CN113636298B - 一种袋装物料装车机的码包状态检测系统及方法 - Google Patents

一种袋装物料装车机的码包状态检测系统及方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种袋装物料装车机的码包状态检测系统及方法，其中涉及的检测系统，包括袋装物料装车机、上激光雷达、下激光雷达、控制器，控制器，用于向上激光雷达或下激光雷达发送控制指令；下激光雷达，用于接收控制器发送的控制指令，并根据控制指令采集与码包相对应的数据，获取采集的数据中的点云数据，并对点云数据进行处理，通过处理后的点云数据判断码包是否存在叠包、漏包、凸起；上激光雷达，用于接收控制器发送的控制指令，并根据控制指令采集与码包相对应的数据，获取采集的数据中的点云数据，并对点云数据进行处理，通过处理后的点云数据判断码包的边缘是否超出以及码包的凸起部分是否合格。

Description

一种袋装物料装车机的码包状态检测系统及方法
技术领域
本发明涉及智能检测技术领域，尤其涉及一种袋装物料装车机的码包状态检测系统及方法。
背景技术
袋装物料装车机是一种用于袋装物料运输的自动化设备，包括输送带、运动机构、堆垛头、防尘罩、定位识别系统、控制系统等。输送带用于袋装物料的运输，运动机构用于实现机构的运动，堆垛头用于把袋装物料放到车上，定位识别系统用于识别车的尺寸及位置，控制系统用于控制整个机构运动以后各种动作。
随着科学技术的发展以及环保的要求，袋装物料装车机的使用越来越广泛，袋装物料装车机的装包速度非常快，如果不做检测，一开始的微小的误差，不断叠加，最后的码包状态不理想，容易滑包和掉落，最终重复装车浪费了大量时间。但是现有的袋装物料装车机，缺乏码包状态检测系统。
如公开号为CN111807086A的专利公开了一种袋装物料装车机的码包方法，包括：获取待测车辆的尺寸信息、位置信息和偏移信息；通过尺寸信息、位置信息和偏移信息获取起始码包坐标和码包路径；控制系统驱动装车机机头从起始码包坐标开始，依据码包路径开始码包；所述尺寸信息包括待测车辆的长度信息、宽度信息。上述专利虽然可以实现了对装载汽车的信息准确定位并规划码包路径，并快速规整的码包作业；但是其对于袋装物料装车机的装包时码包的状态并未进行检测，依然存在码包状态不理想，容易滑包和掉落等问题。
因此，本发明提供了一种袋装物料装车机的码包状态检测系统及方法。
发明内容
本发明的目的是针对现有技术的缺陷，提供了一种袋装物料装车机的码包状态检测系统及方法，使用激光雷达，解决了袋装物料装车机码包状态没有检测系统的问题。
为了实现以上目的，本发明采用以下技术方案：
一种袋装物料装车机的码包状态检测系统，包括袋装物料装车机，还包括上激光雷达、下激光雷达、控制器，所述上激光雷达设置于袋装物料装车机的车斗上方，下激光雷达设置于袋装物料装车机的堆垛头下方；控制器设置于袋装物料装车机的内部；所述控制器分别与上激光雷达、下激光雷达通信连接；
控制器，用于向上激光雷达或下激光雷达发送控制指令；
下激光雷达，用于接收控制器发送的控制指令，并根据控制指令采集与码包相对应的数据，获取采集的数据中的点云数据，并对点云数据进行处理，通过处理后的点云数据判断码包是否存在叠包、漏包、凸起；
上激光雷达，用于接收控制器发送的控制指令，并根据控制指令采集与码包相对应的数据，获取采集的数据中的点云数据，并对点云数据进行处理，通过处理后的点云数据判断码包的边缘是否超出以及码包的凸起部分是否合格。
进一步的，所述上激光雷达还用于识别处理后的点云数据中的关键点，得到车辆尺寸。
进一步的，所述上激光雷达、下激光雷达中对点云数据进行处理均包括：点云滤波、点云去噪、点云简化、点云分割、点云特征点提取、点云三维重建。
进一步的，所述上激光雷达中识别处理后的点云数据中的关键点具体为：通过曲线和法线识别袋装物料装车机的四个角点，并计算得到车辆的尺寸信息。
进一步的，所述下激光雷达中判断码包是否存在叠包、漏包、凸起具体为：对点云数据中的每一个点和袋装物料装车机底部平面进行距离计算，判断计算得到的值是否处于第一预设阈值内，若是，则判断为合格；若否，则判断有叠包、漏包、凸起的存在。
进一步的，所述上激光雷达中判断码包的边缘是否超出具体为：提取点云数据的边缘点云，使边缘点云的每个点和袋装物料装车机中的车斗壁进行距离计算，判断计算出的值是否处于第二预设阈值内，若是，则判断为未超出；若否，则判断为超出。
