CN112407979A - 一种基于原料场扫描成像的自动取料方法及*** - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种基于原料场扫描成像的自动取料方法及***，属于机械自动化取料技术领域，获取料堆点云图像数据；提取所述料堆点云图像数据中料堆的三维点云模型；对料堆的三维点云模型经点云合并、去噪、分割、拟合处理，获取料堆高度；根据预设取料工艺策略，将料堆高度进行分层；根据分层后的三维点云模型计算取料机运行控制参数；根据运行控制参数控制取料机的运动，实现自动取料。本发明通过对实时获取的料堆图像进行处理，根据工艺要求，确定了取料机的作业运动参数，根据作业运动参数控制取料机对料堆实现了自动取料，无需人工现场操作，降低了人工劳动强度，提高了工作效率，降低了人工劳动成本，提高了生产安全性。
Description
技术领域
本发明涉及机械自动化取料技术领域，具体涉及一种基于原料场扫描成像的自动取料方法及***。
背景技术
钢铁生产中，原料场用于存储、中转、输送原料，是钢铁生产的保证。原料场中主要存放钢铁炼制过程中所需的原材料和燃料。原材料和原料堆放的区域称之为料堆，供料过程即为将指定料堆上的原料输送至高炉等冶炼装置的过程。
供料过程中，需要将料堆上的原料通过堆取料机取料到输送带上，输送带传送至高炉等冶炼装置。
现有的堆取料机操作方式多以人工操作为主，操作人员坐在驾驶室内操作堆取料机，需要精神高度集中，而且作业现场粉尘较大，作业环境比较恶劣，操作工人劳动强度较大。而且在作业时，视线经常受阻，作业过程中容易出现安全隐患。
发明内容
本发明的目的在于提供一种基于实时获取的原料场现场图片处理后获得控制参数，基于该控制参数控制取料机自动取料的基于原料场扫描成像的自动取料方法及***，以解决上述背景技术中存在的至少一项技术问题。
为了实现上述目的，本发明采取了如下技术方案：
一方面，本发明提供一种基于原料场扫描成像的自动取料方法：
获取料堆点云图像数据；
提取所述料堆点云图像数据中料堆的三维点云模型；
对料堆的三维点云模型经点云合并、去噪、分割、拟合处理，获取料堆高度；
根据预设取料工艺策略，将料堆高度进行分层；
根据分层后的三维点云模型计算取料机运行控制参数；
根据运行控制参数控制取料机的运动，实现自动取料。
优选的，所述取料机运行控制参数包括：俯仰角、取料机位置、自动对位切入旋转点。
优选的，所述取料工艺策略包括：料堆的分层高度、切深以及开层长度。
优选的，计算所述俯仰角包括：提取料堆的边界，并映射到相应分层的层平面，根据相应层的层高计算该层对应的俯仰角：
其中，h1表示料堆的高度，h2表示取料机大臂旋转点距离地面的高度，L表示取料机大臂的长度。
优选的，根据料堆下边界以及取料机与料堆边界的相对位置计算所述取料机位置，假设料堆下边界坐标为y，则取料机位置为：y1＝y-L×cos(theta)。
优选的，自动对位切入旋转点为：
其中，Dis表示取料机与料堆边界的距离。
第二方面，本发明提供一种基于原料场扫描成像的自动取料***，该***实现如上所述的基于原料场扫描成像的自动取料方法；
所述自动取料***包括：
图像采集装置，设于取料机大臂的两侧，用于采集获取料堆点云图像数据，并提取所述料堆点云图像数据中料堆的三维点云模型；
料堆高度计算模块，用于对料堆的三维点云模型经点云合并、去噪、分割、拟合处理，获取料堆高度；
分层模块，用于根据预设取料工艺策略，将料堆高度进行分层；
控制参数计算模块，用于根据分层后的三维点云模型计算取料机运行控制参数；
控制器，用于根据运行控制参数控制取料机的运动，实现自动取料。
优选的，所述控制参数计算模块包括：
俯仰角计算单元，用于提取料堆的边界，并映射到相应分层的层平面，根据相应层的层高计算该层对应的俯仰角；
取料机位置计算单元，用于根据料堆下边界以及取料机与料堆边界的相对位置计算所述取料机位置；
自动对位切入旋转点计算单元，用于计算自动对位切入旋转点。
第三方面，本发明还提供一种计算机设备，包括存储器和处理器，所述处理器和所述存储器相互通信，所述存储器存储有可被所述处理器执行的程序指令，所述处理器调用所述程序指令执行如上所述的方法。
第四方面，本发明还提供一种计算机可读存储介质，其存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现如上所述的方法。
本发明有益效果：通过对实时获取的料堆图像进行处理，根据工艺要求，确定了取料机的作业运动参数，根据作业运动参数控制取料机对料堆实现了自动取料，无需人工现场操作，降低了人工劳动强度，提高了工作效率，降低了人工劳动成本，提高了生产安全性。
本发明附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，这些将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例所述的基于原料场扫描成像的自动取料方法流程图。
图2为本发明实施例所述的俯仰角计算模型示意图。
