本发明专利技术涉及一种大型堆积物料体积两侧平行测量装置和方法。本方法采用激光扫描器和激光测距传感器相互配合同步采集料堆轮廓信息。激光扫描器被安装在可实现稳定匀速运动的小车上，在运动中激光扫描器不断扫描料堆轮廓信息，激光测距传感器采集激光扫描器的运动位移，两组同步信息构成料堆的三维轮廓信息。小车在特定的轨道上运动，以实现平稳运动。本测量装置具体布置为料堆两侧各平行安装一套测量设备，以完整的扫描料堆轮廓信息。采集的料堆轮廓信息被传递到PC机上利用积分重构的方式重建料堆的外貌和体积，从而实现对大型堆积物料的体积测量。另外，被测得的数据被管理者接受到能够及时做出相应的决策，因此本发明专利技术将为企业管理大型堆积物料提供了技术支持。
【技术实现步骤摘要】
大型堆积物料体积两侧平行测量装置和方法
本专利技术涉及一种大型堆积物料体积两侧平行测量装置和方法。具体涉及一种使用激光扫描大型料堆表面采集三维信息，通过三维建模重建料堆数据模型，然后通过对数据的处理可以计算出料堆体积和质量的自动化视觉测量方法及装置。
技术介绍
一些粉料或粒料通常以堆积的方式存储，如煤、粮食、矿石、沙土等，这些堆积物料的体积一般较大，而且随着存取操作的执行，库存量呈动态变化，用常规的测量方法很难准确估计库存数量，在许多企业仍然采用人工去现场丈量的方式估算堆积物料的体积。人工丈量方式误差较大，而且盘库周期较长，对于频繁进行存取料操作的企业，由于进料出料这个过程导致物料的料堆是动态变化的，从而需要对料堆的体积进行实时的监控，掌握实时的数据，确定哪些物料还有，有多少，需要多少，为生产计划的安排做智能决策。而人工测量方法盘库给出的信息不及时，不便于合理控制库存和利用仓库。也有一些企业拥有堆料机、取料机等自动化设备和系统。但是仍然需要人工测量估算或盘点等物料的库存量，因而，开发一种远距离实时测量物料体积的装置和方法是很重要的。
技术实现思路
本专利技术的目的在于针对已有技术存在的不足，提供一种大型堆积物堆积物料体积两侧平行测量装置和方法，采用激光扫描器、激光测距传感器等传感器来测取大型料堆的外形轮廓信息。为了获取有用的料堆轮廓信息，本专利技术将激光扫描器装在可实现稳定的匀速直线运动的小车上，激光扫描器在匀速前进中不断的扫描料堆的轮廓信息，每次扫描为一条二维曲线离散点信息；同时被装在小车运行轨道的一端的激光测距传感器测取小车即激光扫描器的位置信息，这是一个一维信息。两个传感器同步获取的信息经特定的传输方式和接口传递给处理器，用特定的算法拟合两路信息将形成料堆外形的三维轮廓信息，使用积分重构的方法可以计算出料堆的体积。为了实现上述功能，本专利技术的构思是：一种自动快速扫描方式的大型料堆体积测量方法和装置。它包括激光扫描器、激光测距传感器、运载小车、小车轨道和轨道架、计算机、数据电缆等。本专利技术的一个特点在于，将激光扫描仪安放在运载小车上，随小车在轨道上平稳运动而扫描采集料堆信息，与此同时激光测距传感器也同步采集小车运行位移。为了保证运载小车额平稳运动，小车采用轨道轮，在铺设的轨道上运动，并将轨道固定在刚度很好的轨道架上。轨道架和轨道的铺设需注重直线度、刚度和稳定性，可以根据被测量场地的大小决定轨道的长度，一般可以是数百米。小车采用电力驱动，电机的平稳运转可保证小车的平稳运行。整个工作过程可在计算机的控制界面下操作完成，例如启动激光扫描器和激光测距仪进行工作、校准激光扫描器的位置、设置工作区间、采集和储存数据等。本专利技术的另一个特征为采用两组上述料堆轮廓信息采集装置通过同步控制，同时采集和处理数据。