專利名稱：體積精密測量裝置及其方法
技術領域：
本發明涉及一種體積測量技術，特別是涉及一種可應用于冶金、煤礦、電力、建筑等行業，為其精確測量原料或產品的體積，對生產用原料或出廠產品實現有效管理的體積精密測量裝置及其方法。
背景技術：
目前，冶金、礦山、電力、建筑等行業基于自身生產管理的需要，每月需對庫存的各種生產原料或產品進行盤存(對建筑行業而言，是對建筑土方等進行測量計算)，以掌握某時段各種原料的消耗量，結合產品的生產質量情況，進行科學地分析，找到提高產品質量、降低原料消耗的最佳模式，及時調整和糾正生產過程中原料配比失調的問題，從而有計劃、高效率、高質量、低消耗地安排生產流程，科學地控制生產進度、原料采購數量、資金投放等。企業還可以利用盤存的數據進行成本核算、經濟效益評估和科學管理等。由于冶金、煤礦、電力等行業的生產原料需求量大，為了防止原料供應出現意外，保證生產的正常運轉，庫存原料的數量一般有幾萬噸甚至十幾萬噸，這么多原料如用衡器稱量，將耗費巨大的人力、物力、財力。因此，人們為得到庫存原料的重量數據，采用間接測量的方法，先測量原料堆的體積，再測堆比重(密度)，從而得出原料的重量。目前，為解決這些企業原料或產品盤存問題，國內廠家跟蹤國外的技術發展方向，在體積的測量方面采用了一些先進的技術，如利用激光、超聲波的方法進行體積的測量。國內新推出了采用激光測距儀、角度編碼器和筆記本電腦制成的盤煤儀，這種儀器在一定程度上提高了測量精度，但是，由于測量手段單一，同樣受到人為因素影響，系統精度受到很多方面限制。現有的盤煤儀主要通過激光測距儀和角度編碼器的測量數據，通過建立數學模型，在計算機內繪制被測堆料的形狀，再計算出堆料的體積；當被測堆料的形狀復雜、凹凸不平時，需要測量者對形狀變化的區域進行大量測量，甚至需要幾萬個測量點，這就大大降低了測量的效率，增加了測量者的勞動強度，并給精確測量帶來一定的困難，一般的盤煤儀在堆料形狀不規則的情況下，測量精度只有百分之九十左右；這是因為盤煤儀的測量時，采用的軟件算法如三角剖分法導致計算形狀和實際形狀之間存在誤差，與此同時，測量者測量時存在視覺誤差，操作者個體的差異也會使測量精度降低。為了避免這些誤差的產生，國際上先進的體積測量系統采用激光排掃技術，用一排連續的激光對堆料進行掃描，使誤差降到很低，測量精度達99％以上，但這種儀器極為昂貴，報價高達450萬美元，一般用戶難以承受。
發明內容
本發明的目的在于克服現有技術中的不足，提供一種成本低廉，操作簡單，測量精度高，智能化程度高，避免人為因素干擾，自動得到大量測量數據的體積精密測量裝置及其方法。
本發明的技術方案是體積精密測量裝置包括激光測距儀，角度編碼器，電腦和支架，激光測距儀和角度編碼器安裝在智能三維轉臺上，智能三維轉臺安裝在支架上；攝像或照相設備安裝在支架上；所述激光測距儀、角度編碼器、攝像或照相設備和智能三維轉臺都與電腦連接。
所述攝像或照相設備為數碼相機、數碼攝影機或者其他攝像或照相設備。
體積精密測量方法包括以下步驟
(1)確定站點數量在原料堆的周圍設定至少三個測量站點和一個測量基準點；(2)在站點用角度編碼器和激光測距儀進行三維坐標測量；并放置參照物，用角度編碼器和激光測距儀進行三維坐標測量，確定測量范圍(4)用攝像或照相設備進行攝像或照相；(5)電腦對照片進行數字圖像處理，生成包括原料堆輪廓和凹凸區域的特征圖，并進行網格化處理；(6)電腦根據特征圖和測量范圍，以及網格化處理結果指揮智能三維轉臺、激光測距儀和角度編碼器聯合工作對原料堆進行圖像測量；(7)根據測量站的數量重復坐標測量到圖像測量；重復的次數是測量站的數量；(8)電腦通過軟件對測量數據進行處理，計算出體積，并輸出所需要的數據資料。
在步驟4至-7中的電腦處理、測量和計算，采用了現有技術中的三角化數據和網格化數據處理方法，獲得三維網格圖形，通過OpenGL圖形處理可以獲得原始平面圖形顯示、原始三維圖形顯示、數字修正圖形顯示和數碼照片顯示，進行堆料體積的計算。
與現有技術相比，本發明具有以下優點減少了人為因素對測量精度的干擾，增加了測量點的信息量，提高了測量精度，結合智能化的控制技術，降低了測量者的勞動強度。適合需要精確測量原料或產品的體積的冶金、煤礦、電力、建筑等行業使用。
圖1為體積精密測量裝置結構示意圖；
圖2為體積精密測量裝置方法工作流程圖；圖3為實施例的網格化處理和參照物放置示意圖。
圖1中1-激光測距儀，2-角度編碼器，3-數碼照攝像設備，4-電腦，5-智能三維轉臺，6-支架。
