港口岸桥激光扫描仪安装的偏转角度测量方法及系统与流程

本发明涉及一种偏转角度检测技术，具体的说是一种港口岸桥激光扫描仪安装的偏转角度测量方法及系统。

背景技术：

岸桥是集装箱码头作业的重要设备，负责装船、卸船操作。为了降低司机的工作强度，提高工作效率，越来越多的港口采用岸桥(半)自动化作业。在自动化作业过程中，为了减少能源消耗，提高作业效率，吊具必须走抛物线路径，这就需要扫描设备及相应的程序进行轮船上集装箱分布情况的实时扫描，形成集装箱的轮廓分布。

轮船集装箱轮廓扫描系统使用激光扫描装置进行轮船形状扫描，激光扫描装置包含二台2d的激光扫描仪，激光扫描仪固定在岸桥的小车架上，通过螺栓固定，跟随小车运动。其中一台激光扫描仪沿小车运行方向进行扫描，另外一台沿大车运行方向进行扫描。

由于激光扫描仪安装的位置比较高，安装时即使有一个很小的偏转角度，对扫描结果也会造成很大的影响。因此，每次安装扫描仪时，都需要精确测量安装的偏转角度，如果安装角度偏转过大，就需要重新安装，直到安装角度的偏转在规定的阈值内。然而，此过程涉及几个工作人员协同工作，操作过程较为麻烦，且费时费力。有时，扫描仪由于维修或其他原因需要从小车架上拆卸下来，之后再安装上去。安装位置基本可以做到和之前的安装位置不变，即使有小的偏差，也不会对后续的应用产生影响。但是安装角度很难做到和之前的安装角度不变，安装角度一旦有小的改动，就会对后续使用造成很大的影响。此时，又需要重新测量扫描仪的安装角度是否适合，重复初次安装时的繁琐操作。

技术实现要素：

本发明的目的是为了克服在上述技术中的缺陷，采用扫描轮廓图形化显示的技术，提供一种港口岸桥激光扫描仪安装的偏转角度测量方法及系统，以改变港口现有的检测及调整激光扫描仪安装角度操作过程繁琐且费时费力的局面。该检测系统，在扫描仪完成初次安装且安装角度调整适合之后，会在岸桥的海侧横梁及陆侧横梁分别安装一个参照物。当扫描仪拆卸下来，需要重新安装时，能够非常简便的协助完成扫描仪的再次安装及角度调整。安装人员调整扫描仪的安装角度，协助人员在图形化界面上观察是否能够同时扫描到预先安装在岸桥海侧横梁及陆侧横梁上的参照物，如果能够同时扫描到预先安装的两个参照物，则调整扫描仪安装角度工作结束。

本发明所采取的技术方案是：一种港口岸桥激光扫描仪安装偏转角度测量方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1：初次安装扫描仪并调整安装角度；测量扫描仪在岸桥小车架上的安装位置p1，包括x轴方向位置、y轴方向位置及z轴方向位置；

所述的坐标系定义如下：

x轴：小车前进方向为x轴正方向，小车停止位置为x轴0点；

y轴：起升上升方向为y轴正方向，地面高度为y轴0点；

z轴：大车向右为z轴正方向，大车中心点为z轴0点；

通过坐标变换将扫描仪反馈的扫描点的极坐标转换为直角坐标，并显示在计算机上的图形化界面；在地面相隔m米的地方放置两个参照物，使得扫描仪的扫描线经过此两个参照物；将参照物的坐标位置分解到直角坐标的x轴和z轴，利用三角函数关系，计算扫描仪的安装偏转角度；判断安装偏转角度是否在阈值内，如果不满足阈值，则安装人员调整安装角度，再次测量，直至安装偏转角度在阈值内；

步骤2：记录初次安装后的结果；记录扫描仪在岸桥小车架上的安装位置p1；保持小车的位置不变，使得扫描线经过步骤1中所述的两个参照物处；如果能够同时扫描到两个参照物，则调整扫描仪安装角度工作结束，否则安装人员微调一下安装角度后再次检测，直到能同时扫描到两个参照物。

优选的，步骤1中，测量扫描仪在岸桥小车架上的安装位置p1，需要在小车架上测量，包括如下步骤：

首先测量扫描仪中心点到小车中心点在小车方向的位移stsx；小车架的中心与吊具中心对应；

然后测量扫描仪中心点到小车中心点在大车方向的位移stsz；

所述的stsz的范围为(u，l)，如果超出这个范围，需要重新安装；记录stsx和stsz。

优选的，步骤1中，将参照物的坐标位置分解到直角坐标的x轴和z轴，利用三角函数关系，计算扫描仪的安装偏转角度；测量参照物在大车方向上的位移，点ph为吊具放到地面上时的中心点的位置，具体测量方法如下：

