一种固定龙门式车载物料体积测量方法

摘要

本发明涉及一种固定龙门式车载物料体积测量系统及方法，本固定龙门式车载物料体积测量系统包括：长度标定装置，用于标定货车的整车长度L；区域扫描装置，其扫描平面与车身垂直，且位于货车上方，沿货车的车头至车尾方向对整车进行扫描；上位机，与所述长度标定装置和区域扫描装置相连，且适于根据区域扫描装置的扫描信号获得车身平均宽度W和平均高度h，并与整车长度L和空车体积V0计算出物料的总体积V。本发明的固定龙门式车载物料体积测量系统及工作方法与视觉测量法相比，有益之处在于不受外部因素影响，测量稳定，测量精度高，同时成本较低。与人工测量法相比，有益之处在于测量过程自动化，不受人为因素影响，测量精度高。

权利要求

1.一种固定龙门式车载物料体积测量方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤S1，获取货车的整车长度L；

步骤S2，通过位于车厢上方的区域扫描装置垂直向下沿货车的车头至车尾方向进行整车扫描，以获得车身平均宽度 和平均高度步骤S3，将车身平均宽度 和平均高度 并与整车长度L和已知的空车体积V0计算出货车所载物料的总体积V；

所述固定龙门式车载物料体积测量方法适于采用固定龙门式车载物料体积测量系统获得物料的总体积V；

所述固定龙门式车载物料体积测量系统包括：固定设置的且适于货车穿行的龙门架，且龙门架的横梁正中处安装有所述区域扫描装置；用于测量货车长度的距离传感器，安装于测量栏杆上，通过上位机可控制栏杆抬起或落下；

所述步骤S1中获取整车长度L的方法包括：

开始测量时，所述上位机控制安装有距离传感器的栏杆落下至水平位置，距离传感器启动；

当货车进入龙门架，区域扫描装置开始返回有效测量数据时，所述的距离传感器测量此时距货车车头的距离L1；当货车驶出龙门架，区域扫描装置不再返回有效测量数据时，所述的距离传感器测量此时距货车车头的距离L2；

所述上位机控制栏杆抬起至竖直位置以便货车通过；

所述上位机通过距离传感器测得的两次距离之差获得货车的整车长度L；

所述步骤S2中通过位于车厢上方的区域扫描装置垂直向下沿货车的车头至车尾方向进行整车扫描，以获得车身平均宽度 和平均高度 的方法包括：当货车通过所述龙门架时，区域扫描装置适于按照一定扫描频率对车身进行扇形扫描，即通过该扫描频率将车身划分成若干个扇形扫描截面，且通过若干个扇形扫描截面及龙门架高度H获得车身平均宽度 和平均高度所述通过若干个扇形扫描截面及龙门架高度H获得车身平均宽度 和平均高度 的方法包括：步骤S21，通过上位机设定所述扇形扫描截面的角度分辨率及与该角度分辨率对应的若干扫描线，则每个扇形扫描截面中，各扫描线分别对应被测表面的相应测量点与区域扫描装置的垂直高度值h(i,j)的计算公式为：h(i,j)＝L(i,j)×cosθ(i,j)；

式中，L(i,j)表示第i个扇形扫描截面中第j条扫描线对应的返回值，θ(i,j)表示第i个扇形扫描截面中第j条扫描线与龙门架中垂线的夹角；

若某扫描线所对应的垂直高度计算值接近龙门架的高度值H，则将该垂直高度计算值所对应的L(i,j)删除，即实现对无效L(i,j)进行过滤，以获得有效L(i,j)；

步骤S22，在各有效L(i,j)的基础上，计算车身平均宽度 和平均高度 即L(i,j)的各有效值按顺序依次定义为L(i,1)….L(i,ni)；其中，ni表示有效L(i,j)的个数，L(i,ni)表示第i个扇形扫描截面中第ni个扫描线对应的返回值；

计算车身平均宽度 的公式为：

式中，m表示扇形扫描截面的个数；

车身平均高度 的公式为：

2.根据权利要求1所述的固定龙门式车载物料体积测量方法，其特征在于，步骤S3中物料的总体积V的计算公式，即 其中V0为已测的空车体积值。

3.根据权利要求2所述的固定龙门式车载物料体积测量方法，其特征在于，所述固定龙门式车载物料体积测量系统还设有存储单元，将获取的货车的车牌信息及物料的总体积V进行存储。

