车厢容积测量方法、装置及三维测量系统制造方法及图纸

本发明专利技术涉及车厢容积测量方法、装置及三维测量系统，借助于至少在被测物体的被测侧壁内表面取三点确定一平面的测距仪；实现如下步骤；S1，以测距仪的测距头为基准建立坐标系；S2，确定被测物体的所需被测内表面的空间位置；首先，在被测侧壁内表面上至少取不共线的三个测量点P1，P2，P3；然后，根据测量点P1，P2，P3与测距头之间距离D1、D2，D3；其次，确定所需被测侧壁内表面所在的坐标系，建立所需被测内表面所对应的直角坐标方程；S3，求解测距头到所需被测侧壁内表面的距离，计算容积量。本发明专利技术设计合理、结构紧凑且使用方便。结构紧凑且使用方便。结构紧凑且使用方便。

【技术实现步骤摘要】
车厢容积测量方法、装置及三维测量系统


[0001]本专利技术涉及车厢等内腔容积测量方法与装置，具体涉及车厢容积测量方法、装置及三维测量系统。

技术介绍

[0002]在三维空间中，物体都是以三维的方式呈现。随着科技的进步，仅仅使用物体的二维信息已经不能满足现实需要，各个行业不再只满足于简单的提取产品的二维信息数据，而是对产品的三维数据提出了巨大需求，三维测量技术因此迎来了快速发展。三维测量技术作为一项集光、机、电和计算机于一体的高新技术，可以获取被测物体的三维空间数据，从而快速获取客观事物实时、动态的变化。
[0003]由于激光测量技术本身的方向性、相干性等特点，已逐步被广泛地应用到实际的测量中，并且在实际应用中显示出了高效、快速、准确的特点，激光测量技术逐步由测距发展到获取物体表面三维信息，并迅速得到普及，为了使激光三维测量技术能够得到充分发挥，这也就需要一个三维测量系统。
[0004]例如，博维恒信公司研发的3D CaMega光学三维扫描系列产品、南京林业大学聂佩晗等研制的线激光三维测量装置将线激光投射到被测物体上，再使用摄像机采集线激光在被测物体上形成的激光条纹，然后将采集到的视频逐帧分解为图像数据，并对这些数据进行一系列处理，得到被测物体的三维点云坐标数据，最后进行三维重建完成测量。该三维测量装置的测量精度可以达到2mm。
[0005]苏州大学孟庆林等设计的一种基于线激光的三维检测系统，能够实现测量误差可以控制在0.6mm以内，可以满足工业现场对客车轮廓形位公差的测量精度要求。
[0006]隋显庭等设计的基于线激光传感器旋转扫描的测量系统可以满足大空间的三维检测需求。
[0007]但是，上述方法对货车车厢体积有要求，检测困难、检测精度低的问题，
[0008]本专利技术提供一种基于ardu
i
no控制板使用线激光进行三维测量系统，实现货车车厢的三维数据的自动检测。
[0009]另外，如当被测厢体产生轻微的倾斜时，上述方法的十字扫描测距法测出的三维数据可能会产生偏差。为了使得三维测距系统的鲁棒性更强，本专利技术通过点面距离法，能够有效的规避因被测厢体的姿态原因引起的测量误差。