(a)在地面上画一条平行于小车方向且经过点ph的直线lt；

(b)用卷尺测量参照物pa到直线lt的距离，记为saz，saz的取值范围为(u，l)，如果超出这个范围，则需要重新安装调整扫描仪，使其满足范围要求，saz和stsz的差值需小于k，否则，需要重新安装调整扫描仪，使其满足范围要求；

(c)用卷尺测量参照物pb到直线lt的距离，记为sbz。sbz的取值范围为(u，l)，如果超出这个范围，则需要重新安装调整扫描仪，使其满足范围要求。sbz和stsz的差值需小于k，否则，需要重新安装调整扫描仪，使其满足范围要求；

(d)saz和sbz的差值需小于k，否则，需要重新安装调整扫描仪，使其满足范围要求；

(e)记录saz和sbz，在后续步骤中使用；

计算偏转角度如下：

角α＝绕y轴的偏转角度

角β＝绕x轴的偏转角度

tan(α)＝(sbz－saz)/(sbx－sax)

tan(β)＝[saz×(sbx－stx)]/[stx－sax)－stsz]/(stsy)。

优选的，步骤1中，所述的m的取值范围为(22，28)米。

优选的，其特征在于，所述的u和l分别为100cm和200cm。

优选的，所述的k为50cm。

优选的，所述的阈值为1.5°。

一种使用港口岸桥激光扫描仪安装偏转角度测量方法的系统，包括：安装在岸桥小车架上的激光扫描仪和与之连接的用于激光扫描仪扫描轮廓信息处理和图形化界面直角坐标系的计算机。

本发明与之前研制技术比较，有诸多的优点：

(1)本发明使用的参照物非常简单，只需要两个长方体形状的铁块就可以完成安装偏转角度的测量，只需注意参照物表面光滑且是亮色即可。而且参照物是固定在岸桥横梁上，不会影响岸桥的其他操作。

(2)此检测及调整扫描仪安装角度的方法，不需要修改后续应用程序的配置参数，可直接使用之前的参数。

(3)减少了现场调试人员，节约人力成本，值需要一个安装调整安装角度，一个辅助人员观察图形化界面就可以完成。

(4)简化了测量扫描仪安装偏转角度的操作过程，节约了时间。

附图说明

图1为本发明的系统安装及扫描扇面示意图；

图2为本发明的在海侧鞍梁、及陆侧鞍梁设置参照物时的系统安装及扫描扇面示意图；

图3为扫描仪在小车架上的安装位置示意图；

图4为计算机上的图形化界面辅助程序spss的参照物坐标图；

图5为计算机上的图形化界面辅助程序spss的参照物pa的坐标放大图；

图6为计算机上的图形化界面辅助程序spss的参照物pb的坐标放大图；

图7为参照物在地面上的(x，z)坐标位置图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明作进一步详细的描述。针对在小车方向扫描的激光扫描仪，重点描述初次安装时安装偏转角度的测量方法。

(1)初次安装扫描仪后调整安装角度：测量扫描仪在岸桥小车架上的安装位置p1，包括x轴方向位置、y轴方向位置及z轴方向位置；安装辅助程序spss作为一个现有的成熟软件，通过坐标变换将扫描仪反馈的扫描点的极坐标转换为直角坐标，并显示在计算机上的图形化界面；在地面相隔25米的地方放置两个参照物，距离可以在3米内波动，使得扫描仪的扫描线正好经过此两个参照物；将参照物的坐标位置分解到直角坐标的x轴和z轴，利用三角函数关系，计算扫描仪的安装偏转角度；判断安装偏转角度是否在1.5°的阈值内，如果不满足此阈值，则安装人员调整安装角度，再次测量，直至角度适合。

(2)记录初次安装后的结果：记录扫描仪在岸桥小车架上的安装位置p1；记录小车的位置；保持小车的位置不变，本发明的实施例在岸桥的海侧鞍梁、及陆侧鞍梁分别放置一个参照物，使得扫描线经过此两个参照物，将这两个参照物固定在这个位置。

(3)当扫描仪由于维修或其他原因需要从小车架上拆卸下来，之后再安装上去时：

将扫描仪安装在初次安装记录的位置处；将岸桥小车移动到初次安装记录的位置处；安装人员调整扫描仪的安装角度，协助人员在图形化界面上观察是否能够同时扫描到预先安装在岸桥海侧横梁及陆侧横梁上的参照物，如果能够同时扫描到两个参照物，则调整扫描仪安装角度工作结束，否则安装人员微调一下安装角度后再次检测，直到能同时扫描到两个参照物。

