[发明专利]露天矿矿用自卸卡车的矿石方量检测装置及方法

说明书

本发明公开了一种露天矿矿用自卸卡车的矿石方量检测装置及方法，装置包括立柱、遮光棚、行车道、光标尺、摄像机、光幕竖梁、光幕横梁、工控机和红色光灯箱，行车道沿水平横向设置在地面上，光幕竖梁沿竖直方向布置在行车道两侧，光幕横梁沿水平纵向布置在光幕竖梁顶端，光幕横梁上部中间位置设有红色光灯箱，光幕竖梁、光幕横梁以及底部的行车道构成了光幕门，光标尺贴装在车厢侧板顶部平面上，摄像机设置在遮光棚底部中间位置，摄像机连接到设置于遮光棚底部的工控机上，采用激光光幕辅助成像、图像识别车厢矿石轮廓的方式，经过图像采集、图像校正、图像提取、图像分割和绿光幕面积计算，获得车厢矿石方量，结构新颖，可靠实用，经济性良好。

技术领域

本发明涉及一种矿石方量检测装置及方法，尤其是一种适用于露天矿汽车运输的露天矿矿用自卸卡车的矿石方量检测装置及方法。

背景技术

矿用自卸卡车是国内外大型露天矿区汽车运输的主要装备，担负着运输矿石、岩土的重要任务。矿用自卸卡车主要由车头、车架、车厢、车轮以及附带的动力、制动、减震缓冲装置等构成，具备自重大、载重大、体积大的特点，担负着运输矿石和岩土的重要任务。

矿石方量是衡量矿用自卸卡车效能的重要参数，是企业制定合理生产和排土任务的主要依据，也是考核驾驶员工作绩效的关键指标之一。目前，针对矿用自卸卡车的矿石方量检测主要有以下几种方式：第一，依据车厢的额定容积，人工察看估算矿用自卸卡车装载的矿石方量；第二，利用光幕发生器和光幕接收器形成光幕，基于车辆对光幕的遮挡，依靠光幕接收器接收到的光幕变化来检测车辆的轮廓尺寸变化，从而获得矿石方量，如专利申请号为CN201610595422.7的车辆外廓尺寸光幕测量装置及方法；第三，利用激光测距方式扫描获取目标物外表面的坐标信息来计算矿石方量，可以采用激光束空间角位移变化获取目标物外表面的坐标信息，形成车辆外表面的激光雷达点云，如专利申请号为CN201910100424.8的基于激光雷达的车辆外廓尺寸自动检测系统及方法，也可以采用多个激光雷达构成激光雷达阵列，以阵列扫描的方式获取车辆的外尺寸轮廓，如专利申请号为CN201910041379.3的电机车车厢动态测量装置；第四，利用激光测距与机器视觉测距相结合的方式，融合激光单点测距精度高和双目机器视觉对纹理信息敏感的优点，对激光雷达获得的目标物外表面点云与双目相机获得的相应点云进行融合，提高测距精度，获得更为准确地车辆外表面尺寸，如专利申请号为CN201810240140.4的基于激光雷达和双目可见光相机联合测量方法。

然而，现有研究尚存在以下问题：第一，采用人工察看估算矿石方量的方式，显然误差很大；第二，采用光幕遮挡的方式测量车辆的外廓尺寸，主要适用于测量整车的宽度和高度，旨在对车辆进行限高限宽，缺乏对车辆轮廓细节的分辨，估算的矿石方量准确性差；第三，激光雷达扫描主要利用点光源发射激光束，入射到目标物后，依赖检测反射回来的激光束进行测距，受限于工作原理，激光束的入射角度以及目标物的反射特性对激光雷达测距的结果影响较大，因而激光测距在正对目标物进行单点测距时准确性较高，而对三维目标进行扫描，特别是针对车厢矿石这种漫反射特性比较明显的目标物来说，三维空间上的角度分辨率难以保证，因而在空间上检测矿石方量的准确性有限，而如果采用多个激光雷达构成高密度雷达阵列或者采用大型高角度分辨率三维激光雷达对矿用卡车进行扫描，会导致经济性较差；第四，采用激光测距与双目视觉测距相结合的方式，将两者获得的点云进行融合，可以提高车辆外表面的识别精度，实质上属于冗余测距，硬件投入较高、融合算法较复杂，在工业现场应用时经济性和实时性不高。因而有必要研究一种兼具可靠性、实用性、经济性的矿用自卸卡车矿石方量检测装置及方法，以便快速准确地检测矿用自卸卡车的矿石方量。

发明内容

技术问题：本发明的目的是要克服现有技术中的不足之处，提供一种结构简单、操作方便、可靠性高的矿用自卸卡车矿石方量检测装置及方法。