说明书

一种固定龙门式车载物料体积测量方法

技术领域

[0001] 本发明涉及一种体积测量系统及方法，尤其涉及一种固定龙门式车载物料体积测量系统及方法。

背景技术

[0002] 对于人造板行业来说，需要购入大量刨花、木屑等碎料作为加工原料用来生产人造板。原料的采购多是通过大型货车进行运输，且交易时根据地磅测得的重量减去货车空载重量得到原料的实际重量作为结算依据。这种交易方式存在的问题在于原料中经常被人为掺杂各种杂物，如金属、石头等，从而增加载重量，给购买方企业带来较大的损失。因此，为了防止卖方对原料进行掺假作弊，在对原料进行称重时，需要同时测量其体积，如此便可计算出原料的密度，如得到的密度与木料密度差距较大，则可断定原料中掺假。

[0003] 对于上述应用场合的车载物料体积测量而言，一般的体积估算测量方法由于误差较大无法使用，目前较为精确的测量方法有：一、基于图像的体积测量方法，该方法采用立体视觉成像，对获取的图像进行处理，从而获得物料表面特征点的距离信息，并进行三维重建，计算出物料的体积，该方法测量精度较高，但缺点在于成本较高，此外，天气变化导致光照强度变化，人为产生的阴影都会对图像的采集和处理产生影响，从而导致测量结果误差变大，测量系统不稳定；二、基于测距传感器的人工测量法，该方法利用测距传感器，采用人工测量方式对多个特征点进行三维坐标测量，通过三维建模，计算出体积值，该方法成本较低，但测量周期长，测量精度与人为操作因素有很大关系；三、超声波断面扫描法，该方法与医学中利用超声波测量人体器官体积原理类似，测量精度较高，但成本较高，且物料的不均匀以及介质的不同会影响超声的反射效果，从而影响测量精度。

发明内容

[0004] 本发明的目的是提供一种固定龙门式车载物料体积测量系统及方法，以实现快速、准确、操作方便的对车载物料的体积进行测量。

[0005] 为了解决上述技术问题，本发明提供了一种固定龙门式车载物料体积测量系统，包括：

[0006] 长度标定装置，用于标定货车的整车长度L；区域扫描装置，其扫描平面与车身垂直，且位于货车上方，沿货车的车头至车尾方向对整车进行扫描；以及上位机，与所述长度标定装置和区域扫描装置相连，且适于根据区域扫描装置的扫描信号获得车身平均宽度和平均高度 并与整车长度L和已知空车体积V0计算出货车所载物料的总体积V。

[0007] 进一步，所述固定龙门式车载物料体积测量系统还包括：

[0008] 固定设置的且适于货车穿行的龙门架，所述区域扫描装置安装于龙门架的横梁正中处；

[0009] 当货车穿行通过龙门架时，区域扫描装置适于按照一定扫描频率对整车进行扇形扫描，即通过该扫描频率将货车划分成若干个扇形扫描截面，且通过若干个扇形扫描截面及龙门架高度H获得车身平均宽度 和平均高度

[0010] 进一步，所述长度标定装置包括：与所述上位机相连的距离传感器；所述的距离传感器安装在可抬起或落下的栏杆上，栏杆初始位置处于抬起状态；开始测量时，栏杆落下，距离传感器启动；当货车进入龙门架，区域扫描装置开始返回有效测量数据时，所述的距离传感器测量此时距货车车头的距离L1，当货车驶出龙门架，区域扫描装置不再返回有效测量数据时，所述的距离传感器测量此时距货车车头的距离L2，所述上位机通过距离传感器测得的两次距离之差即为货车的整车长度L。

[0011] 进一步，为了不阻挡扇形扫描线，所述龙门架由两个支架组合而成，且所述龙门架的上部为工字梁结构，所述区域扫描装置吊装于工字梁的中间梁上。

[0012] 进一步，所述固定龙门式车载物料体积测量系统还设有存储单元，将获取的货车的车牌信息及物料的总体积V进行存储。

[0013] 又一方面，本发明还提供了一种固定龙门式车载物料体积测量方法，包括如下步骤：

[0014] 步骤S1，获取货车的整车长度L；步骤S2，通过位于车厢上方的区域扫描装置垂直向下沿货车的车头至车尾方向进行整车扫描，以获得车身平均宽度 和平均高度 步骤S3，将车身平均宽度 和平均高度 并与整车长度L和已知的空车体积V0计算出货车所载物料的总体积V。

