基于激光扫描雷达的体积动态测量装置及测量方法制造方法及图纸

本发明专利技术属于体积动态测量技术领域，公开了基于激光扫描雷达的体积动态测量装置及测量方法。这种基于激光扫描雷达的体积动态测量装置，包括传送带，所述传送带的上方、左侧和右侧对应安装有第一激光扫描雷达、第二激光扫描雷达和第三激光扫描雷达，所述第一激光扫描雷达、第二激光扫描雷达和第三激光扫描雷达位于同一竖直平面内；所述第一激光扫描雷达垂直朝向传送带平面，所述第二激光扫描雷达和第三激光扫描雷达均水平朝向传送带平面；所述传送带的驱动电机的转轴上固定安装有增量式旋转编码器；所述第一激光扫描雷达、第二激光扫描雷达和第三激光扫描雷达均通过交换机电连接工控机，所述增量式旋转编码器通过数据采集卡电连接所述工控机。

【技术实现步骤摘要】
基于激光扫描雷达的体积动态测量装置及测量方法
本专利技术属于体积动态测量
，特别涉及基于激光扫描雷达的体积动态测量装置及测量方法。
技术介绍
在很多科学研究和工业生产中，常常需要获知相关物体的体积参数。但是当被测物体具有时变性、毒性、易爆性等特性时，为了安全起见，不方便人工直接进行测量。例如，在煤块的分选和分类过程中，需要动态的测量煤块的体积大小，从而能够自动的根据其体积对其进行分类或者结合质量计算其密度。目前根据体积对煤块进行分选的方法主要是振动筛选法，即根据煤块振动时的不同运动方向，筛选出体积相近的煤块。但是这种筛选方法只能粗略的对煤块进行分类，无法精确的获取煤块的体积大小，从而用于计算煤块的密度。另外，这种筛选方法也会使煤块造成破坏，大体积的煤块在振动下容易分裂成小体积的煤块。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提出基于激光扫描雷达的体积动态测量装置及测量方法。该体积动态测量装置投资费用少，测量速度快，便于实现自动控制，无需人工操作，能够方便的对被测物的体积进行动态测量。为实现上述技术目的，本专利技术采用如下技术方案予以实现。技术方案一：基于激光扫描雷达的体积动态测量装置，包括传送带，所述传送带的上方、左侧和右侧对应安装有第一激光扫描雷达、第二激光扫描雷达和第三激光扫描雷达，所述第一激光扫描雷达、第二激光扫描雷达和第三激光扫描雷达位于同一竖直平面内；所述第一激光扫描雷达垂直朝向传送带平面，所述第二激光扫描雷达和第三激光扫描雷达均水平朝向传送带平面；所述传送带的驱动电机的转轴上固定安装有增量式旋转编码器；所述第一激光扫描雷达、第二激光扫描雷达和第三激光扫描雷达均通过交换机电连接工控机，所述增量式旋转编码器通过数据采集卡电连接所述工控机。本技术方案的特点和进一步改进在于：所述第一激光扫描雷达、第二激光扫描雷达和第三激光扫描雷达的型号均为UXM-30LX-EW；所述增量式旋转编码器采用E6A2-CW3C增量式旋转编码器。所述第一激光扫描雷达、第二激光扫描雷达和第三激光扫描雷达具有相同的采样频率。技术方案二：基于激光扫描雷达的体积动态测量方法，基于上述基于激光扫描雷达的体积动态测量装置，包括以下步骤：激光扫描雷达标定：制作一个八面体形状的标定物，所述八面体具有两个底面和六个侧面，所述两个底面分别为两个正六边形，所述两个正六边形具有相同的边长，所述六个侧面均为矩形；将所述标定物放置在传送带上，所述标定物的六个侧面均与所述传送带的运动方向平行；使用传送带传送所述标定物，第一激光扫描雷达、第二激光扫描雷达和第三激光扫描雷达对应采集标定物截面的三组点云数据，将其中两组点云数据的坐标转换至另一组点云数据所在的坐标系，确定所述两组点云数据对应的坐标转换的参数；采集传送带运转速度和被测物截面轮廓的点云数据：使用传送带传送被测物，利用增量式旋转编码器和工控机测量传送带的实时运转速度；第一激光扫描雷达按时间顺序依次采集第1被测物截面至第M被测物截面的上轮廓线的点云数据，M为大于1的自然数；第i被测物截面为：第一激光扫描雷达对被测物进行第i次采样所对应的被测物截面，i取1至M，第i被测物截面为竖直截面，并与传送带运动方向垂直；第