大型堆積物料體積兩側(cè)平行測(cè)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(cè)量裝置和方法。本方法采用激光掃描器和激光測(cè)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(shí)現(xiàn)穩(wěn)定勻速運(yùn)動(dòng)的小車上，在運(yùn)動(dòng)中激光掃描器不斷掃描料堆輪廓信息，激光測(cè)距傳感器采集激光掃描器的運(yùn)動(dòng)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(dòng)，以實(shí)現(xiàn)平穩(wěn)運(yùn)動(dòng)。本測(cè)量裝置具體布置為料堆兩側(cè)各平行安裝一套測(cè)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(shí)現(xiàn)對(duì)大型堆積物料的體積測(cè)量。另外，被測(cè)得的數(shù)據(jù)被管理者接受到能夠及時(shí)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(shuō)明】大型堆積物料體積兩側(cè)平行測(cè)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(cè)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(guò)三維建模重建料堆數(shù)據(jù)模型，然后通過(guò)對(duì)數(shù)據(jù)的處理可以計(jì)算出料堆體積和質(zhì)量的自動(dòng)化視覺(jué)測(cè)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(chǔ)，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(kù)存量呈動(dòng)態(tài)變化，用常規(guī)的測(cè)量方法很難準(zhǔn)確估計(jì)庫(kù)存數(shù)量，在許多企業(yè)仍然采用人工去現(xiàn)場(chǎng)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(kù)周期較長(zhǎng)，對(duì)于頻繁進(jìn)行存取料操作的企業(yè)，由于進(jìn)料出料這個(gè)過(guò)程導(dǎo)致物料的料堆是動(dòng)態(tài)變化的，從而需要對(duì)料堆的體積進(jìn)行實(shí)時(shí)的監(jiān)控，掌握實(shí)時(shí)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(jì)劃的安排做智能決策。而人工測(cè)量方法盤庫(kù)給出的信息不及時(shí)，不便于合理控制庫(kù)存和利用倉(cāng)庫(kù)。也有一些企業(yè)擁有堆料機(jī)、取料機(jī)等自動(dòng)化設(shè)備和系統(tǒng)。但是仍然需要人工測(cè)量估算或盤點(diǎn)等物料的庫(kù)存量，因而，開(kāi)發(fā)一種遠(yuǎn)距離實(shí)時(shí)測(cè)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(duì)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(cè)量裝置和方法，采用激光掃描器、激光測(cè)距傳感器等傳感器來(lái)測(cè)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(shí)現(xiàn)穩(wěn)定的勻速直線運(yùn)動(dòng)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(shí)被裝在小車運(yùn)行軌道的一端的激光測(cè)距傳感器測(cè)取小車即激光掃描器的位置信息，這是一個(gè)一維信息。兩個(gè)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(jì)算出料堆的體積。
[0004]為了實(shí)現(xiàn)上述功能，本發(fā)明的構(gòu)思是:
一種自動(dòng)快速掃描方式的大型料堆體積測(cè)量方法和裝置。它包括激光掃描器、激光測(cè)距傳感器、運(yùn)載小車、小車軌道和軌道架、計(jì)算機(jī)、數(shù)據(jù)電纜等。本發(fā)明的一個(gè)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(dòng)而掃描采集料堆信息，與此同時(shí)激光測(cè)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(dòng)，小車采用軌道輪，在鋪設(shè)的軌道上運(yùn)動(dòng)，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(cè)量場(chǎng)地的大小決定軌道的長(zhǎng)度，一般可以是數(shù)百米。小車采用電力驅(qū)動(dòng)，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(gè)工作過(guò)程可在計(jì)算機(jī)的控制界面下操作完成，例如啟動(dòng)激光掃描器和激光測(cè)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(chǔ)存數(shù)據(jù)等。