技术实现思路

[0010]本专利技术所要解决的技术问题总的来说是提供一种容积测量方法与装置。本专利技术通过控制激光测距仪上下以及左右两个维度的转动，采集到车厢内部的到测距仪的距离信息，通过收集到的数据，确定车厢的五个面的位置，最后通过数学计算得出车厢的三维数据，完成测量。本专利技术的线激光三维测量技术具有精度高，方法灵活等特点，并且不存在测量过程中损坏被测物体问题。
[0011]为解决上述问题，本专利技术所采取的技术方案是：
[0012]点面距离法主要有如下的三个过程：建立坐标系，确定厢体的内表面位置，求解三维数据。
[0013]三维测距系统通过两个舵机分别去带动激光测距仪进行上下以及左右的两个维度转动，实现测距头到侧向内部的距离的采集，然后对采集的数据进行分析与处理，最后通过计算得出三维数据，完成测量。
[0014]本专利技术旨在设计并实现一个基于arduino控制板控制线激光扫描的三维测量系统。该系统通过激光测距仪，采集得到测距头到厢体内部某些点的距离信息，再利用这些距离信息计算，使用适宜的三维测距方法，计算得出被测厢体的三维数据。该系统具有低成本，准确度高，运行快，切合实际，通用性好等特点。
[0015]本专利技术设计合理、成本低廉、结实耐用、安全可靠、操作简单、省时省力、节约资金、结构紧凑且使用方便。
附图说明
[0016]图1是本专利技术的点面距离法建立的三维坐标系O
‑
XYZ系图。
[0017]图2是本专利技术的三维坐标系O
‑
XYZ转化示意图。
[0018]图3是本专利技术的系统框图。
[0019]图4是本专利技术的舵机控制流程图。
[0020]图5是本专利技术的舵机线路图。
[0021]图6是本专利技术的具体应用实施例图。
[0022]图7是本专利技术的仓储库安装测距仪结构示意图。
[0023]图8是本专利技术的舵机结构示意图。
[0024]其中：1、控制板；2、舵机；3、测距雷达；4、电源；5、计算机；6、保险丝；7、测距仪；8、数据采集与处理系统；9、测距雷达运动控制系统；10、被测物体；11、仓储库；12、缓冲带部；13、安装架；14、第一舵机；15、中间架；16、第二舵机。
具体实施方式
[0025]如图1
‑
8所示，本实施例的车厢容积测量方法与装置，具体应用如下：
[0026]三维测距系统通过两个舵机分别去带动激光测距仪进行上下以及左右的两个维度转动，实现测距头到侧向内部的距离的采集，然后对采集的数据进行分析与处理，最后通过计算得出三维数据，完成测量。
[0027]本专利技术的点面距离法的步骤包括S1，建立坐标系；S2，确定厢体的内表面位置；S3，求解三维数据三个过程：
[0028]点面距离法的具体步骤如下：
[0029]S1,坐标系建立；坐标系可以是直角坐标系或极坐标系。下面以直角坐标系为例。
[0030]建立坐标系是点面距离法的一个关键步骤，坐标系建立直接影响着后续测量与计算的正确与否。如图1所示，由于选用的舵机的转角范围为0
°‑
180
°
，因此，将控制上下转动的舵机的0
°
位置作为三维坐标系O
‑
XYZ系的Z轴的正方向，其180
°
位置作为Z轴的负方向；控制左右转动的舵机的0
°
和180
°
位置分别对应着X轴的正负方向，而Y轴方向就是两个舵机都
为90
°
的位置，从而以测量头建立坐标系。
[0031]其优点在于，依赖于舵机的机器属性，来保证坐标系的准确性。坐标系会因为测距仪的位置的改变，导致即使测距仪在测量之前发生了位置的改变，但是在测量的时候，对于被测物体来说，只不过是换了一个坐标系，但是被测物体的绝对位置并没有发生改变，所以不会对后续的工作产生影响。
[0032]S2,厢体内表面位置确定；
[0033]如图2，坐标系建立完成后，接下来就要确定厢体的内表面的空间位置。通过三个不共线的点可以确定一个平面，因此，本专利技术可以使用该方法去确定厢体内表面的位置。
[0034]如图2，作为具体说明，首先，在S1中以测量头建立的坐标系中，
