CN110567422A - 一种起重机吊钩扭转角自动检测方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种起重机吊钩扭转角自动检测方法，基于吊钩的3D点云模型进行高精度、自动化的扭转角自动计算，主要步骤包括：通过去噪处理，去除吊钩以外的点云数据；通过遍历点云，搜索获吊钩钩尖段点集及钩尖顶点，以及不易发生形变的上半部点集数据；对上半部数据，基于初始平面假设、对称点集计算与特征值分解技术，计算出对称平面，作为扭转角检测的基准平面；计算钩尖段的对称平面，其法向量与基准平面法向量间的夹角，即为扭转角。本发明能够解决扭转角难以测量的问题，且不依赖于吊钩顶部特定形状，因而具有自动化程度高、适用性广等优点。

Description

一种起重机吊钩扭转角自动检测方法

技术领域

本发明涉及智能检测技术领域，特别是一种起重机吊钩扭转角自动检测方法。

背景技术

根据国家质量监督检验检疫总局发布的《起重机械安全技术监察规程—桥式起重机》，若吊钩扭转变形大于10°，则应报废。但目前的检测工具仅限于卡钳、游标卡尺等传统工具，其局限性体现在：(1)因无法全面获取数据，只能检测部分较容易测量的线性指标，如吊钩的开口度，而扭转形变则难以定量量度；(2)人工操作虽灵活，但主观性较大、容易引入误差，导致测量精度较低；(3)检测结果缺乏统一的存储和管理方法，无法利用检测数据对形变发展进行适当的分析和预警。

发明专利CN101634543A公开了一种起重吊钩扭转变形检测装置和检测方法，该装置由夹具、基准钩架及滑动测量架组成。测量时，需夹紧吊钩、操作滑动测量架、记录吊钩侧面轮廓中心线并拟合出实际中心线，进而计算出形变角。该装置的安装过程繁琐，需人工读数并对数据进行进一步的处理，才能得到测量结果。实用新型CN202209944公开了一种在役起重机吊钩扭转变形测量装置，由一个圆环和一个长杆焊接而成。测量时需将装置固定于吊钩头部，尾部与吊钩弧形平行，根据头部与钩尖部尺寸计算得出扭转变形量。该装置也需手工安装，准确性难以保证，进而会导致测量数据的读取不精确。

综上所述，目前的起重机吊钩扭转形变检测在检测装置的复杂度、检测过程的自动化程度、检测精度及实用性等方面仍存在一定的问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种起重机吊钩扭转角自动检测方法。

实现本发明目的的技术解决方案为：一种起重机吊钩扭转角自动检测方法，包括以下步骤：

步骤1、通过去噪处理，去除吊钩以外的点云数据；

步骤2、通过遍历点云，获得吊钩钩尖段点集及钩尖顶点，以及上半部点集数据；

步骤3、对上半部点集数据，基于初始平面假设、对称点集计算与特征值分解，计算出对称平面，作为扭转角检测的基准平面；

步骤4、计算钩尖段的对称平面，其法向量与基准平面法向量间的夹角，即为扭转角。

与现有技术相比，本发明的显著优点为：(1)本发明无需要特殊的设备安装工作，进而避免了因此而引入的误差；(2)本发明不依靠人工记录或处理数据，自动化程度高；(3)检测结果由大量测量数据的分析得到，可靠性高。

附图说明

图1为吊钩点云及坐标系示意图。

图2为吊钩扭转形变计算的关键点及平面示意图。

具体实施方式

一种适用于各种吊钩的扭转角自动检测的方法，具体包括以下步骤：

S1、去除背景噪声：假设经三维测量设备采集的点云集合P，其中的任意点记为p(x,y,z)。遍历点云，若任意点p满足：

{p(x,y,z)∈P|||p||＞d0}，则删除该点。其余点构成的集合记为P’，d0为距离阈值。

S2、钩尖段的计算：在点集P’中搜索x分量最小的点，即钩尖段的最左侧边缘点，记为A(xa,ya,za)。从点A开始做近邻搜索，将满足{p(x,y,z)|||p-A||<50}的点集，作为钩尖段，记为pSharp。

S3、遍历点集pSharp，搜索z分量最大的点，即为钩尖顶点，记为T(xt,yt,zt)。并将满足{p(x,y,z)|z>zt}的点集记为上半部点集数据pAbove。

