全自动水泥装车机的车辆车厢尺寸和位置测量装置及方法与流程

本发明属于视觉测量技术领域，涉及一种车辆车厢尺寸和位置测量装置及方法，具体涉及一种用于全自动水泥装车工艺及设备的两相机水平行走式车辆车厢尺寸和位置测量装置及方法。

背景技术：

全自动水泥装车机是一种用于袋装水泥的运输以及车辆码包的机电一体化设备，它主要包含有运输机构、机械行走机构、码包机构、图像系统及控制系统。运输机构用于水泥包的运输，机械行走机构带动整机的前进及后退，码包机构将水泥包整齐地码到车辆车厢里，图像系统测量车辆车厢尺寸及位置，控制系统控制整机的启停和各种动作及安全保护。

目前我国水泥装车一直处于人工或半自动化状态，生产效率较低，工作强度大，而且严峻的工作环境严重影响着工人的身体健康。

技术实现要素：

为了解决技术问题，本发明提供了一种能配合全自动水泥装车机自动码包，快速、自动测量车辆车厢尺寸和位置的测量装置及方法。

本发明的装置所采用的技术方案是：一种全自动水泥装车机的车辆车厢尺寸和位置测量装置，其特征在于：由机械行走机构和图像系统组成；所述机械行走机构包括测量支架、水平电机、水平导轨、第一垂直电机、第一垂直导轨、第二垂直电机、第二垂直导轨；所述图像系统包括第一相机、第一激光器、第二相机、第二激光器；

所述测量支架为凹型，所述水平电机为两台、对称安装所述在测量支架上端两侧；所述测量支架通过水平导轨设置在天花板中间，能通过所述水平电机控制水平移动；所述第一垂直导轨、第二垂直导轨对称设置在所述测量支架下端两侧，所述第一垂直电机、第二垂直电机分别设置在所述第一垂直导轨、第二垂直导轨上，用于控制所述第一垂直导轨、第二垂直导轨上下移动；所述第一相机、第一激光器均设置所述第一垂直导轨下端，所述第二相机、第二激光器均设置在所述第二垂直导轨下端；

所述水平电机、第一垂直电机、第二垂直电机和图像系统分别与外部控制系统连接，用于在外部控制系统控制下工作。

作为优选，所述第一相机、第二相机均垂直向下设置，所述第一激光器与第一相机成一定夹角，第二激光器与第二相机成一定夹角。

本发明的方法所采用的技术方案是：一种全自动水泥装车机的车辆车厢尺寸和位置测量方法，其特征在于：当车辆进入装载工位后，外部控制系统发出指令，控制机械行走机构带动第一相机、第二相机使其处于一个恰当高度位置，启动第一相机、第二相机进行分步采图；采图结束后，外部控制系统自动进行图像拼接，选取拼接图像上的四个标志点及两个特征点即可测得车辆车厢尺寸及位置；所述四个标志点为车辆车厢的4个角点A、B、C、D，所述两个特征点为第二激光器、第一激光器在左右车厢墙板上的投影点。

作为优选，所述车辆车厢尺寸定义为车厢的长度与宽度，长度为左右两侧车厢的长度，宽度为前后车厢的宽度；

所述车辆左右两侧车厢的长度l₁、l₂分别为角点A、B间的距离和角点C、D间的距离：

l₁＝|x_A-x_B|；

l₂＝|x_D-x_C|；

所述车辆前后车厢的宽度为：

w_前＝w₀-(Y₁+Y₄)；

w_后＝w₀-(Y₂+Y₃)；

其中，第一相机(8)、第二相机(10)水平行走轨迹的中线为X轴，水平行走起点为坐标原点；w₀为第一相机(8)、第二相机(10)间的距离；F、G分别为第一相机(8)、第二相机(10)水平行走轨迹起点的投影点，E、H分别为第一相机(8)、第二相机(10)水平行走轨迹终点的投影点；A、B、C、D为车辆车厢的4个角点；Y₁、Y2分别为A、B与EF距离，Y₃、Y₄分别为C、D与HG距离。

作为优选，所述车辆车厢位置定义为车厢的前后偏移、左右偏移；

所述车厢位置前后偏移定义为车厢后墙板到原点的距离△l，计算为角点B、C到Y轴距离的平均值：

$\mathrm{\Δ}l=\left|\frac{x_B+x_C}{2}\right|;$

所述车厢位置左右偏移为车厢左右两侧墙板到X轴距离之差，定义车头方向的左右偏移为前左右偏移△w_前，定义车尾方向的左右偏移为后左右偏移△w_后：

△w_前＝w_a-w_d；

△w_后＝w_b-w_c；

其中，第一相机(8)、第二相机(10)水平行走轨迹的中线为X轴，水平行走起点为坐标原点；A、B、C、D为车辆车厢的4个角点；w_a、w_b、w_c、w_d分别为A、B、C、D与X轴的距离。

作为优选，采用激光三角测量法进行车辆墙板高度测量，第一激光器(或第二激光器)发射的激光与垂直导轨成θ角度照射在车厢墙板上表面及底板上，墙板上表面及地板上的激光投影在水平方向上的距离为k，该距离在第一相机(或第二相机)成像中的偏移为s，成像透镜距第一相机(或第二相机)及墙板上表面的距离分别为n、m，根据相似三角形的比例关系得：

$\frac{s}{k}=\frac{n}{m+h};$

式中k＝htanθ，因此计算出墙板的高度h：

$h=\frac{ms}{n\tan \mathrm{\θ}-s}.$

本发明提供的车辆车厢尺寸和位置测量装置是全自动水泥装车工艺及设备的重要组成部分，可以自动测量车辆车厢尺寸以及位置等参数。车辆每次进入装载工位的位置不同，装车车辆会产生偏移，使用车辆车厢尺寸以及位置等参数可以校正车厢偏移使车辆更好的完成水泥包装车工作。

