[发明专利]用于评估容器内存储的内容量的方法和系统

说明书

本发明的方法包括：在容器(10)的顶部附接3D传感器(20)，所述3D传感器布置在位置(P)处且具有定向(O)，使得其视场(FOV)能够朝向所述内容物(11)；通过3D传感器(20)获取深度图(DM)；并且通过计算单元，通过处理所述获取的深度图(DM)并利用所述给定的位置(P)、定向(O)和视场(FOV)计算3D表面模型，以及通过从计算出的3D表面模型中移除对应于容器(10)内壁的点，利用3D函数搜索3D表面模型和容器形状(S)之间的交点或匹配，然后填充与3D传感器(20)的视场(FOV)之外的内容物(11)相对应的缺失点来计算3D水平模型。

技术领域

一般而言，本发明涉及测量方法和测量系统，尤其是涉及一种用于通过非接触测量的方式来评估存储在容器(例如农场筒仓、料仓或储罐)内的任意内容物(优选散装固体)的量的方法和系统。

背景技术

在许多工业环境中，散装固体产品在筒仓、料仓或储罐中存储和/或加工。例如包括谷物和复合饲料筒仓，以及用于批量处理食品、药品、沙子或矿物的储罐。在这些行业中，人们必须能够随时可靠地确定容器内存储的内容物的量，以提供充足的供应并监控内容物的输入/输出流。虽然这可以通过视觉观察来确定，然而在许多情况下，容器妨碍任何种类的对内容物的当前水平高度的视觉确定。例如，许多筒仓是由钢铁和/或混凝土或其他不透明材料制成的，因此，对这种容器的内容物的水平高度的任何视觉检查将会涉及人为地打开孔，这可能会对操作人员造成危害，并且增加内容物污染的可能性。此外，对于内容物的水平高度的视觉检查还存在缺乏精确度、耗时且妨碍整个过程的自动化的问题。为避免这些问题，具有一些用于测量容器中的内容物的量常用的不同类型的设备和方法。

其中一种方法是使用安装在容器支撑结构中的测压元件或变形测量器，将测量所得的质量减去空容器的已知质量来确定内容物的质量。尽管这种方法十分精确，但由于所用的传感器的高成本、筒仓中支撑结构的要求、安装的难度以及需要清空容器来校准系统等问题使其在许多情况下都不适用。

上述方法的替代方案是使用安装在容器顶部的水平感测仪，将已知的容器高度减去传感器与内容物表面的一个点之间的测量距离来确定内容物的水平高度。水平测量可以通过接触装置(电缆、导波雷达等)或非接触装置(超声波、雷达、激光等)来完成。与测压元件相比，这些系统的优点是成本更低，并且更易于安装与校准。但主要问题是当水平感测仪在装有散装固体的容器中使用时，由于这类内容物的表面不平整，测量误差会高达容器总容量的15-20％。

当水平传感器用于装有散装固体的容器中时，为了减轻其精确度的缺乏，有几种已知的方法。其中一种是在同一容器中安装多个水平传感器，并将水平高度计算为在不同点测量所得的水平高度的平均值。还公开了通过可操作的万向节机构或任何其他替代方案，能够使用单个非接触式水平传感器测量多个点的可能性，并且能够如前面的情况继续计算在不同点测量所得的水平高度的平均值。尽管这些方法提供了更好的精确度，但它们远远比不上测压元件提供的精确度，并且无法测量存储在容器内的内容物的确切数量或无法检测内容物分布的微小变化。此外，这些系统的安装和校准过程比单级系统的难度更大，因为在某种程度上，多点传感器或传感器组必须精确地定向，使得所得的测量值代表遍及所有水平高度范围的良好样本。系统还必须以某种方式进行校准，这校准方式能够丢弃与容器内壁相对应的点，这在观察区域宽且容器不规则时是一个重要的问题。

已知的方法还有，使用已知类型和尺寸的容器以及传感器获得的水平高度的测量值来计算容器的内容物的体积。另外，可以使用计算所得的体积和给定的内容物的密度来获得内容物的质量。尽管这些方法有效果，但它们取决于测量水平的精确度、容器尺寸的给定参数以及密度的均匀性。

已知在测量容器的内容物的量的领域存在有一些专利文件或专利申请文件。

美国专利US-B2-7515095公开了一种用于水平感测仪的天线，包括从水平感测仪延伸并可安装和定位在储存容器内部的环境密封室，该环境密封室包括透气孔，用于均衡所述室的内部和外部环境之间的压力和湿度。根据该专利，感测仪是雷达感测仪，其通过基于微波技术的底座和天线系统安装到存储容器的外壁。