[0035]在设定的角度范围内，保证测量点在被测物体内表面围成的空间中，分别给两个舵机一个随机的角度值α和β，转动到该角度之后，调用测距函数，测出测距仪的测量头到对应内平面上对应测量点P1的距离值D1，然后，转化P1点的三维坐标系O
‑
XYZ为(x1,y1,z1)。
[0036]其中，OP1的距离D1为测距仪测量的数值，α和β分别是两个舵机的角度值，P
...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种容积测量方法，其特征在于：借助于至少在被测物体(10)的被测侧壁内表面取三点确定一平面的测距仪(7)；实现如下步骤；S1，以测距仪(7)的测距头为基准建立坐标系；S2，确定被测物体(10)的所需被测内表面的空间位置；首先，在被测侧壁内表面上至少取不共线的三个测量点P1，P2，P3；然后，根据测量点P1，P2，P3与测距头之间距离D1、D2，D3；其次，确定所需被测侧壁内表面所在的坐标系，建立所需被测内表面所对应的坐标方程；S3，求解测距头到所需被测侧壁内表面的距离，计算容积量。2.根据权利要求1所述的容积测量方法，其特征在于：在步骤S2中，通过十字扫描测距法，控制测距头对被测物体(10)的内腔进行设定十字路径上的每个测量点进行测距，获取测量点的三维数据；采用点面距离法，以测量头所在的点为原点建立三维坐标系O
‑
XYZ系，通过在被测物体(10)的内部的各个面上取不共线的三个点，以此来确定每个面的位置；在步骤S3中，使用点面距离公式计算得出测量头到每个面的距离，从而得到被测物体(10)的三维数据。3.根据权利要求1或2所述的容积测量方法，其特征在于：在步骤S1中，基于点面距离法建立以测距头作为原点O的三维坐标系O
‑
XYZ；在步骤S2中，S2.1，在设定的角度范围内，保证测量点P
i
(0＜i；i∈N；N≥3)；在被测物体(10)的内表面围成的空间中，测距仪(7)的测量头转动角度值α和β，并调用测距仪(7)的测距函数，测出测量头到对应内平面上对应测量点P1的OP1距离值D1，然后，转化测量点P1三维坐标系O
‑
XYZ为P1(x1，y1，z1)；设定P
’
是测量点P1在三维坐标系O
‑
XYZ中的XOY平面的投影，测量点P1的三维坐标系O
‑
XYZ的求解如下：x1＝D1×
sinα
×
cosβ
ꢀꢀꢀꢀ
式(1)；y1＝D1×
sinα
×
sinβ
ꢀꢀꢀꢀ
式(2)；z1＝D1×
cosα
ꢀꢀꢀꢀ
式(3)；S2.2，重复步骤S2.1步骤，在该XOY平面上再取出测量点P
k
，P
j
，并求解出其三维坐标系O
‑
XYZ的坐标P
k
(x
k
，y
k
，z
k
)和P3(x
j
，y
j
，z
j
)；k≠j≠1；将测量点P1，P2和P3带入一般平面方程式：Ax+By+Cz+D＝0
ꢀꢀꢀꢀ
式(4)；A、B、C是系数，D是常数项；Ax+By+Cz+D＝0表示与法向量n＝(A，B，C)垂直的平面；即得出P1，P
k
和P
j
所在XOY平面的直角坐标方程，确定对应的厢体的内表面位置；S2.3，重复步骤S2.2，分别求出厢体的所需被测内表面所对应的直角坐标方程，从而确定了所需被测内表面的位置。4.根据权利要求3所述的容积测量方法，其特征在于：S3，求解三维数据；在直角坐标系中，依照点面距离式(5)，求出测量头到Ax+By+Cz+D＝O平面的垂直距离；
当被测物体(10)为一端开口的立方体车厢时；将测量头的坐标分别带入厢体的五个内表面的直角坐标方程，分别求出0点分别到左侧面的距离dis1，顶部的距离dis2，正面的距离dis3，底部的距离dis4，后面的距离dis5，此时厢体的长宽高分别为：长：long＝dis1ꢀꢀꢀꢀ
式(6)；宽：wide＝dis3+dis5ꢀꢀꢀꢀ
式(7)；高：high＝dis2+dis4ꢀꢀꢀꢀ
式(8)；求解厢体容积。5.根据权利要求3所述的容积测量方法，其特征在于：借助...

【专利技术属性】
技术研发人员：张维忠，张弛，袁翠梅，张宏峰，
申请(专利权)人：青岛点之云智能科技有限公司，
类型：发明
国别省市：