CN104655017B - 一种集装箱叠放对齐的测量系统和方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种集装箱叠放对齐的测量系统和方法。本发明采用的技术方案是：在吊具上安装两套或多套线激光视觉系统，系统工作时，处理器实时获取两套像机的图像，提取每套图像中投射到下层已放置集装箱上顶面上的激光线，根据激光线的长度对比计算集装箱准确叠放应调整的前后左右位置和旋转角，实现上下层集装箱的叠放对齐。

Description

一种集装箱叠放对齐的测量系统和方法

技术领域

本发明涉及视觉测量、机械自动化领域，特别是利用吊具上的视觉测量系统实现集装箱放置中与下层集装箱的叠放对齐。

背景技术

在集装箱码头或货场，集装箱常被叠放在一起存放，有时叠放层数可达九层。集装箱吊车在叠放集装箱时，需要将上层集装箱与下层集装箱对齐，否则可能导致集装箱堆倒塌。由于叠放高度较高，吊车驾驶员距离集装箱较远或视角不佳，操作难度较大，对驾驶员的技能要求较高，大大影响集装箱装卸作业效率。为提高集装箱叠放吊装作业的自动化水平，需要自动测量集装箱叠放中与下层集装箱的相对关系，从而控制吊装机械运动实现对齐放置。

中国专利CN 102431895B公布了一种集装箱对准系统及对准方法，采用激光雷达、摄像机实现集装箱叠放中方向、前后左右对齐，以提高堆垛对齐质量和效率。该方法需要识别集装箱上的特征点和边缘，这在环境光线条件不佳及有大量集装箱叠放的场地存在很大困难。

发明内容

本发明提出了一种基于视觉测量的集装箱叠放对齐系统，通过安装在吊具上的两套或多套线激光视觉系统实现集装箱叠放中的测量，

所述线激光视觉系统包括处理器、线激光器5和摄像机4，摄像机1个，线激光器为多个，能够投射若干条平行的激光线；线激光视觉系统固定安装在吊具上，线激光器出射口和摄像机镜头均垂直向下，线激光视觉系统位于集装箱某个角的两条相邻边上方，线激光视觉系统稍向吊具外突出。

该系统仅需识别提取视觉图像中激光线，对环境光不敏感，可适用白天和晚上工作场合，且工作时系统位于集装箱一个角的相邻两边，可排除其他角附近密集叠放的集装箱的干扰，也避免使用中触碰系统的可能。

本发明提出了一种集装箱叠放对齐测量方法，在吊具2上安装两套或多套线激光视觉系统1，工作时，线激光视觉系统的处理器实时获取摄像机的图像，提取每套图像中投射到下层已放置集装箱3上顶面上的激光线，根据激光线的长度对比计算集装箱准确叠放应调整的前后左右位置和旋转角。

（1）线激光视觉系统的设计

所述线激光视觉系统由处理器、线激光器5和摄像机4组成，线激光器5能够投射若干条平行的激光线。如图1所示，两套线激光视觉系统固定安装在吊具上，线激光器出射口和摄像机镜头均垂直向下，安装时，要让吊具抓起集装箱时线激光视觉系统位于集装箱某个角的两条相邻边上方，线激光视觉系统稍向吊具外突出，线激光器投射的激光线与集装箱边缘垂直，激光线与被抓起集装箱的下边缘有交点，且能投射到已放置好的集装箱上表面，摄像机能够拍摄到被抓起集装箱的下边缘和下面已放置好的集装箱，如图2所示。当有集装箱密集叠放时，系统优选安装在最外角的两侧，叠放中不会触碰到突出安装的系统，如图3所示。

（2）集装箱叠放对齐测量

吊具抓起集装箱，移动到已放置集装箱的上方附近，准备叠放时，处理器实时获取摄像机图像，识别图像中的平行激光线，根据激光线的拐点和端点提取激光线投射到下层已放置好的集装箱上表面的部分（如图4所示）。

当集装箱角度对齐时，每套系统投射到下层集装箱上表面部分的两条平行激光线长度相等；如图5所示，当两条平行激光线长度不等时，需要调整吊具角度，使激光线长度相等，实现叠放角度对齐。

当集装箱前后左右对齐时，激光线刚刚投射不到下层集装箱上表面上，因此当两套线激光视觉系统拍摄到的投射到下层集装箱上表面部分的激光线长度不为零时（如图6所示），吊具需要前后左右调整，使激光线长度为零，实现集装箱前后左右对齐。

本发明可以达到以下的技术效果：

1）本发明通过识别提取投射到下层集装箱上表面上的平行线激光，测量叠放对齐中的角度和前后左右调整位置，通过控制实现集装箱对齐叠放。

2）本发明方法仅需识别提取视觉图像中激光线，对环境光不敏感，可适用白天和晚上工作场合。

3）本发明系统安装于集装箱一个角的相邻两边，可排除其他角附近密集叠放的集装箱的干扰，也避免使用中触碰系统的可能。

附图说明

图1线激光视觉系统设计安装示意图；

图2线激光器投射激光线和摄像机拍摄范围示意图；

图3集装箱密集叠放系统使用示意图；

图4平行激光线成像示意图；

图5集装箱角度对齐测量示意图；

图6集装箱前后左右位置对齐示意图。

具体实施方式

如图1所示，本发明的集装箱叠放对齐测量系统由两套或多套线激光视觉系统组成（此处及以下以两套为例），每套线激光视觉系统包含若干个线激光器和一个摄像机（此处及以下以两个线激光器为例），线激光器投射的激光线平行。线激光视觉系统固定安装在吊具的两条相邻边上，稍向吊具外突出，线激光器出射口和像机镜头均垂直向下，线激光器投射的激光线与抓起集装箱的边缘垂直，且能投射到已放置好的集装箱上表面上，摄像机视场能够覆盖激光线投射到的位置。