[0015] 进一步，所述固定龙门式车载物料体积测量方法适于采用固定龙门式车载物料体积测量系统获得物料的总体积V；所述固定龙门式车载物料体积测量系统包括：固定设置的且适于货车穿行的龙门架，且龙门架的横梁正中处安装有所述区域扫描装置；用于测量货车长度的距离传感器，安装于测量栏杆上，通过上位机可控制栏杆抬起或落下。

[0016] 所述步骤S1中获取货车长度的方法包括：开始测量时，所述上位机控制安装有距离传感器的栏杆落下至水平位置，距离传感器启动，当货车进入龙门架，区域扫描装置开始返回有效测量数据时，所述的距离传感器测量此时距货车车头的距离L1，当货车驶出龙门架，区域扫描装置不再返回有效测量数据时，所述的距离传感器测量此时距货车车头的距离L2；上位机控制栏杆抬起至竖直位置以便货车可以通过；所述上位机通过距离传感器测得的两次距离之差获得货车的整车长度L。

[0017] 进一步，所述步骤S2中通过位于车厢上方的区域扫描装置垂直向下沿货车的车头至车尾方向进行整车扫描，以获得车身平均宽度 和平均高度 的方法包括：

[0018] 当货车通过所述龙门架时，区域扫描装置适于按照一定扫描频率对车身进行扇形扫描，即通过该扫描频率将车身划分成若干个扇形扫描截面，且通过若干个扇形扫描截面及龙门架高度H获得车身平均宽度 和平均高度

[0019] 进一步，所述通过若干个扇形扫描截面及龙门架高度H获得车身平均宽度 和平均高度 的方法包括：

[0020] 步骤S21，通过上位机设定所述扇形扫描截面的角度分辨率及与该角度分辨率对应的若干扫描线，则每个扇形扫描截面中，各扫描线分别对应被测表面的相应测量点与区域扫描装置的垂直高度值h(i,j)的计算公式为：

[0021] h(i,j)＝L(i,j)×cosθ(i,j)；式中，L(i,j)表示第i个扇形扫描截面中第j条扫描线对应的返回值，θ(i,j)表示第i个扇形扫描截面中第j条扫描线与龙门架中垂线的夹角；若某扫描线所对应的垂直高度计算值接近龙门架的高度值H，则将该垂直高度计算值所对应的L(i,j)删除，即实现对无效L(i,j)进行过滤，以获得有效L(i,j)；

[0022] 步骤S22，在各有效L(i,j)的基础上，计算车身平均宽度 和平均高度 即L(i,j)的各有效值按顺序依次定义为L(i,1)….L(i,ni)；其中，ni表示有效L(i,j)的个数，L(i,ni)表示第i个扇形扫描截面中第ni个扫描线对应的返回值；

[0023] 计算车身平均宽度 的公式为：

[0024]

[0025] 式中，m表示扇形扫描截面的个数；

[0026] 车身平均高度 的公式为：

[0027]

[0028] 进一步，步骤S3中物料的总体积V的计算公式，即 其中V0为已测的空车体积值。

[0029] 进一步，所述固定龙门式车载物料体积测量系统还设有存储单元，将获取的货车的车牌信息及物料的总体积V进行存储。

[0030] 本发明的有益效果是，本发明的固定龙门式车载物料体积测量系统及工作方法与视觉测量法相比，有益之处在于不受外部因素影响，测量稳定，测量精度高，同时成本较低。与人工测量法相比，有益之处在于测量过程全程自动化，不受人为因素影响，测量精度高，从而根据体积和由汽车衡称出的重量计算出物料的密度值，作为防止物料中掺假的重要判断依据。