一套装置只能测出料堆的单侧轮廓信息，被平行布置在料堆两侧的两套装置才能完整的测出料堆的轮廓信息。通过同步控制，比如两套装置的运载小车同速运行、设置初始位置相同、设置相同的扫描频率和扫描区间等，同时进行并行采集和处理数据，将两套装置采集的料堆曲面轮廓信息拼接拟合，对料堆轮廓信息进行完整的三维重建，进一步的积分重构处理可得到料堆的体积信息。根据上述专利技术构思，本专利技术采用下述技术方案：一种大型堆积物料体积两侧平行测量装置，包括两套平行布置安装的激光扫描装置，其中每一套有一个激光扫描器、一个激光测距传感器、一个小车控制器、一个小车驱动器、一副导轨、一个导轨架和一台运载小车，共用一台计算机，其特征在于所述激光扫描器被安装在运载小车上，导轨和导轨架被平行安装在料堆堆场两侧，通过小车在导轨上的匀速运动，激光扫描器逐行对料堆进行扫描，激光测距传感器安装在导轨一端，两组测量装置的与计算机通过有线或者无线通信的方式连接。所述的大型物料堆积物料体积两侧平行测量装置。其特征在于：所述激光测距传感器被安装在小车运行导轨的一端，在小车经常启动和停靠的一端；料堆两侧的测量装置中的激光测距传感器安装在同一端；系统启动后，激光测距传感器测量小车到其的距离。所述小车运行的两组导轨和导轨架平行安装，安装时保证预定的精度，为小车的稳定运动创造条件；小车运动时匀速运动，两组小车同时启动，并且保证控制速度相同；在运动过程中为保证小车的同步运动，所述激光测距传感器返回的值作为控制量调节两小车的同步性，小车的同步保证了激光扫描器的同步性，保证了激光扫描器扫描料堆两侧轮廓的同步性，为料堆轮廓的拼合做了有利准备。一种大型堆积物料体积两侧平行测量方法，采用所述的大型堆积物料体积两侧平行测量装置进行测量，测量操作步骤如下：系统启动与初始化，包括工作区间、扫描频率、小车运动速度的设置工作，并启动各传感器和初始化设备，使测量装置对齐以保证同步测量；启动运载小车开始测量，收集各传感器数据；数据处理：包括两套测量装置传感器收集的数据的整合、点云创建、料堆轮廓拟合与重建，积分求体积；测量装置复位并停止。所述大型堆积物料体积两侧平行测量方法，其特征在于所述扫描是通过传感器收集信息：激光扫描器获得的料堆轮廓点信息、激光测距传感器获得的激光扫描器沿导轨的行走位移；轮廓点信息是一个以激光扫描器为原点的角坐标系的点信息，与激光测距传感器获得的位移信息组合，经坐标变换后可建立标准坐标系下的点信息；测量信息可通过有线或者无线的通信方式传递给具有数据处理及控制功能的计算机。所述数据处理是所述两种激光测量传感器获得信息组成料堆的三维信息，通过对两组测量装置的同步测量，可将两侧的测量信息很好的拟合成完整的料堆轮廓；由于激光扫描传感器在随小车的运动中测量料堆轮廓点信息，在数据处理中考虑到小车的运动速度予以补偿激光测量传感器的测量结果；通过计算机的处理模拟出料堆的轮廓模型，进而通过积分重构的方式计算出料堆的体积。所述激光扫描器，采用适用于室外型激光扫描测量系统的传感器，比如SICK品牌的型号为LD-LRS系列产品，具有雾气矫正功能，能够适应户外恶劣的天气情况，而且具有较大的工作范围，最大测距为250m，具有较高的分辨率（0.125度）、大扫描角（270度）、低频扫描（10Hz）。这些条件已经满足了大型料堆测量的需求。对于数据输出可采用PNP输出，也可采用继电器输出，该系列产品均为以太网接口，能够很好的将数据传输给计算机。