CN1948899A - 体积精密测量装置及其方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种适合冶金、煤矿、电力、建筑等行业使用的体积精密测量装置及其方法。包括激光测距仪(1)，角度编码器(2)，电脑(4)和支架(6)，其特征在于：激光测距仪(1)和角度编码器(2)安装在智能三维转台(5)上，智能三维转台(5)安装在支架(6)上；摄像或照相设备(3)安装在支架(6)上；所述激光测距仪(1)、角度编码器(2)、摄像或照相设备(3)和智能三维转台(5)都与电脑(4)连接。本发明减少了人为因素对测量精度的干扰，增加了测量点的信息量，提高了测量精度，降低了测量者的劳动强度。

Description

体积精密测量装置及其方法

                          技术领域

本发明涉及一种体积测量技术，特别是涉及一种可应用于冶金、煤矿、电力、建筑等行业，为其精确测量原料或产品的体积，对生产用原料或出厂产品实现有效管理的体积精密测量装置及其方法。

                          背景技术

目前，冶金、矿山、电力、建筑等行业基于自身生产管理的需要，每月需对库存的各种生产原料或产品进行盘存(对建筑行业而言，是对建筑土方等进行测量计算)，以掌握某时段各种原料的消耗量，结合产品的生产质量情况，进行科学地分析，找到提高产品质量、降低原料消耗的最佳模式，及时调整和纠正生产过程中原料配比失调的问题，从而有计划、高效率、高质量、低消耗地安排生产流程，科学地控制生产进度、原料采购数量、资金投放等。企业还可以利用盘存的数据进行成本核算、经济效益评估和科学管理等。由于冶金、煤矿、电力等行业的生产原料需求量大，为了防止原料供应出现意外，保证生产的正常运转，库存原料的数量一般有几万吨甚至十几万吨，这么多原料如用衡器称量，将耗费巨大的人力、物力、财力。因此，人们为得到库存原料的重量数据，采用间接测量的方法，先测量原料堆的体积，再测堆比重(密度)，从而得出原料的重量。目前，为解决这些企业原料或产品盘存问题，国内厂家跟踪国外的技术发展方向，在体积的测量方面采用了一些先进的技术，如利用激光、超声波的方法进行体积的测量。国内新推出了采用激光测距仪、角度编码器和笔记本电脑制成的盘煤仪，这种仪器在一定程度上提高了测量精度，但是，由于测量手段单一，同样受到人为因素影响，系统精度受到很多方面限制。现有的盘煤仪主要通过激光测距仪和角度编码器的测量数据，通过建立数学模型，在计算机内绘制被测堆料的形状，再计算出堆料的体积；当被测堆料的形状复杂、凹凸不平时，需要测量者对形状变化的区域进行大量测量，甚至需要几万个测量点，这就大大降低了测量的效率，增加了测量者的劳动强度，并给精确测量带来一定的困难，一般的盘煤仪在堆料形状不规则的情况下，测量精度只有百分之九十左右；这是因为盘煤仪的测量时，采用的软件算法如三角剖分法导致计算形状和实际形状之间存在误差，与此同时，测量者测量时存在视觉误差，操作者个体的差异也会使测量精度降低。为了避免这些误差的产生，国际上先进的体积测量系统采用激光排扫技术，用一排连续的激光对堆料进行扫描，使误差降到很低，测量精度达99％以上，但这种仪器极为昂贵，报价高达450万美元，一般用户难以承受。

                            发明内容

本发明的目的在于克服现有技术中的不足，提供一种成本低廉，操作简单，测量精度高，智能化程度高，避免人为因素干扰，自动得到大量测量数据的体积精密测量装置及其方法。

本发明的技术方案是：

体积精密测量装置包括激光测距仪，角度编码器，电脑和支架，激光测距仪和角度编码器安装在智能三维转台上，智能三维转台安装在支架上；摄像或照相设备安装在支架上；所述激光测距仪、角度编码器、摄像或照相设备和智能三维转台都与电脑连接。

所述摄像或照相设备为数码相机、数码摄影机或者其他摄像或照相设备。

体积精密测量方法包括以下步骤：

(1)确定站点数量：在原料堆的周围设定至少三个测量站点和一个测量基准点；

(2)在站点用角度编码器和激光测距仪进行三维坐标测量；并放置参照物，用角度编码器和激光测距仪进行三维坐标测量，确定测量范围：

(4)用摄像或照相设备进行摄像或照相；

(5)电脑对照片进行数字图像处理，生成包括原料堆轮廓和凹凸区域的特征图，并进行网格化处理；

(6)电脑根据特征图和测量范围，以及网格化处理结果指挥智能三维转台、激光测距仪和角度编码器联合工作对原料堆进行图像测量；

(7)根据测量站的数量重复坐标测量到图像测量；重复的次数是测量站的数量；

(8)电脑通过软件对测量数据进行处理，计算出体积，并输出所需要的数据资料。

在步骤4至-7中的电脑处理、测量和计算，采用了现有技术中的三角化数据和网格化数据处理方法，获得三维网格图形，通过OpenGL图形处理可以获得原始平面图形显示、原始三维图形显示、数字修正图形显示和数码照片显示，进行堆料体积的计算。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：减少了人为因素对测量精度的干扰，增加了测量点的信息量，提高了测量精度，结合智能化的控制技术，降低了测量者的劳动强度。适合需要精确测量原料或产品的体积的冶金、煤矿、电力、建筑等行业使用。