S4、计算点集pAbove的对称平面L，即确定L上一点及其法向量：

S41、计算点集pAbove的重心点O，过该点做法向量为m＝(0,1,0)^T的平面L0；

S42、计算点集pAbove相对于平面L0的对称点集pAbove’；

S43、计算点集pAbove’相对于点集pAbove的钢体变换矩阵Rt；

S44、计算矩阵(I-2mm^T)R的特征值及对应的特征向量，特征值-1所对应的特征向量记为n；其中I为3*3的单位矩阵，R为S43步骤中计算所得的刚体变换矩阵中的旋转子矩阵；

S45、过O点、法向量为n的平面L即为测量扭转角的基准平面。

S5、扭转角的计算

对点集pSharp用S4的方法计算其对称平面L1，则该平面法向量与基准平面法向量间的夹角，即为扭转角。

下面结合附图和实施例对本发明做详细说明。

实施例

一种起重机吊钩扭转角自动检测方法，包括以下步骤：

1)吊钩经三维测量设备采集的点云及所在坐标系如图1所示。首先根据测量环境中吊钩与背景物体的距离，合理设置d0，删除位于吊钩之外的噪声数据。

2)遍历点云中的点，搜索得到z分量最小的点A，进而搜索得到钩尖顶点T(xt,yt,zt)。从而将满足{p(x,y,z)|z>zt}的点集记为pAbove。该部分点云位于吊钩上半部，是不易出现形变的点，用于计算扭转角的基准平面，如图2所示。

3)计算点集pAbove的对称平面：

首先，计算该集合中所有点的重心O，过该点做法向量为m＝(0,1,0)^T的初始对称平面L0，即平行于XOZ的平面；

然后，计算点集pAbove中所有点相对于平面L0的对称点，得到点集pAbove’；

再计算3*3的矩阵R和3*1的向量t，使其满足；

其中qi、pi分别为点集pAbove’和pAbove中的任意点。

最后，计算矩阵(I-2mm^T)R的特征值及对应的特征向量。特征值-1所对应的特征向量即为所求的对称平面的法向量。

过O点做法向量为m的平面，将其作为扭转角计算的基准平面。

4)从钩尖点B开始做近邻搜索，点集{p(x,y,z)∈P|||p-B||＜50}，即与钩尖点距离小于50mm作为钩尖部分，使用步骤3)的算法计算其对称平面。该平面法向量与基准平面法向量间的夹角即为扭转角。

Claims (4)

1.一种起重机吊钩扭转角自动检测方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1、通过去噪处理，去除吊钩以外的点云数据；

步骤2、通过遍历点云，获得吊钩钩尖段点集及钩尖顶点，以及上半部点集数据；

步骤3、对上半部点集数据，基于初始平面假设、对称点集计算与特征值分解，计算出对称平面，作为扭转角检测的基准平面；

步骤4、计算钩尖段的对称平面，其法向量与基准平面法向量间的夹角，即为扭转角。

2.根据权利要求1所述的起重机吊钩扭转角自动检测方法，其特征在于，步骤1具体为：

假设经三维测量设备采集的点云集合P，其中任意点记为p(x,y,z)；遍历点云，若任意点p满足：{p(x,y,z)∈P|||p||＞d0}，则删除该点；其余点构成的集合记为P’。

3.根据权利要求2所述的起重机吊钩扭转角自动检测方法，其特征在于，步骤2具体为：

在点集P’中搜索x分量最小的点，即钩尖段的最左侧边缘点，记为A(xa,ya,za)；从点A开始做近邻搜索，将满足{p(x,y,z)|||p-A||<50}的点集，作为钩尖段，记为pSharp；

遍历点集pSharp，搜索z分量最大的点，即为钩尖顶点，记为T(xt,yt,zt)；并将满足{p(x,y,z)|z>zt}的点集记为上半部点集pAbove。

4.根据权利要求3所述的起重机吊钩扭转角自动检测方法，其特征在于，步骤3具体为：

S31、计算点集pAbove的重心点O，过该点做法向量为m＝(0,1,0)^T的平面L0；

S32、计算点集pAbove相对于平面L0的对称点集pAbove’；

S33、计算点集pAbove’相对于点集pAbove的钢体变换矩阵Rt；

S34、计算矩阵(I-2mm^T)R的特征值及对应的特征向量，特征值-1所对应的特征向量记为n；其中I为3*3的单位矩阵，R为S43步骤中计算所得的刚体变换矩阵中的旋转子矩阵；

S35、过O点、法向量为n的平面L即为测量扭转角的基准平面。