进一步的，所述下激光雷达中进行距离计算是通过三角法进行计算的；所述上激光雷达中进行距离计算是通过飞行时间TOF方式进行计算的。
相应的，还提供一种袋装物料装车机的码包状态检测方法，包括：
S1.判断袋装物料装车机是否进入装载区，若是，则控制器向上激光雷达发出控制指令，上激光雷达根据控制指令采集与码包相对应的数据，获取采集的数据中的点云数据，对点云数据进行处理，并识别处理后的点云数据中的关键点，得到车辆尺寸；
S2.控制器向下激光雷达发出控制指令，下激光雷达根据控制指令采集与码包相对应的数据，获取采集的数据中的点云数据，并对点云数据进行处理，通过处理后的点云数据判断码包是否存在叠包、漏包、凸起；
S3.控制器向上激光雷达发出控制指令，上激光雷达根据控制指令采集与码包相对应的数据，获取采集的数据中的点云数据，并对点云数据进行处理，通过处理后的点云数据判断码包的边缘是否超出以及码包的凸起部分是否合格。
进一步的，所述步骤S2之前还包括：
袋装物料装车机的控制系统控制袋装物料装车机进行装车工作。
进一步的，所述步骤S2控制器向下激光雷达发出控制指令是当袋装物料装车机的每一层装车结束后触发的；所述步骤S3中控制器向上激光雷达发出控制指令是当袋装物料装车机全部装车结束后触发的。
与现有技术相比，本发明的有益效果包括：
(1)设置两个激光雷达采集点云数据，构建三维点云，得到了码包状态，解决了袋装物料装车机装车效果不好，重复装车浪费时间的问题；
(2)使用激光雷达对码包状态做出判断，仅需要在固定位置安装激光雷达，不需要人工管理，激光雷达克服了车间昏暗、粉尘大的特点，使得袋装物料装车机更加智能化，码包效果更好，从而使企业获得更高的经济效益；
(3)精度高，激光雷达在一米以内可以达到毫米级，可以准确判断码包状态。
附图说明
图1是实施例一提供的一种袋装物料装车机的码包状态检测系统结构图；
图2是实施例二提供的一种袋装物料装车机的码包状态检测方法流程图。
具体实施方式
以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。需说明的是，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。
本发明的目的是针对现有技术的缺陷，提供了一种袋装物料装车机的码包状态检测系统及方法。
实施例一
本实施例提供一种袋装物料装车机的码包状态检测系统，如图1所示，包括袋装物料装车机1、上激光雷达5、下激光雷达3、控制器，上激光雷达5设置于袋装物料装车机的车斗上方，下激光雷达3设置于袋装物料装车机的堆垛头4下方不影响装车的位置；控制器设置于袋装物料装车机的内部；控制器通过数据传输线分别与上激光雷达5、下激光雷达3通信连接。本实施例的控制器可以控制上激光雷达5、下激光雷达3的启动停止、数据处理；上激光雷达5的主要作用的检测袋装物料装车机的尺寸和装车结束后袋装物料装车机的边缘部分检测；下激光雷达3的主要作用是实时检测每一层的码包状态。本实施例还包括将物料输送到堆垛头的输送带2。
控制器，用于向上激光雷达或下激光雷达发送控制指令。
下激光雷达，用于接收控制器发送的控制指令，并根据控制指令采集与码包相对应的数据，获取采集的数据中的点云数据，并对点云数据进行处理，通过处理后的点云数据判断码包是否存在叠包、漏包、凸起；
上激光雷达，用于接收控制器发送的控制指令，并根据控制指令采集与码包相对应的数据，获取采集的数据中的点云数据，并对点云数据进行处理，通过处理后的点云数据判断码包的边缘是否超出以及码包的凸起部分是否合格。
本实施例的一种袋装物料装车机的码包状态检测系统具体实现方式为：
(1)当袋装物料装车机进入装载区后，控制器发出控制指令，启动上激光雷达，使得上激光雷达进行数据采集；
(2)上激光雷达采集到数据后，获取数据中的点云数据，并对点云数据进行点云滤波、点云去噪、点云简化、点云分割、点云特征点提取、点云三维重建等的处理，得到处理后的点云数据，根据曲线和法线对车斗的关键点进行识别，得到车辆尺寸；其中，关键点主要是车斗的八个角；