为方便测试方法描述，定义坐标系如下：

x轴：小车前进方向为x轴正方向，小车后停止位置为x轴0点；

y轴：起升上升方向为y轴正方向，地面高度为y轴0点；

z轴：大车向右为z轴正方向，大车中心点为z轴0点。

参见图3，测量扫描仪的安装位置，需要在小车架上测量，测量方法如下：

(1)小车架的中心是指吊具中心对应的点；

(2)扫描仪的中心是指扫描仪玻璃罩壳的中心；

(3)使用卷尺测量扫描仪到小车中心点在小车方向的位移stsx；

(4)使用卷尺测量扫描仪到小车中心点在大车方向的位移stsz；

(5)stsz的范围为(100cm，200cm)，如果超出这个范围，需要重新安装；

(6)记录stsx和stsz，在后续步骤中使用。

参见图4、图5和图6，在地面上寻找扫描线，可以通过在地面上放置2个参照物来寻找扫描线，2个参照物分别记为pa和pb。参照物可以为普通的纸盒子，尺寸为10cm×30cm×30cm。运行安装辅助软件spss后，地面的高度为0，当qc下面不放置其他物体时，扫描点的连线基本上与地面重合；陆侧鞍梁、海侧鞍梁、吊具的轮廓已经在界面上用文字标记；扫描仪的高度位置也已经在界面上用文字标记。寻找扫描线的具体方法如下：

(1)小车停在停车位附近，不要移动小车，保持不动，记录小车的位置stx，例如图4中，小车位置为2760cm；

(2)从spss界面上观察扫描仪的高度，记为stsy，例如图4中，扫描仪高度为5140cm；

(3)将吊具放到地面，吊具下降过程中，注意尽量不要晃动。在地面上找到吊具的中心点的位置ph，并在地面上做个标记。参考图4中的spreader标示，此处的扫描线为吊具放到地面后的扫描形状；

(4)在两个鞍梁之间，靠近陆侧鞍梁的地方放置参照物pa。具体方法为：让一个人在此位置附件的地面上来回缓慢走动，另一个人观察spss界面，直到spss界面上出现一个凸起，此凸起就是地面人员的扫描轮廓，在地面上做个临时标记；在此位置附近放置参照物，可能需要在此附近多次移动参照物，直到spss界面上出现一个和参照物高度一致的凸起。可以参考图中的标示pa的地方，图5为放大后的效果。参照物放在此位置不要动，在地面上做标记，并且通过spss界面观察pa的小车位置，记为sax，例如图5中参照物的小车位置约等于2280cm；

(5)在两个鞍梁之间，靠近海侧鞍梁的地方放置参照物pb。具体方法可参考参照物pa的放置方法。参照物放在此位置不要动，在地面上做标记，并且通过spss界面观察pb的小车位置，记为sbx，例如图6中参照物的小车位置约等于4970cm；

(6)参照物pa和参照物pb的连线，就是扫描仪在地面上的扫描线；

(7)记录stx、sax、sbx、stsy，在后续步骤中使用。

参见图7，测量参照物在大车方向上的位移，点ph为吊具放到地面上时的中心点的位置。具体测量方法如下：

(1)在地面上画一条平行于小车方向且经过点ph的直线lt；

(2)用卷尺测量参照物pa到直线lt的距离，记为saz。saz的取值范围为(100cm，200cm)，如果超出这个范围，则需要重新安装调整扫描仪，使其满足范围要求。saz和stsz的差值需小于50cm，否则，需要重新安装调整扫描仪，使其满足范围要求；

(3)用卷尺测量参照物pb到直线lt的距离，记为sbz。sbz的取值范围为(100cm，200cm)，如果超出这个范围，则需要重新安装调整扫描仪，使其满足范围要求。sbz和stsz的差值需小于50cm，否则，需要重新安装调整扫描仪，使其满足范围要求；

(4)saz和sbz的差值需小于50cm，否则，需要重新安装调整扫描仪，使其满足范围要求；

(5)记录saz和sbz，在后续步骤中使用。

计算偏转角度如下：

角α＝绕y轴的偏转角度

角β＝绕x轴的偏转角度

tan(α)＝(sbz－saz)÷(sbx－sax)

tan(β)＝(saz×(sbx－stx)÷(stx－sax)－stsz)÷(stsy)

判断安装偏转角度是否适合，如果不适合，则安装人员调整安装角度，再次测量，直至角度适合。

初次安装结束收，记录初次安装的结果：记录扫描仪在岸桥小车架上的安装位置p1；记录小车的位置stx；保持小车的位置不变，在岸桥的海侧鞍梁、及陆侧鞍梁分别放置一个参照物，使得扫描线经过此两个参照物，将这两个参照物固定在这个位置，例如图1，在此过程中，可以通过观察安装辅助程序spss的图形化界面，如果出现了参照物对应的形状，则表示参照物的正确。

再次安装扫描仪：将扫描仪安装在初次安装记录的位置p1处；将岸桥小车移动到初次安装记录的位置stx处；安装人员调整扫描仪的安装角度，协助人员在图形化界面上观察是否能够同时扫描到预先安装在岸桥海侧鞍梁及陆侧鞍梁上的参照物，如果能够同时扫描到两个参照物，参见图2，则调整扫描仪安装角度工作结束，否则安装人员微调一下安装角度后再次检测，直到能同时扫描到两个参照物。