CN110307795B

CN110307795B - 一种起重机吊钩开口度的自动检测方法

Info

Publication number: CN110307795B
Application number: CN201910564065.1A
Authority: CN
Inventors: 张永举; 郭玲; 屈艺; 张伟; 郭健; 王初辉
Original assignee: Nanjing University of Science and Technology; Special Equipment Safety Supervision Inspection Institute of Jiangsu Province
Current assignee: Nanjing University of Science and Technology; Special Equipment Safety Supervision Inspection Institute of Jiangsu Province
Priority date: 2019-06-25
Filing date: 2019-06-25
Publication date: 2021-03-26
Anticipated expiration: 2039-06-25
Also published as: CN110307795A

Abstract

本发明公开了一种起重机吊钩开口度的自动检测方法，包括：通过去噪处理，去除吊钩以外的点云数据；通过遍历点云，搜索获得吊钩钩尖顶点；对位于钩尖顶点以上的数据，基于初始平面假设、对称点集计算与特征值分解技术，计算对称平面；钩尖顶点以上的数据向对称平面投影，计算出开口度计算的基准点；基准点与钩尖顶点的距离即为开口度。本发明能够消除人工测量中因主观性较大而带来的误差，且不依赖于吊钩顶部特定形状，因而具有精度高、无需人工参与、适用性广等优点。

Description

一种起重机吊钩开口度的自动检测方法

技术领域

本发明涉及智能检测技术领域，具体涉及一种起重机吊钩开口度的自动检测方法。

背景技术

起重机械广泛地应用于各种物料的起重、运输、装卸等作业中，是现代工业生产不可缺少的设备。吊钩作为起重机的受力零件，容易因形变等缺陷而导致严重的安全事故。

为确保安全生产，特种设备检验检测机构需依据现有的检测标准及规程，对吊钩进行定期检验工作。根据国家质量监督检验检疫总局发布的《起重机械安全技术监察规程-桥式起重机》，当开口度较原尺寸增大15％，吊钩应予以报废。但目前的检测工作，只能依靠目测或卡钳、游标卡尺等传统工具进行手工检测。其局限性在于：(1)人工操作虽灵活，但主观性较大、容易引入误差，导致测量精度较低；(2)人工测量的基准点难以准确选取，无法对吊钩开口度形变发展进行监测、分析和预警。

综上所述，目前的起重机吊钩开口度检测在检测过程的自动化程度、检测精度及实用性等方面仍存在一定的问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种起重机吊钩开口度的自动检测方法。

实现本发明目的的技术解决方案为：一种起重机吊钩开口度的自动检测方法，包括以下步骤：

步骤1、通过去噪处理，去除吊钩以外的点云数据；

步骤2、通过遍历点云，搜索获得吊钩钩尖顶点；

步骤3、对位于钩尖顶点以上的数据，基于初始平面假设、对称点集计算与特征值分解，计算对称平面；将钩尖顶点以上的数据向对称平面投影，得到开口度计算的基准点；

步骤4、基准点与钩尖顶点的距离即为吊钩开口度。

与现有技术相比，本发明的显著优点为：本发明无需人工测量，进而避免了因开口度测量基准点选取的随意性而带来的误差，自动化程度和精度均较高。

附图说明

图1为吊钩点云及坐标系示意图。

图2为吊钩数据的关键点及开口度示意图。

具体实施方式

一种基于吊钩三维点云数据进行开口度自动计算的方法，包括以下步骤：

S1、去除背景噪声：假设经三维测量设备采集的吊钩点云集合P，其中的任意点记为p(x,y,z)。遍历点云，若任意点p满足：

{p(x,y,z)∈P|||p||＞d0}，则删除该点；其余点构成的集合记为P’，d0为距离阈值。

S2、钩尖顶点计算：在点集P’中搜索x分量最小的点，即钩尖部分的最左侧边缘点，记为A(xe,ye,ze)。从点A开始做近邻搜索，将满足{p(x,y,z)|||p-A||<10}的点集中搜索z分量最大的点，即为钩尖顶点，记为B(xb,yb,zb)。