[0005] 本發(fā)明的另一個(gè)特征為采用兩組上述料堆輪廓信息采集裝置通過(guò)同步控制，同時(shí)采集和處理數(shù)據(jù)。一套裝置只能測(cè)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(cè)出料堆的輪廓信息。通過(guò)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(shí)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(duì)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(cè)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(gè)激光掃描器、一個(gè)激光測(cè)距傳感器、一個(gè)小車控制器、一個(gè)小車驅(qū)動(dòng)器、一副導(dǎo)軌、一個(gè)導(dǎo)軌架和一臺(tái)運(yùn)載小車，共用一臺(tái)計(jì)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(chǎng)兩側(cè)，通過(guò)小車在導(dǎo)軌上的勻速運(yùn)動(dòng)，激光掃描器逐行對(duì)料堆進(jìn)行掃描，激光測(cè)距傳感器安裝在導(dǎo)軌一端，兩組測(cè)量裝置的與計(jì)算機(jī)通過(guò)有線或者無(wú)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(cè)量裝置。其特征在于:所述激光測(cè)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(dòng)和?？康囊欢?；料堆兩側(cè)的測(cè)量裝置中的激光測(cè)距傳感器安裝在同一端；系統(tǒng)啟動(dòng)后，激光測(cè)距傳感器測(cè)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(shí)保證預(yù)定的精度，為小車的穩(wěn)定運(yùn)動(dòng)創(chuàng)造條件；小車運(yùn)動(dòng)時(shí)勻速運(yùn)動(dòng)，兩組小車同時(shí)啟動(dòng)，并且保證控制速度相同；在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中為保證小車的同步運(yùn)動(dòng)，所述激光測(cè)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(cè)量方法，采用所述的大型堆積物料體積兩側(cè)平行測(cè)量裝置進(jìn)行測(cè)量，測(cè)量操作步驟如下:系統(tǒng)啟動(dòng)與初始化，包括工作區(qū)間、掃描頻率、小車運(yùn)動(dòng)速度的設(shè)置工作，并啟動(dòng)各傳感器和初始化設(shè)備，使測(cè)量裝置對(duì)齊以保證同步測(cè)量；啟動(dòng)運(yùn)載小車開(kāi)始測(cè)量，收集各傳感器數(shù)據(jù)；數(shù)據(jù)處理:包括兩套測(cè)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(cè)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(cè)量方法，其特征在于所述掃描是通過(guò)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(cè)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(gè)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(cè)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(cè)量信息可通過(guò)有線或者無(wú)線的通信方式傳遞給具有數(shù)據(jù)處理及控制功能的計(jì)算機(jī)。所述數(shù)據(jù)處理是所述兩種激光測(cè)量傳感器獲得信息組成料堆的三維信息，通過(guò)對(duì)兩組測(cè)量裝置的同步測(cè)量，可將兩側(cè)的測(cè)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(dòng)中測(cè)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(dòng)速度予以補(bǔ)償激光測(cè)量傳感器的測(cè)量結(jié)果；通過(guò)計(jì)算機(jī)的處理模擬出料堆的輪廓模型，進(jìn)而通過(guò)積分重構(gòu)的方式計(jì)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(cè)量系統(tǒng)的傳感器，比如SICK品牌的型號(hào)為L(zhǎng)D-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(cè)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(cè)量的需求。對(duì)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(jì)算機(jī)。激光掃描器被安裝在運(yùn)動(dòng)的小車上，隨著小車的勻速運(yùn)動(dòng)逐行掃描料堆截面輪廓，實(shí)際上激光掃描儀也是一個(gè)測(cè)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(guò)數(shù)據(jù)傳輸裝置傳遞給計(jì)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(dòng)方向的，在運(yùn)動(dòng)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(dòng)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(cè)距傳感器，是被安裝在導(dǎo)軌架一端的裝置，用來(lái)采集激光掃描儀運(yùn)動(dòng)距離。激光測(cè)距傳感器必須安裝精準(zhǔn)以保證激光掃描儀適中在測(cè)量方向上。激光測(cè)距儀采集的信息一方面用來(lái)作為料堆建模時(shí)的一維信息，另一方面可以用來(lái)校準(zhǔn)料堆兩側(cè)的測(cè)距儀的同步位置，也可以用來(lái)作為設(shè)置測(cè)量范圍的依據(jù)。
