[发明专利]大型堆积物料体积绕行测量装置和方法

说明书

技术领域

    本发明涉及一种大型堆积物料体积绕行测量装置和方法。具体设计一种车载式测量装置，同步采集小车的运行轨迹坐标、小车姿态和车载测量装置扫描的料堆轮廓信息，采用坐标转换的方式，在同一坐标系下建立料堆轮廓点云，进一步重建料堆轮廓，然后通过数据处理可以求出料堆的体积和质量信息。

背景技术

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。本发明提出一种360度范围内同步测量和重建的大型堆积物料体积测量方法和装置，通过车载式激光扫描信息和小车坐标同步采集，通过坐标变换获取料堆的外形轮廓信息，根据采集的轮廓信息利用积分重构方式重建堆积物料的形貌和体积，从而实现对大型堆积物料体积的测量。

发明内容

本发明的目的在于针对已有技术存在的缺陷，提供一种大型堆积物料体积绕行测量装置和方法，实现对大型堆积物体积的测量。

为达到上述目的，本发明的构思是：

为了实现对大型堆积物料体积测量，本发明采用激光扫描器、加速度传感器及陀螺仪等传感器来测量大型料堆的轮廓点云信息和小车姿态及位置信息。为了获取有用的料堆轮廓信息，本发明将激光扫描器装在小车上，在小车围绕料堆运动一周过程中，激光扫描器不断的扫描料堆的轮廓信息，小车位置和姿态信息和扫描的轮廓信息同步返回。各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，其中小车位置和姿态信息可用来建立相对坐标系，每个扫描点的空间信息经过坐标变换后在同一空间参考系下形成料堆的轮廓信息点云，再用特定的算法模拟出料堆的外形三维信息，使用积分重构的方法可以计算出料堆的体积。

为了实现上述发明构思，本发明采用下述技术方案：

一种自动快速扫描方式的大型料堆体积测装置。它包括激光扫描器、惯性测量单元、运载小车、车轮编码器、PC机等。本发明的特点在于，将激光扫描仪安放在运载小车上，随小车围绕料堆一周的运动而扫描采集料堆轮廓信息，与此同时小车上携带的惯性测量单元也同步采集小车运行位移信息。由于要生成的料堆轮廓点云信息经过坐标变换，所以为了保证测量结果的准确性，需要将返回小车位移信息的惯性测量单元稳定的固定在小车上，保证运载小车姿态与传感器姿态相同。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PC机的控制界面下操作完成，例如启动激光扫描器进行工作、启动运载小车、标定激光扫描器的位置、规划小车运动轨迹、采集和储存数据等。

本发明利用无线技术使运载小车和控制PC进行通信，这样能够便利的进行测量工作，同时也能够很好完成控制信息和测量数据的传递。由于测量系统的运载小车的活动性，本发明尤其适合测量堆场不固定的料堆的测量，避免了安装固定测量装置的浪费。由于本发明中实时返回小车姿态和位置信息，能够实时建立变换坐标系，根据这一测量原理，我们可以知道小车能够很好的适应室外的料堆堆场地面。

如上所述，本发明中激光扫描器可以测量料堆相对小车坐标的轮廓点信息，而运载小车上的惯性测量单元和车轮编码器等传感器可返回小车的姿态和位移信息。根据最初确定原点位置和以上测量数据，建立坐标系，经坐标变换后，得出在同一坐标系下的料堆点云数据。根据点云数据模拟料堆轮廓，用积分重构的方式可以重建料堆外形并算出料堆的体积和质量。