S3、基准点计算：

S31、遍历点云，将满足{p(x,y,z)|z>zb}的点集记为ptop；

S32、计算点集ptop的重心点O，过该点做法向量m＝(0,1,0)^T的平面L0；

S33、计算点集ptop相对于平面L0的对称点集ptop’；

S34、计算点集ptop’相对于点集ptop的钢体变换矩阵Rt；

S35、计算矩阵(I-2mm^T)R的特征值及对应的特征向量，特征值-1所对应的特征向量记为n；其中I为3*3的单位矩阵，R为S34步骤中计算所得的刚体变换矩阵中的旋转子矩阵；

S36、过O点、以n为法向量做平面L，点集ptop向L投影，搜索投影点中x分量、z分量均最小的点，即为开口度计算的基准点。

S4、开口度的计算

钩尖顶点与基准点之间的距离即为开口度。

本发明能够解决人工测量中因主观性较大而带来的误差，且不依赖于吊钩顶部特定形状，因而具有精度高、无需人工参与、适用性广等优点。

下面结合附图对本发明的实施方式做详细说明。

实施例

一种起重机吊钩开口度的自动检测方法，包括以下步骤：

1)吊钩经三维测量设备采集的点云及所在坐标系如图1所示，x、z轴分别为向右、向上，y轴可通过右手规则确定。根据测量环境中吊钩与背景物体的距离，合理设置阈值d0，删除位于吊钩之外的噪声数据。

2)遍历点云中的点，搜索得到钩尖部位最左侧的点A，进而搜索得到钩尖顶点B，并将钩尖以上的点记为集合ptop，如图2所示。

3)计算测量开口度的基准点：

首先，计算该集合中所有点的重心

其中N为点集包含的点数，(xi,yi,zi)为任意点坐标。过点O做法向量m＝(0,1,0)^T的初始对称平面L0，即平行于XOZ的平面；

然后，计算点集ptop中所有点相对于平面L0的对称点，得到点集ptop’；

再计算3*3的矩阵R和3*1的向量t，使其满足；

其中qi、pi分别为点集ptop’和ptop中任意点的三维坐标向量，对矩阵(I-2mm^T)R做特征值分解，得到特征值-1所对应的特征向量n，过O点、以n为法向量的平面记为L。

最后点集ptop向平面L投影，搜索投影点中x分量、z分量均最小的点，得到位于左下方的点C，即为开口度计算的基准点。

4)点C与点B的间距||C-B||即为开口度。

Claims

1.一种起重机吊钩开口度的自动检测方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1、通过去噪处理，去除吊钩以外的点云数据；具体为：假设经三维测量设备采集的吊钩点云集合P，其中的任意点记为p(x,y,z)，遍历点云，若任意点p满足：{p(x,y,z)∈P|||p||>d0}，则删除该点；其余点构成的集合记为P’；其中d0为距离阈值；

步骤2、通过遍历点云，搜索获得吊钩钩尖顶点；具体为：在点集P’中搜索x分量最小的点，即钩尖部分的最左侧边缘点，记为A(xe,ye,ze)；从点A开始做近邻搜索，将满足{p(x,y,z)|||p-A||<10}的点集中搜索z分量最大的点，即为钩尖顶点，记为B(xb,yb,zb)；

步骤3、对位于钩尖顶点以上的数据，基于初始平面假设、对称点集计算与特征值分解，计算对称平面；将钩尖顶点以上的数据向对称平面投影，得到开口度计算的基准点；基准点计算方法为：

S31、遍历点云，将满足{p(x,y,z)|z>zb}的点集记为ptop；

S32、计算点集ptop的重心点O，过该点做法向量为m＝(0,1,0)^T的平面L0；

S33、计算点集ptop相对于平面L0的对称点集ptop’；

S34、计算点集ptop’相对于点集ptop的钢体变换矩阵Rt；

S35、计算矩阵(I-2mm^T)R的特征值及对应的特征向量，特征值-1所对应的特征向量记为n；其中I为3*3的单位矩阵，R为S34中计算所得的刚体变换矩阵中的旋转子矩阵；

S36、过O点、以n为法向量做平面L，点集ptop向L投影，搜索投影点中x分量、z分量均最小的点，即为开口度计算的基准点；

步骤4、基准点与钩尖顶点的距离即为吊钩开口度。