激光扫描器被安装在运动的小车上，随着小车的匀速运动逐行扫描料堆截面轮廓，实际上激光扫描仪也是一个测距仪，将在料堆轮廓上有规律的采集距离信息，这一信息通过数据传输装置传递给计算机处理能够重建出料堆轮廓。理想状态下的激光扫描是垂直于扫描器运动方向的，在运动的扫描中采集的信息是料堆斜截面的轮廓信息，这就需要在数据处理中进行运动补偿，以正确重建料堆轮廓进而得出正确的料堆体积和质量。所述激光测距传感器，是被安装在导轨架一端的装置，用来采集激光扫描仪运动距离。激光测距传感器必须安装精准以保证激光扫描仪适中在测量方向上。激光测距仪采集的信息一方面用来作为料堆建模时的一维信息，另一方面可以用来校准料堆两侧的测距仪的同步位置，也可以用来作为设置测量范围的依据。所述运载小车，包括车轮、驱动装置、控制器、车板等结构或装置。根据小车运行平稳的要求，采用类似火车轮子的车轮，可以达到理想的要求使误差保持在可接受的范围之本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种大型堆积物料体积两侧平行测量装置，包括两套平行布置安装的激光扫描装置，其中每一套有一个激光扫描器（21）、一个激光测距传感器（22）、一个小车控制器（23）、一个小车驱动器（24）、一副导轨（12）、一个导轨架（11）和一台运载小车（30），共用一台计算机（50），其特征在于所述激光扫描器（21）被安装在运载小车（30）上，导轨（12）和导轨架（11）被平行安装在料堆堆场两侧，通过小车（30）在导轨（12）上的匀速运动，激光扫描器（21）逐行对料堆（40）进行扫描，被安装在导轨（10）一端的激光测距传感器（22）同步测量小车（30）的位置，两组传感器的信息传递到计算机（50）上经拟合后能够呈现出料堆（40）的完整轮廓信息，进而求出期望的料堆体积。
【技术特征摘要】
1.一种大型堆积物料体积两侧平行测量装置，包括两套平行布置安装的激光扫描装置，其中每一套有一个激光扫描器(21)、一个激光测距传感器(22)、一个小车控制器(23)、一个小车驱动器(24)、一副导轨(12)、一个导轨架(11)和一台小车(30)；该两套激光扫描装置共用一台计算机(50)，其特征在于所述激光扫描器(21)被安装在小车(30)上，导轨(12)和导轨架(11)被平行安装在料堆堆场两侧，通过小车(30)在导轨(12)上的匀速运动，激光扫描器(21)逐行对料堆(40)进行扫描，被安装在导轨(12)一端的激光测距传感器(22)同步测量小车(30)的位置，两组激光扫描器(21)和激光测距传感器(22)的信息传递到计算机(50)上经拟合后能够呈现出料堆(40)的完整轮廓信息，进而求出期望的料堆体积。2.根据权利要求1所述的大型堆积物料体积两侧平行测量装置，其特征在于：所述激光测距传感器(22)被安装在导轨(12)的一端，位于小车(30)经常启动和停靠的一端；料堆(40)两侧的测量装置中的激光测距传感器(22)分别安装在两组导轨(12)的同一端。3.根据权利要求1所述的大型堆积物料体积两侧平行测量装置，其特征在于：所述小车(30)运行的两组导轨(12)和导轨架(11)平行安装，安装时保证预定的精度；小车(30)运动时匀速运动，两组小车(30)同时启动，并且保证控制速度相同；所述激光测距传感器(22)返回的值作为控制量调节两小车(30)的同步性...
【专利技术属性】
技术研发人员：屠大维，孟庆栩，赵其杰，
申请(专利权)人：上海大学，
类型：发明
国别省市：上海;31
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