摄像机可配置与激光波段匹配的滤光片以便于图像中激光线的提取。

工作步骤如下：

步骤一：首先由吊车驾驶员或自动控制系统控制吊具抓取集装箱移动到已放置好的集装箱上方附近，然后开启线激光视觉系统进行自动测量，由控制系统进行吊具控制。

步骤二：线激光视觉系统中的摄像机连续成像，处理器实时接收摄像机图像，自动提取图像中的激光线；

步骤三：处理器根据激光线拐点和端点识别投射到下层集装箱上表面的激光线部分，有如下四种情况：

①所有线激光视觉系统都有激光线在下层集装箱上表面上；

②仅有左右侧的线激光视觉系统有激光线在下层集装箱上表面上；

③仅有前后侧的线激光视觉系统有激光线在下层集装箱上表面上；

④所有线激光视觉系统都没有激光线在下层集装箱上表面上。

步骤四：进行叠放角度对齐。

对于步骤三中的情况①、②和③，直接选取下层集装箱上表面的平行激光线进行处理，对于步骤三中的情况④，首先控制吊具左右或前后移动，至少有一侧的系统有激光线投射到下层集装箱上表面上。

对比两条平行激光线的长短，若两条激光线一样长，则叠放角度已经对齐；若两条激光线不一样长，则需调整吊具角度，使两条激光线一样长。假设两条激光线的间距为，一条激光线长，另一条激光线长，则调整角度为

(1)

步骤五：进行叠放位置对齐。

首先前后移动吊具，使前后侧系统投射到下层集装箱上表面上的激光线长度为零，即刚刚没有激光线投射到下层集装箱上表面上，实现前后位置对齐；然后左右移动吊具，使左右侧系统投射到下层集装箱上表面上的激光线长度为零，实现左右位置对齐。

步骤六：控制对齐好的集装箱轻轻落下，叠放在下层集装箱上。

Claims (2)

1.一种集装箱叠放对齐测量方法，在吊具上安装两套或多套线激光视觉系统，其特征在于，线激光视觉系统的处理器实时获取摄像机的图像，提取每套图像中投射到下层已放置集装箱上顶面上的激光线，根据激光线的长度对比计算集装箱准确叠放应调整的前后左右位置和旋转角，步骤如下：

步骤一：首先由吊车驾驶员或自动控制系统控制吊具抓取集装箱移动到已放置好的集装箱上方附近，然后开启线激光视觉系统进行自动测量，由控制系统进行吊具控制；

步骤二：线激光视觉系统中的摄像机连续成像，处理器实时接收摄像机图像，自动提取图像中的激光线；

步骤三：处理器根据激光线拐点和端点识别投射到下层集装箱上表面的激光线部分，有如下四种情况：

①所有线激光视觉系统都有激光线在下层集装箱上表面上；

②仅有左右侧的线激光视觉系统有激光线在下层集装箱上表面上；

③仅有前后侧的线激光视觉系统有激光线在下层集装箱上表面上；

④所有线激光视觉系统都没有激光线在下层集装箱上表面上；

步骤四：进行叠放角度对齐

对于步骤三中的情况①、②和③，直接选取下层集装箱上表面的平行激光线进行处理，对于步骤三中的情况④，首先控制吊具左右或前后移动，至少有一侧的线激光视觉系统有激光线投射到下层集装箱上表面上；

对比两条平行激光线的长短，若两条激光线一样长，则叠放角度已经对齐；若两条激光线不一样长，则需调整吊具角度，使两条激光线一样长，假设两条激光线的间距为H，一条激光线长L₁，另一条激光线长L₂，则调整角度为

$\mathrm{\θ}={\tan }^{-1}\left(\frac{L_2-L_1}{H}\right)---\left(1\right)$

步骤五：进行叠放位置对齐

首先前后移动吊具，使前后侧线激光视觉系统投射到下层集装箱上表面上的激光线长度为零，即刚刚没有激光线投射到下层集装箱上表面上，实现前后位置对齐；然后左右移动吊具，使左右侧线激光视觉系统投射到下层集装箱上表面上的激光线长度为零，实现左右位置对齐；

步骤六：控制对齐好的集装箱轻轻落下，叠放在下层集装箱上。

2.一种集装箱叠放对齐测量系统，包括两套或多套线激光视觉系统，所述两套或多套线激光视觉系统(1)安装在吊具(2)上，

所述线激光视觉系统包括处理器、线激光器(5)和摄像机(4)，摄像机1个，

其特征是：

所述线激光器为多个，能够投射若干条平行的激光线；

所述线激光器出射口和摄像机镜头均垂直向下；

所述线激光视觉系统位于集装箱(3)某个角的两条相邻边上方，线激光视觉系统向吊具外突出。