[0012]所述運(yùn)載小車，包括車輪、驅(qū)動(dòng)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(dòng)裝置采用馬達(dá)驅(qū)動(dòng)，經(jīng)變速達(dá)到足夠的驅(qū)動(dòng)力矩和要求的運(yùn)動(dòng)速度，這也是選擇馬達(dá)的依據(jù)。對(duì)于控制器，用來(lái)控制小車的運(yùn)動(dòng)和作為數(shù)據(jù)采集的接口和暫存地，是一個(gè)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(wú)線通信，方便移動(dòng)目標(biāo)的數(shù)據(jù)和信號(hào)的傳遞。對(duì)于小車的周邊結(jié)構(gòu)，比如遮陽(yáng)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(cè)量結(jié)果。對(duì)于一般的固定堆場(chǎng)，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(guò)程中，需保證軌道的安裝精度。對(duì)于軌道采用無(wú)縫處理，以消除軌道縫帶來(lái)的震動(dòng)和掃描儀采集數(shù)據(jù)的噪聲；根據(jù)具體場(chǎng)地需求決定軌道長(zhǎng)度，一般會(huì)在數(shù)百米。
[0014]所述計(jì)算機(jī)，具有遠(yuǎn)程控制功能和處理數(shù)據(jù)的功能。通過(guò)有線電纜或者無(wú)線的方式和上述激光掃描測(cè)量設(shè)備進(jìn)行通信，可以將啟動(dòng)停止、掃描區(qū)間、小車運(yùn)動(dòng)速度等信息傳遞給激光掃描測(cè)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(jì)算機(jī)。計(jì)算機(jī)的另一個(gè)重要功能是將接收到的兩套同步控制的激光掃描測(cè)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(jì)算出料堆的質(zhì)量。計(jì)算機(jī)處理數(shù)據(jù)的另一個(gè)方式是將計(jì)算得出的料堆體積或者質(zhì)量信息及時(shí)的傳遞給企業(yè)物流部門的上層監(jiān)控平臺(tái)，讓物流部門能夠及時(shí)的了解物料的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)和及時(shí)按照生產(chǎn)計(jì)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(cè)量方法有人工堆型估測(cè)法和一般激光測(cè)量法。人工堆型估測(cè)法不但費(fèi)時(shí)費(fèi)力，而且測(cè)量精度較低，這種方法通過(guò)人工將料堆堆積成類似金字塔形等規(guī)則體，然后測(cè)量相應(yīng)的邊長(zhǎng)和高度來(lái)計(jì)算料堆體積。一般激光測(cè)量法是將激光測(cè)量?jī)x安裝在堆料機(jī)上，隨堆料機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)來(lái)掃描料堆輪廓，這種方法存在掃描死角，堆料機(jī)移動(dòng)后需要重新標(biāo)定掃描儀的坐標(biāo)，因此這種方法測(cè)量效率存在缺陷，測(cè)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(dòng)，掃描范圍可控且保證了測(cè)量精度，具有較高的實(shí)用價(jià)值。
[0016]本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比較，具有以下顯而易見(jiàn)的突出實(shí)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(cè)量和重建的大型堆積物料體積測(cè)量方法和裝置，通過(guò)兩組同步信息采集裝置同時(shí)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(shí)現(xiàn)對(duì)大型堆積物料體積的測(cè)量。
【專利附圖】
【附圖說(shuō)明】
[0017]圖1大型堆積物料體積兩側(cè)平行測(cè)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(cè)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(cè)量系統(tǒng)原理框圖
圖4大型堆積物料體積兩側(cè)平行測(cè)量方法流程圖圖。
【具體實(shí)施方式】
[0018]下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施例作詳細(xì)說(shuō)明:
實(shí)施實(shí)例一:
參見(jiàn)圖1和圖2，本大型堆積物料體積兩側(cè)平行測(cè)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(gè)激光掃描器(21)、一個(gè)激光測(cè)距傳感器(22)、一個(gè)小車控制器(23)、一個(gè)小車驅(qū)動(dòng)器(24)、一副鐵軌(12)、一個(gè)軌道架(11)和一臺(tái)運(yùn)載小車(30)，共用一臺(tái)計(jì)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(guò)小車(30)的勻速運(yùn)動(dòng)，逐行對(duì)料堆(40)進(jìn)行掃描，同時(shí)被安裝在軌道(10) —端的激光測(cè)距傳感器
(22)同步測(cè)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(jì)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(jiàn)圖2和圖3所示，計(jì)算機(jī)(50)上的控制界面可以發(fā)出控制信息，啟動(dòng)激光掃描測(cè)量設(shè)備，比如設(shè)定掃描區(qū)間、定位掃描初始位置、啟動(dòng)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(cè)量對(duì)象的具體位置和外形進(jìn)行設(shè)定?？梢酝ㄟ^(guò)激光測(cè)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(duì)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(guò)控制界面可以設(shè)定小車(30)的運(yùn)動(dòng)速度，這個(gè)參數(shù)需要被用來(lái)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(dòng)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(cè)量設(shè)備運(yùn)行時(shí)，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(duì)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(cè)距傳感器(22)返回同步測(cè)量的距離值，多條曲線被擬合成一個(gè)曲面。料堆(40)兩側(cè)的激光掃描測(cè)量設(shè)備采用同步控制、同時(shí)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(jì)算機(jī)(50)計(jì)算出料堆的體積。