附图说明

图1为本发明实施例的装置主视图。

图2为本发明实施例的装置左视图。

图3为本发明实施例的装置的测量示意图。

图4为本发明实施例的测量车辆车厢水平尺寸及位置原理图。

图5为本发明实施例的测量车辆车厢垂直尺寸及位置模型原理图。

具体实施方式

为了便于本领域普通技术人员理解和实施本发明，下面结合附图及实施例对本发明作进一步的详细描述，应当理解，此处所描述的实施示例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。

请见图1、图2和图3，本发明提供的一种全自动水泥装车机的车辆车厢尺寸和位置测量装置，由机械行走机构和图像系统组成；机械行走机构包括测量支架1、水平电机2、水平导轨3、第一垂直电机4、第一垂直导轨5、第二垂直电机6、第二垂直导轨7；图像系统包括第一相机8、第一激光器9、第二相机10、第二激光器11；测量支架1为凹型，水平电机2为两台、对称安装在测量支架1上端两侧；测量支架1通过水平导轨3设置在天花板中间，能通过水平电机2控制水平移动；第一垂直导轨5、第二垂直导轨7对称设置在测量支架1下端两侧，第一垂直电机4、第二垂直电机6分别设置在第一垂直导轨5、第二垂直导轨7上，用于控制第一垂直导轨5、第二垂直导轨7上下移动；第一相机8、第一激光器9均设置第一垂直导轨5下端，第二相机10、第二激光器11均设置在第二垂直导轨7下端；第一相机8、第二相机10均垂直向下设置，第一激光器9与第一相机8成一定夹角，第二激光器11与第二相机10成一定夹角；水平电机2、第一垂直电机4、第二垂直电机6和图像系统分别与外部控制系统连接，用于在外部控制系统控制下工作。

本实施例的外部控制系统包括计算机和图像测量软件。

请见图4和图5，本发明提供的一种全自动水泥装车机的车辆车厢尺寸和位置测量方法，当车辆进入装载工位后，外部控制系统发出指令，控制机械行走机构带动第一相机8、第二相机10使其处于一个恰当高度位置，启动第一相机8、第二相机10进行分步采图；采图结束后，外部控制系统自动进行图像拼接，选取拼接图像上的四个标志点及两个特征点即可测得车辆车厢尺寸及位置；四个标志点为车辆车厢的4个角点A、B、C、D，两个特征点为第二激光器11、第一激光器9在左右车厢墙板上的投影点。

本发明的车辆车厢尺寸定义为车厢的长度与宽度，长度为左右车厢的长度，宽度为前后车厢的宽度；

车辆左右车厢的长度l₁、l₂分别为角点A、B间的距离和角点C、D间的距离；

l₁＝|x_A-x_B|；

l₂＝|x_D-x_C|；

车辆车厢的宽度w为：

w_前＝w₀-(Y₁+Y₄)；

w_后＝w₀-(Y₂+Y₃)；

其中，第一相机8、第二相机10水平行走轨迹的中线为X轴，水平行走起点为坐标原点；w₀为第一相机8、第二相机10间的距离；F、G分别为第一相机8、第二相机10水平行走轨迹起点的投影点，E、H分别为第一相机8、第二相机10水平行走轨迹终点的投影点；A、B、C、D为车辆车厢的4个角点；Y₁、Y2分别为A、B与EF距离，Y₃、Y₄距离为C、D与HG。

本发明的车辆车厢位置定义为车厢的前后偏移、左右偏移；

车厢位置前后偏移定义为车厢后墙板到原点的距离△l，计算为角点B、C到Y轴距离的平均值：

$\mathrm{\Δ}l=\left|\frac{x_B+x_C}{2}\right|;$

车厢位置左右偏移为车厢两侧墙板到X轴距离之差，定义车头方向的左右偏移为前左右偏移△w_前，定义车尾方向的左右偏移为后左右偏移△w_后：

△w_前＝w_a-w_d；

△w_后＝w_b-w_c；

其中，w_a、w_b、w_c、w_d分别为A、B、C、D与X轴的距离。

本发明采用激光三角测量法进行车辆墙板高度测量，第一激光器9(或第二激光器11)发射的激光以与第一垂直导轨(或第二垂直导轨)成θ角度打在车厢墙板上表面及底板上，墙板上表面及地板上的激光投影在水平方向上的距离为k，该距离在第一相机8(或第二相机10)成像中的偏移为s，成像透镜距第一相机8(或第二相机10)及墙板上表面的距离分别为n、m，根据相似三角形的比例关系得：

$\frac{s}{k}=\frac{n}{m+h};$

式中k＝htanθ，因此计算出墙板的高度h：

$h=\frac{ms}{n\tan \mathrm{\θ}-s}.$

尽管本说明书较多地使用了测量支架1、水平电机2、水平导轨3、第一垂直电机4、第一垂直导轨5、第二垂直电机6、第二垂直导轨7、第一相机8、第一激光器9、第二相机10、第二激光器11等术语，但并不排除使用其他术语的可能性。使用这些术语仅仅是为了更方便的描述本发明的本质，把它们解释成任何一种附加的限制都是与本发明精神相违背的。

应当理解的是，本说明书未详细阐述的部分均属于现有技术。

应当理解的是，上述针对较佳实施例的描述较为详细，并不能因此而认为是对本发明专利保护范围的限制，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明权利要求所保护的范围情况下，还可以做出替换或变形，均落入本发明的保护范围之内，本发明的请求保护范围应以所附权利要求为准。