得到的点云数据为(Xj，Yj，Zj),计算每个点的法线信息，然后计算每个点的法线和坐标轴的夹角，再计算每个点到坐标轴的距离；设置夹角阈值α和距离阈值H,根据阈值分离得到4片点云；分离好的每片点云，根据最大最小值，可以得到车斗的四个角点；四片点云最终得到车斗的八个角点，对应相减取平均值即可得到车斗的尺寸。
(3)当上激光雷达的数据采集结束后，袋装物料装车机自身的控制系统控制袋装物料装车机进行装车工作；
(4)当袋装物料装车机对某一层装车结束后，控制器向下激光雷达发出控制指令，启动下激光雷达，使得下激光雷达进行数据采集；
(5)下激光雷达采集到的数据后，获取数据中的点云数据，并对点云数据进行点云滤波、点云去噪、点云简化、点云分割、点云特征点提取、点云三维重建等的处理，得到处理后的点云数据(Xi，Yi，Zi)，并判断是否有叠包、漏包、较大突起；其中，i表示点云的数量；
每一层码包结束后袋装物料装车机车底的高度增加一个码包的厚度H，并对对点云数据中的每一个点和袋装物料装车机底部平面进行距离计算，得到底部平面和每一个点计算距离di，判断di是否处于第一预设阈值内，若存在大量的点的距离超过第一阈值，就存在叠包、漏包、较大突起的情况；若计算结果在第一阈值内，在判断为正常。
在本实施例中，下激光雷达中进行距离计算是通过三角法进行计算的。
(6)当袋装物料装车机的装车全部结束后，控制器向上激光雷达发出控制指令，启动上激光雷达，使得上激光雷达进行数据采集；
(7)上激光雷达采集到数据后，获取数据中的点云数据，并对点云数据进行点云滤波、点云去噪、点云简化、点云分割、点云特征点提取、点云三维重建等的处理，得到处理后的点云数据(Xn，Yn，Zn)，并判断边缘是否超出，凸起部分是否合格；其中，n表示点云的数量。
边缘部分是否超出具体为：边缘点云中的每个点和离他们最近车斗壁做距离计算，得到每个点和离他们最近车斗壁做距离dn，判断dn是否处于第二预设阈值内，如果每个点的计算结果在第二预设阈值内，则判断正常，不需要重新装车；如果大量点超出第二预设阈值，则判断不合格。
凸起部分是否合格具体为：对车斗凸起部分点云边缘进行曲线拟合，计算方差，设置方差阈值，如果曲线在阈值内，判断和合格，如果曲线超出阈值，则判断为不合格。
在本实施例中，上激光雷达中进行距离计算是通过飞行时间TOF方式进行计算的。
本实施例的有益效果包括：
(1)设置两个激光雷达采集点云数据，构建三维点云，得到了码包状态，解决了袋装物料装车机装车效果不好，重复装车浪费时间的问题；
(2)使用激光雷达对码包状态做出判断，仅需要在固定位置安装激光雷达，不需要人工管理，激光雷达克服了车间昏暗、粉尘大的特点，使得袋装物料装车机更加智能化，码包效果更好，从而使企业获得更高的经济效益；
(3)精度高，激光雷达在一米以内可以达到毫米级，可以准确判断码包状态。
实施例二
相应的，还提供一种袋装物料装车机的码包状态检测方法，如图2所示，包括：
S1.判断袋装物料装车机是否进入装载区，若是，则控制器向上激光雷达发出控制指令，上激光雷达根据控制指令采集与码包相对应的数据，获取采集的数据中的点云数据，对点云数据进行处理，并识别处理后的点云数据中的关键点，得到车辆尺寸；
S2.袋装物料装车机的控制系统控制袋装物料装车机进行装车工作；
S3.当袋装物料装车机的每一层装车结束后，控制器向下激光雷达发出控制指令，下激光雷达根据控制指令采集与码包相对应的数据，获取采集的数据中的点云数据，并对点云数据进行处理，通过处理后的点云数据判断码包是否存在叠包、漏包、凸起；
S4.当袋装物料装车机全部装车结束后，控制器向上激光雷达发出控制指令，上激光雷达根据控制指令采集与码包相对应的数据，获取采集的数据中的点云数据，并对点云数据进行处理，通过处理后的点云数据判断码包的边缘是否超出以及码包的凸起部分是否合格。
需要说明的是，本实施例提供的一种袋装物料装车机的码包状态检测方法与实施例一类似，在此不多做赘述。
本实施例的有益效果包括：
(1)设置两个激光雷达采集点云数据，构建三维点云，得到了码包状态，解决了袋装物料装车机装车效果不好，重复装车浪费时间的问题；
(2)使用激光雷达对码包状态做出判断，仅需要在固定位置安装激光雷达，不需要人工管理，激光雷达克服了车间昏暗、粉尘大的特点，使得袋装物料装车机更加智能化，码包效果更好，从而使企业获得更高的经济效益；
(3)精度高，激光雷达在一米以内可以达到毫米级，可以准确判断码包状态。
