[发明专利]基于结构光的挖掘机挖斗土方体积实时测量方法及测量装置

说明书

本发明公开了一种基于结构光的挖掘机挖斗土方体积实时测量方法及测量装置，由结构光发射投影仪将含有编码信息的彩色编码光栅投射于待测土方表面，通过相机捕捉经待测土方表面高度调制变形后的光栅，然后对相机捕捉到的光栅图像通过解码程序进行解码，计算出像素点坐标，得出待测土方表面的三维点云图；对点云图进行预处理以及边缘轮廓提取；利用canny算法进行边缘提取并筛选出每一循环的最大挖斗上截面边缘轮廓；判断装满土方状态或未装满土方状态，针对两种不同状态用两种不同的体积计算方法计算实际土方体积，输出土方体积数据，进行存储。本发明对挖掘机挖斗土方能够进行实时测量，测量精度高，提高了工程效率，便于工程进度安排。

技术领域

本发明涉及光学工程与工程机械范畴，主要涉及到采用结构光三维测量技术对挖掘机挖斗土方体积进行实时测量的方法和装置。

背景技术

经济的飞速发展使得工程基建类项目日益增多，在工程项目中，挖掘机挖斗土方的体积的实时测量问题也日益受到人们的重视。土方体积的实时精确测量，对工程总体规划、工程进度估计、工程劳务资金发放等多个方面都造成了不容忽视的影响。传统的土方体积测量，包括人工测量和仪器测量。人工测量费时费力且测量精度较低；仪器测量又难以达到实时性，并且仪器成本代价高，仍脱离不了人为的操作。就挖掘机而言，由于工作环境恶劣，挖斗形状不规则，且在工作过程中大小臂协同工作以至于工况复杂，因此无论是人工测量挖斗土方体积还是利用全站仪等测量仪器都难以实现高效、精确、实时的测量。

为了解决挖掘机复杂工况下的挖斗土方体积测量难度大、精度低的问题，本发明基于结构光三维测量技术对挖掘机挖斗土方进行实时测量，为推进“智慧工地”建设、提高工程效率、实现土方的精准统计，便于工程进度安排等方面提供了必要的支持。

发明内容

针对上述挖掘机挖斗土方体积测量的实际需求以及传统测量方法存在的缺陷，本发明的目的是提出了一种基于结构光的挖掘机挖斗土方体积实时测量方法及测量装置。对挖掘机挖斗土方能够进行实时测量，测量精度高，提高了工程效率，便于工程进度安排。

本发明的技术方案是：一种基于结构光的挖掘机挖斗土方体积实时测量装置，包括结构光发射投影仪、相机、多自由度连接部件、电源以及工控机，所述多自由度连接部件包括主底板，在主底板的上方设有两个对称的连接带，连接带的上端设有松紧螺栓，在主底板的下方依次设有两个对称的第一层滑轨滑块、第二层滑轨滑块和第三层球轴承，在第三层球轴承下端分别固定有结构光发射投影仪安装底板和相机安装底板，分别安装结构光发射投影仪和相机，主底板下方中部位置是电源和工控机的安装位置。

通过第一层滑轨滑块实现结构光发射投影仪和相机在坐标轴X上的水平移动，通过第二层滑轨滑块实现结构光发射投影仪和相机在坐标轴Y上的水平移动；通过第三层球轴承实现结构光发射投影仪和相机安装底板绕X、Y坐标轴的转动。

将多自由度连接部件与挖掘机运动大臂通过连接带进行固连，其次将结构光发射投影仪、相机、电源、工控机安装在多自由度连接部件相应的位置上，并标定好各部件的位置及角度；多自由度连接部件应保证实现结构光发射投影仪和相机在坐标轴X、Y上的水平位置可调，以及绕坐标轴X、Y转动；电源及工控机只需固定即可，无自由度运动要求；电源安装位置只要保证正常供电且与挖掘机运动臂无干涉即可。

具体标定位置应满足以下条件：

(1)结构光发射投影仪的镜头中心轴垂直于参考平面；

(2)结构光发射投影仪的镜头中心轴线与相机镜头中心轴线相交在参考平面上；

(3)结构光发射投影仪的镜头中心与相机镜头中心连线与参考平面平行。