图3为本发明实施例所述的自动对位切入旋转点计算模型示意图。
具体实施方式
下面详细叙述本发明的实施方式，所述实施方式的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过附图描述的实施方式是示例性的，仅用于解释本发明，而不能解释为对本发明的限制。
本技术领域技术人员可以理解，除非另外定义，这里使用的所有术语(包括技术术语和科学术语)具有与本发明所属领域中的普通技术人员的一般理解相同的意义。
还应该理解的是，诸如通用字典中定义的那些术语应该被理解为具有与现有技术的上下文中的意义一致的意义，并且除非像这里一样定义，不会用理想化或过于正式的含义来解释。
本技术领域技术人员可以理解，除非特意声明，这里使用的单数形式“一”、“一个”、“所述”和“该”也可包括复数形式。应该进一步理解的是，本发明的说明书中使用的措辞“包括”是指存在所述特征、整数、步骤、操作、元件和/或组件，但是并不排除存在或添加一个或多个其他特征、整数、步骤、操作、元件和/或它们的组。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
为便于理解本发明，下面结合附图以具体实施例对本发明作进一步解释说明，且具体实施例并不构成对本发明实施例的限定。
本领域技术人员应该理解，附图只是实施例的示意图，附图中的部件并不一定是实施本发明所必须的。
实施例1
本发明实施例1提供一种基于原料场扫描成像的自动取料***，所述自动取料***包括：
图像采集装置，设于取料机大臂的两侧，用于采集获取料堆点云图像数据，并提取所述料堆点云图像数据中料堆的三维点云模型；
料堆高度计算模块，用于对料堆的三维点云模型经点云合并、去噪、分割、拟合处理，获取料堆高度；
分层模块，用于根据预设取料工艺策略，将料堆高度进行分层；
控制参数计算模块，用于根据分层后的三维点云模型计算取料机运行控制参数；
控制器，用于根据运行控制参数控制取料机的运动，实现自动取料。
所述控制参数计算模块包括：
俯仰角计算单元，用于提取料堆的边界，并映射到相应分层的层平面，根据相应层的层高计算该层对应的俯仰角；
取料机位置计算单元，用于根据料堆下边界以及取料机与料堆边界的相对位置计算所述取料机位置；
自动对位切入旋转点计算单元，用于计算自动对位切入旋转点。
在本实施例1中，利用上述基于原料场扫描成像的自动取料***在使用中，实现如下所述的自动取料方法：
首先，获取料堆点云图像数据；
然后，提取所述料堆点云图像数据中料堆的三维点云模型；
对料堆的三维点云模型经点云合并、去噪、分割、拟合处理，获取料堆高度；
根据预设取料工艺策略，将料堆高度进行分层；
根据分层后的三维点云模型计算取料机运行控制参数；
根据运行控制参数控制取料机的运动，实现自动取料。
所述取料机运行控制参数包括：俯仰角、取料机位置、自动对位切入旋转点。
在本实施例1中，所述取料工艺策略包括：料堆的分层高度、切深以及开层长度。将取料工艺策略输入分层模块，后分层模块根据工艺策略对料堆进行分层。
计算所述俯仰角包括：提取料堆的边界，并映射到相应分层的层平面，根据相应层的层高计算该层对应的俯仰角：
其中，h1表示料堆的高度，h2表示取料机大臂旋转点距离地面的高度，L表示取料机大臂的长度。
根据料堆下边界以及取料机与料堆边界的相对位置计算所述取料机位置，假设料堆下边界坐标为y，则取料机位置为：y1＝y-L×cos(theta)。
自动对位切入旋转点为：
其中，Dis表示取料机与料堆边界的距离。
本实施例1中，自动取料***通过对实时获取的料堆图像进行处理，根据工艺要求，确定了取料机的作业运动参数，根据作业运动参数控制取料机对料堆实现了自动取料，无需人工现场操作，降低了人工劳动强度，提高了工作效率，降低了人工劳动成本，提高了生产安全性。
实施例2
如图1所示，本实施例2提供一种基于原料场扫描成像的自动取料方法，实现的前提是获取料堆的模型，作业前，通过扫描成像装置获取料堆点云图像。得到料堆点云图形数据以后，需要首先判定此料堆是否为新堆，如果是新堆则需要根据料堆点云图像数据计算堆取料机控制参数，如果已经作业，则直接调取上次作业记录，无需重新计算堆取料机控制参数，提升效率。提取出料堆点云数据模型后，经点云合并、去噪、分割、拟合处理，即可得到料堆高度，根据既有取料工艺参数，需要将料堆高度分层。
以某一层为例，如图2所示，取指定层料时，因料堆高度确定，则可根据高度确定俯仰角，俯仰角求解公式为：
其中，h1表示料堆的高度，h2表示取料机大臂旋转点距离地面的高度，L表示取料机大臂的长度。
堆取料机位置计算根据料堆下边界以及与堆取料机与料堆边界的相对位置即可，假设料堆下边界坐标为y，则取料机位置为：y1＝y-L×cos(theta)。
如图3所示，自动对位切入旋转点为
其中，Dis表示取料机与料堆边界的距离。
其他层的实现均可按照此方式来实现，堆取料机走行位置点可根据工艺中寸动值大小递增即可。最终将所有堆取料机控制参数集合打包发送至PLC，堆取料机按照既定执行集合执行即可完成自动堆取料。