附图说明

[0031] 下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

[0032] 图1是本发明的固定龙门式车载物料体积测量系统的结构示意图；

[0033] 图2是本发明的开始测量时的系统运行示意图；

[0034] 图3是本范明的测量完成时的系统运行示意图；

[0035] 图4是本发明的一个扇形扫描截面对应的各参数计算原理图；

[0036] 图5是本发明的物料体积测量过程流程图。

[0037] 图中：货车1、物料2、长度标定装置3、区域扫描装置4、上位机5、龙门架6、栏杆7、L(i,1)对应的测量点8、L(i,ni)对应的测量点9。

具体实施方式

[0038] 现在结合附图对本发明作进一步详细的说明。这些附图均为简化的示意图，仅以示意方式说明本发明的基本结构，因此其仅显示与本发明有关的构成。

[0039] 实施例1

[0040] 如图1所示，本发明的一种固定龙门式车载物料体积测量系统，包括：

[0041] 长度标定装置3，用于标定货车1长度L。

[0042] 区域扫描装置4，位于货车1上方，且垂直向下沿货车1的车头至车尾方向扫描整车，即货车1及所载物料2。

[0043] 上位机5，与所述长度标定装置3和区域扫描装置4相连，且适于根据区域扫描装置4的扫描信号获得货车1的车身平均宽度 和平均高度 该平均高度 即为货车1含物料2的平均高度，并与整车长度L和空车体积V0计算出物料的总体积V。

[0044] 其中，货车的车厢未采用全封闭结构，且顶部敞开，物料2露出以便于区域扫描装置4进行扫描。所述空车体积V0为已知数据或已测数据，预先存储在上位机的数据库中。获知空车体积V0可以采用任何一种现有技术的方法来实现，也可以根据货车标准载重量进行设定。

[0045] 如图3所示，所述固定龙门式车载物料体积测量系统还包括：固定设置的且适于货车穿行的龙门架6，龙门架6的横梁正中处安装有所述区域扫描装置4；当货车1穿行通过龙门架6时，所述区域扫描装置4适于按照一定扫描频率对货车1进行扇形扫描，即通过该扫描频率将货车1划分成若干个扇形扫描截面，且通过若干个扇形扫描截面及龙门架6高度H获得车身平均宽度 和平均高度

[0046] 所述长度标定装置3包括：距离传感器，该距离传感器与上位机5相连；开始测量时，如图2所示，所述上位机5控制安装有距离传感器的栏杆7落下至水平位置，距离传感器启动，当货车1进入龙门架6，所述区域扫描装置4开始返回有效测量数据时，所述的距离传感器测量此时距货车车头的距离L1，当货车1驶出龙门架6，如图3所示，所述区域扫描装置4不再返回有效测量数据时，所述的距离传感器测量此时距货车车头的距离L2，所述上位机5控制栏杆7抬起至竖直位置以便货车可以通过，所述上位机通过距离传感器测得的两次距离之差获得货车的整车长度L。

[0047] 并且，所述固定龙门式车载物料体积测量系统还设有存储单元，将获取的货车的车牌信息及物料2的总体积V进行存储。

[0048] 进一步，为了不阻挡扇形扫描线，准确获得区域扫描装置的垂直高度值h(i,j)，所述龙门架由两个支架组合而成，且所述龙门架的上部为工字梁结构，所述区域扫描装置吊装于工字梁的中间梁上。

[0049] 其中，本实施例中关于车身平均宽度 平均高度 的计算方式具体参见实施例2的相关内容。

[0050] 实施例2

[0051] 在实施例1基础上，本发明还提供了一种固定龙门式车载物料体积测量方法，包括如下步骤：

[0052] 步骤S1，获取货车1的整车长度L；步骤S2，通过位于货车1上方的区域扫描装置4垂直向下沿货车1的车头至车尾方向进行整车扫描，以获得车身平均宽度 和平均高度 步骤S3，将车身平均宽度 和平均高度 并与整车长度L和已知的空车体积V0计算出货车所载物料2的总体积V。

[0053] 优选的，所述固定龙门式车载物料体积测量方法采用固定龙门式车载物料体积测量系统获得物料2的总体积V；所述固定龙门式车载物料体积测量系统包括：固定设置的且适于货车1穿行的龙门架6，且龙门架6的横梁正中处安装有所述区域扫描装置4；所述长度标定装置3包括：距离传感器；所述距离传感器安装在所述栏杆7上，所述上位机5与驱动单元相连，控制所述栏杆7实现抬起或落下动作。