[0021]實(shí)施實(shí)例二:鋼廠原料堆體積的測(cè)量
參見(jiàn)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(chǎng)的料堆測(cè)量。料堆(40)兩側(cè)留出運(yùn)輸車輛道路，將兩套激光掃描測(cè)量設(shè)備固裝在地面上，同時(shí)保證兩套設(shè)備的軌道(10)相互平行，并根據(jù)實(shí)際場(chǎng)地需求確定軌道(10)的長(zhǎng)度。調(diào)整激光測(cè)距傳感器(22)的測(cè)量方向，使得其始終面對(duì)激光掃描器(21)以測(cè)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(guò)使用計(jì)算機(jī)(50)上的控制界面操作激光掃描測(cè)量系統(tǒng)。設(shè)置好工作區(qū)間后，各個(gè)傳感器開(kāi)啟工作，兩小車定位到相對(duì)應(yīng)的初始位置后以相同的運(yùn)動(dòng)速度前進(jìn)，使得激光掃描器(21)同步測(cè)量料堆輪廓信息。這個(gè)過(guò)程中，激光測(cè)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(cè)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(kāi)啟掃描模式，數(shù)據(jù)庫(kù)記錄兩套掃描設(shè)備返回的料堆輪廓信息。掃描模式開(kāi)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(cè)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(cè)距傳感器(22)的測(cè)量值是否達(dá)到設(shè)定的測(cè)量區(qū)間邊界值以確定掃描過(guò)程是否結(jié)束。
[0023]一次掃描結(jié)束后，計(jì)算機(jī)(50 )對(duì)接收到的兩套激光掃描測(cè)量裝備返回的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，由于采集信息時(shí)采用的便是同步測(cè)量，可通過(guò)軟件對(duì)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(guò)積分重構(gòu)計(jì)算出料堆的體積。
[0024]實(shí)施實(shí)例三:
本實(shí)施實(shí)例與實(shí)施實(shí)例一基本相同，特別之處在于:激光掃描測(cè)量系統(tǒng)包括激光掃描測(cè)量裝置和數(shù)據(jù)采集、處理和通信模塊。參見(jiàn)圖1和圖3，激光掃描器(21)和激光測(cè)距傳感器(22)采集的料堆輪廓信息通過(guò)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(jì)算機(jī)(50)，得到的數(shù)據(jù)通過(guò)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(guò)共享平臺(tái)傳遞給管理層，管理層根據(jù)生產(chǎn)計(jì)劃做出及時(shí)的決策。本發(fā)明適用于大型料堆的體積和質(zhì)量測(cè)量，像煤炭企業(yè)的煤堆測(cè)量、冶金企業(yè)的礦石或者礦砂測(cè)量等。本發(fā)明將為類似上述企業(yè)在管理大型堆場(chǎng)中提升自動(dòng)化、智能化水平。其次，本發(fā)明利用先進(jìn)的激光測(cè)量技術(shù)，具有較高的測(cè)量精度。整個(gè)過(guò)程實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化管理，大大簡(jiǎn)化了目前較為普遍的人工堆型估測(cè)方法，節(jié)省了勞動(dòng)力，提高了測(cè)量效率。測(cè)量裝置能夠?qū)崿F(xiàn)一次安裝，長(zhǎng)期測(cè)量。
[0025]實(shí)施實(shí)例四:
參見(jiàn)圖4，大型堆積物料體積兩側(cè)平行測(cè)量裝置的操作步驟如下:啟動(dòng)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(dòng)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(dòng)各傳感器和使各設(shè)備尋零，使測(cè)量裝置對(duì)齊以保證同步測(cè)量；啟動(dòng)運(yùn)載小車(30)開(kāi)始測(cè)量，收集各傳感器數(shù)據(jù)；數(shù)據(jù)處理:包括兩套測(cè)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(cè)量裝置復(fù)位并停止。以上所述操作均在計(jì)算機(jī)(50)上完成。
[0026]實(shí)施實(shí)例五:
本實(shí)施實(shí)例與實(shí)施實(shí)例四基本相同，特別之處是:
所述掃描是通過(guò)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(cè)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(gè)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(cè)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(cè)量信息可通過(guò)有線或者無(wú)線的通信方式傳遞給具有數(shù)據(jù)處理及控制功能的計(jì)算機(jī)(50 )。