圖2中11-確定站點數量，12-坐標測量，13-照相，14-圖象處理，15-測量，16-數據計算和處理，17輸出。
具體實施例方式
下面結合附圖和實施例對本發明作進一步說明參照圖1體積精密測量裝置由激光測距儀1，角度編碼器2，攝像或照相設備3，電腦4、智能三維轉臺5和支架6組成。激光測距儀1和角度編碼器2安裝在智能三維轉臺5上，智能三維轉臺5安裝在支架6上；攝像或照相設備3安裝在支架6上；所述激光測距儀1、角度編碼器2、攝像或照相設備3和智能三維轉臺5都與電腦4連接。
參照圖2本發明的方法首先確定站點數量11，應在原料堆的周圍設定至少三個測量站點和一個測量基準點。測量基準點是為了統一各測量站點三維坐標參數。本實施例的基準點的數量為1個，測量站的數量為a，且設置a＝3。從第一個測量站n＝1開始對測量站計數，在站點用角度編碼器和激光測距儀進行三維坐標測量12；并放置參照物，用角度編碼器和激光測距儀進行三維坐標測量，確定測量范圍用數碼攝像設備進行照相13、電腦對照片進行數字圖像處理14，生成包括原料堆輪廓和凹凸區域的特征圖，并進行網格化處理；電腦根據特征圖和測量范圍，以及網格化處理結果指揮智能三維轉臺、激光測距儀和角度編碼器聯合工作對原料堆進行圖像測量15；測量15之后對n＝a進行判斷，如果判斷結果是“否”，n＝n+1后可以在下一個測量站重復坐標測量12到測量15的操作，再進行n＝a的判斷，直到判斷的結果為“是”之后，電腦通過軟件對原始數據進行處理16，計算出其體積，最后按照要求進行數據輸出17。在圖象處理14-輸出17中，采用了三角化數據和網格化數據處理方法，獲得三維網格圖形，通過OpenGL圖形處理可以獲得原始平面圖形顯示、原始三維圖形顯示、數字修正圖形顯示和數碼照片顯示，進行堆料體積的計算。
參照圖3在測量過程中，攝像或照相設備拍得的圖像需進行網格化處理，并根據圖像的輪廓情況，在堆料的邊界區域放置幾個參照物，如圖中的黑點，并使用激光測距儀和角度編碼器測量參照物的三維坐標，結合網格化處理的數據，確定三維測量的范圍；圖中，網格化的交點即為測量點，網格的步長經轉換變為三維智能轉臺的轉動角度。電腦根據三維測量的范圍和轉動角度指揮智能三維轉臺轉動，并控制激光測距儀和角度編碼器進行測量。根據圖中的陰暗情況，電腦自動判斷堆料的凹凸情況，在凹凸區域增加新的測量點。
權利要求
1.一種體積精密測量裝置，包括激光測距儀(1)，角度編碼器(2)，電腦(4)，其特征在于，激光測距儀和角度編碼器安裝在智能三維轉臺(5)上，智能三維轉臺安裝在支架(6)上，攝像或照相設備(3)安裝在支架(6)上；所述激光測距儀(1)、角度編碼器(2)、攝像設備(3)和智能三維轉臺(5)都與電腦(4)連接。
2.根據權利要求1所述的體積精密測量裝置，其特征在于所述攝像或照相設備(3)為數碼相機、數碼攝影機或者其他攝像或照相設備。
3.一種體積精密測量方法，其特征在于包括以下步驟(1)確定站點數量在原料堆的周圍設定至少三個測量站點和一個測量基準點；(2)在站點用角度編碼器和激光測距儀進行三維坐標測量；并放置參照物，用角度編碼器和激光測距儀進行三維坐標測量，確定測量范圍(4)用攝像或照相設備進行攝像或照相；(5)電腦對照片進行數字圖像處理，生成包括原料堆輪廓和凹凸區域的特征圖，并進行網格化處理；(6)電腦根據特征圖和測量范圍，以及網格化處理結果指揮智能三維轉臺、激光測距儀和角度編碼器聯合工作對原料堆進行圖像測量；(7)根據測量站的數量重復坐標測量到圖像測量；重復的次數是測量站的數量；(8)電腦通過軟件對測量數據進行處理，計算出體積，并輸出所需要的數據資料。
全文摘要
本發明公開了一種適合冶金、煤礦、電力、建筑等行業使用的體積精密測量裝置及其方法。包括激光測距儀(1)，角度編碼器(2)，電腦(4)和支架(6)，其特征在于激光測距儀(1)和角度編碼器(2)安裝在智能三維轉臺(5)上，智能三維轉臺(5)安裝在支架(6)上；攝像或照相設備(3)安裝在支架(6)上；所述激光測距儀(1)、角度編碼器(2)、攝像或照相設備(3)和智能三維轉臺(5)都與電腦(4)連接。本發明減少了人為因素對測量精度的干擾，增加了測量點的信息量，提高了測量精度，降低了測量者的勞動強度。
文檔編號G01B11/00GK1948899SQ200610032399
公開日2007年4月18日 申請日期2006年10月12日 優先權日2006年10月12日
發明者曹修運, 王輝, 唐明成, 劉文德, 肖功明, 朱北平, 谷振宇 申請人:谷振宇, 株洲冶煉集團有限責任公司