综上所述，本发明实施例所述的基于原料场扫描成像的自动取料方法，可实现自动取料，运行稳定可靠，一方面将操作人员从繁杂的劳z动中解放出来，另一方面将解决了已有的安全隐患。在堆取料机大臂两侧安装有自动扫描成像装置，用于扫描料堆成像，并将点云数据传输至图像处理单元，图像处理单元解析点云图像数据，根据工艺要求，将料堆分层，计算边界值，用于确定堆取料机作业运动参数，得到每层的大车作业的俯仰角、回旋角、走行位置等参数，传输至大车PLC实现自动作业。通过对实时获取的料堆图像进行处理，根据工艺要求，确定了取料机的作业运动参数，根据作业运动参数控制取料机对料堆实现了自动取料，无需人工现场操作，降低了人工劳动强度，提高了工作效率，降低了人工劳动成本，提高了生产安全性。
本领域内的技术人员应明白，本发明的实施例可提供为方法、***、或计算机程序产品。因此，本发明可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本发明可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。
本发明是参照根据本发明实施例的方法、设备(***)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
以上所述仅为本公开的优选实施例而已，并不用于限制本公开，对于本领域的技术人员来说，本公开可以有各种更改和变化。凡在本公开的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本公开的保护范围之内。
上述虽然结合附图对本公开的具体实施方式进行了描述，但并非对本公开保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明公开的技术方案的基础上，本领域技术人员在不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种基于原料场扫描成像的自动取料方法，其特征在于：
获取料堆点云图像数据；
提取所述料堆点云图像数据中料堆的三维点云模型；
对料堆的三维点云模型经点云合并、去噪、分割、拟合处理，获取料堆高度；
根据预设取料工艺策略，将料堆高度进行分层；
根据分层后的三维点云模型计算取料机运行控制参数；
根据运行控制参数控制取料机的运动，实现自动取料。
2.根据权利要求1所述的基于原料场扫描成像的自动取料方法，其特征在于，所述取料机运行控制参数包括：俯仰角、取料机位置、自动对位切入旋转点。
3.根据权利要求2所述的基于原料场扫描成像的自动取料方法，其特征在于，所述取料工艺策略包括：料堆的分层高度、切深以及开层长度。
4.根据权利要求3所述的基于原料场扫描成像的自动取料方法，其特征在于，计算所述俯仰角包括：提取料堆的边界，并映射到相应分层的层平面，根据相应层的层高计算该层对应的俯仰角：
其中，h1表示料堆的高度，h2表示取料机大臂旋转点距离地面的高度，L表示取料机大臂的长度。
5.根据权利要求4所述的基于原料场扫描成像的自动取料方法，其特征在于，根据料堆下边界以及取料机与料堆边界的相对位置计算所述取料机位置，假设料堆下边界坐标为y，则取料机位置为：y1＝y-L×cos(theta)。
6.根据权利要求5所述的基于原料场扫描成像的自动取料方法，其特征在于，自动对位切入旋转点为：
其中，Dis表示取料机与料堆边界的距离。
7.一种基于原料场扫描成像的自动取料***，其特征在于，实现如权利要求1-6任一项所述的基于原料场扫描成像的自动取料方法；所述自动取料***包括：
图像采集装置，设于取料机大臂的两侧，用于采集获取料堆点云图像数据，并提取所述料堆点云图像数据中料堆的三维点云模型；
料堆高度计算模块，用于对料堆的三维点云模型经点云合并、去噪、分割、拟合处理，获取料堆高度；
分层模块，用于根据预设取料工艺策略，将料堆高度进行分层；
控制参数计算模块，用于根据分层后的三维点云模型计算取料机运行控制参数；
控制器，用于根据运行控制参数控制取料机的运动，实现自动取料。
8.根据权利要求7所述的基于原料场扫描成像的自动取料***，其特征在于，所述控制参数计算模块包括：
俯仰角计算单元，用于提取料堆的边界，并映射到相应分层的层平面，根据相应层的层高计算该层对应的俯仰角；
取料机位置计算单元，用于根据料堆下边界以及取料机与料堆边界的相对位置计算所述取料机位置；
自动对位切入旋转点计算单元，用于计算自动对位切入旋转点。
9.一种计算机设备，包括存储器和处理器，所述处理器和所述存储器相互通信，所述存储器存储有可被所述处理器执行的程序指令，其特征在于：所述处理器调用所述程序指令执行如权利要求1-6任一项所述的方法。
10.一种计算机可读存储介质，其存储有计算机程序，其特征在于：所述计算机程序被处理器执行时实现如权利要求1-6任一项所述的方法。
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