                           附图说明

图1为体积精密测量装置结构示意图；

图2为体积精密测量装置方法工作流程图；

图3为实施例的网格化处理和参照物放置示意图。

图1中：1-激光测距仪，2-角度编码器，3-数码照摄像设备，4-电脑，5-智能三维转台，6-支架。

图2中：11-确定站点数量，12-坐标测量，13-照相，14-图象处理，15-测量，16-数据计算和处理，17输出。

                          具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明：

参照图1：体积精密测量装置由激光测距仪1，角度编码器2，摄像或照相设备3，电脑4、智能三维转台5和支架6组成。激光测距仪1和角度编码器2安装在智能三维转台5上，智能三维转台5安装在支架6上；摄像或照相设备3安装在支架6上；所述激光测距仪1、角度编码器2、摄像或照相设备3和智能三维转台5都与电脑4连接。

参照图2：

本发明的方法首先确定站点数量11，应在原料堆的周围设定至少三个测量站点和一个测量基准点。测量基准点是为了统一各测量站点三维坐标参数。本实施例的基准点的数量为1个，测量站的数量为a，且设置a＝3。从第一个测量站n＝1开始对测量站计数，在站点用角度编码器和激光测距仪进行三维坐标测量12；并放置参照物，用角度编码器和激光测距仪进行三维坐标测量，确定测量范围：用数码摄像设备进行照相13、电脑对照片进行数字图像处理14，生成包括原料堆轮廓和凹凸区域的特征图，并进行网格化处理；电脑根据特征图和测量范围，以及网格化处理结果指挥智能三维转台、激光测距仪和角度编码器联合工作对原料堆进行图像测量15；测量15之后对n＝a进行判断，如果判断结果是“否”，n＝n+1后可以在下一个测量站重复坐标测量12到测量15的操作，再进行n＝a的判断，直到判断的结果为“是”之后，电脑通过软件对原始数据进行处理16，计算出其体积，最后按照要求进行数据输出17。在图象处理14-输出17中，采用了三角化数据和网格化数据处理方法，获得三维网格图形，通过OpenGL图形处理可以获得原始平面图形显示、原始三维图形显示、数字修正图形显示和数码照片显示，进行堆料体积的计算。

参照图3：

在测量过程中，摄像或照相设备拍得的图像需进行网格化处理，并根据图像的轮廓情况，在堆料的边界区域放置几个参照物，如图中的黑点，并使用激光测距仪和角度编码器测量参照物的三维坐标，结合网格化处理的数据，确定三维测量的范围；图中，网格化的交点即为测量点，网格的步长经转换变为三维智能转台的转动角度。电脑根据三维测量的范围和转动角度指挥智能三维转台转动，并控制激光测距仪和角度编码器进行测量。根据图中的阴暗情况，电脑自动判断堆料的凹凸情况，在凹凸区域增加新的测量点。

Claims (3)

1.一种体积精密测量装置，包括激光测距仪(1)，角度编码器(2)，电脑(4)，其特征在于，激光测距仪和角度编码器安装在智能三维转台(5)上，智能三维转台安装在支架(6)上，摄像或照相设备(3)安装在支架(6)上；所述激光测距仪(1)、角度编码器(2)、摄像设备(3)和智能三维转台(5)都与电脑(4)连接。

2.根据权利要求1所述的体积精密测量装置，其特征在于：所述摄像或照相设备(3)为数码相机、数码摄影机或者其他摄像或照相设备。

3.一种体积精密测量方法，其特征在于包括以下步骤：

(1)确定站点数量：在原料堆的周围设定至少三个测量站点和一个测量基准点；

(2)在站点用角度编码器和激光测距仪进行三维坐标测量；并放置参照物，用角度编码器和激光测距仪进行三维坐标测量，确定测量范围：

(4)用摄像或照相设备进行摄像或照相；

(5)电脑对照片进行数字图像处理，生成包括原料堆轮廓和凹凸区域的特征图，并进行网格化处理；

(6)电脑根据特征图和测量范围，以及网格化处理结果指挥智能三维转台、激光测距仪和角度编码器联合工作对原料堆进行图像测量；

(7)根据测量站的数量重复坐标测量到图像测量；重复的次数是测量站的数量；

(8)电脑通过软件对测量数据进行处理，计算出体积，并输出所需要的数据资料。

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