注意，上述仅为本发明的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本发明不限于这里所述的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本发明的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本发明进行了较为详细的说明，但是本发明不仅仅限于以上实施例，在不脱离本发明构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本发明的范围由所附的权利要求范围决定。

Claims (8)

1.一种袋装物料装车机的码包状态检测系统，包括袋装物料装车机，其特征在于，还包括上激光雷达、下激光雷达、控制器，所述上激光雷达设置于袋装物料装车机的车斗上方，下激光雷达设置于袋装物料装车机的堆垛头下方；控制器设置于袋装物料装车机的内部；所述控制器分别与上激光雷达、下激光雷达通信连接；
控制器，用于向上激光雷达或下激光雷达发送控制指令；
下激光雷达，用于接收控制器发送的控制指令，并根据控制指令采集与码包相对应的数据，获取采集的数据中的点云数据，并对点云数据进行处理，通过处理后的点云数据判断码包是否存在叠包、漏包、突起；所述下激光雷达中判断码包是否存在叠包、漏包、突起，具体为：对点云数据中的每一个点和袋装物料装车机底部平面进行距离计算，判断计算得到的值是否处于第一预设阈值内，若是，则判断为合格；若否，则判断有叠包、漏包、突起的存在；
上激光雷达，用于接收控制器发送的控制指令，并根据控制指令采集与码包相对应的数据，获取采集的数据中的点云数据，并对点云数据进行处理，通过处理后的点云数据判断码包的边缘是否超出以及码包的凸起部分是否合格；所述上激光雷达中判断码包的边缘是否超出，具体为：提取点云数据的边缘点云，使边缘点云的每个点和袋装物料装车机中的车斗壁进行距离计算，判断计算出的值是否处于第二预设阈值内，若是，则判断为未超出；若否，则判断为超出。
2.根据权利要求1所述的一种袋装物料装车机的码包状态检测系统，其特征在于，所述上激光雷达还用于识别处理后的点云数据中的关键点，得到车辆尺寸。
3.根据权利要求2所述的一种袋装物料装车机的码包状态检测系统，其特征在于，上激光雷达、下激光雷达中对点云数据进行处理均包括：点云滤波、点云去噪、点云简化、点云分割、点云特征点提取、点云三维重建。
4.根据权利要求2所述的一种袋装物料装车机的码包状态检测系统，其特征在于，上激光雷达中识别处理后的点云数据中的关键点具体为：通过曲线和法线识别袋装物料装车机的四个角点，并计算得到车辆的尺寸信息。
5.根据权利要求1所述的一种袋装物料装车机的码包状态检测系统，其特征在于，下激光雷达中进行距离计算是通过三角法进行计算的；上激光雷达中进行距离计算是通过飞行时间TOF方式进行计算的。
6.一种基于权利要求1-5任一项所述的袋装物料装车机的码包状态检测系统的检测方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1 .判断袋装物料装车机是否进入装载区，若是，则控制器向上激光雷达发出控制指令，上激光雷达根据控制指令采集与码包相对应的数据，获取采集的数据中的点云数据，对点云数据进行处理，并识别处理后的点云数据中的关键点，得到车辆尺寸；
S2 .控制器向下激光雷达发出控制指令，下激光雷达根据控制指令采集与码包相对应的数据，获取采集的数据中的点云数据，并对点云数据进行处理，通过处理后的点云数据判断码包是否存在叠包、漏包、突起；
S3 .控制器向上激光雷达发出控制指令，上激光雷达根据控制指令采集与码包相对应的数据，获取采集的数据中的点云数据，并对点云数据进行处理，通过处理后的点云数据判断码包的边缘是否超出以及码包的凸起部分是否合格。
7.根据权利要求6所述的检测方法，其特征在于，步骤S2之前还包括：
袋装物料装车机的控制系统控制袋装物料装车机进行装车工作。
8.根据权利要求7所述的检测方法，其特征在于，步骤S2中，控制器向下激光雷达发出控制指令是当袋装物料装车机的每一层装车结束后触发的；步骤S3中，控制器向上激光雷达发出控制指令是当袋装物料装车机全部装车结束后触发的。
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