一种开放式货运车辆全特征检测设备和方法技术

本发明专利技术公开了一种开放式货运车辆全特征检测设备和方法，该设备包括：激光扫描仪，利用激光对目标进行扫描；驱动机构，用于驱动激光扫描仪旋转形成扫描面；控制系统，用于对激光扫描仪和驱动机构进行控制完成扫描，并对激光扫描仪采集到的数据进行处理。具有上述结构的检测设备和检测方法，精度高、快速成像和抗干扰能力强的优势，在重尘环境下可保持稳定的检测效果，适用于水泥、矿料、化肥等生产企业较为复杂装车现场工作环境，实现待装车辆全特征检测可有效提升自动装车的车型适应性，同时能够有效提升装车过程的安全性。有效提升装车过程的安全性。有效提升装车过程的安全性。

【技术实现步骤摘要】
一种开放式货运车辆全特征检测设备和方法


[0001]本专利技术涉及一种用于检测开放式货运车三维几何信息的设备以及方法。

技术介绍

[0002]随着自动化机器换人步伐的加快，自动化行业对于精准三维检测的需求日益突出，在全自动物料装车、无人化车辆检测等应用领域，对于车辆的快速高精度三维几何信息检测已经十分迫切。水泥、矿料、化肥等生产企业装车现场工作环境较为复杂，待装车辆几何尺寸、车辆结构多种多样，实现待装车辆全特征检测可有效提升自动装车的车型适应性，同时能够有效提升装车过程的安全性。
[0003]现有开放式货运车的三位几何信息检测一般采用的是基于图像的特城检测和尺寸检测。但图像化检测受环境干扰较大，精度难以保证，在实际应用中具有较大的局限性，因此急需一种精度高、快速成像和抗干扰能力强的检测手段。