[0054] 所述步骤S1中获取货车1长度的方法包括：开始测量时，所述上位机5控制安装有距离传感器的栏杆7落下至水平位置，距离传感器启动，当货车1进入龙门架6，所述区域扫描装置4开始返回有效测量数据时，所述的距离传感器测量此时距货车车头的距离L1，当货车1驶出龙门架6，所述区域扫描装置4不再返回有效测量数据时，所述的距离传感器测量此时距货车车头的距离L2，所述上位机5控制栏杆7抬起至竖直位置以便货车可以通过，所述上位机通过距离传感器测得的两次距离之差获得货车的整车长度L。

[0055] 进一步，所述步骤S2中通过位于车厢1上方的区域扫描装置4垂直向下且沿车头至车尾方向扫描货车1(含物料2)，以获得整车平均宽度 平均高度 的方法包括：当货车1穿行通过龙门架6时，所述区域扫描装置4适于按照一定扫描频率对货车1进行扇形扫描，即通过该扫描频率将货车1划分成若干个扇形扫描截面，且通过若干个扇形扫描截面及龙门架6高度H获得车身平均宽度 和平均高度

[0056] 进一步，所述通过若干个扇形扫描截面及龙门架6高度H获得货车1平均宽度 和平均高度 的方法包括：

[0057] 步骤S21，通过上位机5设定所述扇形扫描截面的角度分辨率及与该角度分辨率对应的若干扫描线，则每个扇形扫描截面中，各扫描线分别对应货车1表面的相应测量点与区域扫描装置4的垂直高度值h(i,j)的计算公式，即h(i,j)＝L(i,j)×cosθ(i,j)；式中，L(i,j)表示第i个扇形扫描截面中第j个扫描线对应的返回值(也可以认为是第j个测量点与区域扫描装置4之间的直线距离)，θ(i,j)表示第i个扇形扫描截面中第j个扫描线与龙门架6中垂线的夹角；对无效L(i,j)进行过滤，以获得有效L(i,j)，即若某扫描线所对应的垂直高度计算值接近龙门架的高度值H，也就是区域扫描装置距离地面的高度，则说明该扫描线对应的扫描点不在车身上，将该垂直高度计算值所对应的L(i,j)删除；

[0058] 步骤S22，在各有效L(i,j)的基础上，计算车身平均宽度 和平均高度 即L(i,j)的各有效值按顺序依次定义为L(i,1)….L(i,ni)；其中，ni表示有效数的个数，L(i,ni)表示第i个扇形扫描截面中第ni个扫描线对应的返回值；计算车身平均宽度 的公式为：

[0059] 式中，m表示扇形扫描截面的个数，具体的，如图4所示，L(i,1)表示若干扫描线中最左侧扫描线的返回值，θ(i,1)表示该返回值与中垂线之间的夹角；L(i,ni)表示若干扫描线中最右侧扫描线的返回值，θ(i,ni)表示该返回值与中垂线之间的夹角。

[0060] 计算车身(含物料2)平均净高度 的公式为：

[0061]

[0062] 具体的，步骤S3中物料2的总体积V的计算公式，即 式中V0为预先测定的空车体积。

[0063] 可选的，所述固定龙门式车载物料体积测量系统还设有存储单元，将获取的货车的车牌信息及物料2的总体积V进行存储。

[0064] 实施例3

[0065] 在实施例1和实施例2基础上，对本固定龙门式车载物料体积测量系统及方法具体展开说明。

[0066] 本固定龙门式车载物料体积测量系统中区域扫描装置4(例如采用光电区域扫描传感器)和长度标定装置3(如光电测距传感器)分别与上位机5的以太网口和串口相连，控制柜中PLC(用于控制驱动安装有光电测距传感器的栏杆7抬起或落下)，PLC可以与上位机5进行通信。所述龙门架6的尺寸例如但不限于：高度为4.5m，宽度为3.5m，栏杆7安装位置距离龙门架6的距离为10m，区域扫描装置4设置108°的扇形扫描截面，扫描分辨率为0.36°，设定其扫描间隔角度为1.08°，即每个扇形扫描截面返回101个测量点的数据，由于区域扫描装置4的工作频率为25Hz，即每次测量时间为40ms，因此设定每0.4秒进行一次数据采集，货车1穿行通过龙门架的速度约为5km/h，因此相邻2个扫描截面的距离为5000/3600×0.04＝0.056m，即5.6cm，能够满足测量精度要求。

