃描測量系統(tǒng)。設(shè)置好工作區(qū)間后，各個傳感器開啟工作，兩小車定位到相對應(yīng)的初始位置后以相同的運(yùn)動速度前進(jìn)，使得激光掃描器(21)同步測量料堆輪廓信息。這個過程中，激光測距傳感器(22)返回的距離信息首先為激光掃描器的定位提供依據(jù)，一方面能夠使單側(cè)的激光掃描器(21)迅速捕捉測量區(qū)間，另一方面也為兩側(cè)掃描設(shè)備同步提供依據(jù)。當(dāng)小車(30)載著激光掃描器(21)到位后，開啟掃描模式，數(shù)據(jù)庫記錄兩套掃描設(shè)備返回的料堆輪廓信息。掃描模式開啟后，運(yùn)載小車(30)以勻速在軌道(10)上前進(jìn)，激光掃描器(21)和激光測距傳感器(22)以各自的工作方式采集料堆輪廓信息。最后判斷激光測距傳感器(22)的測量值是否達(dá)到設(shè)定的測量區(qū)間邊界值以確定掃描過程是否結(jié)束。
[0023]一次掃描結(jié)束后，計算機(jī)(50 )對接收到的兩套激光掃描測量裝備返回的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，由于采集信息時采用的便是同步測量，可通過軟件對兩組信息進(jìn)行拼接，然后擬合出輪廓掃描曲線，最終重建出料堆的輪廓信息，通過積分重構(gòu)計算出料堆的體積。
[0024]實施實例三:
本實施實例與實施實例一基本相同，特別之處在于:激光掃描測量系統(tǒng)包括激光掃描測量裝置和數(shù)據(jù)采集、處理和通信模塊。參見圖1和圖3，激光掃描器(21)和激光測距傳感器(22)采集的料堆輪廓信息通過數(shù)據(jù)傳輸電纜和接口以一定的通信協(xié)議傳遞給可以處理數(shù)據(jù)的計算機(jī)(50)，得到的數(shù)據(jù)通過離散點(diǎn)擬合掃描曲線進(jìn)而重建出料堆的輪廓模型，用積分重構(gòu)的方法算得料堆的體積和質(zhì)量信息。這一信息可通過共享平臺傳遞給管理層，管理層根據(jù)生產(chǎn)計劃做出及時的決策。本發(fā)明適用于大型料堆的體積和質(zhì)量測量，像煤炭企業(yè)的煤堆測量、冶金企業(yè)的礦石或者礦砂測量等。本發(fā)明將為類似上述企業(yè)在管理大型堆場中提升自動化、智能化水平。其次，本發(fā)明利用先進(jìn)的激光測量技術(shù)，具有較高的測量精度。整個過程實現(xiàn)自動化管理，大大簡化了目前較為普遍的人工堆型估測方法，節(jié)省了勞動力，提高了測量效率。測量裝置能夠?qū)崿F(xiàn)一次安裝，長期測量。
[0025]實施實例四:
參見圖4，大型堆積物料體積兩側(cè)平行測量裝置的操作步驟如下:啟動系統(tǒng)并初始化:設(shè)置工作區(qū)間、掃描頻率、小車(30)運(yùn)動速度等參數(shù)，工作區(qū)間設(shè)置包括小車(30)運(yùn)行最大距離及激光掃描儀(21)的掃描角度，并啟動各傳感器和使各設(shè)備尋零，使測量裝置對齊以保證同步測量；啟動運(yùn)載小車(30)開始測量，收集各傳感器數(shù)據(jù)；數(shù)據(jù)處理:包括兩套測量裝置傳感器收集的數(shù)據(jù)的整合、點(diǎn)云創(chuàng)建、料堆輪廓擬合與重建，積分求體積；測量裝置復(fù)位并停止。以上所述操作均在計算機(jī)(50)上完成。
[0026]實施實例五:
本實施實例與實施實例四基本相同，特別之處是:
所述掃描是通過傳感器收集信息:激光掃描器(21)獲得的料堆(40)輪廓點(diǎn)信息、激光測距傳感器(22)獲得的激光掃描器(21)沿導(dǎo)軌的行走位移；輪廓點(diǎn)信息是一個以激光掃描器(21)為原點(diǎn)的角坐標(biāo)系的點(diǎn)信息，與激光測距傳感器(22)獲得的位移信息組合，經(jīng)坐標(biāo)變換后可建立標(biāo)準(zhǔn)坐標(biāo)系下的點(diǎn)信息；測量信息可通過有線或者無線的通信方式傳遞給具有數(shù)據(jù)處理及控制功能的計算機(jī)(50 )。
[0027]所述大型堆積物料體積兩側(cè)平行測量方法，其特征在于:所述數(shù)據(jù)處理是所述兩種激光測量傳感器獲得信息組成料堆的三維信息，通過對兩組測量裝置的同步測量，可將兩側(cè)的測量信息很好的擬合成完整的料堆(40)輪廓；由于激光掃描傳感器(21)在隨小車
(10)的運(yùn)動中測量料堆(40)輪廓點(diǎn)信息，在數(shù)據(jù)處理中考慮到小車(10)的運(yùn)動速度予以補(bǔ)償激光測量傳感器(21)的測量結(jié)果；通過計算機(jī)的處理模擬出料堆(40)的輪廓模型，進(jìn)而通過積分重構(gòu)的方式計算出料堆(40)的體積。
【權(quán)利要求】