技术实现思路

[0004]有鉴于此，本专利技术提供一种开放式货运车辆全特征检测设备和方法，对开放式货运车辆进行实现精度高、快速成像和抗干扰能力强的全特征检测。
[0005]为解决以上技术问题，本专利技术的技术方案为：一种开放式货运车辆全特征检测设备，包括：激光扫描仪，利用激光对目标进行扫描；驱动机构，用于驱动激光扫描仪旋转形成扫描面；控制系统，用于对激光扫描仪和驱动机构进行控制完成扫描，并对激光扫描仪采集到的数据进行处理。
[0006]作为一种改进，电控旋转台，用于驱动激光扫描仪360
°
旋转；增量式编码器，用于检测激光扫描仪旋转角度。
[0007]作为一种改进，所述控制系统为嵌入式系统，包括：控制单元，用于控制电控旋转台、测量式编码器以及激光扫描仪；数据采集和处理单元，用于对激光扫描仪、增量式编码器采集到的数据进行处理；对外接口，与外部系统连接用于电源供给和网络通信。
[0008]本专利技术还提供一种开放式货运车辆全特征检测方法，包括：进行点云检校，获取修正参数；进行安装检校，获取安装参数；对目标进行点云扫描；引入修正参数、安装参数进行点云计算；对点云进行分类提取，完成三维几何信息的获取。
[0009]作为一种改进，所述点云检校包括：对参照物进行点云扫描；输入扫描仪断面数据、360
°
旋转角度数据、点云检校参数，对扫描到的参照物点云进行点云计算；根据点云计算与实际参照物进行对比的结果调整修正参数，当点云无错位时确定修正参数。
[0010]作为一种改进，所述点云检校参数为C＝[σ
r
，σ
p
，Δ
x
，Δ
y
]，σ
r
为激光扫描仪安装的横滚角度偏差，σ
p
为激光扫描仪安装的俯仰角度偏差，Δ
x
和Δ
y
为激光扫描仪在电控旋转台平面上的安装偏心量。
[0011]作为一种改进，所述对扫描到的参照物点云进行点云计算为：
[0012]由公式II计算修正安装偏心量，
[0013][0014]采用转台旋转角度β构建矩阵R
z
，
[0015][0016]取安装角度检校参数构建矩阵R
x
、R
y
，
[0017][0018][0019]利用公式I进行点云计算，
[0020][0021]作为一种改进，所述安装检校包括：对车道进行点云扫描；确定激光扫描仪安装航向角；确定激光扫描仪安装俯仰角；确定激光扫描仪安装横滚角；确定激光扫描仪安装高度参数；输出安装参数。
[0022]作为一种改进，所述确定激光扫描仪安装航向角包括：
[0023]取左右边界点云P
A
和P
V
在XY平面拟合直线L
A
和L
V
，取两条直线斜率均值计算车道在扫描仪坐标系中的朝向角α
M
，进而构建朝向标定旋转矩阵M
c
；
[0024]所述确定激光扫描仪安装俯仰角包括：
[0025]取经M
c
旋转后满足
‑
σ
x
＜x＜σ
x
，
‑
σ
y
＜y＜σ
y
，σ
y
＜σ
x
的点，拟合XZ平面直线，取直线斜率计算安装俯仰角β
M
，构建俯仰标定矩阵M
P
；
[0026]所述确定激光扫描仪安装横滚角包括：
[0027]取经M
P
旋转后满足
‑
σ
x
＜x＜σ
x
，
‑
σ
y
＜y＜σ
y
，σ
x
＜σ
y
的点云，拟合YZ平面直线，计算横滚角γ，构造横滚标定矩阵M
R
；
[0028]所述确定激光扫描仪安装高度包括：
[0029]采用M
R
修正安装横滚角，取修正后点云正下方边长为ε的正方形范围内的点，取高程均值作为设备安装高度参数。
[0030]作为一种改进，所述对点云进行分类提取包括：对车厢内底板点云进行提取；对车厢栏板点云进行提取；对车厢立柱点云进行提取；对车厢拉筋点云进行提取；对车厢油缸点云进行提取。
[0031]作为一种改进，所述对车厢内底板点云进行提取包括：
[0032]点云高程网格化，取最大密度高程H
max
；
[0033]取高程在[H
max
‑
Δ
h
，H
max
+Δh]范围内的点集P
F
；
[0034]获取车厢内底板点云，并计算车厢外轮廓线；
[0035]判断外轮廓线内是否为空，如果是则将轮廓线内移并继续判断直到不为空，如果不是则判断轮廓线上点云是否连续，如果不连续侧将轮廓线内移并判断直到连续，如果连续则定位该轮廓线对应的车厢内底板轮廓。
[0036]作为一种改进，所述的一种开放式货运车辆全特征检测方法，其特征在于所述计算车厢外轮廓线包括：
[0037]以点云P
F
在多个不同方向的投影，拟合5条直线，
[0038][0039]其中，L
xz
为P
F
在XZ平面投影所构成的直线，L
xyL
、L
xyR
、L
yxF
和L
yxT
分别为P
F
在XY平面投影后的左右和前后最大外轮廓直线。
[0040]作为一种改进，所述对车厢栏板点云进行提取和对车厢立柱点云进行提取包括：
[0041]取栏板的平面投影点云，其中左右栏板为XZ平面上的投影点云，前后栏板为YZ平面上的投影点云；
[0042]将左右栏板在XZ平面上的投影点云沿X轴分段，本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种开放式货运车辆全特征检测设备，其特征在于包括：激光扫描仪，利用激光对目标进行扫描；驱动机构，用于驱动激光扫描仪旋转形成扫描面；控制系统，用于对激光扫描仪和驱动机构进行控制完成扫描，并对激光扫描仪采集到的数据进行处理。2.根据权利要求1所述的一种开放式货运车辆全特征检测设备，其特征在于所述驱动机构包括：电控旋转台，用于驱动激光扫描仪360
°
旋转；增量式编码器，用于检测激光扫描仪旋转角度。3.根据权利要求2所述的一种开放式货运车辆全特征检测设备，其特征在于所述控制系统为嵌入式系统，包括：控制单元，用于控制电控旋转台、测量式编码器以及激光扫描仪；数据采集和处理单元，用于对激光扫描仪、增量式编码器采集到的数据进行处理；对外接口，与外部系统连接用于电源供给和网络通信。4.一种开放式货运车辆全特征检测方法，其特征在于包括：进行点云检校，获取修正参数；进行安装检校，获取安装参数；对目标进行点云扫描；引入修正参数、安装参数进行点云计算；对点云进行分类提取，完成三维几何信息的获取。5.根据权利要求4所述的一种开放式货运车辆全特征检测方法，其特征在于所述点云检校包括：对参照物进行点云扫描；输入扫描仪断面数据、360
°
旋转角度数据、点云检校参数，对扫描到的参照物点云进行点云计算；根据点云计算与实际参照物进行对比的结果调整修正参数，当点云无错位时确定修正参数。6.根据权利要求5所述的一种开放式货运车辆全特征检测方法，其特征在于所述点云检校参数为C＝[σ
r
,σ
p
,Δ
x
,Δ
y
]，σ
r
为激光扫描仪安装的横滚角度偏差，σ
p
为激光扫描仪安装的俯仰角度偏差，Δ
x
和Δ
y
为激光扫描仪在电控旋转台平面上的安装偏心量。7.根据权利要求6所述的一种开放式货运车辆全特征检测方法，其特征在于所述对扫描到的参照物点云进行点云计算为：由公式II计算修正安装偏心量，采用转台旋转角度β构建矩阵R
z
，
取安装角度检校参数构建矩阵R
x
、R
y
，，利用公式I进行点云计算，8.根据权利要求4所述的一种开放式货运车辆全特征检测方法，其特征在于所述安装检校包括：对车道进行点云扫描；确定激光扫描仪安装航向角；确定激光扫描仪安装俯仰角；确定激光扫描仪安装横滚角；确定激光扫描仪安装高度参数；输出安装参数。9.根据权利要求8所述的一种开放式货运车辆全特征检测方法，其特征在于，所述确定激光扫描仪安装航向角包括：取左右边界点云P
A
和P
V
在XY平面拟合直线L
A
和L
V
，取两条直线斜率均值计算车道在扫描仪坐标系中的朝向角α
M
，进而构建朝向标定旋转矩阵M
c
；所述确定激光扫描仪安装俯仰角包括：取经M
c
旋转后满足
‑
σ
x
＜x＜σ
x
,
‑
σ
y
＜y＜σ
y
,σ
y
＜σ
x
的点，拟合XZ平面直线，取直线斜率计算安装俯仰角β
M
，构建俯仰标定矩阵M
P
；所述确定激光扫描仪安装横滚角包括：取经M
P
旋转后满足
‑
σ
x
＜x＜σ
x
,
‑
σ
y
＜y＜σ
y
,σ
x
＜σ
y
的点云，拟合YZ平面直线，计算横滚角γ，构造横滚标定矩阵M
R
；所述确定激光扫描仪安装高度包括：采用M
R
修正安装横滚角，取修...

【专利技术属性】
技术研发人员：黄陆君，黄贵余，虞静，唐海龙，
申请(专利权)人：四川吉埃智能科技有限公司，
类型：发明
国别省市：