二激光扫描雷达按时间顺序依次采集第1被测物截面至第M被测物截面的左轮廓线的点云数据，第三激光扫描雷达按时间顺序依次采集第1被测物截面至第M被测物截面的右轮廓线的点云数据；将采集到的点云数据通过交换机输入至工控机；坐标转换：工控机按照所述两组点云数据对应的坐标转换的参数，对第一激光扫描雷达、第二激光扫描雷达和第三激光扫描雷达同一时间采集的点云数据进行对应的坐标转换，工控机根据坐标转换的结果构造出对应的被测物截面图像；被测物截面面积计算：根据所述被测物截面图像计算出对应的被测物截面面积；被测物采样距离计算：根据第一激光扫描雷达的采样频率，计算出第一激光扫描雷达的采样时间，所述第一激光扫描雷达的采样时间为第一激光扫描雷达采集相邻两个被测物截面的点云数据之间的时间间隔；将采集被测物截面轮廓的点云数据时传送带的实时运转速度与第一激光扫描雷达的采样时间相乘，得到每两个相邻被测物截面之间的采样距离；被测物截体体积计算：所述被测物截体体积指位于两个相邻的被测物截面之间的被测物的体积；根据每个被测物截面面积以及对应的两个相邻被测物截面之间的采样距离，采用棱台计算方法得出对应的被测物截体体积；被测物体积计算：所有被测物截体体积累加即为被测物体积。本技术方案的特点和进一步改进在于：在采集传送带运转速度和被测物截面轮廓的点云数据时，增量式旋转编码器将单位时间内记录的脉冲数据通过数据采集卡发送至工控机，工控机根据所述脉冲数据计算出传送带的实时运转速度。在进行激光扫描雷达标定时，将第二激光扫描雷达采集到的标定物截面的点云数据的坐标转换至第一激光扫描雷达的坐标系，得出对应的坐标转换的参数；将第三激光扫描雷达采集到的标定物截面的点云数据的坐标转换至第一激光扫描雷达的坐标系，得出对应的坐标转换的参数；第一激光扫描雷达的坐标系为第一激光扫描雷达采集到的标定物截面的点云数据所在的坐标系。本专利技术的有益效果为：该体积动态测量装置投资费用少，测量速度快，便于实现自动控制，无需人工操作，能够方便的对被测物体积进行动态测量。附图说明图1为本专利技术的基于激光扫描雷达的煤块体积动态测量装置的机械结构示意图；图2为本专利技术的基于激光扫描雷达的煤块体积动态测量装置的电路连接示意图；图3为本专利技术的基于激光扫描雷达的煤块体积动态测量方法的流程图；图4为煤块截面的面积计算示意图。具体实施方式下面结合附图对本专利技术作进一步说明：（八面体）以煤块为例，说明基于激光扫描雷达的煤块体积动态测量装置及测量方法。参照图1，为本专利技术的基于激光扫描雷达的煤块体积动态测量装置的机械结构示意图。该基于激光扫描雷达的煤块体积动态测量装置，包括用于传送煤块的传送带1，在传送带1的上方、左侧和右侧对应安装有第一激光扫描雷达2、第二激光扫描雷达3和第三激光扫描雷达4，第一激光扫描雷达2的激光头垂直向下，第二激光扫描雷达3和第三激光扫描雷达4的激光头均水平朝向传送带平面。三个激光扫描雷达（第一激光扫描雷达2、第二激光扫描雷达3和第三激光扫描雷达4）位于同一竖直平面内，分别固定在三个支架上；三个激光扫描雷达分别用于采集煤块截面的上轮廓线、左轮廓线和右轮廓线的点云数据。传送带1的驱动电机的转轴上固定安装有增量式旋转编码器5，增量式旋转编码器5用于测量传送带1的实时运转速度。参照图2，为本专利技术的基于激光扫描雷达的煤块体积动态测量装置的电路连接示意图；第一激光扫描雷达2、第二激光扫描雷达3和第三激光扫描雷达4均通过交换机电连接工控机，增量式旋转编码器5通过数据采集卡电连接工控机。具体地说，工控机通过自身的网络接口连接交换机，并通过自身的串口连接数据采集卡。工控机设置在传送带的一侧（左侧或右侧）。本专利技术实施例中，第一激光扫描雷达2、第二激光扫描雷达3和第三激光扫描雷达4的型号均采用HOKUYO公司的UXM-30LX-EW激光测距仪。这种激光测距仪具有190°的测量范围、20Hz的采样频率、0.1～30m的测量距离。高性能的工控机接收增量式旋转编码器5发送的脉冲数据后，根据该脉冲数据计算得到传送带当前的本文档来自技高网...