1.一種大型堆積物料體積兩側(cè)平行測量裝置，包括兩套平行布置安裝的激光掃描裝置，其中每一套有一個激光掃描器(21)、一個激光測距傳感器(22)、一個小車控制器(23)、一個小車驅(qū)動器(24)、一副導(dǎo)軌(12)、一個導(dǎo)軌架(11)和一臺運(yùn)載小車(30)，共用一臺計算機(jī)(50)，其特征在于所述激光掃描器(21)被安裝在運(yùn)載小車(30)上，導(dǎo)軌(12)和導(dǎo)軌架(11)被平行安裝在料堆堆場兩側(cè)，通過小車(30)在導(dǎo)軌(12)上的勻速運(yùn)動，激光掃描器(21)逐行對料堆(40)進(jìn)行掃描，被安裝在導(dǎo)軌(10)—端的激光測距傳感器(22)同步測量小車(30)的位置，兩組傳感器的信息傳遞到計算機(jī)(50)上經(jīng)擬合后能夠呈現(xiàn)出料堆(40)的完整輪廓信息，進(jìn)而求出期望的料堆體積。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的大型物料堆積物料體積兩側(cè)平行測量裝置；其特征在于:所述激光測距傳感器(22)被安裝在小車(30)運(yùn)行導(dǎo)軌(10)的一端，在小車(30)經(jīng)常啟動和?？康囊欢耍涣隙?40)兩側(cè)的測量裝置中的激光測距傳感器(22)安裝在同一端；系統(tǒng)啟動后，激光測距傳感器(22)測量小車(30)到其的距離，這一實時值有兩個方面的作用:第一，作為料堆(40)輪廓三維信息中的一維，和激光掃描器獲得的掃描點(diǎn)擬合線信息共同重建料堆表面輪廓信息；第二，作為控制料堆(40)兩側(cè)小車(30)同步的反饋信息，提高料堆(40)兩側(cè)激光測量裝置的同步性。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的大型物料堆積物料體積兩側(cè)平行測量裝置，其特征在于:所述小車(30)運(yùn)行的兩組導(dǎo)軌(12)和導(dǎo)軌架(11)平行安裝，安裝時保證預(yù)定的精度，為小車(30)的穩(wěn)定運(yùn)動創(chuàng)造條件；小車(30)運(yùn)動時勻速運(yùn)動，兩組小車(30)同時啟動，并且保證控制速度相同；在運(yùn)動過程中為保證小車(30)的同步運(yùn)動，所述激光測距傳感器(22)返回的值作為控制量調(diào)節(jié)兩小車(30)的同步性，小車(30)的同步保證了激光掃描器(21)的同步性，保證了激光掃描 器(30)掃描料堆(40)兩側(cè)輪廓的同步性，為料堆(40)輪廓的拼合做了有利準(zhǔn)備。
4.一種大型堆積物料體積兩側(cè)平行測量方法，采用根據(jù)權(quán)利要求1所述的大型堆積物料體積兩側(cè)平行測量裝置進(jìn)行測量，其特征在于:測量操作步驟如下 a)系統(tǒng)啟動與初始化:包括工作區(qū)間、掃描頻率、小車運(yùn)動速度的設(shè)置工作，并啟動各傳感器和初始化設(shè)備，使測量裝置對齊以保證同步測量； b)啟動運(yùn)載小車開始測量,收集各傳感器數(shù)據(jù)； c)數(shù)據(jù)處理；包括兩套測量裝置傳感器收集的數(shù)據(jù)的整合、點(diǎn)云創(chuàng)建、料堆輪廓擬合與重建，積分求體積； d)測量裝置復(fù)位并停止。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述大型堆積物料體積兩側(cè)平行測量方法，其特征在于:所述掃描是通過傳感器收集信息:激光掃描器(21)獲得的料堆(40)輪廓點(diǎn)信息、激光測距傳感器(22)獲得的激光掃描器(21)沿導(dǎo)軌的行走位移；輪廓點(diǎn)信息是一個以激光掃描器(21)為原點(diǎn)的角坐標(biāo)系的點(diǎn)信息，與激光測距傳感器(22)獲得的位移信息組合，經(jīng)坐標(biāo)變換后可建立標(biāo)準(zhǔn)坐標(biāo)系下的點(diǎn)信息；測量信息可通過有線或者無線的通信方式傳遞給具有數(shù)據(jù)處理及控制功能的計算機(jī)(50)。
6.根據(jù)權(quán)利要求2所述大型堆積物料體積兩側(cè)平行測量方法，其特征在于:所述數(shù)據(jù)處理是所述兩種激光測量傳感器獲得信息組成料堆的三維信息，通過對兩組測量裝置的同步測量，可將兩側(cè)的測量信息很好的擬合成完整的料堆(40)輪廓；由于激光掃描傳感器(21)在隨小車(10)的運(yùn)動中測量料堆(40)輪廓點(diǎn)信息，在數(shù)據(jù)處理中考慮到小車(10)的運(yùn)動速度予以補(bǔ)償激光測量傳感器(21)的測量結(jié)果；通過計算機(jī)的處理模擬出料堆(40)的輪廓模型，進(jìn)而通過積分重構(gòu)的方式計算出料堆(40)的體積。
【文檔編號】G01B11/00GK103913116SQ201410084463
【公開日】2014年7月9日 申請日期:2014年3月10日 優(yōu)先權(quán)日:2014年3月10日
【發(fā)明者】屠大維, 孟慶栩, 趙其杰 申請人:上海大學(xué)