[發明專利]基于激光掃描雷達的體積動態測量裝置及測量方法

有效

• 申請號: 201310285510.3
• 申請日: 2013-07-09
• 公開（公告）號: CN103411531A
• 公開（公告）日: 2013-11-27
• 發明（設計）人: 王亮;曾慶良;高潔;姚輝博;王明燕;馬靜敏;張鑫;任來紅
• 申請（專利權）人: 山東科技大學
• 主分類號: G01B11/00
• 分類號: G01B11/00
• 代理公司: 西安睿通知識產權代理事務所(特殊普通合伙) 61218
• 代理人: 惠文軒

1.基于激光掃描雷達的體積動態測量裝置，包括傳送帶（1），其特征在于，所述傳送帶（1）的上方、左側和右側對應安裝有第一激光掃描雷達（2）、第二激光掃描雷達（3）和第三激光掃描雷達（4），所述第一激光掃描雷達（2）、第二激光掃描雷達（3）和第三激光掃描雷達（4）位于同一豎直平面內；所述第一激光掃描雷達（2）垂直朝向傳送帶平面，所述第二激光掃描雷達（3）和第三激光掃描雷達（4）均水平朝向傳送帶平面；所述傳送帶（1）的驅動電機的轉軸上固定安裝有增量式旋轉編碼器（5）；

所述第一激光掃描雷達（2）、第二激光掃描雷達（3）和第三激光掃描雷達（4）均通過交換機電連接工控機，所述增量式旋轉編碼器（5）通過數據采集卡電連接所述工控機。

2.如權利要求1所述的基于激光掃描雷達的體積動態測量裝置，其特征在于，所述第一激光掃描雷達（2）、第二激光掃描雷達（3）和第三激光掃描雷達（4）的型號均為UXM-30LX-EW；所述增量式旋轉編碼器（5）采用E6A2-CW3C增量式旋轉編碼器。

3.如權利要求1所述的基于激光掃描雷達的體積動態測量裝置，其特征在于，所述第一激光掃描雷達（2）、第二激光掃描雷達（3）和第三激光掃描雷達（4）具有相同的采樣頻率。

4.基于激光掃描雷達的體積動態測量方法，基于權利要求1所述的基于激光掃描雷達的體積動態測量裝置，其特征在于，包括以下步驟：

激光掃描雷達標定：制作一個八面體形狀的標定物，所述八面體具有兩個底面和六個側面，所述兩個底面分別為兩個正六邊形，所述兩個正六邊形具有相同的邊長，所述六個側面均為矩形；將所述標定物放置在傳送帶上，所述標定物的六個側面均與所述傳送帶的運動方向平行；使用傳送帶傳送所述標定物，第一激光掃描雷達、第二激光掃描雷達和第三激光掃描雷達對應采集標定物截面的三組點云數據，將其中兩組點云數據的坐標轉換至另一組點云數據所在的坐標系，確定所述兩組點云數據對應的坐標轉換的參數；

采集傳送帶運轉速度和被測物截面輪廓的點云數據：使用傳送帶傳送被測物，利用增量式旋轉編碼器和工控機測量傳送帶的實時運轉速度；第一激光掃描雷達按時間順序依次采集第1被測物截面至第M被測物截面的上輪廓線的點云數據，M為大于1的自然數；第i被測物截面為：第一激光掃描雷達對被測物進行第i次采樣所對應的被測物截面，i取1至M，第i被測物截面為豎直截面，并與傳送帶運動方向垂直；第二激光掃描雷達按時間順序依次采集第1被測物截面至第M被測物截面的左輪廓線的點云數據，第三激光掃描雷達按時間順序依次采集第1被測物截面至第M被測物截面的右輪廓線的點云數據；將采集到的點云數據通過交換機輸入至工控機；

坐標轉換：工控機按照所述兩組點云數據對應的坐標轉換的參數，對第一激光掃描雷達、第二激光掃描雷達和第三激光掃描雷達同一時間采集的點云數據進行對應的坐標轉換，工控機根據坐標轉換的結果構造出對應的被測物截面圖像；

被測物截面面積計算：根據所述被測物截面圖像計算出對應的被測物截面面積；

被測物采樣距離計算：根據第一激光掃描雷達的采樣頻率，計算出第一激光掃描雷達的采樣時間，所述第一激光掃描雷達的采樣時間為第一激光掃描雷達采集相鄰兩個被測物截面的點云數據之間的時間間隔；將采集被測物截面輪廓的點云數據時傳送帶的實時運轉速度與第一激光掃描雷達的采樣時間相乘，得到每兩個相鄰被測物截面之間的采樣距離；

被測物截體體積計算：所述被測物截體體積指位于兩個相鄰的被測物截面之間的被測物的體積；根據每個被測物截面面積以及對應的兩個相鄰被測物截面之間的采樣距離，采用棱臺計算方法得出對應的被測物截體體積；

被測物體積計算：所有被測物截體體積累加即為被測物體積。

5.如權利要求4所述的基于激光掃描雷達的體積動態測量方法，其特征在于，在采集傳送帶運轉速度和被測物截面輪廓的點云數據時，增量式旋轉編碼器將單位時間內記錄的脈沖數據通過數據采集卡發送至工控機，工控機根據所述脈沖數據計算出傳送帶的實時運轉速度。

6.如權利要求4所述的基于激光掃描雷達的體積動態測量方法，其特征在于，在進行激光掃描雷達標定時，將第二激光掃描雷達采集到的標定物截面的點云數據的坐標轉換至第一激光掃描雷達的坐標系，得出對應的坐標轉換的參數；將第三激光掃描雷達采集到的標定物截面的點云數據的坐標轉換至第一激光掃描雷達的坐標系，得出對應的坐標轉換的參數；第一激光掃描雷達的坐標系為第一激光掃描雷達采集到的標定物截面的點云數據所在的坐標系。