[0027]所述大型堆積物料體積兩側(cè)平行測(cè)量方法，其特征在于:所述數(shù)據(jù)處理是所述兩種激光測(cè)量傳感器獲得信息組成料堆的三維信息，通過(guò)對(duì)兩組測(cè)量裝置的同步測(cè)量，可將兩側(cè)的測(cè)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(dòng)中測(cè)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(dòng)速度予以補(bǔ)償激光測(cè)量傳感器(21)的測(cè)量結(jié)果；通過(guò)計(jì)算機(jī)的處理模擬出料堆(40)的輪廓模型，進(jìn)而通過(guò)積分重構(gòu)的方式計(jì)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(cè)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(gè)激光掃描器(21)、一個(gè)激光測(cè)距傳感器(22)、一個(gè)小車控制器(23)、一個(gè)小車驅(qū)動(dòng)器(24)、一副導(dǎo)軌(12)、一個(gè)導(dǎo)軌架(11)和一臺(tái)運(yùn)載小車(30)，共用一臺(tái)計(jì)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(chǎng)兩側(cè)，通過(guò)小車(30)在導(dǎo)軌(12)上的勻速運(yùn)動(dòng)，激光掃描器(21)逐行對(duì)料堆(40)進(jìn)行掃描，被安裝在導(dǎo)軌(10)—端的激光測(cè)距傳感器(22)同步測(cè)量小車(30)的位置，兩組傳感器的信息傳遞到計(jì)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(cè)量裝置；其特征在于:所述激光測(cè)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(dòng)和?？康囊欢?；料堆(40)兩側(cè)的測(cè)量裝置中的激光測(cè)距傳感器(22)安裝在同一端；系統(tǒng)啟動(dòng)后，激光測(cè)距傳感器(22)測(cè)量小車(30)到其的距離，這一實(shí)時(shí)值有兩個(gè)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(cè)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(cè)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(shí)保證預(yù)定的精度，為小車(30)的穩(wěn)定運(yùn)動(dòng)創(chuàng)造條件；小車(30)運(yùn)動(dòng)時(shí)勻速運(yùn)動(dòng)，兩組小車(30)同時(shí)啟動(dòng)，并且保證控制速度相同；在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中為保證小車(30)的同步運(yùn)動(dòng)，所述激光測(cè)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(cè)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(cè)量裝置進(jìn)行測(cè)量，其特征在于:測(cè)量操作步驟如下 a)系統(tǒng)啟動(dòng)與初始化:包括工作區(qū)間、掃描頻率、小車運(yùn)動(dòng)速度的設(shè)置工作，并啟動(dòng)各傳感器和初始化設(shè)備，使測(cè)量裝置對(duì)齊以保證同步測(cè)量； b)啟動(dòng)運(yùn)載小車開(kāi)始測(cè)量,收集各傳感器數(shù)據(jù)； c)數(shù)據(jù)處理；包括兩套測(cè)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(cè)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(cè)量方法，其特征在于:所述掃描是通過(guò)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(cè)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(gè)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(cè)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(cè)量信息可通過(guò)有線或者無(wú)線的通信方式傳遞給具有數(shù)據(jù)處理及控制功能的計(jì)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(cè)量方法，其特征在于:所述數(shù)據(jù)處理是所述兩種激光測(cè)量傳感器獲得信息組成料堆的三維信息，通過(guò)對(duì)兩組測(cè)量裝置的同步測(cè)量，可將兩側(cè)的測(cè)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(dòng)中測(cè)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(dòng)速度予以補(bǔ)償激光測(cè)量傳感器(21)的測(cè)量結(jié)果；通過(guò)計(jì)算機(jī)的處理模擬出料堆(40)的輪廓模型，進(jìn)而通過(guò)積分重構(gòu)的方式計(jì)算出料堆(40)的體積。
【文檔編號(hào)】G01B11/00GK103913116SQ201410084463
【公開(kāi)日】2014年7月9日 申請(qǐng)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(qǐng)人:上海大學(xué)
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