[0067] 本发明的固定龙门式车载物料体积测量系统及方法的测量体积的具体步骤如下：

[0068] 步骤1、货车1驶进龙门架6之前，操作人员利用上位机5给PLC发送指令，PLC控制装有光电测距传感器的栏杆7落下至水平位置，并通过上位机启动光电测距传感器和区域扫描装置4，此时光电测距传感器返回的数据均为无效数据，不进行记录。

[0069] 步骤2、货车1以大约5km/h的时速穿行通过龙门架6，当区域扫描装置4开始扫描到货车1时，扫描数据发生变化，且为有效数据，此时记录长度标定装置测得的距离货车1的距离为L1。

[0070] 步骤3、货车1在穿行通过龙门架6的过程中，区域扫描装置4每隔40ms对测量实时返回的数据进行保存，供本物料2体积测量使用。当货车1完全通过龙门架6时，此时区域扫描装置4返回的数据为无效数据，停止保存，并通过长度标定装置测得的距离货车1的距离为L2，测量完毕后，上位机1通过PLC控制栏杆7抬起至竖直状态，以便货车1通行。

[0071] 步骤4、对区域扫描装置4返回的每个截面数据中的各返回值进行过滤处理，每个测量点到区域扫描装置4的垂直高度h(i,j)＝L(i,j)×cos(54-1.08×j)°(若忽略区域扫描装置4自身厚度或者区域扫描装置4的扫描端与横梁持平，则可以认为该垂直高度为每个测量点到横梁的距离)，其中i表示扫描的第i个扇形扫描截面，i∈[1,m],m是总的扫描截面个数，j表示每个扇形扫描截面中的第j条扫描线，j∈[1,101],L(i,j)表示第i个扇形扫描截面中第j个扫描线对应的返回值(区域扫描装置4到相应第j个测量点之间的直线距离)，当测量点不在货车1上时，如图3所示，考虑到货车1周围没有其他干扰物，所以测量点应该落在地面，考虑到测量误差，根据经验取阈值为0.3m，因此，若此时H-h(i,j)≥0.3，则认为该测量点为无效点，L(i,j)值被删除，若H-h(i,j)＜0.3，其中，若L(i,j)×sin(54-1.08×j)°＞D/2，该测量点也为无效点，其中D为龙门架6的宽度，H为龙门架6的高度，也是区域扫描装置4距离地面的高度。

[0072] 步骤5、过滤后每个扇形扫描截面的有效数据(L(i,j))按顺序依次为L(i,1)….L(i,ni)，即第i个扫描截面，其有效L(i,j)个数为ni个。设车身平均宽度 和平均高度 图3为测量的某一个截面，无效L(i,j)滤除后，该截面两个边界对应的测量点返回值为L(i,1)、L(i,ni)，且与中垂线的夹角分别为θ(i,1)、θ(i,ni)，该边界对应的测量点即为货车1的两侧边界，即如图3中L(i,1)对应的测量点8、L(i,ni)对应的测量点9，所以车厢1的宽度为L(i,1)×sinθ(i,1)+L(i,ni)×sinθ(i,ni)；由于共有m个测量截面，所以车宽取每个截面计算出的车身宽度平均值，即

[0073] 物料2上某一个测量点距地面的高度计算如图3所示，其中h′(i,j)即为该点距地面的高度值，货车1(含物料2)的车身平均高度 即为所有h′(i,j)的平均值，计算过程如下：

[0074]

[0075] 步骤6、货物2的总体积可采用公式 求取，并将获得的体积结果与手动输入的车牌号、联系方式等信息相对应，存放到存储单元中。其中V0为已测的空车体积值，预先存储在上位机的数据库中。

[0076] 本发明能够实现对不规则的物料2进行精确测量，以获得堆放体积。

[0077] 以上述依据本发明的理想实施例为启示，通过上述的说明内容，相关工作人员完全可以在不偏离本项发明技术思想的范围内，进行多样的变更以及修改。本项发明的技术性范围并不局限于说明书上的内容，必须要根据权利要求范围来确定其技术性范围。