【技术保护点】
基于激光扫描雷达的体积动态测量装置，包括传送带（1），其特征在于，所述传送带（1）的上方、左侧和右侧对应安装有第一激光扫描雷达（2）、第二激光扫描雷达（3）和第三激光扫描雷达（4），所述第一激光扫描雷达（2）、第二激光扫描雷达（3）和第三激光扫描雷达（4）位于同一竖直平面内；所述第一激光扫描雷达（2）垂直朝向传送带平面，所述第二激光扫描雷达（3）和第三激光扫描雷达（4）均水平朝向传送带平面；所述传送带（1）的驱动电机的转轴上固定安装有增量式旋转编码器（5）；所述第一激光扫描雷达（2）、第二激光扫描雷达（3）和第三激光扫描雷达（4）均通过交换机电连接工控机，所述增量式旋转编码器（5）通过数据采集卡电连接所述工控机。

【技术特征摘要】
1.基于激光扫描雷达的体积动态测量方法，使用基于激光扫描雷达的体积动态测量装置，所述基于激光扫描雷达的体积动态测量装置包括：传送带(1)，所述传送带(1)的上方、左侧和右侧对应安装有第一激光扫描雷达(2)、第二激光扫描雷达(3)和第三激光扫描雷达(4)，所述第一激光扫描雷达(2)、第二激光扫描雷达(3)和第三激光扫描雷达(4)位于同一竖直平面内；所述第一激光扫描雷达(2)垂直朝向传送带平面，所述第二激光扫描雷达(3)和第三激光扫描雷达(4)均水平朝向传送带平面；所述传送带(1)的驱动电机的转轴上固定安装有增量式旋转编码器(5)；所述第一激光扫描雷达(2)、第二激光扫描雷达(3)和第三激光扫描雷达(4)均通过交换机电连接工控机，所述增量式旋转编码器(5)通过数据采集卡电连接所述工控机；其特征在于，所述基于激光扫描雷达的体积动态测量方法包括以下步骤：激光扫描雷达标定：制作一个八面体形状的标定物，所述八面体具有两个底面和六个侧面，所述两个底面分别为两个正六边形，所述两个正六边形具有相同的边长，所述六个侧面均为矩形；将所述标定物放置在传送带上，所述标定物的六个侧面均与所述传送带的运动方向平行；使用传送带传送所述标定物，第一激光扫描雷达、第二激光扫描雷达和第三激光扫描雷达对应采集标定物截面的三组点云数据，将其中两组点云数据的坐标转换至另一组点云数据所在的坐标系，确定所述两组点云数据对应的坐标转换的参数；采集传送带运转速度和被测物截面轮廓的点云数据：使用传送带传送被测物，利用增量式旋转编码器和工控机测量传送带的实时运转速度；第一激光扫描雷达按时间顺序依次采集第1被测物截面至第M被测物截面的上轮廓线的点云数据，M为大于1的自然数；第i被测物截面为：第一激光扫描雷达对被测物进行第i次采样所对应的被测物截面，i取1至M，第i被测物截面为竖直截面，并与传送带运动方向垂直；第二激光扫描雷达按时间顺序依次采集第1被测物截面至第...

【专利技术属性】
技术研发人员：王亮，曾庆良，高洁，姚辉博，王明燕，马静敏，张鑫，任来红，
申请(专利权)人：山东科技大学，
类型：发明
国别省市：